涡流检测-第3章(31节)ppt课件.ppt

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1、涡流检测第3章基本原理钢铁研究总院范弘3.1涡流检测基本原理3.1.1涡流及其趋肤效应3.1.2阻抗分析法3.1.2.1线圈的阻抗及其归一化3.1.2.2穿过式线圈检测金属棒材3.1.2.3穿过式线圈检测金属管材3.1.2.4内插式线圈检测金属管材3.1.2.5放置式线圈3.1.2.6相似定律和缺陷的阻抗分析3.1.1涡流及其趋肤效应⑴涡流涡流检测基本原理：当载有交变电流的检测线圈靠近导电试件时，由于激励线圈磁场的作用，试件中会产生涡流，而涡流的大小、相位及流动形式受到试件导电性能的影响；同时产生的涡流也会形成一个磁场

2、，这个磁场反过来又使检测线圈的阻抗发生变化。通过测定检测线圈阻抗的变化，就可以判断出被测试件的性能及有无缺陷等。3.1.1涡流及其趋肤效应⑵趋肤效应与透入深度趋肤效应：电流随着深度的增加而衰减、明显地集中在导体表面的现象称为趋肤效应。金属内的磁场强度和涡流密度均呈指数衰减，衰减的快慢程度取决于金属的电磁特性（、）及交变磁场频率f。为说明趋肤效应程度—渗透深度：规定磁场强度和涡流密度的幅度降至表面值的1／e（约36.7％）处的深度，称作渗透深度。－1／·m；－H／m；f－Hz；－m。⑵趋肤效应与透入深度对于非

3、铁磁性材料μ=μrμ0＝μ0＝4π×10-7H/m（μr＝1）金属中磁场和涡流的渗透深度与金属的电导率、磁导率及交变磁场的频率f成反比。电导率越大趋肤效应越强。〔例〕在相同f下，由于铅＜铜＜银，所以铅＞铜＞银，即银的趋肤效应更明显。磁导率越大趋肤效应越强。〔例〕在相同f下，由于铁＞＞铜，所以铁＜＜铜。但如将铁饱和磁化，使r＝1，而铜＞铁，其渗透深度反而大于铜。频率f高的渗透深度浅。3.1.1涡流及其趋肤效应3.1.1涡流及其趋肤效应⑵趋肤效应与涡流透入深度在渗透深度以下分布的磁场和涡流

4、较小，并非没有磁场和涡流存在。在涡流探伤中，金属表面的涡流密度最大，检测灵敏度高；深度超过渗透深度，涡流密度衰减至很小，检测灵敏度低。3.1.1涡流及其趋肤效应⑶金属圆棒中的趋肤效应位于均匀交变磁场H0的金属圆棒中磁场强度和涡流密度的分布曲线。棒材表面的磁场强度大于中心磁场强度，随频率比f／fg＝2r2f的变化而改变，f／fg值越大，磁场的趋肤效应越明显。在棒材中心的磁场强度并非为零。圆棒中心处的涡流密度总是为零。磁场强度分布涡流密度分布涡流检测方法是从检测线圈的感应电压推断试件的质量情况。因此，首先需要了解检测

5、线圈中感应电压产生的过程以及感应电压的形式。3.1.2.1线圈的阻抗及其归一化⑴线圈的阻抗（感应电压）空心线圈的感应电压假设检测线圈的激励绕组中通有频率为f的交流电流，产生轴向的交变磁场H0。当检测线圈中无试件（即空心）时，线圈中的磁感应强度为：根据法拉第定律计算出测量绕组中的感应电压：V03.1.2阻抗分析法3.1.2阻抗分析法3.1.2.1线圈的阻抗和归一化阻抗⑴线圈的阻抗（感应电压）含有试件的线圈的感应电压检测线圈中放入试件后，由于电磁感应作用，在试件中的磁场呈衰减分布。这种衰减分布可用一个变化的函数—有效磁

6、导率eff—来描述。圆棒中的磁感应强度：仿照空心线圈情况，有试件存在时测量绕组中的感应电压：真实磁场强度分布假想物理模型3.1.2阻抗分析法3.1.2.1线圈的阻抗及其归一化⑴线圈的阻抗（感应电压）有试件存在时的线圈感应电压与空心时的线圈感应电压具有相似的形式，不同的只是其中增加了一个有效磁导率eff。有效磁导率eff是一个复数，由实部和虚部组成，其绝对值小于1（︱eff︱≤1）。有效磁导率eff的变量是f／fg，其中：称为特征频率。fg的单位是赫兹（Hz）。—1／·m，r的—m。特征频率fg既不是涡流检

7、测中所能使用的最大或最小检测频率，也不是最佳检测频率。是用来鉴别特定检测对象电磁特性的特征值。3.1.2阻抗分析法频率比f／fg是有效磁导率eff的唯一的独立变量，每赋予f／fg一个值，都可以得到一个对应的eff值。表中列出了对应于不同f／fg值的有效磁导率eff的虚部和实部的数值。f/fgeff实eff虚01.0000.00010.9800.12220.9260.22330.8530.29840.7740.34550.6990.36960.6360.37770.5810.37680.5360.36990.4

8、990.360100.4680.349150.3700.300200.3180.266500.2010.17801000.1420.1311500.1160.1092000.1000.0954000.0710.06810000.0450.0443.1.2.1线圈的阻抗及其归一化⑴线圈的阻抗（感应电压）3.1.2阻抗分析法3.1.2