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渦流檢測基本原理

渦流檢測就是運用電磁感應(yīng)原理，將正弦波電流激勵探頭線圈，當(dāng)探頭接近金屬表面時，線圈周圍的交變磁場在金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流。對于平板金屬，感應(yīng)電流的流向是以線圈同心的圓形，形似旋渦，稱為渦流。同時渦流也產(chǎn)生相同頻率的磁場，其方向與線圈磁場方向相反。

渦流通道的損耗電阻，以及渦流產(chǎn)生的反磁通，又反射到探頭線圈，改變了線圈的電流大小及相位，即改變了線圈的阻抗。因此，探頭在金屬表面移動，遇到缺陷或材質(zhì)、尺寸等變化時，使得渦流磁場對線圈的反作用不同，引起線圈阻抗變化，通過渦流檢測儀器測量出這種變化量就能鑒別金屬表面有無缺陷或其它物理性質(zhì)變化。

影響渦流場的因素有很多，諸如探頭線圈與被測材料的耦合程度，材料的形狀和尺寸、電導(dǎo)率、導(dǎo)磁率、以及缺陷等等。因此，利用渦流原理可以解決金屬材料探傷、測厚、分選等問題。

渦流檢測是許多NDT（無損檢測）方法之一，它應(yīng)用“電磁學(xué)”基本理論作為導(dǎo)體檢測的基礎(chǔ)。渦流的產(chǎn)生源于一種叫做電磁感應(yīng)的現(xiàn)象。當(dāng)將交流電施加到導(dǎo)體，例如銅導(dǎo)線上時，磁場將在導(dǎo)體內(nèi)和環(huán)繞導(dǎo)體的空間內(nèi)產(chǎn)生磁場。渦流就是感應(yīng)產(chǎn)生的電流，它在一個環(huán)路中流動。之所以叫做“渦流”，是因為它與液體或氣體環(huán)繞障礙物在環(huán)路中流動的形式是一樣的。如果將一個導(dǎo)體放入該變化的磁場中，渦流將在那個導(dǎo)體中產(chǎn)生，而渦流也會產(chǎn)生自己的磁場，該磁場隨著交流電流上升而擴張，隨著交流電流減小而消隱。因此當(dāng)導(dǎo)體表面或近表面出現(xiàn)缺陷或測量金屬材料的一些性質(zhì)發(fā)生變化時，將影響到渦流的強度和分布，從而我們就可以通過一起來檢測渦流的變化情況，進而可以間接的知道道題內(nèi)部缺陷的存在及金屬性能是否發(fā)生了變化

渦流作為一種NDT工具的一大優(yōu)點是它能夠做多種多樣的檢查和測量。在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下，渦流可以用于：

裂縫、缺陷檢查、材料厚度測量、涂層厚度測量材料的傳導(dǎo)性測量

渦流檢測的優(yōu)越性主要包括：

1、 對小裂紋和其它缺陷性 

2、檢測表面和近表面缺陷速度快，靈敏度高 

3、檢驗結(jié)果是即時性的 

4、設(shè)備接口性好 

5、僅需要作很少的準備工作 

6、測試探頭不需要接觸被測物 

7、可檢查形狀尺寸復(fù)雜的導(dǎo)體

什么是渦流？

當(dāng)金屬導(dǎo)體處在變化的磁場中或是在磁場中運動，由于電磁感應(yīng)原理，在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生漩渦狀的電流，稱之為渦流。

什么是阻抗平面顯示？

渦流檢測就是通過測量渦流傳感器的電阻抗變化值實現(xiàn)的。

點阻抗包括電抗和阻抗，顯示時我們以阻抗R（Resistance）為橫坐標， 電抗X（Reactance）為縱坐標形成直角坐標 系。通過渦流檢測傳感器的阻抗變化，可以通 過信號處理在儀器上用點信息（Q）進行顯示，而點Q是個二維的矢量點，它具有一定的幅值（Amplitude）和相位（Phase）。而由于各種原因造成渦流信號分量R、X的變化，使得點Q的位置也隨之變化，Q點的變化軌跡圖則為阻抗平面

影響阻抗顯示漂移的因素有哪些？

材料的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、外形尺寸，填充系數(shù)，提離效應(yīng)，邊緣效應(yīng)等。

什么是提離效應(yīng)？

當(dāng)檢測線圈和被測材料之間的相對位置發(fā)生變化時，檢測線圈在材料上產(chǎn)生的渦流密度就發(fā)生變化，渦流密度隨檢測線圈與材料之間的距離增大而減小，從而使得矢量點Q在顯示平面上發(fā)生移動，這種現(xiàn)象叫作提離效應(yīng)。運用這原理可以進行金屬表面非金屬涂層的測厚。 

什么是填充系數(shù)？

檢測探頭與材料之間的耦合程度，填充系數(shù)越大，探頭與材料耦合的越好，電磁感應(yīng)效果越好，檢測靈敏度越高。填充系數(shù)可以表示為η=（d/D）2； D--線圈內(nèi)直徑（mm）；d--試件直徑（mm）。

什么叫邊緣和末端效應(yīng)？

線圈上的磁場方向是向各個方向伸展的。當(dāng)線圈達到被測試件邊緣時，由于邊緣信號的作用，渦流發(fā)生變化，這就叫做邊緣效應(yīng)。當(dāng)檢測線圈接近試件的始末兩端時，常稱作末端效應(yīng)。

什么叫交流電流的趨膚效應(yīng)？

當(dāng)直流電流通過一圓柱體時，橫截面上的電流密度均相同；而交流電通過圓柱體時，橫截面各處的電流密度就不一樣了，表面電流密度大，到圓柱體越小，這種現(xiàn)象稱為趨膚效應(yīng)。金屬導(dǎo)體中通以交變電流，交變電流的密度在導(dǎo)體截面上的分布是以指數(shù)規(guī)律從表面向內(nèi)部衰減的，其衰減律表達式如下：Jx=Joе-αx 式中：x--從表面算起的；Jx--導(dǎo)體中為x處的電流密度；Jo--導(dǎo)體表面的電流密度；α--衰減系數(shù)為（πfuμσ）1/2，f是頻率，μ是磁導(dǎo)率，σ是電導(dǎo)率。上式說明，交變電流密度在導(dǎo)體橫截面上的衰減與交變電流的頻率、導(dǎo)體的磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率等諸因素有關(guān)。

檢測線圈及分類

穿過式線圈

穿過式線圈是將被檢試件放在線圈內(nèi)進行檢測的線圈，主要應(yīng)用于管、棒、線材的探傷。由于線圈產(chǎn)生的磁場首先作用在試件外壁，因此檢出外壁缺陷的效果較好，內(nèi)壁缺陷的檢測是利用磁場來進行的。一般來說，內(nèi)壁缺陷檢測靈敏度比外壁低。厚壁管材的內(nèi)壁缺陷是不能使用外穿過式線圈來檢測的。

內(nèi)通過式線圈

內(nèi)通過式線圈是放在管子內(nèi)部進行檢測的線圈，主要用來檢查厚壁管子內(nèi)壁或鉆孔內(nèi)壁的缺陷，也可用來檢測成套設(shè)備中管子的質(zhì)量，如熱交換器管的在役檢驗。

探頭式線圈

探頭式線圈是放置在試件表面上進行檢測的線圈，它不僅適用于形狀簡單的板材、板坯、方坯、圓坯、棒材及大直徑管材的表面掃描探傷，也適用于形狀較復(fù)雜的機械零件的檢查。與穿過式線圈相比，由于探頭式線圈的體積小，磁場作用范圍小，所以適于檢出尺寸較小的表面缺陷。

什么是多頻渦流和遠場渦流技術(shù)

在檢測很多復(fù)雜的構(gòu)件時，構(gòu)件本身會產(chǎn)生很強的干擾信號，這使得單頻渦流很難準確的對缺陷進行檢測。為了克服這種干擾，讓檢測信號去偽存真、提高檢測可靠性，可以利用幾個頻率同時激勵線圈，通過檢測線圈可同時獲得多組數(shù)據(jù)，然后對采集的數(shù)據(jù)進行混頻處理以干擾信號，這種就叫多頻渦流技術(shù)。

而遠場渦流則是一種能穿透管壁的低頻渦流技術(shù)，通常檢測時用內(nèi)穿式探頭，其激勵線圈和測量線圈之間的距離大約為兩倍管直徑，通以低頻交流電，線圈能夠檢測到穿出管壁又重新返回的激勵磁場信號，從而能的檢測金屬管內(nèi)外壁的缺陷或壁厚的減薄度。

什么是漏磁場？

當(dāng)用磁化器磁化被測鐵磁材料時，若材料的材質(zhì)是連續(xù)、均勻的，則材料中的磁感應(yīng)線將被約束在材料中，磁通是平行于材料表面的，幾乎沒有磁感應(yīng)線從表面穿出，被檢表面沒有磁場。但當(dāng)材料中存在著切割磁力線的缺陷時，材料表面的缺陷或組織狀態(tài)變化會使磁導(dǎo)率發(fā)生變化，由于缺陷的磁導(dǎo)率很小，磁阻很大，使磁路中的磁通發(fā)生畸變，磁感應(yīng)線會改變途徑，除了一部分磁通直接通過缺陷或在材料內(nèi)部繞過缺陷外，還有部分的磁通會離開材料表面，通過空氣繞過缺陷再重新進入材料，在材料表面缺陷處形成漏磁場。

漏磁檢測為什么要磁化？

由于對材料的磁化，使得材料其中的磁場分布的更均勻。這樣使得繞過缺陷而外漏磁通量更大，從而也更有利于檢測缺陷信號，提高靈敏度。

影響漏磁場強度的因素有哪些，為什么漏磁只能檢測鐵磁性材料？

影響缺陷漏磁場的因素有：材料的此特性、磁化強度以及缺陷本身的性質(zhì)，如缺陷的形狀、大小、走向等。

漏磁檢測只是針對鐵磁性材料。因為非鐵磁性材料的磁導(dǎo)率約等于1，與所處環(huán)境的磁導(dǎo)率基本相同，這樣缺陷周圍的磁場就不會因為磁導(dǎo)率變化而變化，從而也就不會產(chǎn)生漏磁場。

漏磁能否檢測內(nèi)部缺陷？

漏磁檢測主要也是針對表面和亞表面的缺陷檢測。對于內(nèi)部缺陷檢測的主要取決于缺陷離表面的距離以及材料的磁化強度。如果缺陷在材料內(nèi)部較深的話，那么就無法進行檢測了。

什么是磁機械效應(yīng)、磁記憶效應(yīng)？

機械零部件和金屬構(gòu)件發(fā)生損壞的主要根源，是各種微觀和宏觀機械應(yīng)力集中。在應(yīng)力集中區(qū)域，腐蝕、疲勞和蠕變過程的發(fā)展激烈。機械應(yīng)力同鐵磁材料的自磁化現(xiàn)象和殘磁狀況有直接的聯(lián)系，在地磁作用的條件下，缺陷處的導(dǎo)磁率減小，工件表面的漏磁場增大，鐵磁性材料的這一特性稱為磁機械效應(yīng)。磁機械效應(yīng)的存在使得鐵磁性金屬工件的表面磁場增強，這一增強了的磁場“記憶”著部件的缺陷或應(yīng)力集中的位置，這就是“磁記憶”效應(yīng)。

磁記憶（MMM）的主要檢測對象

金屬磁記憶的檢測主要是用于鐵磁性材料的早期診斷預(yù)防，可對管道、容器、汽輪機葉片、飛機機體、飛機起落架、油井鉆桿以及各種不同形狀構(gòu)建、焊接頭等。MMM檢測不需進行表面處理，檢測快速方便。