涡流检测基础五幻灯片.ppt

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1、涡流检测基础五涡流检测基础五1第1页，共20页，编辑于2022年，星期日3.1 涡流检测概述涡流检测概述n1、定义、定义n涡流检测就是利用电磁感应原理，使导电涡流检测就是利用电磁感应原理，使导电的试件（导体）在交变磁场作用下产生涡的试件（导体）在交变磁场作用下产生涡电流（简称涡流），通过测量涡流的变化电流（简称涡流），通过测量涡流的变化量，来进行试件的探伤、材质的检验和形量，来进行试件的探伤、材质的检验和形状尺寸的测试等。状尺寸的测试等。2第2页，共20页，编辑于2022年，星期日3.1 涡流检测概述涡流检测概述n2、涡流的产生、涡流的产生n如图如图1所示，使线圈所示，使线圈1与线圈与线圈2相

2、靠近，把线圈相靠近，把线圈1接在交流电源上，通以交流电，接在交流电源上，通以交流电，在线圈在线圈2上就会感应产生交流电。这是由于线圈上就会感应产生交流电。这是由于线圈1通过交流电时，能产生随通过交流电时，能产生随时间而变化的磁力线，这些磁力线穿过线圈时间而变化的磁力线，这些磁力线穿过线圈2，使它感应产生交流电。如果，使它感应产生交流电。如果使用金属板代替线圈使用金属板代替线圈2，同样也可以使金属板导体产生交流电，如图，同样也可以使金属板导体产生交流电，如图2所所示。示。图1 电磁感应现象 图2 涡流的产生3第3页，共20页，编辑于2022年，星期日3.1 涡流检测概述涡流检测概述 3、主要特点

3、、主要特点对导电材料表面或者近表面缺陷检测灵敏度较高；对导电材料表面或者近表面缺陷检测灵敏度较高；应用范围广，对影响感生电流的各种物理和工艺因素均可检测；应用范围广，对影响感生电流的各种物理和工艺因素均可检测；一定条件下，能反应有关裂纹深度的信息；一定条件下，能反应有关裂纹深度的信息；不需要耦合剂，易实现棒材、管材、线材高速、高效的自动化不需要耦合剂，易实现棒材、管材、线材高速、高效的自动化检测；检测；可以在高温、薄壁管、细线、零件内孔表面等其他检测方法较可以在高温、薄壁管、细线、零件内孔表面等其他检测方法较难实现的场合；难实现的场合；对复杂的零件进行全面检测时，效率相对较低；对复杂的零件进行

4、全面检测时，效率相对较低；工业探伤中，难以区分缺陷的种类和形状。工业探伤中，难以区分缺陷的种类和形状。4第4页，共20页，编辑于2022年，星期日3.2.1 电磁感应电磁感应n1.电磁感应定律电磁感应定律(楞次定律、法拉第电楞次定律、法拉第电磁感应定律磁感应定律)n2.自感和互感自感和互感n3.涡流检测中的电磁感应涡流检测中的电磁感应5第5页，共20页，编辑于2022年，星期日3.2.2 涡流涡流n涡电流；涡流涡电流；涡流n如图所示，假如把一块金属导如图所示，假如把一块金属导体放在变化着的磁场之中，由体放在变化着的磁场之中，由于金属导体将会不断地切割磁于金属导体将会不断地切割磁力线，从而在金属

5、导体中产生力线，从而在金属导体中产生感应电动势。同时，在导体内感应电动势。同时，在导体内形成一个自成闭合回路的，其形成一个自成闭合回路的，其形状很像水中旋涡的电流。这形状很像水中旋涡的电流。这个电流就叫做涡流或涡电流。个电流就叫做涡流或涡电流。1缺陷；2线圈；3涡流6第6页，共20页，编辑于2022年，星期日3.2.3 趋肤效应趋肤效应和和渗透深度渗透深度n趋肤效应：趋肤效应：涡流集中在导体表面的现象涡流集中在导体表面的现象n影响因素：影响因素：电流的频率；电导率；磁导率电流的频率；电导率；磁导率n渗渗透透深深度度：涡涡流流密密度度或或磁磁场场强强度度衰衰减减至至表表面数值面数值1/e（37）

6、时的深度。时的深度。n=1/(f)1/2；f(Hz)，（磁磁导导率率H/m），（电导率（电导率1/（m）7第7页，共20页，编辑于2022年，星期日3.2.3 趋肤效应趋肤效应和和渗透深度渗透深度n代入代入 0=4*10-7 H/m，得得 =503/(f r)1/2 (m)n工程单位：工程单位：(1/cm),(mm)，系数系数50.3n适用条件：适用条件：大平面导体大平面导体n渗透深度与激励频率的关系：渗透深度与激励频率的关系：如下图所示如下图所示频率/Hz渗透深度/in8第8页，共20页，编辑于2022年，星期日3.3 涡流阻抗分析法涡流阻抗分析法 阻抗分析法是以分析涡流效应引起线圈阻抗阻抗

7、分析法是以分析涡流效应引起线圈阻抗的变化及其相位变化之间的密切关系为基础，从的变化及其相位变化之间的密切关系为基础，从而鉴别各影响因素效应的一种分析方法而鉴别各影响因素效应的一种分析方法3.3.1 线圈的阻抗线圈的阻抗3.3.2 有效磁导率和特征频率有效磁导率和特征频率3.3.3 涡流检测相似律涡流检测相似律3.3.4 复阻抗平面图复阻抗平面图3.3.5 穿过式线圈的阻抗分析穿过式线圈的阻抗分析9第9页，共20页，编辑于2022年，星期日3.3.1 线圈的阻抗线圈的阻抗n线圈自身的阻抗线圈自身的阻抗(R1+jL1)，等效电路，等效电路n耦合线圈，等效电路耦合线圈，等效电路n反射阻抗：副边对原边

8、的作用反射阻抗：副边对原边的作用n视在阻抗视在阻抗(R+jX)：自身阻抗自身阻抗+反射阻抗反射阻抗n阻抗图：阻抗图：横轴视在电阻；纵轴视在电抗横轴视在电阻；纵轴视在电抗10第10页，共20页，编辑于2022年，星期日检测线圈的阻抗图检测线圈的阻抗图11第11页，共20页，编辑于2022年，星期日n阻抗归一化：阻抗归一化：横坐标横坐标(R-R1)/L1；纵坐标纵坐标X/L1n(归一化归一化)阻抗图：阻抗图：半圆；线圈自身阻抗半圆；线圈自身阻抗(0,1)n应用条件：应用条件：厚度小的导体（相当于渗透深厚度小的导体（相当于渗透深度，可用涡流环等效）度，可用涡流环等效）12第12页，共20页，编辑于2

9、022年，星期日3.3.2 有效磁导率有效磁导率和和特征频率特征频率n有效磁导率n在半径为r、磁导率为、电导率为的长直圆柱导体上，紧贴密绕一螺线管线圈。在螺线管中通以交变电流，则圆柱导体中会产生一交变磁场，由于趋肤效应，磁场在圆柱导体的横截面上的分布是不均匀的。于是人们提出了一个假想模型：圆柱导体的整个截面上有一个恒定不变的均匀磁场，而磁导率却在截面上沿径向变化，它所产生的磁通等于圆柱导体内真实的物理场所产生的磁通。13第13页，共20页，编辑于2022年，星期日这样，就用一个恒定的磁场和变化着的磁导率替代了实际上变化着的磁场和恒定的磁导率，这个变化着的磁导率便称为有效磁导率，用eff表示，同

10、时推导出它的表达式为 其中，。14第14页，共20页，编辑于2022年，星期日有效磁导率有效磁导率n有效磁导率有效磁导率eff：由导体电磁特性引起的、由导体电磁特性引起的、由由ka决定的无量纲变量，是一个复数，其决定的无量纲变量，是一个复数，其模小于模小于1。n可以计算出可以计算出eff关于关于 ka 或或 f/fg 的数据表（表的数据表（表3-2），便于使用。），便于使用。15第15页，共20页，编辑于2022年，星期日特征频率特征频率nka()1/2a，包括电磁特性、几何尺寸、包括电磁特性、几何尺寸、激励频率激励频率n定义：使定义：使ka 1的频率为的频率为特征频率特征频率fgn由由a21

11、 得得 fg=1/(2a2)n特征频率：特征频率：由试件电磁特性和尺寸决定的、由试件电磁特性和尺寸决定的、具有频率单位的物理量，可以认为是试件具有频率单位的物理量，可以认为是试件参数参数(a)n如何关联仪器参数如何关联仪器参数(f)？16第16页，共20页，编辑于2022年，星期日频率比频率比n f/fg=2fa2=(ka)2n有效磁导率是有效磁导率是ka的函数，也是的函数，也是f/fg的函数，图的函数，图3-19n应用：应用：根据试件特性计算特根据试件特性计算特征频率，查技术资料选取最征频率，查技术资料选取最佳频率比，由此计算激励频佳频率比，由此计算激励频率率n激励频率激励频率是涡流检测最重

12、要的仪是涡流检测最重要的仪器参数器参数17第17页，共20页，编辑于2022年，星期日特征频率计算特征频率计算18第18页，共20页，编辑于2022年，星期日3.3.3 涡流试验相似律涡流试验相似律n圆柱导体内的圆柱导体内的H（场强）和（场强）和J（涡流密度）（涡流密度）取决于取决于eff，而而eff完全由完全由 ka 或或 f/fg 决定决定n对于两个不同的圆柱体，只要对于两个不同的圆柱体，只要f/fg相同，则相同，则H和和J分布形状相似分布形状相似,eff相同相同 涡流试验涡流试验相似律相似律n涡流试验相似率是涡流试验相似率是模型试验模型试验的基础的基础n相似条件：相似条件：f111d12

13、 f222d2219第19页，共20页，编辑于2022年，星期日习题习题3.2n321.对于渗透深度的计算公式，若采用工程对于渗透深度的计算公式，若采用工程单位：单位：(1/*cm),(mm)，公式中的常公式中的常数为何值？数为何值？n322.关于特征频率的计算公式，试证明采用关于特征频率的计算公式，试证明采用单位单位 (1/*cm),d(mm)或或 (m/*mm2),(cm)，公式不变。，公式不变。n323.对于大平面导体，在对于大平面导体，在2倍渗透深度处，倍渗透深度处，涡流磁场幅度衰减多少？相位滞后多少？涡流磁场幅度衰减多少？相位滞后多少？20第20页，共20页，编辑于2022年，星期日