工信版（中职）焊接检测技术第7章教学课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,YCF,（中职）焊接检测技术第7章教学课件,7.1 涡流检测原理及影响要素,7.2 涡流检测设备,7.3 涡流检测特点,7.4,涡流检测方法及其应用,第7章 涡流检测,1.基本原理,涡流检测是涡流效应的一项重要应用。当载有交变电流的检测线圈靠近导电试件时，由于线圈磁场的作用，试件会感生出涡流。涡流的大小、相位及流动性是受到试件导电性能等的影响，而涡流的反作用又使检测线圈的阻抗发生变化。因此，通过测定检测线圈阻抗的变化（或线圈上感应电压的变化），就可以得到被检材料有无缺陷的结论。,因为线圈交变电流（又称一次电流）激励的磁场是交变的，那么涡流也是交变的。同样，这个交变的涡流会在周围空间形成交变磁场并在线圈中感应电动势。这样，线圈中的磁场就是一次电流和涡流共同感生的合成磁场。假定一次电流的振幅不变，线圈和金属工件之间的距离也保持不变，那么涡流和涡流磁场的强度和分布就由金属工件的材质所决定。也就是说，合成磁场中包含了金属工件的电导率、磁导率、裂纹缺陷等信息。因此，只要从线圈中检测出有关信息，如从电导率的差别就能得到纯金属的杂质含量、时效铝合金的热处理状态等信息，这是利用涡流方法检测金属或合金材质的基本原理。,7.1 涡流检测原理及影响要素,返回,下一页,涡流是根据电磁感应原理产生的，所以涡流是交变的。同样，交变的涡流会在周围空间形成交变磁场，因此，需注意以下几点。,（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叠加而形成的合成磁场。涡流磁场的方向由楞次定律确定。,（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、金属块的电导率、磁导率、金属块与线圈的距离、金属块表层缺陷等因素。,因此，根据一次侧检测线圈中的电流变化情况（或者是阻抗的变化），就可以取得关于试件材质的情况、有无缺陷及形状尺寸的变化等信息。,7.1 涡流检测原理及影响要素,返回,下一页,上一页,2.集肤效应,当直流电通过一圆柱导体时，导体截面上的电流密度均相同，而交流电流过圆柱导体时，横截面上的电流密度就不一样，表面的电流密度最大，越到圆柱体中心就越小，这种现象称为集肤效应。由于涡流是交流，同样具有集肤效应，集肤效应随着测试频率f、工件的电导率、磁导率的增长而增加，也就是说试样中的涡流密度随着离开测试线圈距离的增加而减少，这种减少通常按指数规律下降；而涡流的相位差随着深度的增加成比例地增加。,离导体表面某一深度处的电流密度是表面值的l/e时（即36.8%），此深度称透入深度h，涡流透入深度是一个重要的参量。在涡流检测时，透入深度太小，只能检测浅表面缺陷；在涡流测厚时，透入深度太小，只能测量很薄试样的厚度。,7.1 涡流检测原理及影响要素,返回,下一页,上一页,3.影响涡流检测的要素,（1）试件必须是导电材料。试件一定要能导电，非导电体就无法用涡流进行检测。所以，影响涡流检测的第一个要素是试件的性质，它必须是导电材料。因而在讨论涡流检测时，应该十分重视试件的性能。,凡是对涡流的流动和分布会产生影响的试件性能，都会影响涡流检测。,因此，首先要提到的是试件的电导率，所谓“电导”指的是试件传导电流的能力。与之相反，电阻是试件阻碍电流流动的能力。因而，高的电导就相当于低的电阻。从上述定义可知，试件的电导率将直接影响涡流的流动。,而试件的化学成分是决定试件导电性能的主要因素，因而试件的化学成分不同将会影响试件的涡流检测。基于这一点，可以利用涡流技术来分选钢材等。,7.1 涡流检测原理及影响要素,返回,下一页,上一页,对于相同的试件，化学成分、电导率等都是固定的，因而在一般情况下，涡流按小圆环流动；但如果在涡流流动的路径上有一条裂纹或一个凹坑等缺陷，涡流的流动就会受到影响，涡流在缺陷附近将发生畸变（见,图7-1,），这畸变的涡流将产生畸变的涡流磁场，而被检测线圈接收到，所以可用涡流来检测试件中的缺陷。,试件的其他性能，凡是会影响其电导率的，都会影响试件中涡流流动。反过来也可以用涡流来检测这些性能。例如，材料的强度与材料的硬度有关，而材料的硬度又与材料的电导率有关，因此可以用涡流来检测试件的强度和硬度。同样试件的热处理情况、内应力情况、钢材脱碳层的厚度等也都会影响试件的电导率，因而这些性能也能从涡流的变化中得到反映。,从物理学可知，试件的温度升高，其电导率大多数下降。因而试件的热量也是影响涡流流动的一个原因。应该提到的是涡流本身也会使试件发热，在进行涡流检测时应注意不使试件发热。,7.1 涡流检测原理及影响要素,返回,下一页,上一页,（2）检测线圈和检测仪器。如何在试件周围建立激励磁场和如何检测试件中涡流磁场的变化，这两个功能都是由检测线圈来完成的。当然，只有探头也不行，还应该同时具有涡流检测仪器。因而影响涡流检测的第二个要素是检测线圈和检测仪器。,涡流检测的线圈起到向试件输送激励磁场和接收涡流畸变信息的作用。试件中产生涡流的方向，是抵消激励线圈中电流的作用，因而涡流的方向与激励电流方向相反。而涡流又会形成自己的磁场，这个磁场又会在激励线圈中产生感应电流，这个感应电流与涡流方向相反，所以与激励电流方向相同。这就是说，涡流的反作用是使激励线圈中电流增加。如果涡流发生变化，这个反作用电流也会变化，从这个变化着反作用电流中，我们可以得到试件性能的信息。,另外，激励电流和反作用电流之间有一个相位差，这个相位差也随着试件的性能而变化，因而，也可以从这个相位差中得到试件性能的信息。有关检测线圈的形式和使用特点如,表7-1,所示。,7.1 涡流检测原理及影响要素,返回,下一页,上一页,（3）间距。检测线圈和试件如何配合，也就是说，它们之间相距多少距离，它们之间做什么形式的相对运动，也会直接影响涡流检测的灵敏度，因而间距是影响涡流检测的第三个要素。,（4）机械传动。在很多场合，特别是在冶金工厂，对管、棒、线、丝等成品或半成品的涡流检测大多放在生产线上，即“在线”检测，或者是形成一条半成品或成品流水自动检测线，所以机械传动装置性能，包括同心度、直度、振动、速度稳定性能等都会影响涡流检测的好坏。因此，机械传动是影响涡流检测的第四个要素。,（5）标准样块。涡流检测是一种相对的检测，它的检测要求有一个标准样块（如标准伤、标准厚度等）作为比较，所以检测中的标准伤的形状和尺寸，测厚中的标准厚度的精度等都会影响涡流检测的好坏，因而标准样块是影响涡流检测的第五个要素。,7.1 涡流检测原理及影响要素,返回,上一页,1.涡流检测诊断仪的组成及显示装置,不同的涡流检测仪是根据不同的检测目的和应用不同的方法抑制干扰因素、拾取有用信息的电子仪。随着用途的不同、检测线圈的不同以及提取影响检测线圈阻抗的各种因素的方法不同等，研制出了各种不同类型的涡流检测仪器。但大多数涡流检测系统必须具有如下功能。,（1）激励检测线圈。,（2）用被检工件来调制检测线圈的输出信号。,（3）在放大以前对检测线圈的信号进行处理。,（4）将信号放大。,（5）对信号作检波和解调及分析等。,（6）信号的显示和记录。,涡流检测仪一般由振荡器、探头（检测线圈及其装配件）、信号输出电路、放大器、处理器、显示器、记录仪和电源等几部分组成，其原理方框图如,图7-2,所示。,7.2 涡流检测设备,返回,下一页,振荡器的作用是给电桥电路提供电源，当作为电桥桥臂的检测线圈移动到有缺陷的部位时，电桥输出信号，信号经放大后输入检波器进行相位分析，再经滤波和幅度分析后，送到显示和记录装置。,根据振荡器的输出频率可分为高频与低频。高频振荡频率为26MHz，适合于检测表面裂纹；低频振荡频率为50100Hz，穿透深度较大，适合于检测表面下缺陷和多层结构中第二层材质中的缺陷。,涡流信号显示装置主要有电流表、示波管和计算机的CRT三类。,（1）电流表显示多用于便携式小型涡流检测仪中。当缺陷出现，电桥失去平衡时，电流表指针偏转。电表读数与缺陷大小和缺陷深度有关。对于表面缺陷，电表读数与缺陷的大小呈线性关系。例如，裂纹测深时可从电表直接读出裂纹深度，涂层厚胶测量时可从电表直接读出厚度，电导率检测时可直接读出电导率等。随着电子技术的发展，目前已有用数码显示代替电表显示，这样可避免人为误差。,7.2 涡流检测设备,返回,下一页,上一页,（2）示波管显示多用于较大的涡流检测仪器中。它可以把探头检测到的阻抗在阻抗平面上的二维分量以图形显示出来。检测线圈的阻抗特性如,图7-3,所示，当线圈远离工件时，空载阻抗Z,0,在阻抗平面上对应于P,0,点，阻抗角为,0,；当线圈靠近工件检测时，由于受工件和涡流的影响，线圈阻抗变为Z,1,，在阻抗平面上对应于P,1,点，阻抗角为,1,。随着工件缺陷以及探头距缺陷位置的不同，P,1,点会在阻抗平面上以一定轨迹变动。,涡流检测时，由于集肤效应的存在，使得表层下不同深度和缺陷对探头阻抗的影响不同，表层下大缺陷引起的信号幅值有可能与小缺陷引起的信号幅值相同，因此不能根据信号幅值确定缺陷的深度。但示波管显示可解决这一问题。实验表明，涡流检测时，表面下的涡流滞后于表面涡流一定的相位角，在无限厚的材料内，滞后的相位角与缺陷深度有线性关系，因而利用相位分析即可判断出缺陷的深度。实际检测时情况复杂得多，可用试样确定相位与缺陷深度的关系。图7-4是用表面探头检测厚铝板缺陷时，相位角与缺陷深度的依赖关系。,7.2 涡流检测设备,返回,下一页,上一页,图7-4,中阻抗曲线与水平线的夹角为滞后相位角。,由,图7-4,可以看出，裂纹1的扩展深度大于表层下洞穴3，但裂纹1的相位角却小于洞穴3的相位角。,（3）计算机数据处理可将几个通道来的数据直接进入在线实时处理，并将结果在CRT上进行实时显示，如,图7-5,所示。,2.涡流检测仪的一般操作步骤,不同型号的涡流检测仪的操作步骤虽然各不相同，但是操作步骤大致可归纳如下。,（1）仪器预热。一般的晶体管仪器预热半小时左右。,（2）选定仪器的平衡形式（自动还是手动）或者不需平衡。如用手动平衡，则应调节补偿器，使探头零电势得到平衡，一般仪器可用示波器来监视零电势平衡的情况。调平衡时，灵敏度旋钮先放在较低档级，平衡调整中逐渐增高灵敏度。,7.2 涡流检测设备,返回,下一页,上一页,（3）选定灵敏度。有经验可一次选定，没有经验可通过标准伤的探测反复多次确定。,（4）相位调节。使标准伤的信噪比最大。,（5）根据所选定的检测速度选择滤波器形式（高通、带通和低通）及滤波器的频率。,（6）调节报警电平，使标准伤正好报警。在静态调好后，还需在检测前进行复核。,（7）调节好记录器的灵敏度，使标准伤的指示在记录纸刻度的50%左右。,（8）调节标记装置的延迟时间，使标记最好打在标准伤上。,（9）决定自动分选的档级（分两类还是分三类），在分三类的情况下，应在控制台上预选好试件的定尺长度。,（10）对标准伤进行反复多次探测，即预测，看是否满足检测的要求。,7.2 涡流检测设备,返回,下一页,上一页,（11）经过12h的生产检测，并对标准伤进行一次复探，合格后可继续进行生产检测，如发现标准伤反应的幅值变大或变小，则应重新对设备进行调整，而且对先前探过的试件应进行复查。,3.涡流检测诊断的典型仪器,目前，涡流检测诊断的仪器类型很多。下面介绍美国STEVE公司的NORTEC19型涡流检测仪。,NORTEC19是美国STEVE设备公司出品的无损检测仪。它具有数字存储、实时直观显示并能满足现实中几乎全部的涡流检测需求等优点。它能通过双频显示功能将两路频率信号合并，去除某些干扰信号。它的CMOS电路及微处理器控制使其成为一种便携式设备。,在使用中，该仪器可通过面板键盘编程，进行数字控制。它具有绝对式、差动式和自比较式线圈，因此是一种多功能仪器。它的NTSC制式视频输出可以在任何显示器和电视机上显示，还可与录像机和视频打印机连接使用。其控制面板如,图7-6,所示。,7.2 涡流检测设备,返回,下一页,上一页,4