涡流检测原理
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
1.85 1.80 1.75 1.70 1.65 1.60 铝合金
1.55 1.50 84
86 88 90 92 94 96 98 100
硬度HRB 时效硬化铝合金的硬度与电导 率的关系
（3）混料分选
如果混杂材料或零部件的电导率的分 布带不相重合，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相比较，从而
将混料区分开。
涡流检测Ⅲ ——涡流测厚
涡流测厚
1）覆盖层厚度测量
覆盖层（涂覆层）：为满足防护、装饰等功能要求 的涂层、镀层或渗层。
常见基体与覆层材料的功能组合： a.绝缘材料/非磁性金属材料 条件：基体材料与覆层之间的电导率相差较大。 b.顺（抗）磁性材料/顺磁性材料 c.绝缘或顺磁性材料/铁磁性材料
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（1）材料成分及 杂质含量的鉴别（ 涡流电导仪） 原理：金属的电 导率值受其纯度影 响。杂质含量增加 电导率会降低。
电 导 率
Zn Pb Al0 P 0.5
铜中杂质的含量%
Fe
Si 1
铜中杂质的含量与电导率的关系
电导率（相对值）
（ 2 ）热处理状 态的鉴别 原理：相同的 材 料经过 不 同的 热 处理后 不 仅硬 度 不 同， 而 且电 导率也不同。
（4）涡流检测的对比试样
对比试样是针对被检测对象和检测要求， 按照相关标准规定的技术条件加工制作，并 经相关部门确认的用于被检测对象质量符合 性评价的试样。 利用对比试样调整检测仪器以及在检测中 利用对比试样定期检查仪器的工作正常与否， 还可以利用对比试样的人工缺陷作为调整仪 器的标准当量，以此来判断被检工件是否合 格。
涡流检测Ⅰ ——涡流探伤
第3章涡流探伤-精选(公开课件)
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3.1涡流检测简介
3.1.1 涡流检测的基本原理
当载有交变电流的检测线圈靠近导电工件 时，由于线圈磁场的作用，工件中将会感生 出涡流（其大小等参数与工件中的缺陷等有 关），而涡流产生的反作用磁场又将使检测 线圈的阻抗发生变化。因此，在工件形状尺 寸及探测距离等固定的条件下，通过测定探 测线圈阻抗的变化，可以判断被测工件有无 缺陷存在。
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3.2.2.3涡流检测线圈的 阻抗
涡流的大小影响激励线 圈的电流大小。若施加的 交变电压不变，这种影响 可等效于激励线圈的阻抗 发生了变化。
设Z0为没有试件时线圈 的等效阻抗，Zs为有试件 时反射到激励线圈上的附 加阻抗，则线圈的阻抗Z可 表示为：
R0：激励线圈的电阻； X0：激励线圈的电抗； Rs：反射电阻；
号处理器消除各种干扰信号，最后将有用的信号输
入显示器显示检测结果。
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3.3.1.1 振荡器
振荡器的作用是给电桥电路提供电源， 当作为电桥桥臂的检测线圈移动到有缺陷 的部位时，电桥输出信号，信号经放大后 输入检波器进行相位分析，再经滤波和幅 度分析后，送到显示和记录装置。
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3.3.1.2 检出电路
查表得：μeff实=0.9798，μeff虚=0.1216；
当f=1000Hz时,f/fg=10，
查表得：μeff实=0.4678，μeff虚=0.3494
对某非磁性材料进行涡流探伤时，已知ur=1，
f=2kHz，ρ=20x10-8Ω·m，请计算渗透深度值为 多少?（ρ是电阻率） 5mm
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3.1.2涡流检测的特点
3.1.2.1 用途及影响感生涡流的主要因素
涡流检测
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），
涡流检测原理
是一个近似半圆(右边)，半圆直径为k2ωL1，线圈 (xiànquān)1感抗X从ωL1单调减少到(1-k2)ωL1，而 电阻R由R1，增加到Rl+k2ωL1/2最大值后减小回到 R1
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用这样的阻抗平面来了解线圈阻抗变化要比用公 式直观得多，容易理解。
但是由于不同的线圈阻抗和不同的电流频率有不 同的半圆直径和位置，而且有时线圈阻抗的轨迹曲 线不是(bù shi)半圆，因此要进行相互比较有困难。
随着材料和工件性质的不同，对检测线圈 (xiànquān)的影响也不一样，因而，工件性质的变化 可以用检测线圈(xiànquān)阻抗特性的变化来描述。
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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(xūyào)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。
因此，用涡流法检测磁性材料工件时，应与检 测非磁性材料工件有所不同。
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特别是某些因素(例如成分、硬度、残余应力和 缺陷等)既会影响电导率，又会影响磁导率，情况 就变得比较复杂。
在低频情况下，问题更加突出(tū chū)，这是因 为低频时，磁导率的改变对涡流响应的影响通常 要比电导率变化的影响大得多。
E虚 E0
L
L0
1 eff实
E实 E0
R R0
L0
eff虚
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由于有效磁导率是频率 (pínlǜ)比的函数，只要充填系 数和频率(pínlǜ)比确定，根据 上式就可以求出归一化复数电 压(或复数阻抗)的虚部和实部， 如图
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图 中 可 见 ， 当 η=l 时 ， 其 曲 线 和有效(yǒuxiào)磁导率的曲线完 全一致，当η不同时各条曲线的 形状仍基本相同。
远场涡流检测原理
远场涡流检测原理
远场涡流检测技术是一种无损检测技术，它是在传统涡流检测的基础上发展起来的，主要应用于远距离和大面积缺陷检测。
远场涡流检测的基本思想是：当被测物体的厚度超过一定值时，只要探头在其表面附近通过，就可以感应出磁场，该磁场对被测物体具有磁感应强度的差异，这种差异的大小与缺陷的尺寸成正比。
用这种方法，可以进行小到几毫米、大到几十米深度上各种缺陷的检测。
远场涡流技术的主要特点是：它不仅能对表面缺陷进行检测，而且对内部缺陷也能进行有效地检测。
这是由于：
—— 1 —1 —。
涡流检测
4.涡流测厚
(1）覆层厚度测定
绝缘材料/非磁性金属材料：铝合金表面阳极氧化膜、涂层 顺（抗）磁性材料/顺磁性材料：顺磁性材料表面Cu、Cr、
Zn镀层、奥氏体不锈钢表面渗氮层
涡流测厚
绝缘或顺磁性材料/铁磁性材料：钢表面涂层、镀铬层
第四节 涡流检测方法
一、涡流检测一般步骤 1、检测前的准备
根据试件的性质、形状、尺寸及欲检出缺陷种类和大小选 择检测方法及设备。对小直径、大批量焊管或棒材的表面探 伤，一般选用配有穿过式自比线圈的自动探伤设备。 1）对被检工件进行预处理，除去表面污物及吸附的铁屑等； 2）确定检测方法； 3）根据相应的技术条件或标准来制备对比试样； 4）调整传送装置，使试件通过线圈时无偏心、无摆动。
检测线圈、检测电流的仪 器和被检的金属工件。
裂纹走向与涡流平行，难 于检测，须从多个方向进行 检测。
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四、涡流的趋肤效应和渗透深度
1.趋肤效应 感应出的涡流集中在靠
近激励线圈的材料表面附 近的现象。涡流密度随着 距离表面的距离增加而减 小。
2.渗透深度
趋肤效应的存在，使交变电流激励磁场的强度及感生涡流 的密度，从被检材料的表面到其内部按指数分布规律递减。 将涡流密度衰减为其表面密度的1/e时对应的深度定义为渗 透深度h：
金属的电导率值受其纯度的影响，杂质含量增加电导率就 会降低。
简单、方便、高效的优点。
2．热处理状态的鉴别
由于相同的材料经过不同的热处理后不仅硬度不同，而且 电导率也不同，因而可以用测量电导率的方法来间接评定 合金的热处理状态、硬度、强度。
3．混料分选
如果混杂材料或零部件的电导率的分布带不相互重合，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相比较，从而将混料区分开。
涡流检测原理
涡流检测原理摘要结合宝钢热札厂采用Smart SCAN涡流探伤设备对乳辊表面进行探伤的使用情况，简介美国ASKO公司生产的SmartSCAN涡流探伤设备的工作原理、主要故障和解决方法。
一、涡流检测原理1.涡流检测的原理在涡流检测中，通常用探头线圈产生激励磁场，计算通过探头线圈的正弦电流ip为：ip =Imsin(ωt) (1)式中 Im—正弦电流幅值该正弦电流所产生的磁通量φP也按正弦规律变化，令相对于Im的磁通量为φm，则正弦电流产生的磁通量φP，按下式计算：φP=φmsin(ωt) (2)将探头线圈靠近导体材料（如轧辊）时，在导体中感应出涡流，涡流磁场总是阻碍激励磁场的变化。
有导体存在时，探头线圈中的总磁通量φE为：φE=φP－φs (3)式中φE——探头线圈中的总磁通量φs——涡流的磁通量如果检测时保持φP不变，则由于材料性质引起的涡流变化，会导致线圈总磁通量φE的变化。
所以，涡流检测实质上就是对探头线圈阻抗的变化量的测量。
通过检测探头线圈阻抗的变化，就可以检验导体材料的材质和完整性。
2.探头线圈的等效电路和阻抗平面图当涡流线圈导线的电阻不能忽略时，其等效电路是一个由线圈电感和电阻串联的电路，其中电阻由线圈中导线电阻和电缆线电阻组成。
总阻抗为： Z=Ro+jωLo (4)式中Z——涡流线圈总阻抗Ro——线圈电阻ωLo——线圈电抗图1所示用直角坐标平面显示探头线圈的阻抗，横坐标表示阻抗的实数分量，即电阻分量；纵坐标表示阻抗的虚数分量，即电抗分量。
此矢量图被称为阻抗平面图，它是涡流检测中常用的重要工具。
图中阻抗矢量的端点Po称为“工作点”。
如果将探头线圈接近导体材料，由于电磁感应现象和涡流磁场的作用，使探头线圈的阻抗发生变化，阻抗矢量的端点产生移动，例如从Po移到P1。
如果导体材料有缺陷或材质差异改变了涡流的状况，则阻抗矢量的端点又会在P1点的基点上产生变化。
通过接近导体材料后探头线圈等效电路的分析，可以得到上述阻抗变化的基本规律，再通过一系列的电路来实现利用涡流检测轧辊表面缺陷的目的。
涡流检测技术
Thank you
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。
金属试件上涂、镀等膜层测量； 板材测厚； 位移、振动测量； 液面位置、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
当探头从零件的中间部位移动到零件的边缘时，仪器所发生的报警现
象，是由于边缘效应所致，一般不是裂纹信号
当探头扫描移动到局部漆层脱落处，仪器所发出的报警现象，属间隙
效应引起，一般不是裂纹信号
当探头移动到受检部位的形状，或曲率发生变化的区域时，发出的报
警现象，一般不是裂纹信号
在对非磁性材料进行涡流检测过程中，如探头移动到磁性材料附近，
涡流检测的特点
• 优点： • （1）不需耦合剂，对管、棒、线材易于实现自动化。 • （2）对导电材料表面和近表面缺陷的检测灵敏度较高。 • （3）能在高温、高速下进行检测。 • （4）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现检测。 • （5）工艺简单、操作容易、检测速度快。
涡流无损检测技术的原理与应用
涡流无损检测技术的原理与应用涡流无损检测技术是一种利用涡流感应原理进行材料表面缺陷检测的方法。
该技术广泛应用于金属材料的质量控制和缺陷检测领域。
本文将介绍涡流无损检测技术的原理和应用，以及其在不同行业的实际应用案例。
涡流无损检测的原理是基于法拉第电磁感应定律和西班牙科学家费曼尼尼发现的旋涡电流效应。
当交流电流通过导体时，会产生一个旋涡状的电流，这种电流称为涡流。
涡流会在导体内部产生磁场，进而产生一个反作用磁场，这个反作用磁场会影响交流电磁感应。
当涡流与缺陷相遇时，会改变磁场的分布，从而使得涡流感应信号发生变化。
通过测量涡流感应信号的变化，可以判断材料表面是否存在缺陷。
涡流无损检测技术具有以下优点：首先，非接触性检测，对被测材料没有损伤；其次，对于导电材料的缺陷检测效果较好，可以检测到细小和浅层缺陷；再次，检测速度快，可以实现在线检测，提高生产效率。
因此，涡流无损检测技术被广泛应用于航空航天、汽车制造、金属加工、核电站等领域。
在航空航天领域，涡流无损检测技术常用于检测飞机零件的缺陷，如飞机引擎叶片的裂纹和变形。
这些缺陷可能会导致零件在高速运行时发生断裂，从而引发灾难性后果。
通过使用涡流无损检测技术，可以及早发现并修复这些缺陷，确保飞机的安全飞行。
在汽车制造领域，涡流无损检测技术常用于检测汽车零件的质量。
例如，发动机缸套的质量对汽车性能有着重要影响。
通过使用涡流无损检测技术，可以检测发动机缸套的裂纹和孔洞等缺陷，并对有缺陷的零件进行剔除和维修，确保汽车发动机的质量和可靠性。
在金属加工领域，涡流无损检测技术常用于检测金属材料的表面缺陷。
例如，铝合金汽车车轮在制造过程中，可能会出现气孔、夹杂和裂纹等缺陷。
这些缺陷会对车轮的强度和承载能力产生不良影响。
通过使用涡流无损检测技术，可以对车轮进行高效、准确的缺陷检测，提高产品质量。
在核电站领域，涡流无损检测技术常用于检测核电站设备的缺陷。
核电站设备的安全性对核电站的正常运行至关重要。