无损检测——涡流检测特点及原理
涡流探伤仪工作原理
涡流探伤仪工作原理
涡流探伤仪是一种利用涡流感应的原理来检测材料缺陷的无损检测设备。
其工作原理如下：
1. 原理基础：
涡流感应是指当导体材料中有交变磁场通过时，会在导体内部产生一个涡流。
涡流的生成会消耗磁场能量，并且会产生电阻热。
当存在缺陷时，由于缺陷部位的形状和存在的电阻差异，涡流的形成和强度会发生改变，从而可以利用涡流的变化来检测缺陷。
2. 工作过程：
涡流探伤仪中的电磁线圈产生一个交变磁场，然后将待检测的导体材料放置在电磁线圈附近。
当交变磁场通过导体时，导体内部会产生一个相应的涡流。
涡流的形成会导致局部磁场发生变化。
3. 检测原理：
涡流探伤仪通过测量涡流感应产生的磁场变化来检测材料中的缺陷。
当涡流通过缺陷时，涡流的形状和强度会出现变化，进而改变磁场的分布。
探测器会测量并分析这些磁场变化，并将其转化为信号。
4. 缺陷探测：
根据不同的涡流变化情况，该仪器可以检测出导体材料中的各种缺陷，例如裂纹、异物、孔洞等。
通过对涡流变化的分析，可以确定缺陷的位置、形状、大小等信息。
综上所述，涡流探伤仪通过利用涡流感应的原理来检测导体材料中的缺陷。
通过测量磁场的变化，可以分析缺陷的特征，从而实现无损检测。
15-涡流检测原理解析
涡流检测可以广泛用于各种金属材料工件和少 数非金属材料工件。
与其它无损检测方法相比，涡流检测的主要优、 缺点如下: 优点:
A) 对导电材料的表面或近表面的检测，具有良 好的灵敏度
上述四个因素都可通过涡流检测原理采进行 解释，它们的影响程度也能计算出来。
由于在铁磁性材料中透入深度低，因此，通 常采用较低的频率。
即使在检测工件 表面裂纹时采用较 高频率，但与检测 非磁性材料表面裂 纹时采用频率相比 仍然是相当低的。
在涡流检测时，若通以交变电流的线圈中没有 试样，则可以得到空载阻抗Z0=R0+jωL0，若在 线圈中放入试样，线圈阻抗将变为Z1=R1+jωL1
随着材料和工件性质的不同，对检测线圈的影 响也不一样，因而，工件性质的变化可以用检测 线圈阻抗特性的变化来描述。
由于引起检测线圈阻抗发生变化的直接原因是 线圈中磁场的变化，检测时需要分析和计算工件 被放入检测线圈后磁场的变化，然后得出检测线 圈阻抗的变化，才能对各种因素进行分析。
然而，正是由于对多种试验参数有敏感反应， 也就会给试验结果带来干扰信息，影响检测的正 确进行。
对涡流产生影响的因素有电导率、磁导率、 缺陷、工件形状与尺寸及线圈与工件之间距离等。
因此，涡流检测可以对材料和工件进行电导率 测定、探伤、厚度测量以及尺寸和形状检查等。
表中列举了涡流检测的几种用途
涡流法还可对高温状态下的导电材料进行涡流 检测，如热丝、热线、热管、热板等。
从上式可知，频率、电导率和磁导率愈大，透 入深度也就愈小。
几种典型材料的透入深度如图6-1，显示导电材 料的透入深度与检测频率的关系
涡流检测知识
涡流检测知识一、涡流检测原理涡流检测是建立在电磁感应原理基础之上的一种无损检测方法，它适用于导电材料，如果我们把一块导体置于交变磁场之中，在导体中就有感应电流存在，即产生涡流，由于导体自身各种因素(如电导率、磁导率、形状、尺寸和缺陷等)的变化会导致感应电流的变化，利用这种现象而判知导体性质、状态的检测方法，叫做涡流检测方法。
由涡流产生的交流磁场也产生磁力线，其磁力线也是随时间而变化，它穿过激磁线圈时又在线圈内感生出交流电。
因为这个电流方向与涡流方向相反，结果就与激磁线圈中原来的电流方向相同了。
这就是说线圈中的电流由于涡流的反作用而增加了。
假如涡流变化，这个增加的部分(反作用电流)也变化。
测定这个电流变化，从而可得到试件的信息。
涡流的分布及其电流大小，是由线圈的形状和尺寸，交流频率(试验频率)，导体的电导率、磁导率、形状和尺寸，导体与线圈间的距离，以及导体表面缺陷等因素所决定的。
因此，根据检测到的试件中的涡流，就可以取得关于试件材质，缺陷和形状尺寸等信息。
二、涡流检测方法涡流检测是把导体接近通有交流电的线圈，由线圈建立交变磁场，该交变磁场通过导体，并与之发生电磁感应作用，在导体内建立涡流。
导体中的涡流也会产生自己的磁场，涡流磁场的作用改变了原磁场的强弱，进而导致线圈电压和阻抗的改变。
当导体表面或近表面出现缺陷时，将影响到涡流的强度和分布，涡流的变化又引起了检测线圈电压和阻抗的变化，根据这一变化，就可以间接地知道导体内缺陷的存在。
由于试件形状的不同，检测部位的不同，所以检验线圈的形状与接近试件的方式与不尽相同。
为了适应各种检测需要，人们设计了各种各样的检测线圈和涡流检测仪器。
1、检测线圈及其分类在涡流探伤中，是靠检测线圈来建立交变磁场;把能量传递给被检导体;同时又通过涡流所建立的交变磁场来获得被检测导体中的质量信息。
所以说，检测线圈是一种换能器。
检测线圈的形状、尺寸和技术参数对于最终检测是至关重要的。
涡流检测—涡流检测基本原理(无损检测课件)
第2节 涡流检测的基本原理
原理
原理：当载有交变电流的线圈接近被检工件时，材料表面与近 表面会感应出涡流，其大小、相位和流动轨迹与被检工件的电 磁特性和缺陷等因素有关，涡流产生的磁场作用会使线圈阻抗 发生变化，测定线圈阻抗即可获得被检工件物理、结构和冶金 状态等信息。
第2节 涡流检测的基本原理
2. 涡流检测的特点
➢ （1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ适用于各种导电材质的试件探伤。包括各种钢、钛、 镍、铝、铜及其合金。
➢ （2）可以检出表面和近表面缺陷。 ➢ （3）探测结果以电信号输出，容易实现自动化检测。 ➢ （4）由于采用非接触式检测，所以检测速度很快。 ➢ （5）不需接触工件也不用耦合介质，所以可以进行高温
在线检测。
2. 涡流检测的特点
➢ （6）形状复杂的试件很难应用。因此一般只用其检测管 材，板材等轧制型材。
➢ （7）不能显示出缺陷图形，因此无法从显示信号判断出 缺陷性质。
➢ （8）各种干扰检测的因素较多，容易引起杂乱信号。 ➢ （9）由于集肤效应，埋藏较深的缺陷无法检出 ➢ （10）不能用于不导电材料的检测。
无损检测技术中的涡流检测方法详解
无损检测技术中的涡流检测方法详解无损检测技术是一种用于检测材料或构件内部缺陷或性能状态的技术方法，它可以在不破坏被检测材料的情况下对其进行评估和监测。
涡流检测作为无损检测技术的一种方法，被广泛应用于工业生产、航空、航天、汽车、电力等领域。
本文将对涡流检测方法进行详细解释和阐述。
涡流检测是一种基于电磁感应原理的无损检测技术。
其原理是利用交流电源产生的交变电磁场在被测材料中产生涡流，通过对涡流的测量，来判断被测材料的缺陷或性能状态。
涡流检测方法可以检测到多种类型的缺陷，如裂纹、腐蚀、疏松等。
涡流检测方法主要包括以下几个方面：1. 电磁感应原理：涡流检测是基于电磁感应原理的，通过交流电源产生的交变电磁场在被测材料中产生涡流。
当被测材料中存在缺陷时，涡流的路径和强度会发生变化，从而可以判断缺陷的位置和性质。
2. 探头设计：涡流检测中使用的探头通常由线圈和磁芯组成。
线圈通过交流电源激励产生交变磁场，磁芯则用于集中和引导磁场。
探头的设计对于检测效果起着重要的作用，不同类型的缺陷需要不同设计的探头。
3. 缺陷识别：通过分析涡流的强度、相位、频率等参数，可以判断被测材料中的缺陷类型和尺寸。
例如，对于裂纹缺陷，涡流的强度和相位会出现明显的变化。
通过对涡流信号进行数学处理和分析，可以得到准确的缺陷识别结果。
4. 检测技术：涡流检测技术可以分为静态检测和动态检测两种。
静态检测是指将被测材料放置在固定位置，通过探头对其进行检测。
动态检测则是指将探头和被测材料相对运动，通过对运动产生的涡流信号进行检测。
动态检测常用于对大型或复杂构件的检测。
涡流检测方法具有以下优点：1. 非接触性：涡流检测不需要直接接触被测物体，因此不会对被测材料造成损伤或影响其性能。
2. 高灵敏度：涡流检测可以检测到微小尺寸的缺陷，对于裂纹等细小缺陷具有很高的灵敏度。
3. 适用范围广：涡流检测方法适用于多种材料，如金属、合金、陶瓷等。
同时，它可以应用于不同形状和尺寸的材料和构件。
涡流无损检测
f fg
频率比
有效磁导率
涡流场分布
检测信号的分析与处理技术
(干扰信号的排除) 1、相位分析法 a)相敏检测波法 移相器 b)不平衡电桥法
移相电路
2、频率分析法
3、幅度鉴别法
涡流的检测及适用范围
常用仪器： 导电仪、测厚 仪、探伤仪 检测对象： 阻抗的幅值 和相位 显示实际需 要参量：厚 度、缺陷等
2、阻抗平面图与归一化
XM XZ 2 X2 2 R2 X 2
阻抗平面图:把R2 从 0 或者把电抗X2
2
从 0 得到一系列对应的RS 和XS值，以:
横轴: RS 纵轴: XS
归一化:
横轴: RS变换 纵轴: XS变换
RS
XS
归一化优点: 消除线圈阻抗的影响，具有通用性、可比性；
f ：检测频率 fg ：特征频率 特征频率fg ：以μeff虚量模为1 对应的频率 说明：特征频率 fg 是工件的固有特性，取决于自身的电磁 特性和几何尺寸。
j ka 2fa 1 f g
2
1 2a 2
涡流试验相似律
有效磁导率μeff是一个取决于频率比 大小的参数，而μeff的大小又决定了试件内涡流和磁场 强度的分布。 对于两个不同的试件，各对应的频率比相同，则有效 的磁导率、涡流密度及磁场强度的分布均相同。
涡流检测的优点
不用接触工件，检测速度快，适合材料在役检测。 检测灵敏度高，可对工件表面或近表面的大小缺陷 进行评价。 非破坏性，不用耦合介质，不接触工件，可在高温 下检测。 检测安全，不存在辐射危险。 检测信号为电信号，可对结果数字化处理和自动化。
涡流检测的缺点
检测材料必须导电。 难以用于形状复杂的零件。 检测渗透深度和检测灵敏度相互矛盾。 透入深度受到限制，只能检测表面，近表面的缺陷。 （对钢，涡流检测一般深度只能达到3-5mm) 穿过式线圈检测对缺陷的具体位置无法判定；放置 式检测区域狭小、速度慢。 检测受干扰因素较多。（温度、形状、不均匀性等） 检测结果难以判别缺陷种类、性质、尺寸等。
无损检测(NDT)——涡流检测(ET)技术
无损检测(NDT)——涡流检测(ET)技术郭健【摘要】从涡流检测装置、参考试块和检测方法等方面系统地介绍了涡流检测技术.【期刊名称】《工程与试验》【年(卷),期】2012(052)001【总页数】4页(P36-39)【关键词】涡流;参考试块;人工缺陷;检测线圈【作者】郭健【作者单位】国家试验机质量监督检验中心,吉林长春130062【正文语种】中文【中图分类】TM1541 前言涡流是交变磁场在导电材料中感生的电流，涡流检测是根据导电材料中感应电流原理实现的。
涡流检测主要用于线、棒和管形钢材的无损检测。
涡流检测的目的是检测材料内表面存在的缺欠或评价材料厚度变化的情况。
涡流检测的优点是与被检测工件没有任何物理性质的接触、不需要耦合介质，易于在高速生产线上使用。
本文从检测装置和检测方法等方面系统地介绍涡流检测技术。
2 涡流检测涡流检测分为静态和动态两类，现阶段主要使用的是动态检测技术。
动态检测要求传感器与被检测工件之间能够相对位移，可以用手动或精密机械控制扫查路径的方式实现产品检测。
涡流检测系统主要由涡流检测仪、传感器或探头（检测线圈）、参考试块、连接电缆线、进给装置（包括检测线圈支承台架）、记录单元和磁饱和装置构成。
有时也可以省略磁饱和装置。
涡流检测仪、检测线圈和参考试块是构成涡流检测系统的三要素。
通用涡流检测技术包括：（1）对固定基准点产生的偏差进行测量的绝对测量技术。
基准点由标定程序加以确定，利用基准电压或参考线圈可以提供基准点。
绝对测量法可以依据材料的硬度、尺寸和化学成分等物理特性对被检产品进行等级分选，也可以对连续或逐渐变为非连续的信号加以识别。
（2）比较测量技术，利用两个测量信号的差值（其中一个作为参考信号）对被检产品进行等级分选。
（3）差动测量技术，是由测量位置或相同扫查路径间的差值产生的恒定间隔实现的。
差动测量时，由于被检产品内部信号变化缓慢而使背景噪音信号减少。
（4）双差动测量技术，是使两个差动测量信号相减。
涡流探伤原理
涡流探伤原理涡流探伤是一种常用的无损检测方法，它通过利用涡流感应原理来检测材料中的缺陷和异物。
涡流探伤原理的核心是利用交变磁场产生涡流，通过检测涡流感应电阻的变化来判断材料是否存在缺陷。
本文将从涡流探伤的基本原理、应用领域和优缺点等方面进行介绍。
涡流探伤的基本原理是利用交变磁场在导体中产生涡流的现象。
当导体材料表面存在缺陷或异物时，其导电性会发生变化，从而影响涡流感应电阻的大小。
通过测量涡流感应电阻的变化，可以判断材料中的缺陷情况。
涡流探伤可以对导电性材料进行检测，如金属、合金等，对于非导电性材料则需要进行表面导电处理后才能进行检测。
涡流探伤在航空航天、汽车制造、铁路运输、核工业等领域有着广泛的应用。
在航空航天领域，涡流探伤常用于飞机发动机叶片、机身结构等零部件的缺陷检测，可以及时发现隐藏在材料内部的裂纹、气孔等缺陷，确保飞机的安全飞行。
在汽车制造领域，涡流探伤可以用于发动机零部件、制动系统等的缺陷检测，提高汽车的质量和安全性。
涡流探伤的优点是检测速度快、无损伤、对表面涂层无影响，可以实现自动化检测，提高工作效率。
然而，涡流探伤也存在一些局限性，如只能检测表面附近的缺陷，不能检测材料内部的缺陷；对于非导电性材料需要进行特殊处理才能进行检测；对材料的形状和尺寸有一定的要求。
总的来说，涡流探伤是一种非常有效的无损检测方法，可以广泛应用于工业生产中，帮助生产企业提高产品质量，确保产品安全。
随着科学技术的不断发展，涡流探伤技术也在不断完善，相信在未来会有更多的应用场景和更高的检测精度。
通过本文的介绍，相信读者对涡流探伤的原理、应用领域和优缺点有了更深入的了解。
涡流探伤作为一种重要的无损检测方法，对于工业生产具有重要的意义，希望能够得到更广泛的应用和进一步的发展。
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0 ? (R2 ? j? L2 ) I 2 ? (R ? jX ) I 2 ? j? M I1
? 副边(原边)中的电流在原边
(副边)中产生的互感电动势 . . j? M I 2 ( j? M I 1 )
X L1 ? ? L1 , X L 2 ? ? L2 , X M ? ? M ,
R22 ? R2 ? R , X 22 ? X L 2 ? X
实现自动化检测； （4）对高温状态的导电材料进行涡流检测。尤其重要的是加热到居里
温度以上的材料，检测时不再受到磁导率的影响，可以像非磁性金 属那样用涡流法进行探伤、材质检验以及棒材直径、壁厚等测量； （5）涡流及反作用磁场对金属材料工件的物理和工艺性能的多种参数 有反应，是一种多用途的检测方法。
涡流检测基本原理
..
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.
U ? I Z ? I(R ? jX ) ? I?R ? j( X L ? XC )?
R、L、C串 联电路
Z ? R? jX ? R? j(XL ? XC)
XL ?? L
X C ? 1/ ? C
R: 电阻 X：电抗 Z：阻抗
XL:感抗
? 原、副边的回路电压方程
.
..U1 ? (R1 Nhomakorabea? j? L1) I1? j? M I 2
涡流检测基础
涡流 涡流检测特点 涡流检测基本原理 变压器耦合式互感电路 ——涡流检测模型 趋肤效应 渗透深度
涡流 :金属在变动的磁场中或相对于磁场运动，金 属体内感生出漩涡状流动的电流
涡流检测特点
（1）只适用于产生涡流的导电材料； （2）涡流检测时不要求检测线圈与被检材料紧密接触 （3）检测时无需耦合剂。不必在检测线圈和工件之间充填，从而容易
?耦合系数 ：表示两个线圈耦合紧密程度
K ? M / L1L 2
? 两个线圈的轴线一致时，靠的越近，耦合 越紧密 ,M值越大，耦合系数随之增大。但 是耦合系数 K始终是一个小于 1的正数。因 为有漏磁存在。
变压器耦合式互感电路-涡流检测模型
..
.
.
Um ? Im Z ? Im(R ? jX) ? Im?R ? j(XL ? XC)?
.
.
U 1 ? ( R 1 ? jX L 1 ) I 1 ?
.
0 ? ( R 22 ? jX 22 ) I 2 ?
.
jX M I 2
.
jX M I 1
.
I2 ?
? jX
M
I1 R 22
?
jX 22
变压器耦合式互感电路
折合电阻、折合电抗、折合阻抗
R 折合 X 折合
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X
2 M
R 22
/(
R
2 22
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X
? ? 1/
? f ??
？？为什么说涡流试验法只能对金属材料的表面或近表面进 行检测(对内部缺陷因灵敏度过低而效果不佳） ？
2 22
)；
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X
2 M
X
22
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R
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X
2 22
)
Z 折合 ? R 折合 ? jX 折合
意义 在这种变压器耦合式互感电路中，尽管原、副
边之间没有直接的电的联系，但由于互感的存在， 副边电路的闭合而得到的副边电流，会通过互感影 响原边电路中电压和电流之间的关系。 作用
在以电磁感应原理为基础的涡流检测中，检测 线圈和被检金属之间就可以等效为这种电路，因此， 可以参照这种电路的分析方法来分析涡流检测的问 题。
? 涡流检测是以电磁感应原理为基础。 ? 当载有交变电流的检测线圈靠近导电材料时，
由于线圈磁场的作用，材料中会感生出涡流。 涡流的大小、相位以及流动方式等受到材料导 电性能的影响，而涡流产生的反作用磁场又使 检测线圈的阻抗发生变化，因此，通过测定检 测线圈阻抗的变化，可以得到被检材料有无缺 陷的结论。
趋肤效应：当交变电流通过导体时(例如圆截面的直长导 线)，由于导线周围存在电磁场，导线本身就会产生涡流 ;涡流 的磁场会引起高频交变电流趋向导线表面，使导线横截面上电 流的分布不均匀;表面层上的电流密度最大，随着进入导体深 度的增大而减小的现象
渗透深度：把电流密度下降到表面电流密度 1／e倍(大约37％) 处的深度；与导线的电导率、磁导率及交变电流频率有关；