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第3章涡流探伤 * * 第1页，共36页，编辑于2022年，星期日 3.1涡流检测简介 3.1.1 涡流检测的基本原理 当载有交变电流的检测线圈靠近导电工件时，由于线圈磁场的作用，工件中将会感生出涡流（其大小等参数与工件中的缺陷等有关），而涡流产生的反作用磁场又将使检测线圈的阻抗发生变化。因此，在工件形状尺寸及探测距离等固定的条件下，通过测定探测线圈阻抗的变化，可以判断被测工件有无缺陷存在。 * 第2页，共36页，编辑于2022年，星期日 3.1.2涡流检测的特点 3.1.2.1 用途及影响感生涡流的主要因素 1.探伤：缺陷形状、尺寸和位置 2.材质分选：电导率 3.测厚：检测距离和薄板厚度 4.尺寸检测：工件的尺寸和形状 5.物理量测量（径向振幅、轴向位移及运动轨迹的测量）：工件与检测线圈间的距离 * 第3页，共36页，编辑于2022年，星期日 3.1.2.2 特点 1.对导电材料表面和近表面缺陷的检测灵敏度较高； 2.检测线圈不必与被检材料或工件紧密接触，不需耦合剂，检测过程不影响被检材料的性能； 3.应用范围广，对影响感生涡流特性的各种物理和工艺因素均能实施监测； 4.在一定条件下，能反映有关裂纹深度的信息； 5.可在高温、薄壁管、细线、零件内孔表面等其它检测方法不适应的场合实施监测； 6.检测形状复杂零件，效率低；难于区分缺陷的种类和大小。 * 第4页，共36页，编辑于2022年，星期日 3.1.3 发展过程 1879年，英国人休斯对合金进行了判断实验； 发展缓慢，直到20世纪50年代，德国的福斯特等人提出了利用阻抗分析方法来鉴别涡流实验中各个影像因素的新见解，涡流检测技术得到了实质性的突破； 涡流仪器的发展：模拟类机器－数字式仪器－智能仪器 当前涡流检测技术主要研究热点：多频涡流检测技术；远场涡流检测技术；深层涡流技术；磁光/涡流成像技术。 * 第5页，共36页，编辑于2022年，星期日 3.2涡流检测基础知识 3.2.1 电磁感应现象 1.电磁感应 磁通量发生变化，产生感生电流。 2.自感应 交变电流产生交变磁通量，产生自感电动势。 3.互感应 两个相互靠近的线圈，其中的一个电流发生变化，都会引起另一个线圈内磁通量的变化，从而在另一个线圈中产生感生电动势的现象。 * 第6页，共36页，编辑于2022年，星期日 3.2.2 涡流检测 3.2.2.1 涡流检测的组成 检测线圈、检测电流的仪器和被检的金属工件。 裂纹走向与涡流平行，难于检测，须从多个方向进行检测。 * 第7页，共36页，编辑于2022年，星期日 3.2.2.2 趋肤效应和渗透深度 1.趋肤效应 感应出的涡流集中在靠近激励线圈的材料表面附近的现象。涡流密度随着距离表面的距离增加而减小。 2.渗透深度 趋肤效应的存在，使交变电流激励磁场的强度及感生涡流的密度，从被检材料的表面到其内部按指数分布规律递减。将涡流密度衰减为其表面密度的1/e时对应的深度定义为渗透深度： * 第8页，共36页，编辑于2022年，星期日 3.2.2.3涡流检测线圈的阻抗 涡流的大小影响激励线圈的电流大小。若施加的交变电压不变，这种影响可等效于激励线圈的阻抗发生了变化。 设Z0为没有试件时线圈的等效阻抗，Zs为有试件时反射到激励线圈上的附加阻抗，则线圈的阻抗Z可表示为： R0：激励线圈的电阻； X0：激励线圈的电抗； Rs：反射电阻； Xs：反射电抗。 * 第9页，共36页，编辑于2022年，星期日 1.空间中某点的磁场不再是由一次电流产生的磁场，而是一次电流磁场和涡流磁场迭加而形成的合成磁场。 2.涡流的大小影响着激励线圈中的电流。 3.涡流的大小和分布决定于激励线圈的形状和尺寸、交流电频率、金属块的导电率、磁导率、金属块与线圈的距离、金属块表层的缺陷等。 因此，检测线圈中的电流（或阻抗）变化，就可以取得关于试件材质的情况、有无缺陷及其形状尺寸的变化等信息。 * 第10页，共36页，编辑于2022年，星期日 3.2.2.4涡流检测相似定律 1 涡流检测界限频率 在有效磁导率的数学表达式中，贝塞尔函数的变量 （-j?Kr）1/2的模为1时的频率，称为界限频率，也称特征频率或固有频率，用符号fg表示。 界限频率fg的物理意义是：对和工件紧密耦合的工作线圈，当撤去外加能量时，线圈与工件的组合系统依靠本身贮存的电磁能量而发生电振荡的频率。当外加交变能量的频率与固有频率相同时，系统自身消耗能量最少。 * 第11页，共36页，编辑于2022年，星期日 2涡流检测相似定律 对于两个形状相似尺寸不同的工件，如果二者的频率比f/fg相同，则这两个工件的有