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渦流檢測(cè)基本原理

渦流檢測(cè)就是運(yùn)用電磁感應(yīng)原理，將正弦波電流激勵(lì)探頭線圈，當(dāng)探頭接近金屬表面時(shí)，線圈周圍的交變磁場(chǎng)在金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流。對(duì)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(shí)渦流也產(chǎn)生相同頻率的磁場(chǎng)，其方向與線圈磁場(chǎng)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(dòng)，遇到缺陷或材質(zhì)、尺寸等變化時(shí)，使得渦流磁場(chǎng)對(duì)線圈的反作用不同，引起線圈阻抗變化，通過(guò)渦流檢測(cè)儀器測(cè)量出這種變化量就能鑒別金屬表面有無(wú)缺陷或其它物理性質(zhì)變化。

影響渦流場(chǎng)的因素有很多，諸如探頭線圈與被測(cè)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(cè)厚、分選等問(wèn)題。

渦流檢測(cè)是許多NDT（無(wú)損檢測(cè)）方法之一，它應(yīng)用“電磁學(xué)”基本理論作為導(dǎo)體檢測(cè)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(shí)，磁場(chǎng)將在導(dǎo)體內(nèi)和環(huán)繞導(dǎo)體的空間內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)。渦流就是感應(yīng)產(chǎn)生的電流，它在一個(gè)環(huán)路中流動(dòng)。之所以叫做“渦流”，是因?yàn)樗c液體或氣體環(huán)繞障礙物在環(huán)路中流動(dòng)的形式是一樣的。如果將一個(gè)導(dǎo)體放入該變化的磁場(chǎng)中，渦流將在那個(gè)導(dǎo)體中產(chǎn)生，而渦流也會(huì)產(chǎn)生自己的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)隨著交流電流上升而擴(kuò)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(cè)量金屬材料的一些性質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，將影響到渦流的強(qiáng)度和分布，從而我們就可以通過(guò)一起來(lái)檢測(cè)渦流的變化情況，進(jìn)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(diǎn)是它能夠做多種多樣的檢查和測(cè)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(cè)量、涂層厚度測(cè)量材料的傳導(dǎo)性測(cè)量

渦流檢測(cè)的優(yōu)越性主要包括：

1、 對(duì)小裂紋和其它缺陷性 

2、檢測(cè)表面和近表面缺陷速度快，靈敏度高 

3、檢驗(yàn)結(jié)果是即時(shí)性的 

4、設(shè)備接口性好 

5、僅需要作很少的準(zhǔn)備工作 

6、測(cè)試探頭不需要接觸被測(cè)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(chǎng)中或是在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，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(cè)就是通過(guò)測(cè)量渦流傳感器的電阻抗變化值實(shí)現(xiàn)的。

點(diǎn)阻抗包括電抗和阻抗，顯示時(shí)我們以阻抗R（Resistance）為橫坐標(biāo)， 電抗X（Reactance）為縱坐標(biāo)形成直角坐標(biāo) 系。通過(guò)渦流檢測(cè)傳感器的阻抗變化，可以通 過(guò)信號(hào)處理在儀器上用點(diǎn)信息（Q）進(jìn)行顯示，而點(diǎn)Q是個(gè)二維的矢量點(diǎn)，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(hào)分量R、X的變化，使得點(diǎn)Q的位置也隨之變化，Q點(diǎn)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(cè)線圈和被測(cè)材料之間的相對(duì)位置發(fā)生變化時(shí)，檢測(cè)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(cè)線圈與材料之間的距離增大而減小，從而使得矢量點(diǎn)Q在顯示平面上發(fā)生移動(dòng)，這種現(xiàn)象叫作提離效應(yīng)。運(yùn)用這原理可以進(jìn)行金屬表面非金屬涂層的測(cè)厚。 

什么是填充系數(shù)？

檢測(cè)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(cè)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(chǎng)方向是向各個(gè)方向伸展的。當(dāng)線圈達(dá)到被測(cè)試件邊緣時(shí)，由于邊緣信號(hào)的作用，渦流發(fā)生變化，這就叫做邊緣效應(yīng)。當(dāng)檢測(cè)線圈接近試件的始末兩端時(shí)，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(guò)一圓柱體時(shí)，橫截面上的電流密度均相同；而交流電通過(guò)圓柱體時(shí)，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(dá)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(shuō)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(cè)線圈及分類

穿過(guò)式線圈

穿過(guò)式線圈是將被檢試件放在線圈內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)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(chǎng)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(cè)是利用磁場(chǎng)來(lái)進(jìn)行的。一般來(lái)說(shuō)，內(nèi)壁缺陷檢測(cè)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(guò)式線圈來(lái)檢測(cè)的。

內(nèi)通過(guò)式線圈

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

探頭式線圈

探頭式線圈是放置在試件表面上進(jìn)行檢測(cè)的線圈，它不僅適用于形狀簡(jiǎn)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(jī)械零件的檢查。與穿過(guò)式線圈相比，由于探頭式線圈的體積小，磁場(chǎng)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(yuǎn)場(chǎng)渦流技術(shù)

在檢測(cè)很多復(fù)雜的構(gòu)件時(shí)，構(gòu)件本身會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的干擾信號(hào)，這使得單頻渦流很難準(zhǔn)確的對(duì)缺陷進(jìn)行檢測(cè)。為了克服這種干擾，讓檢測(cè)信號(hào)去偽存真、提高檢測(cè)可靠性，可以利用幾個(gè)頻率同時(shí)激勵(lì)線圈，通過(guò)檢測(cè)線圈可同時(shí)獲得多組數(shù)據(jù)，然后對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行混頻處理以干擾信號(hào)，這種就叫多頻渦流技術(shù)。

而遠(yuǎn)場(chǎng)渦流則是一種能穿透管壁的低頻渦流技術(shù)，通常檢測(cè)時(shí)用內(nèi)穿式探頭，其激勵(lì)線圈和測(cè)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(cè)到穿出管壁又重新返回的激勵(lì)磁場(chǎng)信號(hào)，從而能的檢測(cè)金屬管內(nèi)外壁的缺陷或壁厚的減薄度。

什么是漏磁場(chǎng)？

當(dāng)用磁化器磁化被測(cè)鐵磁材料時(shí)，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(méi)有磁感應(yīng)線從表面穿出，被檢表面沒(méi)有磁場(chǎng)。但當(dāng)材料中存在著切割磁力線的缺陷時(shí)，材料表面的缺陷或組織狀態(tài)變化會(huì)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(huì)改變途徑，除了一部分磁通直接通過(guò)缺陷或在材料內(nèi)部繞過(guò)缺陷外，還有部分的磁通會(huì)離開材料表面，通過(guò)空氣繞過(guò)缺陷再重新進(jìn)入材料，在材料表面缺陷處形成漏磁場(chǎng)。

漏磁檢測(cè)為什么要磁化？

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

影響漏磁場(chǎng)強(qiáng)度的因素有哪些，為什么漏磁只能檢測(cè)鐵磁性材料？

影響缺陷漏磁場(chǎng)的因素有：材料的此特性、磁化強(qiáng)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(cè)只是針對(duì)鐵磁性材料。因?yàn)榉氰F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(chǎng)就不會(huì)因?yàn)榇艑?dǎo)率變化而變化，從而也就不會(huì)產(chǎn)生漏磁場(chǎng)。

漏磁能否檢測(cè)內(nèi)部缺陷？

漏磁檢測(cè)主要也是針對(duì)表面和亞表面的缺陷檢測(cè)。對(duì)于內(nèi)部缺陷檢測(cè)的主要取決于缺陷離表面的距離以及材料的磁化強(qiáng)度。如果缺陷在材料內(nèi)部較深的話，那么就無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)了。

什么是磁機(jī)械效應(yīng)、磁記憶效應(yīng)？

機(jī)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(jī)械應(yīng)力集中。在應(yīng)力集中區(qū)域，腐蝕、疲勞和蠕變過(guò)程的發(fā)展激烈。機(jī)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(chǎng)增大，鐵磁性材料的這一特性稱為磁機(jī)械效應(yīng)。磁機(jī)械效應(yīng)的存在使得鐵磁性金屬工件的表面磁場(chǎng)增強(qiáng)，這一增強(qiáng)了的磁場(chǎng)“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(cè)對(duì)象

金屬磁記憶的檢測(cè)主要是用于鐵磁性材料的早期診斷預(yù)防，可對(duì)管道、容器、汽輪機(jī)葉片、飛機(jī)機(jī)體、飛機(jī)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(cè)不需進(jìn)行表面處理，檢測(cè)快速方便。