涡流检测原理解析.pptx
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1、会计学1涡流检测原理解析涡流检测原理解析 涡涡流流的的大大小小、相相位位及及流流动动形形式式受受到到材材料料导导电电性性能能的的影影响响,而而涡涡流流产产生生的的反反作作用用磁磁场场又又使使检检测线圈的阻抗发生变化。测线圈的阻抗发生变化。因因此此,通通过过测测定定检检测测线线圈圈阻阻抗抗的的变变化化,可可以以得到被检材料有无缺陷的结论。得到被检材料有无缺陷的结论。涡涡流流检检测测只只适适用用于于导导电电材材料料,同同时时由由于于涡涡流流是是电电磁磁感感应应产产生生的的,所所以以在在检检测测时时不不必必要要求求线线圈圈与与被被检检材材料料紧紧密密接接触触,从从而而容容易易实实现现自自动动化化检测
2、。检测。第1页/共53页 因此,对管、棒、丝材的表面缺陷,涡流检因此,对管、棒、丝材的表面缺陷,涡流检测法有很高的速度和效率。测法有很高的速度和效率。涡涡流流及及其其反反作作用用磁磁场场对对金金属属材材料料工工件件的的物物理理和和工工艺艺性性能能的的多多种种参参数数有有反反应应,因因此此是是一一种种多多用用途途的检测方法。的检测方法。然然而而,正正是是由由于于对对多多种种试试验验参参数数有有敏敏感感反反应应,也也就就会会给给试试验验结结果果带带来来干干扰扰信信息息,影影响响检检测测的的正正确进行。确进行。第2页/共53页 对涡流产生影响的因素有电导率、磁导率、对涡流产生影响的因素有电导率、磁导
3、率、缺陷、工件形状与尺寸及线圈与工件之间距离等。缺陷、工件形状与尺寸及线圈与工件之间距离等。因因此此,涡涡流流检检测测可可以以对对材材料料和和工工件件进进行行电电导导率率测定、探伤、厚度测量以及尺寸和形状检查等。测定、探伤、厚度测量以及尺寸和形状检查等。第3页/共53页表中列举了涡流检测的几种用途表中列举了涡流检测的几种用途第4页/共53页 涡涡流流法法还还可可对对高高温温状状态态下下的的导导电电材材料料进进行行涡涡流检测,如热丝、热线、热管、热板等。流检测,如热丝、热线、热管、热板等。尤尤其其加加热热到到居居里里点点温温度度以以上上的的钢钢材材,检检测测时时不不再再受受磁磁导导率率的的影影响
4、响,可可以以像像非非磁磁性性金金属属那那样样用用涡涡流流法法进进行行探探伤伤、材材质质检检验验及及棒棒材材直直径径、管管材壁厚、板材厚度等测量。材壁厚、板材厚度等测量。涡涡流流检检测测可可以以广广泛泛用用于于各各种种金金属属材材料料工工件件和和少数非金属材料工件。少数非金属材料工件。第5页/共53页与与其其它它无无损损检检测测方方法法相相比比,涡涡流流检检测测的的主主要要优优、缺点如下缺点如下:优点优点:A)对对导导电电材材料料的的表表面面或或近近表表面面的的检检测测,具具有有良良好的灵敏度好的灵敏度 B)适适用用范范围围广广,能能对对导导电电材材料料的的缺缺陷陷和和其其它它因因素的影响提供检
5、测的可能性素的影响提供检测的可能性 C)在一定条件下可提供裂纹深度的信息在一定条件下可提供裂纹深度的信息 第6页/共53页 D)不需要耦合剂不需要耦合剂 E)对对管管、棒棒、线线材材等等便便于于实实现现高高速速、高高效效率率的的自动化检测自动化检测 F)适适用用于于高高温温及及薄薄壁壁管管、细细线线、内内孔孔表表面面等等其其它检测方法比较难以进行的特殊场合下的检测它检测方法比较难以进行的特殊场合下的检测第7页/共53页缺点缺点 A)限于导电材料限于导电材料 B)只限于材料表面和近表面的检测只限于材料表面和近表面的检测 C)干扰因素多,需要特殊的信号处理干扰因素多,需要特殊的信号处理 D)对形状
6、复杂的工件进行全面检测时效率很低对形状复杂的工件进行全面检测时效率很低 E)检测时难于判断缺陷的种类和形状检测时难于判断缺陷的种类和形状 第8页/共53页 涡涡流流既既然然是是因因为为线线圈圈中中交交变变电电流流(又又称称一一次次电电流流)激激励励的的交交变变磁磁场场在在金金属属中中感感应应产产生生的的,那那么么涡涡流流也也是是交交变变的的,同同样样会会在在周周围围空空间间形形成成交交变变磁磁场并在线圈中感应电动势。场并在线圈中感应电动势。这这样样,线线圈圈造造成成的的磁磁场场不不是是由由一一次次电电流流所所产产生生,而是一次电流和涡流共同感生的合成磁场。而是一次电流和涡流共同感生的合成磁场。
7、第9页/共53页 假假定定一一次次电电流流的的振振幅幅不不变变,线线圈圈和和金金属属工工件件之之间间的的距距离离也也保保持持固固定定,那那么么,涡涡流流和和涡涡流流磁磁场场的的强度和分布就由金属工件的材质所决定。强度和分布就由金属工件的材质所决定。也也就就是是说说,合合成成磁磁场场中中包包含含了了金金属属工工件件的的电电导导率、磁导率、裂纹缺陷等信息。率、磁导率、裂纹缺陷等信息。因因此此,只只要要从从线线圈圈中中检检测测出出有有关关信信息息,例例如如从从电电导导率率的的差差别别就就能能得得到到纯纯金金属属的的杂杂质质含含量量、时时效效铝铝合合金金的的热热处处理理状状态态等等信信息息,这这是是利
8、利用用涡涡流流方方法法检测金属或合金材质的基本原理。检测金属或合金材质的基本原理。第10页/共53页 由由于于涡涡流流也也有有趋趋肤肤效效应应,因因此此,涡涡流流密密度度在在金金属表面最大,离表面愈远衰减愈大。属表面最大,离表面愈远衰减愈大。不不同同导导电电材材料料(电电导导率率和和磁磁导导率率不不同同)以以及及通通过过的的交交变变电电流流的的频频率率不不同同,电电流流密密度度在在工工件件横横截截面面上上的的分分布布也也有有所所不不同同,它它是是按按指指数数规规律律从从工工件件表表面向工件内部衰减的。面向工件内部衰减的。第11页/共53页电流密度下降到表面电流密度电流密度下降到表面电流密度37
9、%的深度,称的深度,称为透入深度为透入深度()。它与激励电流的频率、金属材。它与激励电流的频率、金属材料的电导率和磁导率有直接关系,可表示为料的电导率和磁导率有直接关系,可表示为式式中中 f-交交流流电电流流频频率率(Hz),-材材料料磁磁导导率率(H/m),-材料电导率材料电导率m/(.mm2)从从上上式式可可知知,频频率率、电电导导率率和和磁磁导导率率愈愈大大,透入深度也就愈小。透入深度也就愈小。第12页/共53页几几种种典典型型材材料料的的透透入入深深度度如如图图6-1,显显示示导导电电材材料的透入深度与检测频率的关系料的透入深度与检测频率的关系第13页/共53页第14页/共53页 除了
10、透入深度的定义外,它也是交流电流的除了透入深度的定义外,它也是交流电流的相位差为相位差为180o的深度。的深度。工件表面的涡流密度最大,它的检测灵敏度工件表面的涡流密度最大,它的检测灵敏度最高,离工件表面愈深,涡流密度愈小,检出最高,离工件表面愈深,涡流密度愈小,检出灵敏度愈低。灵敏度愈低。涡流检测中,要用许多阻抗平面图来描述缺涡流检测中,要用许多阻抗平面图来描述缺陷、电导率,磁导率和尺寸变化与线圈阻抗的陷、电导率,磁导率和尺寸变化与线圈阻抗的关系。关系。第15页/共53页首首先先需需要要了了解解两两个个线线圈圈相相距距很很近近而而又又有有互互感感的的情情况况,当当线线圈圈2不不接接负负载载时
11、时,线线圈圈1的的等等效效阻阻抗抗为为线线圈圈1原有的阻抗原有的阻抗Z1不变不变(Z1=R1+jL1)第16页/共53页而而当当线线圈圈2的的负负载载短短路路时时,线线圈圈1的的等等效效阻阻抗抗为为R1+jL1(1-k2),即即比比线线圈圈1的的原原有有阻阻抗抗减减小小了了jL1k2大小大小(其中其中k为耦合系数为耦合系数第17页/共53页如如将将线线圈圈l的的阻阻抗抗作作一一复复数数阻阻抗抗平平面面,即即以以电电阻阻R为为横横轴轴,以以感感抗抗X为为纵纵轴轴并并以以负负载载Rr为为参参变变数数作作出的轨道曲线,如图出的轨道曲线,如图a所示所示第18页/共53页是是一一个个近近似似半半圆圆(右
12、右边边),半半圆圆直直径径为为k2L1,线线圈圈1感感抗抗X从从L1单单调调减减少少到到(1-k2)L1,而而电电阻阻R由由R1,增加到,增加到Rl+k2L1/2最大值后减小回到最大值后减小回到R1第19页/共53页 用用这这样样的的阻阻抗抗平平面面来来了了解解线线圈圈阻阻抗抗变变化化要要比比用用公式直观得多,容易理解。公式直观得多,容易理解。但但是是由由于于不不同同的的线线圈圈阻阻抗抗和和不不同同的的电电流流频频率率有有不不同同的的半半圆圆直直径径和和位位置置,而而且且有有时时线线圈圈阻阻抗抗的的轨轨迹曲线不是半圆,因此要进行相互比较有困难。迹曲线不是半圆,因此要进行相互比较有困难。第20页
13、/共53页为为此此,用用线线圈圈1的的视视在在感感抗抗L1来来除除纵纵轴轴和和横横轴轴的的X和和R,可以获得归一化阻抗曲线,如图,可以获得归一化阻抗曲线,如图b第21页/共53页这这样样,半半圆圆直直径径在在纵纵轴轴上上的的位位置置,上上端端为为(0,1),下下端端为为(0,1-k2),直直径径为为k2,半半圆圆上上参参变变数数Rr,用归一化频率用归一化频率F来表示,则有来表示,则有第22页/共53页在在半半圆圆上上端端F等等于于零零,中中间间F等等于于1,下下端端F为为无无穷穷大大。归归一一化化处处理理后后的的电电阻阻和和电电抗抗都都是是无无因因次次量量,并并且且都都一一定定小小于于l。根根
14、据据这这个个方方法法得得到到的的阻阻抗抗平平面图的格式是统一的,因而具有通用性。面图的格式是统一的,因而具有通用性。第23页/共53页 在在涡涡流流检检测测时时,若若通通以以交交变变电电流流的的线线圈圈中中没没有有试试样样,则则可可以以得得到到空空载载阻阻抗抗Z0=R0+jL0,若若在在线圈中放入试样,线圈阻抗将变为线圈中放入试样,线圈阻抗将变为Z1=R1+jL1 随随着着材材料料和和工工件件性性质质的的不不同同,对对检检测测线线圈圈的的影影响响也也不不一一样样,因因而而,工工件件性性质质的的变变化化可可以以用用检检测测线圈阻抗特性的变化来描述。线圈阻抗特性的变化来描述。第24页/共53页 由
15、由于于引引起起检检测测线线圈圈阻阻抗抗发发生生变变化化的的直直接接原原因因是是线线圈圈中中磁磁场场的的变变化化,检检测测时时需需要要分分析析和和计计算算工工件件被被放放入入检检测测线线圈圈后后磁磁场场的的变变化化,然然后后得得出出检检测测线线圈阻抗的变化,才能对各种因素进行分析。圈阻抗的变化,才能对各种因素进行分析。这这样样做做比比较较复复杂杂,德德国国福福斯斯特特(Forstcr)提提出出有有效效磁磁导导率率的的概概念念,使使涡涡流流检检测测中中的的阻阻抗抗分分析析问问题题大大简化。大大简化。第25页/共53页 福福斯斯特特在在分分析析线线圈圈阻阻抗抗的的变变动动时时,提提出出一一个个模模型
16、型,当当放放在在通通有有交交变变电电流流的的无无限限长长圆圆筒筒形形线线圈圈中中的的导导电电圆圆柱柱体体时时,圆圆柱柱体体的的整整个个截截面面上上有有一个恒定磁场。一个恒定磁场。而而磁磁导导率率却却在在截截面面上上沿沿半半径径方方向向变变化化,并并使使这这种种情情况况下下所所产产生生的的磁磁通通量量等等于于真真实实情情况况下下圆圆柱体内的磁通量。柱体内的磁通量。第26页/共53页用用事事实实上上变变化化着着的的磁磁场场强强度度和和恒恒定定不不变变的的磁磁导导率率,用用恒恒定定的的磁磁场场强强度度和和变变化化着着的的磁磁导导率率所所取取代代,这这个个变变化化的的磁磁导导率率称称为为有有效效磁磁导
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- 涡流 检测 原理 解析
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