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.,1,第9講渦流檢測(cè)技術(shù),韓贊東,.,2,與渦流檢測(cè)有關(guān)的材料的性質(zhì):材料的導(dǎo)電性相關(guān)知識(shí):電導(dǎo)率、電阻等。材料的磁特性抗磁性物質(zhì):使磁場(chǎng)減弱的物質(zhì),磁化率為負(fù)。如金、銀、銅。順磁性物質(zhì):使磁場(chǎng)略有增強(qiáng)的物質(zhì),磁化率為正。如空氣、鋁、鉑。鐵磁性物質(zhì):使磁場(chǎng)劇烈增加的物質(zhì),磁化率為正。如鐵、鎳、鈷。,渦流檢測(cè)的理論基礎(chǔ),.,3,磁化曲線:鐵磁性材料的磁化曲線如右圖所示。磁化強(qiáng)度M:用來(lái)描述材料的磁化狀態(tài):?jiǎn)挝惑w積內(nèi)所有磁矩的矢量和。,渦流檢測(cè)的理論基礎(chǔ),.,4,渦流檢測(cè)相關(guān)技術(shù),電磁感應(yīng)現(xiàn)象如右圖法拉第電磁應(yīng)定律:圖b中的電磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):,.,5,渦流檢測(cè)相關(guān)技術(shù):自感與互感,自感:線圈中通過(guò)交流電時(shí),其所產(chǎn)生的交變磁通在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象?;ジ校寒?dāng)通有電流I1和I2的兩個(gè)線圈接近時(shí),線圈1中的電流I1所引起的變化的磁通會(huì)在線圈2中引起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì);反之亦然。這種線圈中相互激起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象叫做互感。,E21為線圈1的電流I1在線圈2中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)M21為線圈1對(duì)線圈2的互感系數(shù),單位H,M21M12M兩線圈之間的耦合程度用耦合系數(shù)K表示。,.,6,渦流檢測(cè)相關(guān)技術(shù),渦流:導(dǎo)體處在變化的磁場(chǎng)或相對(duì)于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí),其內(nèi)部會(huì)感應(yīng)出自成閉合回路的電流。如右圖所示。,集膚效應(yīng):直流電通過(guò)導(dǎo)體時(shí),截面上電流密度均勻,而交流電通過(guò)導(dǎo)體時(shí),電流主要集中在導(dǎo)體表面附近。,.,7,渦流檢測(cè)相關(guān)技術(shù),透入深度:渦流透入導(dǎo)體的距離。渦流衰減到表面值的1e時(shí)的透入深度成為標(biāo)準(zhǔn)透入深度,用符號(hào)表示。f:交流電的頻率:材料的磁導(dǎo)率:材料的電導(dǎo)率實(shí)際應(yīng)用中,將2.6的透入深度定義為渦流的有效透入深度(占90的渦流總量),對(duì)渦流檢測(cè)線圈產(chǎn)生有效影響。如果缺陷在有效透入深度之外,則會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)困難。,.,8,渦流檢測(cè)相關(guān)技術(shù),線圈阻抗分析:理想線圈只有感抗,而實(shí)際線圈都有內(nèi)阻,其阻抗可表示為ZRjX=R+jwL,R:電阻,X:感抗,w:角頻率單個(gè)線圈的等效電路如下圖所示,.,9,渦流檢測(cè)相關(guān)技術(shù),線圈耦合等效電路:兩個(gè)相互耦合的線圈如下圖所示。將二次線圈電路阻抗通過(guò)互感轉(zhuǎn)換為一次線圈電路的折合阻抗,如圖C所示。,.,10,渦流檢測(cè)相關(guān)技術(shù),折合阻抗的計(jì)算:,感應(yīng)出渦流的導(dǎo)體可以按二次線圈來(lái)分析,.,11,渦流檢測(cè)相關(guān)技術(shù):視在阻抗平面圖,二次線圈的折合阻抗和一次線圈的阻抗之和稱為視在阻抗ZsRsXs可以認(rèn)為一次線圈中的電流和電壓的變化是由于視在阻抗引起的,根據(jù)視在阻抗可以知道二次線圈對(duì)一次線圈的影響,從而得到二次線圈阻抗的變化。如果二次線圈的電阻R2從遞減到0,或者X2由0逐漸增加到,計(jì)算出一系列對(duì)應(yīng)的RsXs,可得阻抗平面圖如右圖所示。,.,12,渦流檢測(cè)相關(guān)技術(shù):視在阻抗平面圖,曲線半徑等于缺點(diǎn):位置與Z1、L1、L2和M有關(guān)。半徑隨頻率變化。為了消除原邊線圈阻抗和頻率對(duì)曲線位置的影響,便于對(duì)不同情況下的曲線進(jìn)行比較,需要進(jìn)行阻抗歸一化。即坐標(biāo)變換。,.,13,渦流檢測(cè)相關(guān)技術(shù):歸一化后的阻抗平面圖,X軸右移,然后XY軸壓縮,.,14,渦流檢測(cè)相關(guān)技術(shù):放置式線圈的阻抗分析,影響阻抗變化的主要因素:提離效應(yīng)的影響邊沿效應(yīng)的影響工件電導(dǎo)率的影響磁導(dǎo)率的影響實(shí)驗(yàn)頻率的影響工件厚度的影響線圈直徑的影響,.,15,分析電阻率越小,阻抗越小的原因,電阻率對(duì)阻抗的影響,頻率對(duì)阻抗的影響,.,16,工件厚度對(duì)阻抗的影響,線圈直徑對(duì)阻抗的影響,.,17,渦流檢測(cè)裝置,渦流檢測(cè)線圈:又稱渦流探頭。有多種分類方法。按感應(yīng)方式分:自感式線圈和互感式線圈。,.,18,按應(yīng)用方式分:放置式線圈、外通過(guò)式線圈和內(nèi)穿過(guò)式線圈。,渦流檢測(cè)裝置,.,19,按比較方式分:絕對(duì)式線圈、它比式線圈和自比式線圈。,絕對(duì)式線圈他比式線圈自比式線圈,渦流檢測(cè)裝置,.,20,渦流檢測(cè)裝置,檢測(cè)信號(hào)的分析與處理技術(shù):針對(duì)缺陷信號(hào)的不同特征,信號(hào)分析與處理方法主要有:相位分析法頻率分析法幅度分析法,.,21,相位分析法,相位分析法:利用信號(hào)的相位差對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行抑制的方法。常用的方法為相敏檢波法和不平衡電橋法。相位分析法去除干擾干擾信號(hào)的原理如右圖所示。,.,22,相位分析法,相敏檢波法是以選定相位的電壓作為控制信號(hào)來(lái)抑制電橋輸出的干擾信號(hào)。常用到移相電路,理想的移相電路能夠在輸出電壓保持不變的情況下,把信號(hào)的相位角連續(xù)地改變0360度。下圖是一個(gè)簡(jiǎn)單的移相電路,相位角和輸出電壓?,.,23,相位分析法,不平衡電橋法:用于抑制電壓變化軌跡近似于圓弧的干擾信號(hào)(相位不確定,不能用相敏檢波法剔除)。干擾信號(hào)與O點(diǎn)的距離相等,而缺陷信號(hào)不同。線圈的提離信號(hào)屬于這種變化軌跡為圓弧的干擾信號(hào)。,.,24,頻率分析法和幅度鑒別法,頻率分析法:根據(jù)干擾信號(hào)和缺陷信號(hào)的頻率差異,而抑制干擾信號(hào),提取缺陷信號(hào)的方法。例如:溫漂信號(hào)和缺陷信號(hào)。,幅度鑒別法:根據(jù)檢測(cè)信號(hào)中干擾信號(hào)與缺陷信號(hào)的幅度差異實(shí)現(xiàn)提取缺陷信號(hào)的方法。如右圖所示。,.,25,渦流檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用,渦流探傷適應(yīng)的典型缺陷及響應(yīng)特點(diǎn)能夠引起渦流異常的不連續(xù)缺陷都能被檢測(cè)。(棒、管)環(huán)繞式線圈對(duì)于方向以縱向?yàn)橹?,并在徑向具有不同深度的不連續(xù),如裂紋、折疊、未焊透等缺陷,比較容易檢測(cè)。自比式線圈,缺陷的兩端信號(hào)比較強(qiáng)。腐蝕缺陷,由于從兩邊到中間逐步加深,故自比式線圈信號(hào)不明顯材料的導(dǎo)電率越高,渦流信號(hào)越強(qiáng),越容易檢測(cè),.,26,渦流檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用,檢測(cè)頻率的選擇渦流探傷的頻率一般為幾十至10M赫茲。工作頻率取決于檢測(cè)對(duì)象厚度、透入深度、靈敏度或分辨率等。對(duì)非鐵磁性材料選用幾K至幾百K赫茲。頻率低,透入深度大,但檢測(cè)靈敏度降低。在滿足檢測(cè)深度要求的前提下,可選擇較高的檢測(cè)頻率,以提高靈敏度。對(duì)于同樣的檢測(cè)深度要求,鐵磁材料需要的檢測(cè)頻率要低。,.,27,熱交換管的探傷實(shí)例,熱交換管內(nèi)的液體介質(zhì)會(huì)造成管壁的腐蝕和沉淀物的堆積;熱交換器管的外壁與支架的摩擦?xí)?dǎo)致接觸部位的磨損。采用內(nèi)穿過(guò)式渦流檢測(cè)線圈進(jìn)行檢測(cè)是目前較為常用的方法。檢測(cè)原理和過(guò)程如下。,.,28,線圈與管壁上通孔的相對(duì)位置變化會(huì)引起渦流信號(hào)的變化。,熱交換管的探傷實(shí)例,.,29,管壁上的通孔通過(guò)線圈時(shí)渦流響應(yīng)的變化情況,熱交換管的探傷實(shí)例,.,30,實(shí)際渦流檢測(cè)的響應(yīng)信號(hào)的阻抗圖不是對(duì)稱的“8”字形,而是如右圖所示的半個(gè)“8”字形。渦流檢測(cè)信號(hào)的相位角定義:阻抗最大值的連線與X軸負(fù)方向的夾角。,熱交換管的探傷實(shí)例,.,31,熱交換管的探傷結(jié)果分析,阻抗越大,缺陷越大。相位角越大,缺陷位置離檢測(cè)線圈越遠(yuǎn)。檢測(cè)信號(hào)相位角與缺陷的深度之間存在良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,這種關(guān)系明顯優(yōu)于與幅度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。,.,32,人工缺陷實(shí)驗(yàn)結(jié)果:縱座標(biāo)_孔深;橫座標(biāo)_缺陷對(duì)應(yīng)的相位角。,熱交換管的探傷結(jié)果分析,通孔,.,33,渦流檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn),檢測(cè)時(shí),線圈不需要
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