无损检测技术-涡流检测

响来测定试件的厚度。
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按使用方式分
按涡流检测仪使用方式不同分为手动和自动 两种。
手动涡流仪：操作者手持探头沿试件表面进 行扫查，通过仪器示波管显示的图形或仪表 指示来判别试件表面的缺陷情况。这种仪器 适用范围广，但检测效率低。
自动涡流仪：被检试件自动送进，检测结果 自动记录。这种仪器检测效率高，但只适用 于形状规则的棒、管、丝材的检测。 back
dI EL L dt
dI .........回. 路中电流变化率 dt
L－自感系数，与线圈形状、大小和匝数等有关
“－”－表示自感电动势反抗回路中电流的变化
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互感
当两个线圈互相靠近时，任何一 个线圈中的电流发生变化，都会 引起另一个线圈内磁通量的变化， 从而在另一个线圈内产生感生电 动势。这种两个靠近的载流回路 电流发生变化时互相激起感生电 动势的现象称为互感。
3、信号输出电路：将检测线圈拾取的电压变 化量△U输入到放大器，将初始总电压U0 抵消或平衡掉。
4、放大器：放大输入的微弱信号，使它达到
显示器所需的程度。要求失真小，增益稳
定，抗干扰能力强。
放大倍数 A U U为输出电压

U 0 U0为输入电压

V

20 lg
A

20
lg
U U0
（dB）
当V＝60dB时，A＝1000倍。
线材等可以从线圈内部通过的导
电工件或材料的检测。用外穿过
式线圈容易实现小直径管、棒、
线材表面质量的高速、大批量自
动化检测。
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内通过式线圈
利用线圈通过试件内孔来探
测试件孔壁缺陷情况或物性
变化。适用于检测安装好的
管材或检测小直径的深钻孔、
螺旋孔或厚壁管内壁的表面
质量。
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放置式线圈（探头式线圈）
交变的感生涡流渗入被检材料或工 件的深度与其频率的1/2次幂成反 比。由于常规涡流检测使用的频率 较高（达到数百到数兆赫兹），渗 透深度通常较浅，因此常规涡流检 测是一种表面或近表面的无损检测 方法，即主要用于检验材料或工件 的表面或近表面缺陷。
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涡流检测的特点
涡流因电磁感应而生，故进行涡 流检测时，检测线圈不必与被检 材料或工件紧密接触，不需要用 耦合剂，检测过程也不影响被检 材料或工件的使用性能。
将线圈放置于试件表面来探测试件 表面缺陷情况或物性变化。这种线 圈大多绕成内部带磁芯的探头形式， 具有磁场聚焦的性质，检测区域小， 灵敏度高，因此又称为探头或点式 线圈。放置式线圈检测灵敏度高， 适用于板材、棒材、带材和大直径 管材和形状复杂试件的表面检测。
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按结构分
据检测线圈结构不同分为自感式 和互感式两种。
因此常将3h作为实际涡流探伤能
够达到的极限深度。
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涡流检测仪器
涡流检测仪 涡流检测线圈 对比试样
涡流检测仪
仪器的类别 涡流检测仪组成 涡流检测仪的工作原理
仪器的类别
涡流检测仪是根据不同的检测目的， 应用不同的方法抑制干扰信息，拾取 有用信息的电子仪器。可根据用途、 使用、显示等不同进行分类。
6、显示器：用指针式电表、数码 管、示波管等来显示经过放大和 消除干扰后的检测信号。
7、电源：为仪器各电路提供所需
电压。小型仪器，可用干电池或
蓄电池作电源，大型仪器常用交
流电源。
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涡流检测仪的工作原理
振荡器产生各种频率的振荡电流通 过检测线圈产生交变磁场在试件中 产生感生涡流，当试件存在缺陷或 物性变化时，线圈电压发生变化， 通过信号输出电路将线圈电压变化 量输入放大器放大，经信号处理器 消除各种干扰信号，最后将有用信 号输入显示器显示检测结果。 back
涡流检测仪组成
涡流检测仪的种类很多，各种仪器的具 体电子线路不同，但是其基本工作原理 相似。
一般的涡流检测仪主要由振荡器、探 头、信号输出电路、放大器、信号处 理器、显示器、电源等部分组成。
1、振荡器：产生所需频率的振荡电流来 激励检测线圈，以便在试件中感生涡 流。
2、探头（检测线圈）：产生交变磁场使 试件感生涡流，并拾取试件物性变化 的有用信息。
按显示方式分
根据涡流检测仪显示方式不同分为
图像显示、数字显示和指针显示等 几种。
图像显示：利用仪器示波管显示某 种因素引起的图像变化。
数字显示：利用仪器数码管显示试 件物性变化量。
指针指示：利用某种仪表指针指示
情况来显示试件物性变化。
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其他分类方式
此外，按信号处理方法不同 还可分为相位分析仪、频率 分析仪、振幅分析仪等几种； 根据仪器通道数量分为单通 道和多通道检测仪。 back
5、信号处理器
抑制各种干扰信号，突出有用信号，常用方 法有以下几种：
相位分析仪：根据有用信号与干扰信号的相 位差利用同步检波器的移相器将有用信号分 离出来。
频率分析法：当缺陷信号频率高于干扰信号 时，利用滤波器抑制频率较低的干扰信号。
振幅分析法：当缺陷信号幅度大于干扰信号 时，用拒斥电路抑制掉电平以下的干扰信号， 保留有用信号。
由公式可知，电流密度随至表面 的距离增加而减少。导体的磁导 率μ、导体电导率σ、电流频率f 增加，有效渗透深度就减少。
趋肤效应的存在使交变电流激励
磁场的强度以及感生涡流的密度
从被检材料或工件的表面到其内
部按指数分布规律递减。
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渗透深度
涡流检测中，将涡流密度衰减为 其表面密度的1/e（36.8％）时对 应的深度定义为渗透深度，其数 学表达为：
涡流检测线圈 涡流检测线圈的作用 检测线圈的种类 检测线圈的型号
涡流检测线圈的作用
涡流检测线圈又称探头或传感器，其主
要作用有二：一是在交变的激励电流作
用下产生交变磁场，使试件产生感生涡
流；二是拾取因试件物性变化引起涡流
磁场变化的信息，并将其转换为电信号。
因此，涡流检测线圈按功能可分为激励
四、涡流检测
涡流检测的原理 涡流检测仪器 涡流检测方法 涡流检测工艺操作 涡流检测的应用
涡流检测的原理
涡流检测的基本知识 涡流检测的基本原理 涡流检测的特点 趋肤效应 渗透深度
涡流检测的基本知识
涡流检测 法拉第电磁感应定律 自感 互感
涡流检测
利用电磁感应原理，通过测定被检工件内产 生感生涡流的变化来无损的评定导电材料及 其工件的某些性能，或发现缺陷的无损检测 方法即涡流检测。
线圈和测量线圈两种，它们可以是两个
线圈，也可以是一个线圈同时承担激励
和测量两项任务。
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检测线圈的种类
按用途分 按结构分 按使用方式分
按用途分
外穿过式线圈 内通过式线圈 放置式线圈
外穿过式线圈
利用试件从线圈内穿过来检测试
件外表面缺陷情况或物性变化。
适用于形状规则的管材、棒材、
自感式线圈
一个线圈既用于激励交变 磁场，又用于测量涡流磁 场的变化。这种线圈绕制 方便，检测效率高，应用 很广。
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互感式线圈
有两个线圈绕组，一个用于激励
磁场，称为初级线圈；另一个用
于测量涡流磁场变化，称为次级
线圈。次级线圈置于初级线圈内。
这种线圈制作较难，检测效率较
低。但初、次级线圈间有屏蔽作
E N d d .........磁. 通量变化率
dt dt
N－线圈的匝数 “－”－表示感生 电动势反抗回路中磁通的变化
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自感
当回路磁通量发生变化时，回路中会产生感 生电动势。同样，当回路中通过的电流发生 变化时，也会引起回路磁通变化，从而在回 路中产生感生电动势。由于这种感生电动势 是自身回路电流变化引起的，因此称为自感 电动势，用EL表示
用，干扰小，工作稳定。

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按使用方式分
进行涡流检测首先要在被检工件或 材料上激励出交变磁场，因而需要 一个激励线圈。与此同时，为了计 量涡流磁场的变化，还要有一个测 量线圈。激励线圈和测量线圈可以 分开放置，也可以是一个线圈兼具 激励和测量两种功能。在不需要区 别线圈功能的场合，可把激励和测 量线圈统称为检测线圈。
与其他无损检测方法比较，涡流 检测的主要特点有：
1、对导电材料表面和近表面缺陷的 检测灵敏度较高。
2、应用范围广，对影响感生涡流特 性的各种物理和工艺因素均能实 施检测。
3、在一定条件下，能反映有关裂纹 深度的信息。
4、不需要用耦合剂，易于实现管、 棒、线材的高速、高效的自动化 检测。
5、可在高温、薄壁管、细线、零件 内孔表面等其它检测方法不适用 的场合实施检测。
涡流检测是控制各种金属材料及少数非金属 导电材料（如石墨、碳纤维符合材料等）及 其产品品质的主要手段之一。
与其他无损检测方法相比，涡流检测更容易
实现自动化，特别对管、棒和线材等型材有
很高的检测效率。
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法拉第电磁感应定律
法拉第电磁感应定律指出：通过闭合回 路所包围的面积内的磁通量发生变化时， 回路中将产生感生电动势。感生电动势 E与闭合回路内的磁通量变化率成正比。
按电联接方式的不同， 检测线圈有绝对式和差 动式两种使用方式。
只用一个检测线圈进行 涡流检测的方式就称为 绝对式。
两个检测线圈反接在一 起进行工作的方式称为 差动式。按线圈放置方 式的不同，差动工作方 式又有标准比较式和自 比较式两种。
绝对式线圈的使用原理
用一个线圈在试件表面检测， 直接检测线圈阻抗变化。当 试件电导率和磁导率无变化 时，信号输出电路无信号输 出。反之，当电导率和磁导 率发生变化时，有信号输出。