无损检测——涡流检测特点及原理
涡流检测原理
涡流检测原理涡流检测是一种非接触式的无损检测方法，它利用涡流感应原理来检测材料中的缺陷和异物。
涡流检测广泛应用于航空航天、汽车制造、电力设备、石油化工等领域，成为工业生产中重要的质量控制手段。
涡流检测原理的核心是法拉第电磁感应定律。
当交变电流通过线圈时，会在线圈周围产生交变磁场，如果有导电材料靠近线圈，磁场会在导电材料中感应出涡流。
这些涡流会影响线圈中的感应电流，从而实现对材料缺陷和异物的检测。
涡流检测的原理可以简单概括为三个关键点，涡流感应、缺陷检测和信号分析。
首先，涡流感应是涡流检测的基础。
当交变电流通过线圈时，产生的交变磁场会在导电材料中感应出涡流。
这些涡流会在材料内部产生额外的磁场，从而影响线圈中的感应电流。
通过检测感应电流的变化，可以得知材料中是否存在缺陷或异物。
其次，涡流检测可以实现对材料缺陷的精准检测。
由于涡流是在导电材料中感应出来的，因此可以对导电材料中的各种缺陷进行检测，如裂纹、疲劳损伤、腐蚀、异物等。
而且，涡流检测对材料的尺寸、形状和表面状态要求不高，适用范围广泛。
最后，对涡流检测信号进行分析是保证检测准确性的关键。
涡流检测信号会受到许多因素的影响，如材料的导电性、磁导率、几何形状等。
因此，需要对信号进行精确的分析和处理，以确保对缺陷和异物的准确检测。
总的来说，涡流检测原理是一种基于电磁感应的无损检测方法，具有高灵敏度、高分辨率和快速检测的优点。
它在工业生产中起着重要作用，为保障产品质量、提高生产效率提供了有力的技术支持。
希望本文对涡流检测原理有所帮助，谢谢阅读。
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
ＣＭ１０涂镀层测厚仪
影响阻抗变化的因素
1.电导率 2.磁导率 3.提离效应
提离效应：
是针对放置式线圈而言， 是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感 应使阻抗发生变化的现象。
4.频率
5.厚度
6.探头直径
结论测量中实际存在的问题
1、不同型面曲率的影响
2、不同厚度导电层的影响
富铝界面层
基体 优势：主要相比较于声波的反射
测量工具（以CM10涂镀层测厚仪为例）
磁感应原理（Fe）：
测量钢、铁等铁磁金属基体上的非磁性 涂镀层的厚度，如油漆层、各种防腐涂 层、涂料、粉末喷涂、塑料、橡胶、合 成材料、磷化层、铬、锌、铅、铝、锡、 镉等。
涡流原理（NFe）：
测量铜、铝、不锈钢等非铁磁性基体上 的所有非导电层的厚度，如油漆层、各 种防腐涂层、涂料、粉末喷涂、塑料、 橡胶、合成材料、氧化膜、磷化膜等。
1、绝缘材料/非磁性技术材料 2、顺（逆）磁性材料/顺磁性 材料：比如奥氏体不锈钢表面 的渗氮层。 3、绝缘或顺磁性材料/铁磁 性材料。磁效应大于涡流效应
涡流检测仪工作原理： 涡流检测原理+电路处理
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，最终显示检测结果。
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。
涡流检测原理及部件
涡流原理及主要配件上海佳创精工机械有限公司一、概述1.1 涡流检测的原理涡流检测就是运用电磁感应原理，将激励信号加到探头线圈，当探头接近金属表面时，线圈周围的交变磁场在金属表面产生感应电流。
对于平板金属，感应电流的流向是以线圈同心的圆形，形似漩涡，成为涡流。
涡流的大小、相位及流动形式受到试件导电性能的影响。
涡流也会产生一个磁场，这个磁场反过来又会使检测线圈的阻抗发生变化。
因此当导体表面或近表面出现缺陷或测量的金属材料发生变化时，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及金属材料的性能是否有变化。
1.2 涡流检测技术的特点涡流检测时一种应用较为广泛的无损检测技术，它具有如下技术特点：●检测速度快，且易于实现自动化。
●表面、亚表面缺陷检出灵敏度高。
●能在高温状态下进行检测。
●抑制多种干扰因素。
涡流检测的对象必须是导电材料，且不适用于检测金属材料深层的内部缺陷，这是涡流检测在应用上的局限所在。
其次，涡流检测至今仍处于当量比较阶段，对缺陷作出准确的定性定量判断技术尚待开发研究。
1.3 涡流的探伤及材质分选涡流法可以用来测量非金属表面层的电导率，也可以用来检验与电导率数值有对应关系的性能，如化学成分和组织状态等。
因此，涡流检测可以成功地用于按牌号分选合金，检验材料热处理质量及机械性能等。
涡流探伤不仅对于导电材料表面上或近表面的裂纹、孔洞以及其它类型的缺陷，涡流实验具有良好的检测灵敏度并能提供缺陷深度的信息，还可以发现于薄的油漆层或涂层下的这些缺陷。
涡流检测仪的操作请参考《多频多通道智能数字涡流检测仪操作使用说明书》。
二、主要配置清单。
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。
涡流检测
12
（2）按电联接方式分类（P75） a.绝对式：只用一个检测线圈进行涡流检测
适用场合：材质分选、涂层测厚及材料探伤
b.差动式：两个线圈反接在一起进行工作
标准比较式 自比较式
适用场合：管（棒）材表面的局部缺陷。 优缺点比较见P77表3-3。 3.对比试样 作用：检测和鉴定涡流检测仪的性能，如灵敏度、分辨
化就可发现有无缺陷。
5
H1 I1 H2 δ
原线圈的等效阻抗Z变化：
I2
Z Z ( , , , )
被测体电阻率 被测体磁导率 激励电流的频率
线圈与导体间距离
涡流作用原理
6
3.涡流的趋肤效应
趋肤效应：当交变电流通过导体
时，分布在导体横截面上的电流密度 是不均匀的，即表层密度最大，越靠 近截面的中心电流密度越小的现象。 涡流的衰减公式：
硬度HRB
时效硬化铝合金的硬度与电导率的关系
16
（3）混料分选
如果混杂材料或零部件的电导率分布带不相互重合，就可 以利用涡流法先测出混料的电导率，再与已知牌号或状态的材 料和零部件的电导率比较，从而将混料区分开。
注意事项： 1）材料厚度的影响
进行混料分选时，材料厚度至少应为涡流渗透深度的3倍。
2）环境温度的影响
40 0
P 0.5
Fe
Si 1
铜中杂质的含量%
铜中杂质的含量与电导率的关系
15
（2）热处理状态的鉴别 原理：相同的材料经过
电导率（相对值） 1.85 1.80 1.75
1.70 1.65 1.60 1.55 1.50 84 86 88
不同的热处理后不仅硬度不
同，而且电导率也不同。
铝合金
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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。
耦合系数：表示两个线圈耦合紧密程度
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；
K M/
L1L2
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
U m Im Z Im ( R jX ) Im R j ( X L X C )
. . . .
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Байду номын сангаас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
U I Z I( R jX ) I R j ( X L X C )
.
.
.
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Z R jX R j( X L X C )
R、L、C串联电路
XL L
R:电阻 X：电抗
X C 1/ C
Z：阻抗 XL:感抗 Xc：容抗
• 原、副边的回路电压方程
U 1 (R ) I 1 jX M I 2 1 jX L 1 0 ( R2 2 jX 22 ) I 2 jX M I 1
I2 jX M I 1
.
.
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.
变压器耦合式互感电路
.
.
R22 jX 22
折合电阻、折合电抗、折合阻抗
2 2 2 R折合 X M R22 /( R22 X 22 )； 2 2 2 X 折合 X M X 22 /( R22 X 22 )
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） ？
U 1 ( R1 j L1 ) I 1 j M I 2 0 ( R2 j L2 ) I 2 ( R jX ) I 2 j M I 1
• 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 I1 )
.
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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