涡流检测技术教材

《涡流检测技术教材》由会员分享，可在线阅读，更多相关《涡流检测技术教材（141页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、1 涡流检测技术 2 将导体放入变化的 磁场中时，由于在变化 的磁场周围存在着涡旋 的感生电场，感生电场 作用在导体内的自由电 荷上，使电荷运动，形 成涡流。 I涡 什么是涡流 3 (1)工频感应炉的应用 在冶金工业中，某些熔化 活泼的稀有金属在高温下容易 氧化，将其放在真空环境中的 坩埚中，坩埚外绕着通有交流 电的线圈，对金属加热，防止 氧化。 抽真空 涡流的应用 4 涡流的应用 (2)用涡流加热金属电极 在制造电子管、显像 管或激光管时，在做好后 要抽气封口，但管子里金 属电极上吸附的气体不易 很快放出，必须加热到高 温才能放出而被抽走,利 用涡流加热的方法，一边 加热，一边抽气，然后封

2、口。 抽真空 接高频发生器 显像管 5 (3)电磁炉 在市面上出售的一种加 热炊具-电磁炉。这种电磁 炉加热时炉体本身并不发热 ，在炉内有一线圈，当接通 交流电时，在炉体周围产生 交变的磁场，当金属容器放 在炉上时，在容器上产生涡 流，使容器发热，达到加热 食物的目的。 涡流的应用 6 涡流的应用 (4)电度表记录电量 电度表记录用电量， 就是利用通有交流电的 铁心产生交变的磁场， 在缝隙处铝盘上产生涡 流，涡流的磁场与电磁 铁的磁场作用，表盘受 到一转动力矩，使表盘 转动。 o o 7 涡流的危害 由于涡电流在导体中产生热效 应，在制造变压器时，就不能把铁 心制成实心的，这样在变压器工作 时

3、在铁心中产生较大的涡流，使铁 心发热，造成漆包线绝缘性能下降 ，引发事故。 因此在制作变压器铁心时，用 多片硅钢片叠合而成，使导体横截 面减小，涡流也较小。 8 2.1 涡流检测概述 一、发展历程 1824年 加贝 涡流存在 1831年 法拉第 电磁感应现象 1873年 麦克斯韦方程 电磁场理论 1879年 休斯 首次应用判断不同金属和合金 1926年 涡流测厚仪 1935年 涡流探伤仪 1942年 自动化检测 50年代 福斯特 阻抗分析法 理论和实践的完善 60年代 我国开始研究，主要应用于航天等领域 9 二、涡流检测原理 2.1 涡流检测概述 10 2.1 涡流检测概述 三、涡流检测方法

4、激励线圈产生交变磁场 间 接 方 法 导体中感应出涡流 涡流磁场改变原磁场 线圈电压阻抗变化 判断导体的特性 11 1.涡流检测线圈及其分类 按相对位置分 2.1 涡流检测概述 按使用方式分 按激励源分 按输出信号分 12 2.涡流检测显示方式 3.涡流检测应用范围 探伤 材质检测 几何尺寸参量 2.1 涡流检测概述 13 四、涡流检测特点 优点： 表面检测灵敏度高 无耦合，非接触 速度快，易于自动化 可测参量多，应用面广 可用于高温检测以及异型或小零件检测 结果便于记录和分析 无污染 2.1 涡流检测概述 14 2.1 涡流检测概述 缺点： 只能用于导电材料检测 对深层缺陷不敏感 区分不同参

5、量的影响困难 难于进行定量分析 检测复杂形状零件效率低 检测结果不直观 15 一、金属材料的导电性能 影响因素包括： 温度：固态、液态 应力：拉伸、扭转、压应力 形变：范性形变 热处理：退火、淬火 成分：固溶体 2.2 涡流检测基础知识 2.2.1金属材料的电磁特性 16 二、金属材料的导磁性能 1.几个基本概念 磁场强度H:作用于单位磁极的磁力大小 磁通：穿过某一空间的磁力线 磁感应强度：穿过单位面积的磁通量 2.2 涡流检测基础知识 17 2.物质的导磁性能 磁导率：真空磁导率0、相对磁导率r 按r值的不同，磁介质分为三类： r 1：顺磁质，氧、铝、钨、铂、铬等 。 r 1：铁磁质，铁、钴

6、、镍等。 2.2 涡流检测基础知识 18 3.铁磁质 技术磁化的过程 初始磁化区 急剧磁化区 旋转磁化区 饱和磁化区 2.2 涡流检测基础知识 19 磁滞回线 2.2 涡流检测基础知识 20 软磁材料 r大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。 饱和磁感应强度大，矫顽力(Hc)小，磁滞回线 的面积窄而长，损耗小。 作变压器，还用于继电器、电机、以及各种高 频电磁元件的磁芯、磁棒。 纯铁，硅钢，坡莫合金 (Fe，Ni)，铁氧体等。 2.2 涡流检测基础知识 21 硬磁材料 钨钢，碳钢， 铝镍钴合金 矫顽力(Hc)大（102A/m)，剩磁Br大。 磁滞回线的面积大，损耗大。 永久磁铁，还用于磁电式电表

7、中的永磁铁。耳机 中的永久磁铁，永磁扬声器。 2.2 涡流检测基础知识 22 矩磁材料 Br=BS ，Hc不大，磁滞回线是矩 形。用于记忆元件，当+脉冲产 生HHC使磁芯呈+B态，则脉 冲产生H HC使磁芯呈 B态， 可做为二进制的两个态。 锰镁铁氧体 锂锰铁氧体 2.2 涡流检测基础知识 23 磁导率曲线 2.2 涡流检测基础知识 24 一、几个基本规律 1.毕奥萨伐尔定律： 载流导线在真空中某点产生的磁感应强度为导 线的每个电流元产生的磁感应强度的矢量和。 2.2.1 电磁现象基本规律 2.2 涡流检测基础知识 25 载流无限长直导线的磁场 2.2 涡流检测基础知识 26 载流圆线圈轴线的

8、磁场 2.2 涡流检测基础知识 27 载流螺线管的磁场 2.2 涡流检测基础知识 28 2.安培环环路定理： 在稳恒电流的磁场中，磁感应强度B沿任何闭合 回路L的线积分，等于穿过这回路的所有电流强度代 数和的0倍。 2.2 涡流检测基础知识 29 3.磁的高斯定理： 从一个闭合面S的某处穿进的磁感应线必定要从 另一处穿出，所以通过任意闭合面S 的磁通量恒等 于0。 2.2 涡流检测基础知识 30 4.电电的高斯定理： 通过任意一个闭合曲面S的电位移矢量等于该面 所包围的所有电荷电量的代数和。 2.2 涡流检测基础知识 31 5.法拉第电磁感应定律： 当通过一导体回路所包围的面积的磁通量发生 变

9、化时，在回路中就会产生感生电动势和感生电流 ，描述该感生电动势和磁场变化之间的关系即为法 拉第电磁感应定律。 2.2 涡流检测基础知识 32 二、麦克斯韦电磁方程组 2.2 涡流检测基础知识 33 三、电磁渗透方程 2.2 涡流检测基础知识 34 四、半无限平面导体中的电磁场 2.2 涡流检测基础知识 35 2.2 涡流检测基础知识 36 令 且 渗透深度 2.2 涡流检测基础知识 37 2.2 涡流检测基础知识 38 2.2 涡流检测基础知识 涡流的趋肤效应和透入深度 当直流电流通过导线时，横截面上的电流密度是均匀的。 但交变电流通过导线时，导线周围变化的磁场也会在导线中产 生感应电流，从而

10、会使沿导线截面的电流分布不均匀，表面的 电流密度较大，越往中心处越小，尤其是当频率较高时，电流 几乎是在导线表面附近的薄层中流动，这种现象称为趋肤效应 。 趋肤效应的存在使感生涡流的密度从被检材料或工件的表 面到其内部按指数分布规律递减。 在涡流检测中，定义涡流 密度衰减到其表面密度值的1e（36.8%）时对应的深度为标 准透入深度，也称趋肤深度，用符号表示，其数学表达式为 39 几种不同材料的标准透入深度与频率的关系 40 透入半无限大导体的涡流密度与透入深度的关系 41 五、导电长圆柱体中的电磁场 2.2 涡流检测基础知识 42 2.2 涡流检测基础知识 43 2.3 涡流阻抗分析法 一、

11、线圈的阻抗和阻抗归一化 1. 线圈的阻抗 44 2.3 涡流阻抗分析法 45 2.3 涡流阻抗分析法 复阻抗平面图 横轴：RS 纵轴：XS R2从逐步递减 到零 46 2. 阻抗的归一化 2.3 涡流阻抗分析法 横轴 纵轴 47 二、有效磁导率和特征频率 2.3 涡流阻抗分析法 1.有效磁导率 48 2.3 涡流阻抗分析法 49 2.3 涡流阻抗分析法 50 2.3 涡流阻抗分析法 2.特征频率 51 2.3 涡流阻抗分析法 三、复阻抗平面图 1.线圈的感应电动势与阻抗 线圈空载时： 52 2.3 涡流阻抗分析法 归一化感应电动势： 填充系数： 53 2.3 涡流阻抗分析法 2.复阻抗平面图

12、54 2.3 涡流阻抗分析法 55 四、涡流实验相似律及模型实验 2.3 涡流阻抗分析法 56 五、含圆柱体穿过式线圈的阻抗分析 1.电导率 2.磁导率 3.几何尺寸 4.频率 2.3 涡流阻抗分析法 57 2.3 涡流阻抗分析法 5.缺陷 58 2.3 涡流阻抗分析法 59 2.3 涡流阻抗分析法 60 2.3 涡流阻抗分析法 61 六、放置式探头阻抗分析 1.电导率 2.提离效应 3.磁导率 影响阻抗变化的因素 2.3 涡流阻抗分析法 62 4.频率 2.3 涡流阻抗分析法 63 5.厚度 2.3 涡流阻抗分析法 64 6.探头 直径 2.3 涡流阻抗分析法 65 2.4 涡流检测设备 一

13、、涡流传感器 1.结构 2.功能 3.分类 66 2.4 涡流检测设备 67 2.4 涡流检测设备 68 2.4 涡流检测设备 69 2.4 涡流检测设备 70 2.4 涡流检测设备 71 2.4 涡流检测设备 72 旋转探头 2.4 涡流检测设备 73 2.4 涡流检测设备 74 2.4 涡流检测设备 75 2.4 涡流检测设备 76 4.信号检出电路 2.4 涡流检测设备 77 差动电路 2.4 涡流检测设备 78 电桥电路 2.4 涡流检测设备 79 2.4 涡流检测设备 80 电桥电路灵敏度的影响因素： 激励电源电压的影响 线圈阻抗变化率的影响 桥臂系数的影响 2.4 涡流检测设备 8

14、1 1.基本结构 二、涡流检测系统 2.4 涡流检测设备 振荡器 自动平衡 电 桥放大器滤波器 移相器 相敏检波 记录仪 显示器 幅 度 鉴别器 82 2.4 涡流检测设备 可调增益放大器 键 盘 显示器 幅 度 鉴别器 数字式相位旋转 平 衡 滤 波 前置放大相敏检波 检 测 探 头 信 号 发 生 计 算 机 系 统 打印机 喇 叭 83 2.4 涡流检测设备 2.涡流检测仪基本电路 电桥 84 2.4 涡流检测设备 相敏检波器 移相器 85 2.4 涡流检测设备 幅度鉴别器 86 2.4 涡流检测设备 提离效应抑制电路 87 2.4 涡流检测设备 88 2.4 涡流检测设备 89 2.4

15、 涡流检测设备 90 2.4 涡流检测设备 残余电压补偿电路 相位放大器 滤波器 显示器和记录装置 91 2.4 涡流检测设备 三.涡流检测辅助装置 1.进给装置 2.报警装置 3.磁饱和装置 4.耦合装置 92 2.4 涡流检测设备 四.涡流检测常用信号处理方法 1.相位分析 2.频率分析法 3.幅度分析法 93 94 95 96 2.5 涡流检测应用 一.涡流检测基本试验技术 1.试验规范 2.试验准备 试验方法和设备的选择 线圈选择 试件条件 对比试件 仪器预调 附加装置的调整 97 3.试验条件的选择 2.5 涡流检测应用 试验频率的选择： 趋肤效应和检测灵敏度 检测因素的阻抗特性 9

16、8 2.5 涡流检测应用 99 2.5 涡流检测应用 100 2.5 涡流检测应用 101 2.5 涡流检测应用 102 2.5 涡流检测应用 平衡回路的调节 灵敏度的选择 相位的设定 滤波器的设定 抑制器的设定 其它附加装置的调节 103 4.试验结果及其处理 2.5 涡流检测应用 试验结果的再试验 退磁 标记与记录 104 5.对比试件和标准缺陷 2.5 涡流检测应用 设备的调节和检查 产品的验收标准 对比试件的用途 检验和鉴定设备性能 105 人工缺陷 2.5 涡流检测应用 106 2.5 涡流检测应用 107 2.5 涡流检测应用 5.检测标准 保证可靠性、方法的一致性、以便推广 检测对象和应用范围 检测方法的基本原理 检测中术语解释 对比试件 检测设备 仪器的调整，检测步骤 108 二.穿过式线圈涡流探伤 2.5 涡流检测应用 1.几点注意事项 主要应用领域 线圈长度和厚度的选择 填充系数的选择 差动探头线圈跨度的选择 109 2.5 涡流检测应用 2.应用举