渦流檢測(cè)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流課件

遠(yuǎn)場(chǎng)渦流遠(yuǎn)場(chǎng)渦流遠(yuǎn)場(chǎng)渦流遠(yuǎn)場(chǎng)渦流(Remotefieldeddycurrent,RFEC)技術(shù)最早發(fā)表于1951年美國(guó)W.R.Maclean的一篇專利報(bào)告中；

20世紀(jì)50年代末60年代初,殼牌公司的T.R.Schmidt教授研制成功第一個(gè)在役遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)系統(tǒng)，用于直徑178～203mm、壁厚9.5～12.7mm的油井套管檢測(cè)。遠(yuǎn)場(chǎng)渦流遠(yuǎn)場(chǎng)渦流(Remotefieldeddycur渦流檢測(cè)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流課件遠(yuǎn)場(chǎng)渦流80年代，遠(yuǎn)場(chǎng)渦流在若干發(fā)達(dá)國(guó)家引起重視，美、加、英、日等國(guó)都投入大量人力物力進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)。與此同時(shí)，有限元法和計(jì)算機(jī)數(shù)值分析技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步推動(dòng)了遠(yuǎn)場(chǎng)渦流機(jī)理的研究。

遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，并且廣泛的應(yīng)用于電力、石化和特種設(shè)備等行業(yè)。遠(yuǎn)場(chǎng)渦流80年代，遠(yuǎn)場(chǎng)渦流在若干發(fā)達(dá)國(guó)家引起重視，美、加、英標(biāo)準(zhǔn)件穿孔、凹陷等缺陷現(xiàn)場(chǎng)利用遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)熱交換管進(jìn)行檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)件穿孔、凹陷等缺陷現(xiàn)場(chǎng)利用遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)熱交換管進(jìn)行遠(yuǎn)場(chǎng)渦流的基本原理遠(yuǎn)場(chǎng)渦流的基本原理圖遠(yuǎn)場(chǎng)渦流的基本原理遠(yuǎn)場(chǎng)渦流的基本原理圖遠(yuǎn)場(chǎng)渦流的基本原理遠(yuǎn)場(chǎng)渦流一種特殊的電磁現(xiàn)象：在管道中與管道同軸放置通以低頻交流電的激勵(lì)線圈，它所產(chǎn)生的磁場(chǎng)能量在管道傳播時(shí)有兩個(gè)不同的耦合路徑：1.直接能量耦合路徑：管道內(nèi)沿著中心軸傳播的直接耦合能量通道，并且隨著距離激勵(lì)線圈距離的增加呈現(xiàn)指數(shù)式的衰減；2.間接能量耦合路徑：是存在能量的兩次穿過(guò)管壁的非直接禍合路徑，它源于激勵(lì)線圈附近區(qū)域管壁中感應(yīng)的周向渦流，此周向渦流迅速擴(kuò)散到管外壁，同時(shí)幅值衰減、相位滯后，而到達(dá)管外壁的電磁場(chǎng)又向管外擴(kuò)散由于管外場(chǎng)強(qiáng)的衰減較管內(nèi)直接禍合區(qū)衰減速度慢得多，因此管外場(chǎng)又在管外壁感應(yīng)產(chǎn)生渦流，穿過(guò)管壁向管內(nèi)擴(kuò)散，再次產(chǎn)生幅值衰減與相位滯后，這也就是遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)檢測(cè)到的信號(hào)又會(huì)在管壁中激發(fā)出渦流，穿越管壁到達(dá)檢測(cè)線圈，稱為間接耦合能量路徑。遠(yuǎn)場(chǎng)渦流的基本原理遠(yuǎn)場(chǎng)渦流一種特殊的電磁現(xiàn)象：在管道中與管道

檢測(cè)線圈中感應(yīng)電勢(shì)值以及該電勢(shì)與激勵(lì)電壓之間相位差隨兩線圈之間距離（以管的內(nèi)徑的倍數(shù)表示）變化曲線，稱之為信號(hào)一距離特性曲線檢測(cè)線圈中感應(yīng)電勢(shì)值以及該電勢(shì)與激勵(lì)電信號(hào)－距離特性曲線當(dāng)檢測(cè)線圈到激勵(lì)線圈的距離<l.8D區(qū)域，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是隨著距離的增大而銳減，這是因?yàn)闄z測(cè)線圈與激勵(lì)線圈直接耦合劇減所致，符合一般的渦流檢測(cè)理論，稱其為近場(chǎng)區(qū)或直接耦合區(qū)。當(dāng)檢測(cè)線圈到激勵(lì)線圈的距離增大到3D以外，幅值與相位均以較小的速率下降，且管內(nèi)外相同，其相位滯后大致正比于穿過(guò)的管壁厚，這個(gè)區(qū)域稱為遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)，對(duì)于這個(gè)區(qū)域的規(guī)律，傳統(tǒng)的渦流概念已無(wú)法解釋，稱之為遠(yuǎn)場(chǎng)渦流效應(yīng)。信號(hào)－距離特性曲線當(dāng)檢測(cè)線圈到激勵(lì)線圈的距離<l.8D區(qū)域遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的相位滯后

遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的相位滯后可以近似用一維集膚效應(yīng)公式來(lái)計(jì)算:

式中，為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位滯后，h為管壁厚，f為激勵(lì)頻率，為管壁材料的磁導(dǎo)率，為管壁材料的電導(dǎo)率。很明顯，只要測(cè)出激勵(lì)信號(hào)和檢測(cè)信號(hào)的相位差，從上面的公式中就可以計(jì)算出管壁厚，進(jìn)而可以得缺陷的深度信息(裂紋和管壁減薄都可以看做是)。正是利用遠(yuǎn)場(chǎng)渦流信號(hào)在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的檢測(cè)信號(hào)與激勵(lì)信號(hào)的相位差與管壁的厚度成正比這一顯著特點(diǎn)可以檢測(cè)管壁的厚度，進(jìn)而可探知管壁的腐蝕，缺陷等信息。10遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的相位滯后遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的相位滯后可以近似用一維集膚遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的相位滯后

遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的相位滯后可以近似用一維集膚效應(yīng)公式來(lái)計(jì)算:

式中，為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位滯后，h為管壁厚，f為激勵(lì)頻率，σ為管壁材料的磁導(dǎo)率，為管壁材料的電導(dǎo)率。很明顯，只要測(cè)出激勵(lì)信號(hào)和檢測(cè)信號(hào)的相位差，從上面的公式中就可以計(jì)算出管壁厚，進(jìn)而可以得缺陷的深度信息(裂紋和管壁減薄都可以看做是)。正是利用遠(yuǎn)場(chǎng)渦流信號(hào)在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的檢測(cè)信號(hào)與激勵(lì)信號(hào)的相位差與管壁的厚度成正比這一顯著特點(diǎn)可以檢測(cè)管壁的厚度，進(jìn)而可探知管壁的腐蝕，缺陷等信息。遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的相位滯后遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的相位滯后可以近似用一維集膚遠(yuǎn)場(chǎng)渦流的磁力線分布遠(yuǎn)場(chǎng)渦流的對(duì)數(shù)磁力線分布磁力線的疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，由圖可以看出，由磁力線分布看出基本的磁場(chǎng)強(qiáng)弱分布：管道內(nèi)部近場(chǎng)區(qū)的磁場(chǎng)最強(qiáng)，其次是管道外面的空氣，管道內(nèi)部的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)磁場(chǎng)最弱。對(duì)數(shù)磁力線之間的間隔及其發(fā)散程度不再表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，而表示磁場(chǎng)變化速度的大小，等距排列的對(duì)數(shù)磁力線表示磁場(chǎng)在磁力線方向無(wú)變化，在與磁力線垂直的方向成指數(shù)變化。由對(duì)數(shù)磁力線圖可以看出各個(gè)區(qū)域的磁場(chǎng)方向，管道壁和管道內(nèi)的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的磁場(chǎng)基本上是軸線方向。由對(duì)數(shù)磁力線圖還可以看出磁場(chǎng)的變化速率，圖中在不同區(qū)域有不同間距基本等距排列的對(duì)數(shù)磁力線，表示在這些區(qū)域磁場(chǎng)沿磁力線垂直的方向成不同速率的指數(shù)變化。其中管道壁中的磁力線最密，表示磁場(chǎng)在管道的徑向衰減最快，其次是近場(chǎng)區(qū)的軸線方向，衰減最慢的是管道外面的空氣中。在這些區(qū)的磁力線方向，磁場(chǎng)變化更加緩慢。遠(yuǎn)場(chǎng)渦流的磁力線分布遠(yuǎn)場(chǎng)渦流的對(duì)數(shù)磁力線分布磁力線的疏密表示遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)系統(tǒng)框圖遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)系統(tǒng)框圖

檢測(cè)信號(hào)有兩個(gè)特征量:幅值和相位對(duì)檢測(cè)信號(hào)的顯示常用的有兩種方式：1.分別將幅值和相位進(jìn)行波形顯示。2.在復(fù)平面下以阻抗圖的形式顯示。通過(guò)幅值和相位的變化就可以判斷缺陷的相關(guān)情況幅值和相位的直接顯示阻抗圖形式幅值和相位圖的局部放大檢測(cè)信號(hào)有兩個(gè)特征量:幅值和相位通過(guò)幅值和相位的變遠(yuǎn)場(chǎng)渦流與常用檢測(cè)方法的比較遠(yuǎn)場(chǎng)渦流與常用檢測(cè)方法的比較未來(lái)研發(fā)與設(shè)計(jì)方向接收線圈信號(hào)幅值太低,通常為微伏或數(shù)十微伏數(shù)量級(jí),信號(hào)的分辨和處理很困難。如何利用三維渦流場(chǎng)有限元法分析遠(yuǎn)場(chǎng)渦流現(xiàn)象和設(shè)計(jì)制造高靈敏度、高抗干擾能力、高信噪比的新型遠(yuǎn)場(chǎng)渦流探頭,及研制造價(jià)不太昂貴的遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)系統(tǒng),是遠(yuǎn)場(chǎng)渦流技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際的最重要的研究課題。探頭是遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分,D.L.Atherton和T.R.Schmidt等人提出,使用飽和磁技術(shù),可以提高掃描速度和工作頻率，應(yīng)用平衡技可以抑制或消除某些噪聲因素對(duì)缺陷信號(hào)的干此外需要從探頭的結(jié)構(gòu)及其它途徑分析探頭的缺損響應(yīng)特性,如利用多頻激勵(lì)的方法來(lái)解決,但多頻渦流是否具有常規(guī)渦流檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn),可行性如何,需要進(jìn)一步研究。接收線圈只能反映圓周缺損變化的平均,一般多用于直徑較小的管子。對(duì)于直徑較大的管子,由于管內(nèi)空間大,必須設(shè)置三維探頭,采用圓周分布的一組接收線圈,直接敏感三維缺損,才能改善缺損特征的表達(dá)效果。遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)管內(nèi)壁和管外壁缺陷具有相同的靈敏度,但缺陷的位置是在內(nèi)壁還是在外壁,目前的技術(shù)尚無(wú)法回答。如何在管道檢測(cè)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,也是目前遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)研究的一項(xiàng)迫切任務(wù)。將遠(yuǎn)場(chǎng)渦流應(yīng)用到管道以外的其他類型的工件，如平板類的工件等。將遠(yuǎn)場(chǎng)渦流和其他無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的集成。未來(lái)研發(fā)與設(shè)計(jì)方向接收線圈信號(hào)幅值太低,通常為微伏或數(shù)十微伏遠(yuǎn)場(chǎng)渦流遠(yuǎn)場(chǎng)渦流遠(yuǎn)場(chǎng)渦流遠(yuǎn)場(chǎng)渦流(Remotefieldeddycurrent,RFEC)技術(shù)最早發(fā)表于1951年美國(guó)W.R.Maclean的一篇專利報(bào)告中；

20世紀(jì)50年代末60年代初,殼牌公司的T.R.Schmidt教授研制成功第一個(gè)在役遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)系統(tǒng)，用于直徑178～203mm、壁厚9.5～12.7mm的油井套管檢測(cè)。遠(yuǎn)場(chǎng)渦流遠(yuǎn)場(chǎng)渦流(Remotefieldeddycur渦流檢測(cè)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流課件遠(yuǎn)場(chǎng)渦流80年代，遠(yuǎn)場(chǎng)渦流在若干發(fā)達(dá)國(guó)家引起重視，美、加、英、日等國(guó)都投入大量人力物力進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)。與此同時(shí)，有限元法和計(jì)算機(jī)數(shù)值分析技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步推動(dòng)了遠(yuǎn)場(chǎng)渦流機(jī)理的研究。

遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，并且廣泛的應(yīng)用于電力、石化和特種設(shè)備等行業(yè)。遠(yuǎn)場(chǎng)渦流80年代，遠(yuǎn)場(chǎng)渦流在若干發(fā)達(dá)國(guó)家引起重視，美、加、英標(biāo)準(zhǔn)件穿孔、凹陷等缺陷現(xiàn)場(chǎng)利用遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)熱交換管進(jìn)行檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)件穿孔、凹陷等缺陷現(xiàn)場(chǎng)利用遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)熱交換管進(jìn)行遠(yuǎn)場(chǎng)渦流的基本原理遠(yuǎn)場(chǎng)渦流的基本原理圖遠(yuǎn)場(chǎng)渦流的基本原理遠(yuǎn)場(chǎng)渦流的基本原理圖遠(yuǎn)場(chǎng)渦流的基本原理遠(yuǎn)場(chǎng)渦流一種特殊的電磁現(xiàn)象：在管道中與管道同軸放置通以低頻交流電的激勵(lì)線圈，它所產(chǎn)生的磁場(chǎng)能量在管道傳播時(shí)有兩個(gè)不同的耦合路徑：1.直接能量耦合路徑：管道內(nèi)沿著中心軸傳播的直接耦合能量通道，并且隨著距離激勵(lì)線圈距離的增加呈現(xiàn)指數(shù)式的衰減；2.間接能量耦合路徑：是存在能量的兩次穿過(guò)管壁的非直接禍合路徑，它源于激勵(lì)線圈附近區(qū)域管壁中感應(yīng)的周向渦流，此周向渦流迅速擴(kuò)散到管外壁，同時(shí)幅值衰減、相位滯后，而到達(dá)管外壁的電磁場(chǎng)又向管外擴(kuò)散由于管外場(chǎng)強(qiáng)的衰減較管內(nèi)直接禍合區(qū)衰減速度慢得多，因此管外場(chǎng)又在管外壁感應(yīng)產(chǎn)生渦流，穿過(guò)管壁向管內(nèi)擴(kuò)散，再次產(chǎn)生幅值衰減與相位滯后，這也就是遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)檢測(cè)到的信號(hào)又會(huì)在管壁中激發(fā)出渦流，穿越管壁到達(dá)檢測(cè)線圈，稱為間接耦合能量路徑。遠(yuǎn)場(chǎng)渦流的基本原理遠(yuǎn)場(chǎng)渦流一種特殊的電磁現(xiàn)象：在管道中與管道

檢測(cè)線圈中感應(yīng)電勢(shì)值以及該電勢(shì)與激勵(lì)電壓之間相位差隨兩線圈之間距離（以管的內(nèi)徑的倍數(shù)表示）變化曲線，稱之為信號(hào)一距離特性曲線檢測(cè)線圈中感應(yīng)電勢(shì)值以及該電勢(shì)與激勵(lì)電信號(hào)－距離特性曲線當(dāng)檢測(cè)線圈到激勵(lì)線圈的距離<l.8D區(qū)域，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是隨著距離的增大而銳減，這是因?yàn)闄z測(cè)線圈與激勵(lì)線圈直接耦合劇減所致，符合一般的渦流檢測(cè)理論，稱其為近場(chǎng)區(qū)或直接耦合區(qū)。當(dāng)檢測(cè)線圈到激勵(lì)線圈的距離增大到3D以外，幅值與相位均以較小的速率下降，且管內(nèi)外相同，其相位滯后大致正比于穿過(guò)的管壁厚，這個(gè)區(qū)域稱為遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)，對(duì)于這個(gè)區(qū)域的規(guī)律，傳統(tǒng)的渦流概念已無(wú)法解釋，稱之為遠(yuǎn)場(chǎng)渦流效應(yīng)。信號(hào)－距離特性曲線當(dāng)檢測(cè)線圈到激勵(lì)線圈的距離<l.8D區(qū)域遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的相位滯后

遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的相位滯后可以近似用一維集膚效應(yīng)公式來(lái)計(jì)算:

式中，為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位滯后，h為管壁厚，f為激勵(lì)頻率，為管壁材料的磁導(dǎo)率，為管壁材料的電導(dǎo)率。很明顯，只要測(cè)出激勵(lì)信號(hào)和檢測(cè)信號(hào)的相位差，從上面的公式中就可以計(jì)算出管壁厚，進(jìn)而可以得缺陷的深度信息(裂紋和管壁減薄都可以看做是)。正是利用遠(yuǎn)場(chǎng)渦流信號(hào)在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的檢測(cè)信號(hào)與激勵(lì)信號(hào)的相位差與管壁的厚度成正比這一顯著特點(diǎn)可以檢測(cè)管壁的厚度，進(jìn)而可探知管壁的腐蝕，缺陷等信息。26遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的相位滯后遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的相位滯后可以近似用一維集膚遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的相位滯后

遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的相位滯后可以近似用一維集膚效應(yīng)公式來(lái)計(jì)算:

式中，為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位滯后，h為管壁厚，f為激勵(lì)頻率，σ為管壁材料的磁導(dǎo)率，為管壁材料的電導(dǎo)率。很明顯，只要測(cè)出激勵(lì)信號(hào)和檢測(cè)信號(hào)的相位差，從上面的公式中就可以計(jì)算出管壁厚，進(jìn)而可以得缺陷的深度信息(裂紋和管壁減薄都可以看做是)。正是利用遠(yuǎn)場(chǎng)渦流信號(hào)在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的檢測(cè)信號(hào)與激勵(lì)信號(hào)的相位差與管壁的厚度成正比這一顯著特點(diǎn)可以檢測(cè)管壁的厚度，進(jìn)而可探知管壁的腐蝕，缺陷等信息。遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的相位滯后遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的相位滯后可以近似用一維集膚遠(yuǎn)場(chǎng)渦流的磁力線分布遠(yuǎn)場(chǎng)渦流的對(duì)數(shù)磁力線分布磁力線的疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，由圖可以看出，由磁力線分布看出基本的磁場(chǎng)強(qiáng)弱分布：管道內(nèi)部近場(chǎng)區(qū)的磁場(chǎng)最強(qiáng)，其次是管道外面的空氣，管道內(nèi)部的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)磁場(chǎng)最弱。對(duì)數(shù)磁力線之間的間隔及其發(fā)散程度不再表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，而表示磁場(chǎng)變化速度的大小，等距排列的對(duì)數(shù)磁力線表示磁場(chǎng)在磁力線方向無(wú)變化，在與磁力線垂直的方向成指數(shù)變化。由對(duì)數(shù)磁力線圖可以看出各個(gè)區(qū)域的磁場(chǎng)方向，管道壁和管道內(nèi)的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的磁場(chǎng)基本上是軸線方向。由對(duì)數(shù)磁力線圖還可以看出磁場(chǎng)的變化速率，圖中在不同區(qū)域有不同間距基本等距排列的對(duì)數(shù)磁力線，表示在這些區(qū)域磁場(chǎng)沿磁力線垂直的方向成不同速率的指數(shù)變化。其中管道壁中的磁力線最密，表示磁場(chǎng)在管道的徑向衰減最快，其次是近場(chǎng)區(qū)的軸線方向，衰減最慢的是管道外面的空氣中。在這些區(qū)的磁力線方向，磁場(chǎng)變化更加緩慢。遠(yuǎn)場(chǎng)渦流的磁力線分布遠(yuǎn)場(chǎng)渦流的對(duì)數(shù)磁力線分布磁力線的疏密表示遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)系統(tǒng)框圖遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)系統(tǒng)框圖

檢測(cè)信號(hào)有兩個(gè)特征量:幅值和相位對(duì)檢測(cè)信號(hào)的顯示常用的有兩種方式：1.分別將幅值和相位進(jìn)行波形顯示。2.在復(fù)平面下以阻抗圖的形式顯示。通過(guò)幅值和相位的變化就可以判斷缺陷的相關(guān)情況幅值和相位的直接顯示阻抗圖形式幅值和相位圖的局部放大檢測(cè)信號(hào)有兩個(gè)特征量:幅值和相位通過(guò)幅值和相位的變遠(yuǎn)場(chǎng)渦流與常用檢測(cè)方法的比較遠(yuǎn)場(chǎng)渦流與常用檢測(cè)方法的比較未來(lái)研發(fā)與設(shè)計(jì)方