热处理中的涡流及预多频检测技术
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。
第五章 涡流检测
第五章涡流检测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电流。
(我们在实践中会遇到一些涡流现象，如金属存在电阻，当电流流过金属导体内时会产生焦耳热。
工业上利用这种热效应制动了高频感应电炉来冶炼金属。
这种电炉的炉壁上绕有线圈，当线圈接通高频大功率电源时，炉体内随之产生很强的高频交变磁场。
在炉体放置一定数量的金属，金属中便产生强大的涡流致使金属被加热至熔化。
) 涡流检测具有以下特点：①由于检测是以电磁感应为基础的，探头线圈不需接触工件，因此检测速度快。
（对管、棒材。
每分钟可检测几十米，线材可检测几百米实）易于实现自动化检测。
②对工件表面和近表面的缺陷，有较高的检测灵敏度。
③能在高温状态下，对管、棒、线材和坏料等进行检测。
④涡流检测技术是一种多用途的检测技术，除探伤外，还能测量工件、涂层的厚度、间隙以及工件的机械和冶金性能等。
⑤能提供缺陷的信息。
⑥实验结果可与检测过程同时得到，记录可长时期保存。
由于感生涡流渗入工件的深度与频率的平方根成反比（感生涡流具有趋肤效应）。
这个深度不大，因此，涡流检测目前只能检测表面及近表面的缺陷。
另外，因为影响涡流检测的因素如导电率、磁导率、缺陷、工件形状和尺寸以及探头线圈与工件之间的距离等，要取得所希望得到的检测参数，需要较复杂的信息处理技术。
还有涡流检测对复杂表面的检测效率低。
第一节 涡流检测的物理基础一、材料的导电性(一)材料的导电率根据欧姆定律，沿一段导体流动的电流强度与其两端的电位差成正比。
即：RU I = 根据一定材料的导体，它的电阻与导体长度(L)成正比，与导体的截面积(S)成反比。
即：SL R ρ= 我们称ρ为导体的电导率单位为：(Ω·mm 2/m)或(μ·Ω·cm)(二)影响电导率的因素1．杂质含量如果在导体中掺入杂质，杂质会影响原子的排列，引起电阻率的增加。
2．温度随着导体的温度升高，导体内的原子热振动加剧，自由电子的碰撞机会增加，电阻率随之增加。
热处理过程中的无损检测技术探索
热处理过程中的无损检测技术探
索
热处理过程中的无损检测技术探索
热处理是一种常用的工艺，用于改变材料的性质和结构。
在热处理过程中，无损检测技术是一种重要的工具，用于检测材料是否存在缺陷或异常。
首先，热处理过程中最常用的无损检测技术之一是超声波检测。
超声波检测利用声波在材料中传播的原理，通过检测声波的传播速度和衰减情况来判断材料中是否存在缺陷。
在热处理过程中，超声波检测可以用于检测材料的内部结构是否发生变化，例如晶粒尺寸的改变、相变的发生等。
其次，磁粉检测也是热处理过程中常用的无损检测技术之一。
磁粉检测利用磁场的作用，通过在材料表面涂覆磁粉，并施加磁场，以检测材料表面或近表面的缺陷。
在热处理过程中，磁粉检测可以用于检测材料的表面是否存在裂纹、裂纹的深度和长度等。
另外，涡流检测也是一种常用的无损检测技术。
涡流检测利用导体中的涡流效应，通过在材料表面施加交变磁场，检测材料中的缺陷。
在热处理过程中，涡流检测可以用于检测材料中的细小裂纹、气孔等缺陷。
最后，X射线检测也是常用的无损检测技术之一。
X射线检测利用X射线的穿透能力，通过照射材料并
检测透射或散射的X射线来判断材料中的缺陷。
在热处理过程中，X射线检测可以用于检测材料的密度变化、晶体结构的改变等。
综上所述，热处理过程中的无损检测技术是一种非常重要的工具，可以用于检测材料中的缺陷和异常。
超声波检测、磁粉检测、涡流检测和X射线检测是常用的无损检测技术，它们各有优势和适用范围。
在实际应用中，可以根据具体情况选择合适的无损检测技术，以确保热处理过程的质量和安全。
涡流检测技术概述
涡流检测技术概述涡流技术由于具有的很多优点而被广泛应用。
首先，它是非接触检测，而且能穿透非导体的覆盖层，这就使得在检测时不需要做特殊的表面处理，因此缩短了检测周期，降低了成本。
同时，涡流检测的灵敏度非常高。
涡流检测按激励方式和检测原理的不同可以分为单频涡流、多频涡流、脉冲涡流、远场涡流等，下面对这些技术的发展简要的加以介绍。
传统的涡流采用单频激励的方式，主要来对表面及近表面的缺陷进行检测，根据被测材料及缺陷深度的不同，激励频率的范围从几赫兹到几兆赫兹不等，为 了得到良好的检测信号，激励线圈必须在缺陷的附近感应出最大的涡流，感应电 流的大小和激励频率、电导率、磁导率、激励线圈的尺寸和形状以及激励电流的 大小有关,通过测量阻抗或电压的变化来实现对缺陷的检测。
然而，由于其它参数也很敏感，这就影响了对缺陷的检测。
为了克服单频涡流的缺点，1970 年美国人 Libby 提出了多频涡流的技术（Multi-frequency Eddy Current, MFEC），多频涡流是同时用几个频率信号激励探头，较单频激励法可获取更多的信号，这样就可以抑制实际检测中的许多干扰因素，如热交换管管道中的支撑板、管板、凹痕、沉积物、表面锈斑和管子冷加工产生的干扰噪声，汽轮机大轴中心孔、叶片表面腐蚀坑、氧化层等引起的电磁噪声，以及探头晃动提离噪声等。
理论与实践表明，被测工件的缺陷和上述干扰因素对不同频率的激励信号各有不同的反应，可反应出不同的涡流阻抗平面。
利用这一原理，用两个（或多个）不同频率的正弦波同时激励探头，然后由两个（或多个）通道分别进行检波、放大和旋转等处理，此后，通过多个混合单元的综合运算，就可以有效的去除信号干扰，准确的获取缺陷信号。
但是，多频涡流只能提供有限的检测数据，很难以可视化的方式实现对缺陷的成像检测。
70 年代中后期，脉冲涡流技术（Pulsed Eddy Current, PEC）在世界范围内得到广泛的研究，PEC最早由密苏里大学的Waidelich在20世纪50年代初进行研究，脉冲涡流的激励电流为一个脉冲，通常为具有一定占空比的方波，施加在探头上的激励方波会感应出脉冲涡流在被测试件中传播，根据电磁感应原理，此脉冲涡流又会感应出一个快速衰减的磁场，随着感生磁场的衰减，检测线圈上就会感应出随时间变化的电压，由于脉冲包含很宽的频谱，感应的电压信号中就包含重要的深度信息。
(完整版)涡流检测技术
视在电阻
阻抗的归一化
经过归一化处理
后的电阻和电抗都 是无量纲的量，并 且都恒小于1。
归一化阻抗图的特点
• （1）它消除了原边线圈电阻和电感的影响，具有通用性。 • （2）阻抗图的曲线簇以一系列影响阻抗的因素作为参量。 • （3）阻抗图形定量地表示出各影响阻抗因素的效应大小和方向。 • （4）对于各种类型的工件和检测线圈，有各自对应的阻抗图。
进行涡流检测的步骤：（探针式涡流探伤仪为例）
I. 摸清被检零件的裂纹规律
如零件的材料组织与特性、结构形状、制造时的加工方法、装 配位置、使用时间、受力状态、可能产生或经常产生裂纹的部 位、裂纹的方向等。
II. 参考试件的准备和制作
最好采用报废的有自然缺陷（裂纹）的相同零件作为参 考试件。
也可用无自然裂纹的零件，在容易产生疲劳裂纹的部位用机械加 工法，或腐蚀法，或电火花加工人工缺陷的参考试件。
金属试件上涂、压力等的监控； 试件尺寸、形状测量等。
主要应用
• （1）能检测出材料和构件中的缺陷，例如裂纹、折叠、气孔和夹杂等。 • （2）能测量材料的电导率、磁导率、检测晶粒度、热处理状况、材料
的硬度和尺寸等。
• （3）金属材料或零件的混料分选。通过检查其成分、组织和物理性能
涡流检测的主要用途及影响感生涡流的特性的主要因素
目的 探伤
材质试验
厚度及位移 等的测量
检测因素 试件中的裂纹、腐 蚀、凹坑、夹杂、 气泡等
电导率 磁导率
提离效应、厚度效 应、充填效应等
典型应用
管、棒、线、板材等的探伤； 机制件的探伤； 飞机维护及管道系统的维护检查； 疲劳裂纹的监视。
测量金属试件的电磁参数； 金属热处理状态的鉴别； 金属材料的分选； 金属材料成分含量、杂质含量的鉴 别。
简述涡流检测技术.doc
涡流检测技术什么是无损检测？nondestructive testing，NDT，在不损伤构件性能和完整性的前提下，检测构件金属的某些物理性能和组织状态，以及查明构件金属表面和内部各种缺陷的技术。
名词解释：端部效应：在涡流检测中，由于工件的几何形状（边缘）急剧改变而引起邻边磁场和涡流干扰，将掩盖着一定范围的缺陷的检出。
这种现象称之为端部效应。
由于端部效应的存在，在钢管探伤时，当管子的端部（头和尾）进入或离开检测线圈时，对于位于靠近管子端部的缺陷，将失去灵敏度，管子端部通常存在着一段肓区。
阻抗：阻抗是用来评估电子元件特性的一个参数。
阻抗的定义是元件在既定频率下对交流电的总对抗作用。
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，回路中就会产生感应电流，这种现象叫/Dt此做电磁感应现象。
回路中产生的感应电动势Ei等于所包围面积中磁通量Φ随时间变化的负值，Ei=Dr负值表明闭合回路中感应电流所产生的磁场总是阻碍产生感应电流的磁通的变化，这个方程称为法拉第电磁感应定律。
自感应：当线圈中通以交变电流I时，其所产生的交变磁通量也将在本线圈中产生感应电动势，此现象称=L*Di/Dt(L为自感电动势。
为自感现象，产生的感应电动势称为自感电动势EL互感应：当两个线圈相互靠近，线圈中分别流过交变电流I1和I2的情况下，由线圈1中电流I1所引起的变化的磁场通过线圈2时会在线圈2中产生感应电动势；同样，线圈2中电流I2所引起的变化的磁场通过线圈1时会在线圈1中产生感应电动势，这种两载流线圈相互激起感应电动势的现象称为互感现象.增益：是无线组成部件中电压或功率的增加。
是表征涡流探伤灵敏度的参数之一。
耦合：耦合就是指两个或两个以上的实体相互依赖于对方的一个量度。
磁力线：在磁场中画一些曲线，用（虚线或实线表示）使曲线上任何一点的切线方向都跟这一点的磁场方向相同（且磁感线互不交叉），这些曲线叫磁感线。
磁感线是闭合曲线。
涡流检测技术
涡流密度衰减为其表面密度的 1/e (36.8％) 时对应的深度 渗透深度随被检材料的电导率、磁导率及激励频率的增大而减小。
涡流探伤能够达到的极限深度：
涡流密度仅约为其表面密度的5％时的深度 － 3δ。
3.2.2.2 趋肤效应和渗透深度
Depth Depth
Eddy Current Density
3.4 涡流检测方法
3.4.1 涡流检测一般操作步骤 3.4.2 涡流检测的频率选择 3.4.3 涡流检测信号分析 3.4.4 提离效应及其抑制
3.4.2 涡流检测的频率选择
被检工件材料
非磁性材料：高频，数千赫兹 磁性材料：较低的频率
透入深度要求：频率越低透入深度越大 灵敏度要求(分辨力)：频率低灵敏度减小
3.2 涡流检测基础知识
3.2.1 与涡流检测相关的电学 和磁学基本知识
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。
while conducting an inspection, signals generated from the test specimen must be compared with known values.
• Reference standards are typically manufactured from the
抑止方法：
多项式拟合法 数字滤波 多频测量 模具支架固定探头
3.5 涡流检测诊断常用标准
1 钛及钛合金管材的涡流检验：GB／T12969.2—1991
涡流检测技术应用
涡流检测技术应用
1 检测线圈 涡流检测设备-检测线圈
(1) 检测线圈分类
穿过式线圈 内通过式线圈 探头式线圈 检测线圈与被检工件的相对位置
涡流检测技术应用
涡流检测设备-检测线圈
(2) 检测线圈的使用方式 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。
涡流检测技术应用
焊缝涡流检测
涡流检测技术应用
焊缝的脉冲激励涡流检测
涡流检测技术应用
阵列涡流
涡流检测技术应用
涡流检测技术应用
涡流检测技术应用
图 线圈等效电路与阻抗向量 （a)电感电阻串联电路（b）电压向量 （c）阻抗向量
涡流检测技术应用
图 线圈等效电路与阻抗向量 （a)电感电阻串联电路（b）电压向量 （c）阻抗向量
a）绝对式 b）标准比较式 c）自比较式 1－参考线圈 2－检测线圈 3－管材 4－棒材
涡流检测技术应用
1、绝对式 只用一个检测线圈进行涡流检测的方式。 仅针对被检测 对象某一位置的电磁特性直接进行检测的线圈， 而不与被检 对象的其他部位或对比试样某一部位的电磁特性进行比较检 测。先对标准试样调零后，再对被检工件进行检测。以这种 方式工作的线圈可用于材质分选和涂层测厚，也可用于材料 探伤。
涡流检测技术应用
3.4 涡流检测的应用
1 涡流探伤
(1) 金属管材探伤 特点：高速、自动化、批量
检测管材的穿过式线圈
1-V型滚轮 2-磁饱和线圈 3管材 4-激励线圈 5-测量线圈
涡流检测技术应用
检测管材的探头式线圈 在线检测
如果管材直径过大，使得缺陷面积在整个被检面积中占的 比例很小时，检测的灵敏度也会显著降低。检测管材的周向裂 纹或当管材的直径超过75 mm时，宜采用小尺寸的探头式线圈以 探测管材上的短小缺陷。探头数量的多少取决于管径的大小。 探头式线圈的优点是提高了检测灵敏度，但其探伤的效率要比 穿过式线圈低。
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热处理中的涡流及预多频检测技术
在大型汽车公司的大型热处理淬火车间中，传动系统用的齿轮零件连续进
行表面渗碳淬火，产量非常大。
在此之前，需要通过随机抽样，将零件切开、
抛光后在金相显微镜下检查淬硬层深度。
在通常条件下，每一个班次要抽取4 次，进行每次11 件的破坏性检测，因此每天总计要破坏零件132 件。
这种方法存在以下问题： 1.在热处理过程不好或失败的情况下，为了保证没有不合格
产品出库，需要增加进行破坏性检测的齿轮零件数量； 2.检测结果非实时，至
少需要等30min； 3.只有切开的零件才能100%确认是否合格； 4.检测的前提是假设同一批次工件的性能一致； 5.由于进行破坏性检测，因此解决问题的成
本高。
由以上问题可知，我们需要一种无损检测程序来提高硬度及淬硬层深
度检测的效率，而且这种方法仅需破坏非常少的零件。
用户应用了一种采用“PMFT（预防性多频技术）”的涡流检测系统。
安装了第一套齿轮零件检测系统后，用户又安装了两套系统，其中一套用于齿轮，另一套用于轴类检测。
无
损检测方法的经济性计算由文中表可看出，成本计算基于采用德国IBG 公司EDDYLINER P 涡流系统之后节省的金相检测劳动力成本、破坏性检测工件成本以及切割锯条的成本。
其他重要因素（如节省的耗材、延误的检测结果以及
增加的对可疑批次进行破坏性检测的成本）没有计算成本，仅作主观考虑。
无损检测系统的技术基础该无损检测系统的技术基础是IBG 公司发明的快速
多频涡流检测方法，一般称为“预防性多频检测”，简称为“PMFT”。
该系统的
优点如下：1.由于采用PMFT 预多频方法，系统非常可靠； 2.检测灵敏度高；
3.重复性好，标定件的测量值（如电压向量值等）可以进行长期保存；
4.检测设置简单，工厂的工人经过短期培训即可操作；
5.维护简单；
6.每个工件检测时间仅数秒钟，速度很快；
7.可为检测过的工件及标定工件建立文档；
8.当。