渦流探傷課件

1第3章渦流檢測技術(shù)

利用電磁感應(yīng)原理，通過測定被檢工件內(nèi)感生渦流的變化來無損地評定導(dǎo)電材料及其工件的某些性能，或發(fā)現(xiàn)缺陷的無損檢測方法。給線圈通以變化的交流電,根據(jù)電磁感應(yīng)原理，穿過金屬塊中若干個同心圓截面的磁通量將發(fā)生變化，因而會在金屬塊內(nèi)感應(yīng)出交流電。由于這種電流的回路在金屬塊內(nèi)呈旋渦狀，故稱為渦流。渦流是根據(jù)電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生的，所以渦流是交變的。同樣，交變的渦流會在周圍空間形成交變磁場。23.1渦流檢測簡介3.1.1渦流檢測的基本原理當(dāng)載有交變電流的檢測線圈靠近導(dǎo)電工件時，由于線圈磁場的作用，工件中將會感生出渦流（其大小等參數(shù)與工件中的缺陷等有關(guān)），而渦流產(chǎn)生的反作用磁場又將使檢測線圈的阻抗發(fā)生變化。因此，在工件形狀尺寸及探測距離等固定的條件下，通過測定探測線圈阻抗的變化，可以判斷被測工件有無缺陷存在。33.1.2渦流檢測的特點3.1.2.1用途及影響感生渦流的主要因素1.探傷：缺陷形狀、尺寸和位置2.材質(zhì)分選：電導(dǎo)率3.測厚：檢測距離和薄板厚度4.尺寸檢測：工件的尺寸和形狀5.物理量測量（徑向振幅、軸向位移及運動軌跡的測量）：工件與檢測線圈間的距離53.1.3發(fā)展過程1879年，英國人休斯對合金進行了判斷實驗；發(fā)展緩慢，直到20世紀(jì)50年代，德國的福斯特等人提出了利用阻抗分析方法來鑒別渦流實驗中各個影像因素的新見解，渦流檢測技術(shù)得到了實質(zhì)性的突破；渦流儀器的發(fā)展：模擬類機器－數(shù)字式儀器－智能儀器當(dāng)前渦流檢測技術(shù)主要研究熱點：多頻渦流檢測技術(shù)；遠場渦流檢測技術(shù)；深層渦流技術(shù)；磁光/渦流成像技術(shù)。63.2渦流檢測基礎(chǔ)知識3.2.1電磁感應(yīng)現(xiàn)象1.電磁感應(yīng)磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感生電流。2.自感應(yīng)交變電流產(chǎn)生交變磁通量，產(chǎn)生自感電動勢。3.互感應(yīng)兩個相互靠近的線圈，其中的一個電流發(fā)生變化，都會引起另一個線圈內(nèi)磁通量的變化，從而在另一個線圈中產(chǎn)生感生電動勢的現(xiàn)象。73.2.2渦流檢測3.2.2.1渦流檢測的組成檢測線圈、檢測電流的儀器和被檢的金屬工件。裂紋走向與渦流平行，難于檢測，須從多個方向進行檢測。93.2.2.3渦流檢測線圈的阻抗渦流的大小影響激勵線圈的電流大小。若施加的交變電壓不變，這種影響可等效于激勵線圈的阻抗發(fā)生了變化。設(shè)Z0為沒有試件時線圈的等效阻抗，Zs為有試件時反射到激勵線圈上的附加阻抗，則線圈的阻抗Z可表示為：R0：激勵線圈的電阻；X0：激勵線圈的電抗；Rs：反射電阻；Xs：反射電抗。101.空間中某點的磁場不再是由一次電流產(chǎn)生的磁場，而是一次電流磁場和渦流磁場迭加而形成的合成磁場。2.渦流的大小影響著激勵線圈中的電流。3.渦流的大小和分布決定于激勵線圈的形狀和尺寸、交流電頻率、金屬塊的導(dǎo)電率、磁導(dǎo)率、金屬塊與線圈的距離、金屬塊表層的缺陷等。因此，檢測線圈中的電流（或阻抗）變化，就可以取得關(guān)于試件材質(zhì)的情況、有無缺陷及其形狀尺寸的變化等信息。113.2.2.4渦流檢測相似定律

1渦流檢測界限頻率在有效磁導(dǎo)率的數(shù)學(xué)表達式中，貝塞爾函數(shù)的變量（-j

Kr）1/2的模為1時的頻率，稱為界限頻率，也稱特征頻率或固有頻率，用符號fg表示。界限頻率fg的物理意義是：對和工件緊密耦合的工作線圈，當(dāng)撤去外加能量時，線圈與工件的組合系統(tǒng)依靠本身貯存的電磁能量而發(fā)生電振蕩的頻率。當(dāng)外加交變能量的頻率與固有頻率相同時，系統(tǒng)自身消耗能量最少。

如，一根d=10cm、σ=35s/μm的鋁棒（fg=1.45Hz）在f=145Hz的試驗頻率下所顯示的有效磁導(dǎo)率、場強分布及渦流密度分布，與一根直徑d=0.01cm，σ=10s/μm的鐵絲（fg=50660Hz），在f=5.07Mhz的試驗頻率下所顯示的結(jié)果完全相同。根據(jù)相似定律，可進行對比試驗，以此判定缺陷的深度和大小。143.3渦流檢測儀器及設(shè)備3.3.1渦流檢測儀按檢測目的不同，渦流檢測儀可分為：導(dǎo)電儀、測厚儀和探傷儀等幾種。它們的電路型式不同，但為了將試件中的待測因素通過檢測線圈的阻抗變化反映出來，它們需要完成一些相同任務(wù)：1）產(chǎn)生激勵信號；2）檢測渦流信息；3）鑒別影響因素；4）指示檢測結(jié)果。因此，組成大致相同，由振蕩器、探頭（檢測線圈及其裝配件）、信號輸出電路、放大器、信號處理器、顯示器、電源等幾部分組成。15振蕩器產(chǎn)生各種頻率的振蕩電流通過檢測線圈，線圈產(chǎn)生交變磁場并在工件中感生渦流。當(dāng)試件存在缺陷或物性變化時，線圈電壓發(fā)生變化，通過信號檢出電路將線圈電壓變化量輸入放大器放大，經(jīng)信號處理器消除各種干擾信號，最后將有用的信號輸入顯示器顯示檢測結(jié)果。2023/4/18173.3.1.2檢出電路檢出電路可用幅度探測器、相敏探測器來實現(xiàn)。相敏探測器可用于辨別由不同源引起的信號改變。典型的相敏渦流檢測系統(tǒng)常采用兩個相敏探測器。183.3.2渦流檢測探頭3.3.2.1.渦流檢測儀的檢測線圈分類由按檢測線圈與被測工件的相互位置關(guān)系可分為如下三類：1）穿過式線圈：將工件插入并通過線圈內(nèi)部進行檢測。2）內(nèi)通過式線圈：插入工件內(nèi)部進行檢測。3）放置式線圈（探頭）：檢測時將線圈置于工件表面。193.3.2.2檢測線圈的使用方式

進行渦流檢測要先在被檢工件或材料上激勵出交變磁場，因而需要一個激勵線圈。與此同時，為了計量渦流磁場的變化，還要有一個測量線圈。激勵線圈和測量線圈可以分開裝置，也可以是一個線圈兼具激勵和測量兩種功能。在不需要區(qū)別線圈功能的場合，可把激勵和測量線圈統(tǒng)稱為檢測線圈。

標(biāo)準(zhǔn)比較式：兩個參數(shù)完全相同，反向聯(lián)接的線圈分別放置在標(biāo)準(zhǔn)試樣和被檢工件或材料上。根據(jù)兩個檢測線圈的輸出信號有無差異來判斷被檢工件或材料的性能。自比較式：是標(biāo)準(zhǔn)比較式的特例。比較的標(biāo)準(zhǔn)為同一被檢工件或材料上不同部分。用兩個參數(shù)完全相同，差動聯(lián)接的線圈同時對同一工件或材料的相鄰部分進行檢測時，被測部位材料的影響通常較為微弱，而被檢部位若存在裂紋，則線圈的自比較工作方式特別適用于檢測管（棒）材的局部缺陷。22233.3.3對比試樣

主要用于檢測和鑒定渦流檢測儀的性能，例如靈敏度、分辨力、端部不可檢測長度等。人工加工缺陷：對比試樣人工缺陷與自然缺陷尺寸并不相同。材料應(yīng)與被檢工件一致。不允許試件產(chǎn)生變形、材質(zhì)變化、留有殘余應(yīng)力，也不允許加熱、研磨。不允許有金屬粉末等雜質(zhì)進入人工缺陷內(nèi)。253.4.1.2確定檢測頻率200Hz-6MHz。由被檢工件厚度、所希望的透入深度、要達到的靈敏度等來選擇。頻率越低，透入深度越大，但降低頻率的同時，檢測靈敏度也隨之降低。263.4.1.3調(diào)整儀器選定儀器的平衡形式：自動、手動，或不需要選定靈敏度相位調(diào)節(jié)選擇濾波器形式及頻率調(diào)節(jié)報警電瓶調(diào)節(jié)好記錄器的靈敏度調(diào)節(jié)標(biāo)記裝置的延遲時間決定自動分選檔級293.5渦流檢測的應(yīng)用3.5.1探傷1金屬管材探傷成批管材一般采用渦流自動探傷裝置，可以自動報警、自動記錄、自動分選和自動停車。速度快，效率高，對管件縱向裂紋檢出靈敏度高。30312在役管道維修檢查

腐蝕開裂或腐蝕減薄。內(nèi)通式檢測線圈323.5.2材質(zhì)檢驗

因材料的電導(dǎo)率是影響檢測線圈阻抗的重要因素，故而在渦流檢測中，可以據(jù)此來評價材料的材質(zhì)及其它性能。

1.金屬雜質(zhì)含量的鑒別：純度與電導(dǎo)率密切相關(guān)。2.材料硬度3.材料分選

4.測厚測厚在渦流測厚時，提離效應(yīng)是需要檢測的變量。

提離效應(yīng)如果我們將點式探頭放在試件表面，就會得到一個較大的信號指示，而當(dāng)探頭慢慢離開試件時，隨著距離的增加，指示值將會逐漸減小，這一現(xiàn)象就稱為提離效應(yīng)。

1渦流試驗的原理是（Ｂ）:A．磁致伸縮；B．電磁感應(yīng)；C．壓電能量轉(zhuǎn)換；D．磁通勢2渦流檢測技術(shù)可以用來測量（Ｄ）:A．涂層厚度；B．鍍層厚度；C．薄板厚度；D．以上都是3

用來描述在非常高的頻率下渦流僅限于導(dǎo)體極薄外層流動的現(xiàn)象的術(shù)語是（Ａ）A．趨膚效應(yīng)；B．高頻濾波；C．低頻濾波；D．以上任一個4具有任何電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率的矩形、圓柱形和球形等對稱形材料的阻抗圖已通過數(shù)學(xué)計算推導(dǎo)出來并通過實驗得到驗證。為了在相同的條件下對幾何形狀相似的所有試樣進行試驗，僅需要選擇一個試驗頻率，使每一個試樣的頻率比f/fg均位于阻抗圖的同圓點上。這個原理基于（Ｃ）:A．歐姆定律；B．基爾霍夫定律；C．相似性定律；D．以上都不是1.某銅棒直徑為1cm，電導(dǎo)率值為50.6/Ω·mm2，當(dāng)試驗線圈通過電流的頻率分別為100Hz和1000Hz時，求有效磁導(dǎo)率？

解：首先按下式求出銅棒材的界限頻率fg：fg=506606/σ·d2（分母單位都是米）

fg

=5066/50.6×12=100(Hz)，當(dāng)f=100