涡流检测
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现代无损检测技术第5章：涡流检测技术
12×2—103—4—5—6—2×图1 涡流渗透深度与激励频率的关系图2 藕合线圈的互感电路a) 藕合线圈电路b)互感作用电路c) 藕合线圈等效感电路折合阻抗与一次线圈本身的阻抗之和称为图3 交流电路中电压和阻抗平面图线圈等效电路b)电压向量图c)阻抗向量图图4图5 阻抗平面图a)线圈阻抗平面b)归一化阻抗曲线图5 福斯特的假想物理模型表2 不同频率f/fg 的有效磁导率μeff的值表中：f为涡流检测的激励频率，也称之为工作频率，fg 为特征频率。
f/fg为频率比，它是涡流检测中的一个重要参数。
因此归一化电压为：数所决定，即：a)绝对式2－检测线圈3－管材在裂纹)时。
检测线圈就有信号输出，来实现检测目的。
标准的比较式1－参考线圈2－检测线圈4－棒材线圈感应输出急剧变化的信号。
c)自比较式1－参考线圈2－检测线圈3邻桥臂上。
用于管子检测的探头线圈在交流桥路中的位置电桥个参考线圈。
绝对式探头1 2线圈2 3－软定心导板4－接插件5探伤的材料进行检测。
差动式探头1 2线圈2 3－软定心导板4－接插件5－外壳二. 涡流检测的频率选择用于非铁磁性圆柱形棒料的检测频率选择图图中：IACS 为国际退火铜标准图的使用方法如下：1) 在A 线上取棒料电导率σ；2) 在B 线上取棒料直径d ；3) 将这两点间的连线延长使之与C 线相交；4) C 线上的交点垂直向上画直线，与所需的kr 值所对应的水平线相交得到一点；5) 根据交点在频率图(斜线)中的位置，即可读出所需的工作频率。
只要适当调节控制信号OT的相位，使θ2＝90º，那么，干扰信号的输出为零，而总的信号输出(OC＝OAcosθ1仅与缺陷信号有关，消除了不平衡电桥法工作原理在涡流检测中用作参考标准的人工缺陷的种类和形状检测线圈的阻抗特性表面探头以50Hz的频率检测厚铝板缺陷绝对式探头检测阻抗图b)差动式探头检测阻抗图1、2－裂纹3－表层下洞穴时处理，并将结果在CRT上进行实时显示。
涡流检测—涡流检测技术(无损检测课件)
检测线圈的分类
穿过式线圈 检测管材、棒材和线材，用于在线检测
探头式线圈 放在板材、钢锭、棒、管、坯等表面上用，尤其适用于局部检
测，通常线圈中装入磁芯，用来提高检测灵敏度，用于在役检测 内插式线图
管内壁、钻孔。用于材质和加工工艺检查
第3节 涡流检测的基本原理
4. 设备器材
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
第3节 涡流检测的基本原理
5. 检测技术
缺陷检测即通常所说的涡流探伤。主要影响因素包括工作 频率、电导率、磁导率、边缘效应、提离效应等。
➢ 工作频率是由被检测对象的厚度、所期望的透入深度、要 求达到的灵敏度或分辨率以及其他检测目的所决定的。检 测频率的选择往往是上述因素的一种折衷。在满足检测深 度要求的前提下，检测频率应选的尽可能高，以得到较高 的检测灵敏度。
5. 检测技术
➢ 边缘效应：当检测线圈扫查至接近零件边缘或其上面的孔 洞、台阶时，涡流的流动路径就会发生畸变。这种由于被 检测部位形状突变引起涡流相应变化的现象称为边缘效应。 边缘效应作用范围的大小与被检测材料的导电性、磁导性、
检测线圈的尺寸、结构有关。
5. 检测技术
➢ 提离效应：针对放置式线圈而言，是指随着检测线圈离开 被检测对象表面距离的变化而感应到涡流反作用发生改变 的现象，对于外通式和内穿式线圈而言，表现为棒材外径 和管材内径或外径相对于检测线圈直径的变化而产生的涡 流响应变化的现象。
4. 设备器材
检测仪器的基本组成和原理： 激励单元的信号发生器产生交变电流供给检测线 圈，放大单元将检测线圈拾取的电压信号放大并 传送给处理单元，处理单元抑制或消除干扰信号， 提取有用信号，最终显示单元给出检测结果。
涡流检测
第三章
涡流检测技术
涡流检测技术
3 1 2 3 4
涡流检测的原理 涡流检测的仪器设备 涡流检测方法
涡流检测的应用
涡流检测的原理
3 1 2 3 4
涡流检测的基本知识 涡流检测的基本原理 趋肤效应
渗透深度
涡流检测的基本知识
涡流
涡流是当金属导体处在变 化着的磁场中或在磁场中 运动时，由于电磁感应作 用而在金属导体内产生的 旋涡状流动的电流
=
1 f
涡流检测的基本知识
渗透深度是反映涡流密度分布于被检材料的电导率、磁导 率及激励频率之间基本关系的特征值。f、μ、σ 越大， 则渗透深度越小
由于被检工件表面以下3δ处的涡流密度仅约为其表面密 度的5%，因此通常将3δ作为实际涡流探伤能够达到的极 限深度
涡流检测仪器
3 1 2 3
示波管
显示出来
计算机的CRT
涡流检测仪
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 缺陷或物理变化时，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。
涡流检测仪 涡流检测线圈 对比试样
涡流检测仪
3 1 2 3
仪器的类别 涡流检测仪组成 涡流检测仪的工作原理
涡流检测仪
仪器的类别
按检测目的分：
导电仪
测厚仪
探伤仪
导电仪
测厚仪
探伤仪
涡流检测仪
指示检测结果
指示检测结果
鉴别影响因素
鉴别影响因素
检测涡流信息
检测涡流信息
产生激励信号
涡流检测技术
涡流检测技术
3 1 2 3 4
涡流检测的原理 涡流检测的仪器设备 涡流检测方法
涡流检测的应用
涡流检测的原理
3 1 2 3 4
涡流检测的基本知识 涡流检测的基本原理 趋肤效应
渗透深度
涡流检测的基本知识
涡流
涡流是当金属导体处在变 化着的磁场中或在磁场中 运动时，由于电磁感应作 用而在金属导体内产生的 旋涡状流动的电流
=
1 f
涡流检测的基本知识
渗透深度是反映涡流密度分布于被检材料的电导率、磁导 率及激励频率之间基本关系的特征值。f、μ、σ 越大， 则渗透深度越小
由于被检工件表面以下3δ处的涡流密度仅约为其表面密 度的5%，因此通常将3δ作为实际涡流探伤能够达到的极 限深度
涡流检测仪器
3 1 2 3
示波管
显示出来
计算机的CRT
涡流检测仪
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 缺陷或物理变化时，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。
涡流检测仪 涡流检测线圈 对比试样
涡流检测仪
3 1 2 3
仪器的类别 涡流检测仪组成 涡流检测仪的工作原理
涡流检测仪
仪器的类别
按检测目的分：
导电仪
测厚仪
探伤仪
导电仪
测厚仪
探伤仪
涡流检测仪
指示检测结果
指示检测结果
鉴别影响因素
鉴别影响因素
检测涡流信息
检测涡流信息
产生激励信号
第五章_涡流检测
度为标准透入深度，也称集肤深度。
Depth Depth
Standard Depth of
Penetration
(Skin Depth)
Eddy Current Density
High Frequency High Conductivity High Permeability
1/e or 37 % of surface density
非磁性导电基体上非导体覆盖层.镀层厚度的测量.振幅 灵敏性涡流法
用电磁(涡流)法测定电导率的标准实施规程 ASTM 有色金属的电磁(涡流)分类标准规程 ASTM 用涡流仪器测量铝阳极镀层及其它非磁性基底金属绝
缘镀层的厚度标准试验方法 ASTM
涡流检测的基本过程
熟悉要检测缺陷的类型，位置，方向 选择合适的探头类型，适应工件的形状，缺陷对涡流有影响 选择合适的线圈激励频率，对表面缺陷检测，可以使用较高的激励频
率得到高分辨率和高灵敏度，对近表面缺陷，使用较低的激励频率得 到较大的穿透深度，但灵敏度会降低。铁磁材料或者高导电率材料需 要更低的激励频率。 制作参考试样，材料与工件基本一致。人工缺陷类似于待测缺陷 选择和安装仪器和探头 通过试样调节仪器到能方便识别缺陷的信号 放置探头到被测工件表面，仪器设置零点 扫查整个待测表面，扫查过程中要保证探头的稳定，因为探头的抖动 将会影响信号的质量。在自动扫查系统中需要相应的夹具 记录分析数据
壳牌公司开发部向Maclean购买了该专利权， 在探头的研制中获得了很大的成功，并用来检 测井下套管。20世纪60年代初期，壳牌公司应 用远场涡流检测技术来检测管线，检测设备包 括信号功率源、信号测量、信号记录和处理， 做成管内能通过的形式，像活塞一样，加动力 之后即可在管线内运动，取名“智能猪”（见 图3）。此装置于1961年5月9日第一次试用，一 次可以检测80公里或更长的管线。[3]
Depth Depth
Standard Depth of
Penetration
(Skin Depth)
Eddy Current Density
High Frequency High Conductivity High Permeability
1/e or 37 % of surface density
非磁性导电基体上非导体覆盖层.镀层厚度的测量.振幅 灵敏性涡流法
用电磁(涡流)法测定电导率的标准实施规程 ASTM 有色金属的电磁(涡流)分类标准规程 ASTM 用涡流仪器测量铝阳极镀层及其它非磁性基底金属绝
缘镀层的厚度标准试验方法 ASTM
涡流检测的基本过程
熟悉要检测缺陷的类型，位置，方向 选择合适的探头类型，适应工件的形状，缺陷对涡流有影响 选择合适的线圈激励频率，对表面缺陷检测，可以使用较高的激励频
率得到高分辨率和高灵敏度，对近表面缺陷，使用较低的激励频率得 到较大的穿透深度，但灵敏度会降低。铁磁材料或者高导电率材料需 要更低的激励频率。 制作参考试样，材料与工件基本一致。人工缺陷类似于待测缺陷 选择和安装仪器和探头 通过试样调节仪器到能方便识别缺陷的信号 放置探头到被测工件表面，仪器设置零点 扫查整个待测表面，扫查过程中要保证探头的稳定，因为探头的抖动 将会影响信号的质量。在自动扫查系统中需要相应的夹具 记录分析数据
壳牌公司开发部向Maclean购买了该专利权， 在探头的研制中获得了很大的成功，并用来检 测井下套管。20世纪60年代初期，壳牌公司应 用远场涡流检测技术来检测管线，检测设备包 括信号功率源、信号测量、信号记录和处理， 做成管内能通过的形式，像活塞一样，加动力 之后即可在管线内运动，取名“智能猪”（见 图3）。此装置于1961年5月9日第一次试用，一 次可以检测80公里或更长的管线。[3]
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。
第3章涡流检测技术
? 逆磁质：
? 感生磁场微弱、与外磁场方向相反的物质，如铜。
? 铁磁质：
? 感生磁场强的物质，如铁，钴、镍及其合金。
? 磁导率：
相对磁导率 ：
3.2.1.3 电磁感应
? 1．电磁感应：
? 当穿过闭合导电回路所包围面积的磁通量发生变化时，回路中将产生 电流的现象。
? 法拉第感应定律 感应电动势
? 2. 自感应：
? 3.2.2 涡流检测技术原理
3.2.1 与涡流检测相关的电学和磁学基本知识
? 3.2.1.1 金属的导电性
? 3.2.1.2 金属的磁特性 ? 3.2.1.3 电磁感应
3.2.1.2 金属的磁特性
? 磁化：
? 物质在外磁场作用下感生出磁场的物理过程称为磁化。
? 顺磁质：
? 感生磁场微弱、与外磁场方向相同的物质，如铝。
? 表面或近表面缺陷检测 ? 只适用于导电材料 ? 非接触，无需耦合 ? 检测速度快，易于实现自动化 ? 适用于高温检测 ? 适用于异型材料和小零件检测
3.1.3 涡流检测的发展过程
? 1879年，英国人休斯利用感生涡流对不同的合金进行了判 断实验。
? 20世纪50年代初，德国的福斯特等人提出阻抗平面图分析 法和相似定律。
? 涡流检测根据线圈视在阻抗（信号）的变化特征获得被检材料的物理 特性或工艺特性（信息）。
of Penetration
(Skin Depth)
Eddy Current Density
High Frequency High Conductivity High Permeability
1/e or 37 % of surface density
Depth
Eddy Current Density Low Frequency Low Conductivity Low Permeability
涡流检测
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7.2 涡流检测设备
• （2）示波管显示多用于较大的涡流检测仪器中。它可以把探头检 测到的阻抗在阻抗平面上的二维分量以图形显示出来。检测线圈的阻抗 特性如图7-3所示，当线圈远离工件时，空载阻抗Z0在阻抗平面上对应于 P0点，阻抗角为α0；当线圈靠近工件检测时，由于受工件和涡流的影响， 线圈阻抗变为Z1，在阻抗平面上对应于P1点，阻抗角为α1。随着工件缺 陷以及探头距缺陷位置的不同，P1点会在阻抗平面上以一定轨迹变动。 • 涡流检测时，由于集肤效应的存在，使得表层下不同深度和缺陷对 探头阻抗的影响不同，表层下大缺陷引起的信号幅值有可能与小缺陷引 起的信号幅值相同，因此不能根据信号幅值确定缺陷的深度。但示波管 显示可解决这一问题。实验表明，涡流检测时，表面下的涡流滞后于表 面涡流一定的相位角，在无限厚的材料内，滞后的相位角与缺陷深度有 线性关系，因而利用相位分析即可判断出缺陷的深度。实际检测时情况 复杂得多，可用试样确定相位与缺陷深度的关系。图7-4是用表面探头 检测厚铝板缺陷时，相位角与缺陷深度的依赖关系。
• 因为线圈交变电流（又称一次电流）激励的磁场是交变的，那么涡 流也是交变的。同样，这个交变的涡流会在周围空间形成交变磁场并在 线圈中感应电动势。这样，线圈中的磁场就是一次电流和涡流共同感生 的合成磁场。假定一次电流的振幅不变，线圈和金属工件之间的距离也 保持不变，那么涡流和涡流磁场的强度和分布就由金属工件的材质所决 定。也就是说，合成磁场中包含了金属工件的电导率、磁导率、裂纹缺 陷等信息。因此，只要从线圈中检测出有关信息，如从电导率的差别就 能得到纯金属的杂质含量、时效铝合金的热处理状态等信息，这是利用 涡流方法检测金属或合金材质的基本原理。
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7.2 涡流检测设备
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N-线圈匝数；I-电流 S-曲面磁阻抗
感应电流的方向-楞次定律
(闭合回路内的感应电流所产生的磁场总是阻 碍引起感生电流的磁通变化) 右手定则，右手螺旋关系 影像资料-电磁感应现象
法拉第电磁感应定律
dΦ Ei dt
dΦ d( NΦ) Ei N dt dt
Ei Bl sin
4.1 缺陷检测
涡流探伤过程中需要注意的事项： a 检测频率的选择 b 电导率、磁导率的影响 c 边缘效应 d 提离效应 e 填充系数
a 检测频率的选择 检测频率：在涡流检测中，加到激励线圈的交 流电的频率。 选择原则：由被检测对象的厚度、所期望的透 入深度、要求达到的灵敏度或分辨率以及其他 目的所决定的。
标准样品(reference standard) 仪器校准或仪器标定时使用的、与技术标准要求 相对应的实际参照对比物，两类：标准试块和 对比试块。 标准试块(standard test block) 校准试块(calibration block) 按相关标准的技术条件制作，并经被认可的技术 机构认证的，用于评价检测系统性能的试样。
1）磁饱和装置 磁饱和的概念—对铁磁性材料而言，当磁场强 度继续增大时磁感应强度不再有明显的增大的 磁化状态。 磁饱和装置的作用：消除磁导率不均造成的干 扰。 2) 直流磁饱和：当增量磁导率等于1时受到交流 磁场变化的铁磁性材料的状态。 交流磁饱和：在每半个磁化周期内，受到交变磁 场作用的铁磁性材料，增量磁导率等于1的状 态。 （增量磁通密度/增量磁场强度） 磁饱和装置的分类：直流线圈和磁轭式
Im
是初相位（rad）， t 是时间（s）
1 f T
i I m cost 是电流的幅值， 是角频率（rad/s），
1 2f 2 T
阻抗及其矢量图
第二章 涡流检测技术
2.1电磁感应及涡流 电磁感应(electromagnetic induction) -当通过闭合回路中的磁通量发生变化时，回路 中产生感应电流的现象。 磁通(magnetic flux) -磁场B对任意一曲面S的通量称为曲面S的磁通 量，简称磁通，单位是Weber
K
M L1 L2
M- 尺寸、匝数、形状、媒质、磁导率有关，还 与线圈相互位置有关。 互感线圈串接 顺接(+)逆接(-)
涡流(Eddy Current)：感应电流在导体内部自成 闭合回路，成涡旋状流动，称之为涡旋电流。 涡流的大小、相位、流动形式受到试件导电性能、 尺寸、缺陷等因素影响。 涡流产生的磁场影响检测线圈的阻抗的变化。
正弦交流电
直流电 单位时间内通过某一导体横截面的电荷量， 称为电流强度（简称电流），记作，在SI中， 单位是A（安培）。假设在时间内通过导体 横截面的电荷量为，则电流为
dq I dt
q I t
正弦交流电 电势、电压、电流的大小和方向随时间按正弦 规律变化的电路称为交流电路。其中大小、方 向随时间按正弦规律交变的电流称为正弦交流 电流，简称交流电流
f=60KHz (32%IACS 18.6MS/m 54nΩ· m)
0.48mm
2.2阻抗分析法（见阻抗的变化）
线圈的阻抗
Z R jX R jL
圆柱导体的有效磁导率 (真实)磁场变化/磁导率恒定 (假设)磁场恒定/ 磁导率变化(有效磁导率) 有效磁导率(effective permeability)不是一个常量， 与激励频率、导体半径、电导率、磁导率有关。
绝对式线圈(absolute coil)(见绝对与差动线圈） 只针对线圈附近那一部分试件电磁性能，而不与 其他部位或试件电磁性能相比较的一种线圈或 线圈组件。 差动式线圈(differential coil) 比较式线圈(comparator coil) 两个或多个线圈反向串联而又不产生互感，并在 试件相邻部位之间或与对比试件之间的任何电 磁性能的差异都会使此系统产生不平衡指示的 线圈组件
特征频率(characteristic frequency) 用于表征被检物质固有电磁特性和几何尺寸的物 理量。
fg
1 2a
2
0 4 10 H/cm
9
5066 fg d 2
8713 fg d 2
对于两个不同的试件，只要各对应的频率比相同， 则有效磁导率、涡流密度及磁场强度的几何分 布均相同
自感(inductance) L-自感系数 单位：H -交变电流 感生电动势方向 dI EL L 增加 相反 dt 减小 相同 L-尺寸、匝数、形状、介质有关，与电流无关。
互感(mutual inductance) 当两个线圈的电流可以相互提供磁通时，就说明 他们之间存在相互的互感耦合，简称互感
B H 0 r H
M H
影响材料铁磁性因素的作用规律 -温度、形变以及材料的组织等 -饱和磁化强度随温度的升高而下降
对铁磁性材料的磁导率和矫顽力的影响： -纯度愈高磁导率愈大，矫顽力愈小； -晶界、亚晶界、位错愈少，磁导率愈高，矫顽 力愈小； -应力愈小，磁导率愈高，矫顽力愈小。
放置式线圈(probe coil) 放在试件表面上或试件表面附近实施涡流检测的 线圈组件 外通过式线圈(feed-through coli ,outer diameter (OD) coil) 围绕管、棒材及同类试件外实施涡流检测的线圈 组件 内穿过式线圈(bobbin coil, inner diameter (ID) coil ) 插入管材及同类试件内实施涡流检测的线圈组件
I x I0e
f x
趋肤效应 标准透入深度
频率 电导率 磁导率
1
f
m Hz H/m S/m
0 4 10-7 H/m
503 7 3.14 f 4 1 3.1410 f
m Hz S/m
1
f=50Hz
(58MS/m)
0.0093m
边缘效应(edge effect) 端部效应(end effect) 由于试件几何形状突变，造成磁场或涡流被干 扰。此效应会妨碍该区域内缺陷的检测。
第三章 涡流检测装置
涡流检测仪(eddy current testing instrument) -利用电磁感应原理检测导电物质表面及近表面 质量信息的仪器 涡流探伤仪(eddy current defect detector) -缺陷信息 涡流电导仪(eddy current conductivity meter) -利用电磁感应原理，测量非铁磁性导电材料电 导率的仪器
材料的导磁性
物质的宏观磁性 物质的微观磁性 抗磁性物质: -磁化后使磁场略减弱的材料，其相对磁导率μr略大于1 顺磁性物质 -磁化后使磁场略有增强的材料，其相对磁导率略小于1 非铁磁性材料 -基本不受磁场影响，即不能被磁化的材料，包括： 铁磁性物质 -具有磁滞和磁饱和现象，其磁导率与磁场强度有关且相 对磁导率μr远大于1
-材质、形状和尺寸经主管机关或权威机构检定 的试样，用于涡流检测装置或系统的性能测试 及灵敏度调整。（国标） 按相关标准规定的技术条件加工制作、并经被 认可的技术机构认证的用于评价检测系统性能 的试样。（讲义） -标准试样的属性 a)满足相关技术条件要求 b)得到授权的技术权威机构的书面确认和批准
圆柱体穿过式线圈阻抗的影响因素： 试件的电导率、磁导率、几何尺寸、缺陷以及试 验频率等
( D / di )
2
(do / D)
2
5066 fg r d i
5066 fg 2 r d i
Pc r r
2
提离效应(lift off effect)
涡流检测线圈与被检件之间距离改变时，其阻 抗矢量产生变化的效应。
趋肤效应(skin effect) 集肤效应(见检测频率对表面裂纹的影响） -随着检测频率的增加，电流的透入深度减小的现象。 -表面涡流密度最大，按复指数规律衰减。 透入深度(depth of penetration) 涡流密度衰减到其表面值的 时的透入深度称为标 /e 准透入深度(standard depth1of penetration) 。涡流 密度降至表面约37%时的透入深度。
电阻率愈小，电导率愈大，材料的导电性愈好
电阻率、电导率与材料导电性能的关系 影响金属导电性能的主要因素
温度：温度越高，电阻率越大，电导率越小。 杂质：杂质越高，电阻率越大，电导率越小。 应力：在弹性范围内，应力能提高金属的电阻率，降 低电导率。 形变：形变使晶体的点阵发生畸变，使电阻增加，电导率 下降。 热处理：热处理可以使金属的导电率得到恢复。
（缺陷分辨力：能区分开两个相邻缺陷的最小距离）
b 电导率、磁导率的影响 涡流标准透入深度公式 电导率和磁导率的平方根值与涡流标准透入 深 度成反比。
非铁磁性材料的相对磁导率μr =1； 铁磁性材料的相对磁导率μr是随磁化强度变化的变量， 在磁饱和状态下为定值。 c 边缘效应 在涡流检测中，由于试件几何形状突变而产生的磁场 和涡流变化，其阻抗矢量产生的变化的效应。 非屏蔽式线圈的磁场作用范围是直径的2倍
第四章 检测技术
4.1 缺陷检测 4.2 电导率测量与材质鉴别 4.3 厚度测量
涡流检测技术的主要ຫໍສະໝຸດ 点：（1）适用于所有导电材料； （2）表面及近表面缺陷的检测； （3）检测线圈形式多样； （4）材质分选（磁特性测量）； （5）电导率测量； （6）涂镀层厚度测量（非铁磁性基体上非导电 覆盖层）；
涡流测厚仪(eddy current thickness guage) -利用涡流的提离效应，测量非铁磁性导电基体 表面非导电覆盖层厚度的仪器。 线圈(coil) -在涡流检测系统中具有激励或(和)接收电磁场作 用的导线绕组 检测线圈的分类 （1）按感应方式分类(自感、互感) （2）按应用方式分类(放置式、外通过式、内穿 过式) （3）按比较方式分类(绝对、自比、它比)
感应电流的方向-楞次定律
(闭合回路内的感应电流所产生的磁场总是阻 碍引起感生电流的磁通变化) 右手定则，右手螺旋关系 影像资料-电磁感应现象
法拉第电磁感应定律
dΦ Ei dt
dΦ d( NΦ) Ei N dt dt
Ei Bl sin
4.1 缺陷检测
涡流探伤过程中需要注意的事项： a 检测频率的选择 b 电导率、磁导率的影响 c 边缘效应 d 提离效应 e 填充系数
a 检测频率的选择 检测频率：在涡流检测中，加到激励线圈的交 流电的频率。 选择原则：由被检测对象的厚度、所期望的透 入深度、要求达到的灵敏度或分辨率以及其他 目的所决定的。
标准样品(reference standard) 仪器校准或仪器标定时使用的、与技术标准要求 相对应的实际参照对比物，两类：标准试块和 对比试块。 标准试块(standard test block) 校准试块(calibration block) 按相关标准的技术条件制作，并经被认可的技术 机构认证的，用于评价检测系统性能的试样。
1）磁饱和装置 磁饱和的概念—对铁磁性材料而言，当磁场强 度继续增大时磁感应强度不再有明显的增大的 磁化状态。 磁饱和装置的作用：消除磁导率不均造成的干 扰。 2) 直流磁饱和：当增量磁导率等于1时受到交流 磁场变化的铁磁性材料的状态。 交流磁饱和：在每半个磁化周期内，受到交变磁 场作用的铁磁性材料，增量磁导率等于1的状 态。 （增量磁通密度/增量磁场强度） 磁饱和装置的分类：直流线圈和磁轭式
Im
是初相位（rad）， t 是时间（s）
1 f T
i I m cost 是电流的幅值， 是角频率（rad/s），
1 2f 2 T
阻抗及其矢量图
第二章 涡流检测技术
2.1电磁感应及涡流 电磁感应(electromagnetic induction) -当通过闭合回路中的磁通量发生变化时，回路 中产生感应电流的现象。 磁通(magnetic flux) -磁场B对任意一曲面S的通量称为曲面S的磁通 量，简称磁通，单位是Weber
K
M L1 L2
M- 尺寸、匝数、形状、媒质、磁导率有关，还 与线圈相互位置有关。 互感线圈串接 顺接(+)逆接(-)
涡流(Eddy Current)：感应电流在导体内部自成 闭合回路，成涡旋状流动，称之为涡旋电流。 涡流的大小、相位、流动形式受到试件导电性能、 尺寸、缺陷等因素影响。 涡流产生的磁场影响检测线圈的阻抗的变化。
正弦交流电
直流电 单位时间内通过某一导体横截面的电荷量， 称为电流强度（简称电流），记作，在SI中， 单位是A（安培）。假设在时间内通过导体 横截面的电荷量为，则电流为
dq I dt
q I t
正弦交流电 电势、电压、电流的大小和方向随时间按正弦 规律变化的电路称为交流电路。其中大小、方 向随时间按正弦规律交变的电流称为正弦交流 电流，简称交流电流
f=60KHz (32%IACS 18.6MS/m 54nΩ· m)
0.48mm
2.2阻抗分析法（见阻抗的变化）
线圈的阻抗
Z R jX R jL
圆柱导体的有效磁导率 (真实)磁场变化/磁导率恒定 (假设)磁场恒定/ 磁导率变化(有效磁导率) 有效磁导率(effective permeability)不是一个常量， 与激励频率、导体半径、电导率、磁导率有关。
绝对式线圈(absolute coil)(见绝对与差动线圈） 只针对线圈附近那一部分试件电磁性能，而不与 其他部位或试件电磁性能相比较的一种线圈或 线圈组件。 差动式线圈(differential coil) 比较式线圈(comparator coil) 两个或多个线圈反向串联而又不产生互感，并在 试件相邻部位之间或与对比试件之间的任何电 磁性能的差异都会使此系统产生不平衡指示的 线圈组件
特征频率(characteristic frequency) 用于表征被检物质固有电磁特性和几何尺寸的物 理量。
fg
1 2a
2
0 4 10 H/cm
9
5066 fg d 2
8713 fg d 2
对于两个不同的试件，只要各对应的频率比相同， 则有效磁导率、涡流密度及磁场强度的几何分 布均相同
自感(inductance) L-自感系数 单位：H -交变电流 感生电动势方向 dI EL L 增加 相反 dt 减小 相同 L-尺寸、匝数、形状、介质有关，与电流无关。
互感(mutual inductance) 当两个线圈的电流可以相互提供磁通时，就说明 他们之间存在相互的互感耦合，简称互感
B H 0 r H
M H
影响材料铁磁性因素的作用规律 -温度、形变以及材料的组织等 -饱和磁化强度随温度的升高而下降
对铁磁性材料的磁导率和矫顽力的影响： -纯度愈高磁导率愈大，矫顽力愈小； -晶界、亚晶界、位错愈少，磁导率愈高，矫顽 力愈小； -应力愈小，磁导率愈高，矫顽力愈小。
放置式线圈(probe coil) 放在试件表面上或试件表面附近实施涡流检测的 线圈组件 外通过式线圈(feed-through coli ,outer diameter (OD) coil) 围绕管、棒材及同类试件外实施涡流检测的线圈 组件 内穿过式线圈(bobbin coil, inner diameter (ID) coil ) 插入管材及同类试件内实施涡流检测的线圈组件
I x I0e
f x
趋肤效应 标准透入深度
频率 电导率 磁导率
1
f
m Hz H/m S/m
0 4 10-7 H/m
503 7 3.14 f 4 1 3.1410 f
m Hz S/m
1
f=50Hz
(58MS/m)
0.0093m
边缘效应(edge effect) 端部效应(end effect) 由于试件几何形状突变，造成磁场或涡流被干 扰。此效应会妨碍该区域内缺陷的检测。
第三章 涡流检测装置
涡流检测仪(eddy current testing instrument) -利用电磁感应原理检测导电物质表面及近表面 质量信息的仪器 涡流探伤仪(eddy current defect detector) -缺陷信息 涡流电导仪(eddy current conductivity meter) -利用电磁感应原理，测量非铁磁性导电材料电 导率的仪器
材料的导磁性
物质的宏观磁性 物质的微观磁性 抗磁性物质: -磁化后使磁场略减弱的材料，其相对磁导率μr略大于1 顺磁性物质 -磁化后使磁场略有增强的材料，其相对磁导率略小于1 非铁磁性材料 -基本不受磁场影响，即不能被磁化的材料，包括： 铁磁性物质 -具有磁滞和磁饱和现象，其磁导率与磁场强度有关且相 对磁导率μr远大于1
-材质、形状和尺寸经主管机关或权威机构检定 的试样，用于涡流检测装置或系统的性能测试 及灵敏度调整。（国标） 按相关标准规定的技术条件加工制作、并经被 认可的技术机构认证的用于评价检测系统性能 的试样。（讲义） -标准试样的属性 a)满足相关技术条件要求 b)得到授权的技术权威机构的书面确认和批准
圆柱体穿过式线圈阻抗的影响因素： 试件的电导率、磁导率、几何尺寸、缺陷以及试 验频率等
( D / di )
2
(do / D)
2
5066 fg r d i
5066 fg 2 r d i
Pc r r
2
提离效应(lift off effect)
涡流检测线圈与被检件之间距离改变时，其阻 抗矢量产生变化的效应。
趋肤效应(skin effect) 集肤效应(见检测频率对表面裂纹的影响） -随着检测频率的增加，电流的透入深度减小的现象。 -表面涡流密度最大，按复指数规律衰减。 透入深度(depth of penetration) 涡流密度衰减到其表面值的 时的透入深度称为标 /e 准透入深度(standard depth1of penetration) 。涡流 密度降至表面约37%时的透入深度。
电阻率愈小，电导率愈大，材料的导电性愈好
电阻率、电导率与材料导电性能的关系 影响金属导电性能的主要因素
温度：温度越高，电阻率越大，电导率越小。 杂质：杂质越高，电阻率越大，电导率越小。 应力：在弹性范围内，应力能提高金属的电阻率，降 低电导率。 形变：形变使晶体的点阵发生畸变，使电阻增加，电导率 下降。 热处理：热处理可以使金属的导电率得到恢复。
（缺陷分辨力：能区分开两个相邻缺陷的最小距离）
b 电导率、磁导率的影响 涡流标准透入深度公式 电导率和磁导率的平方根值与涡流标准透入 深 度成反比。
非铁磁性材料的相对磁导率μr =1； 铁磁性材料的相对磁导率μr是随磁化强度变化的变量， 在磁饱和状态下为定值。 c 边缘效应 在涡流检测中，由于试件几何形状突变而产生的磁场 和涡流变化，其阻抗矢量产生的变化的效应。 非屏蔽式线圈的磁场作用范围是直径的2倍
第四章 检测技术
4.1 缺陷检测 4.2 电导率测量与材质鉴别 4.3 厚度测量
涡流检测技术的主要ຫໍສະໝຸດ 点：（1）适用于所有导电材料； （2）表面及近表面缺陷的检测； （3）检测线圈形式多样； （4）材质分选（磁特性测量）； （5）电导率测量； （6）涂镀层厚度测量（非铁磁性基体上非导电 覆盖层）；
涡流测厚仪(eddy current thickness guage) -利用涡流的提离效应，测量非铁磁性导电基体 表面非导电覆盖层厚度的仪器。 线圈(coil) -在涡流检测系统中具有激励或(和)接收电磁场作 用的导线绕组 检测线圈的分类 （1）按感应方式分类(自感、互感) （2）按应用方式分类(放置式、外通过式、内穿 过式) （3）按比较方式分类(绝对、自比、它比)