渦流檢測技術(shù)—簡化PPT課件

1、1 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：用來描述材料的磁化狀態(tài)：單位體積內(nèi)所有磁矩的矢量和。）：相對磁導(dǎo)率（無量綱），：真空磁導(dǎo)率（），：磁導(dǎo)率（），磁感應(yīng)密度（無量綱：磁化率磁場強(qiáng)度，：磁化強(qiáng)度rrrH/mH/mT:B1 )(,A/m)(:HA/m)(00HHBMHM第1頁/共33頁2渦流檢測相關(guān)技術(shù)渦流檢測相關(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)電動勢：dtdNdtdEisinBlvEi第2頁/共33頁3渦流檢測相關(guān)技術(shù)：自感與互感渦流檢測相關(guān)技術(shù)：自感與互感 自感：線圈中通過交流電時(shí)，其所產(chǎn)生的交變磁通在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象。 互感：當(dāng)通有電

2、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在線圈2中引起感應(yīng)電動勢；反之亦然。這種線圈中相互激起感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象叫做互感。dtdILELdtdIMEdtdIME2121212121E21為線圈1的電流I1在線圈2中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢M21為線圈1對線圈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。21LLMK 第3頁/共33頁4渦流檢測相關(guān)技術(shù)渦流檢測相關(guān)技術(shù) 渦流：導(dǎo)體處在變化的磁場或相對于磁場運(yùn)動時(shí)，其內(nèi)部會感應(yīng)出自成閉合回路的電流。如右圖所示。l集膚效應(yīng)：直流電通過導(dǎo)體時(shí)，截面上電流密度均勻，而交流電通過導(dǎo)體時(shí)，電流主要集中在導(dǎo)體表面附

3、近。第4頁/共33頁5渦流檢測相關(guān)技術(shù)渦流檢測相關(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），對渦流檢測線圈產(chǎn)生有效影響。如果缺陷在有效透入深度之外，則會導(dǎo)致檢測困難。fu1第5頁/共33頁6渦流檢測相關(guān)技術(shù)渦流檢測相關(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第6頁/共33頁7渦流檢測相關(guān)技術(shù)渦流檢

4、測相關(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互感轉(zhuǎn)換為一次線圈電路的折合阻抗，如圖C所示。 )()(22222221222222211LLRMLjRLRMREI第7頁/共33頁8渦流檢測相關(guān)技術(shù)渦流檢測相關(guān)技術(shù) 折合阻抗的計(jì)算：222222222222ReReXXRXXeRXRXjXeZeMM感應(yīng)出渦流的導(dǎo)體可以按二次線圈來分析：折合電抗：折合電阻：互感抗，：副邊線圈的電抗，：副邊線圈的電阻ee2222LXRMXXXXRMM第8頁/共33頁9渦流檢測相關(guān)技術(shù)：渦流檢測相關(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

5、 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)算出一系列對應(yīng)的RsXs，可得阻抗平面圖如右圖所示。第9頁/共33頁10渦流檢測相關(guān)技術(shù)：渦流檢測相關(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曲線位置的影響，便于對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。21122LLMKLK第10頁/共33頁11渦流檢測相關(guān)技術(shù)：歸一化后的阻抗平面渦流檢測相關(guān)技術(shù)：

6、歸一化后的阻抗平面圖圖X軸右移，然后XY軸壓縮第11頁/共33頁12渦流檢測相關(guān)技術(shù)：放置式線圈的阻抗渦流檢測相關(guān)技術(shù)：放置式線圈的阻抗分析分析 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 線圈直徑的影響第12頁/共33頁13分析電阻率越小，阻抗越小的原因電阻率對阻抗的影響頻率對阻抗的影響第13頁/共33頁14工件厚度對阻抗的影響線圈直徑對阻抗的影響第14頁/共33頁15渦流檢測裝置渦流檢測裝置 渦流檢測線圈：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。第15頁/共33頁16 按應(yīng)用方式分：

7、放置式線圈、外通過式線圈和內(nèi)穿過式線圈。第16頁/共33頁17l按比較方式分：絕對式線圈、它比式線圈和自比式線圈。絕對式線圈 他比式線圈 自比式線圈第17頁/共33頁18渦流檢測裝置渦流檢測裝置 檢測信號的分析與處理技術(shù)：針對缺陷信號的不同特征，信號分析與處理方法主要有：l相位分析法l頻率分析法l幅度分析法第18頁/共33頁19相位分析法相位分析法 相位分析法：利用信號的相位差對干擾信號進(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的原理如右圖所示。第19頁/共33頁20相位分析法相位分析法 相敏檢波法是以選定相位的電壓作為控制信號來抑制電橋輸出的干擾信號。

8、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，把信號的相位角連續(xù)地改變0360度。下圖是一個(gè)簡單的移相電路22)(,1arctan)/arctan(CRRUZRUIRUCRUUiiORC相位角和輸出電壓？相位角和輸出電壓？第20頁/共33頁21相位分析法相位分析法 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（相位不確定，不能用相敏檢波法剔除）。 干擾信號與O點(diǎn)的距離相等，而缺陷信號不同。 線圈的提離信號屬于這種變化軌跡為圓弧的干擾信號。第21頁/共33頁22頻率分析法和幅度鑒別法頻率分析法和幅度鑒別法 頻率分析法：根據(jù)干擾信號和缺陷信號的頻率差異，而抑制干擾信號，提

9、取缺陷信號的方法。例如：溫漂信號和缺陷信號。l幅度鑒別法：根據(jù)檢測信號中干擾信號與缺陷信號的幅度差異實(shí)現(xiàn)提取缺陷信號的方法。如右圖所示。第22頁/共33頁23渦流檢測技術(shù)的應(yīng)用渦流檢測技術(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。 （棒、管）環(huán)繞式線圈對于方向以縱向?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。 自比式線圈，缺陷的兩端信號比較強(qiáng)。 腐蝕缺陷，由于從兩邊到中間逐步加深，故自比式線圈信號不明顯 材料的導(dǎo)電率越高，渦流信號越強(qiáng)，越容易檢測第23頁/共33頁24渦流檢測技術(shù)的應(yīng)用渦流檢測技術(shù)的應(yīng)用 檢測頻率的選擇

10、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對象厚度、透入深度、靈敏度或分辨率等。 對非鐵磁性材料選用幾K至幾百K赫茲。 頻率低，透入深度大，但檢測靈敏度降低。在滿足檢測深度要求的前提下，可選擇較高的檢測頻率，以提高靈敏度。 對于同樣的檢測深度要求，鐵磁材料需要的檢測頻率要低。fu1第24頁/共33頁25熱交換管的探傷實(shí)例熱交換管的探傷實(shí)例 熱交換管內(nèi)的液體介質(zhì)會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)穿過式渦流檢測線圈進(jìn)行檢測是目前較為常用的方法。 檢測原理和過程如下。第25頁/共33頁26線圈與管壁上通孔的相對位置變化會引起渦流信

11、號的變化。第26頁/共33頁27管壁上的通孔通過線圈時(shí)渦流響應(yīng)的變化情況第27頁/共33頁28 實(shí)際渦流檢測的響應(yīng)信號的阻抗圖不是對稱的“8”字形，而是如右圖所示的半個(gè)“8”字形。 渦流檢測信號的相位角定義：阻抗最大值的連線與X軸負(fù)方向的夾角。第28頁/共33頁29熱交換管的探傷結(jié)果分析熱交換管的探傷結(jié)果分析 阻抗越大，缺陷越大。 相位角越大，缺陷位置離檢測線圈越遠(yuǎn)。 檢測信號相位角與缺陷的深度之間存在良好的對應(yīng)關(guān)系，這種關(guān)系明顯優(yōu)于與幅度的對應(yīng)關(guān)系。第29頁/共33頁30人工缺陷實(shí)驗(yàn)結(jié)果：縱座標(biāo)_孔深；橫座標(biāo)_缺陷對應(yīng)的相位角。通孔第30頁/共33頁31渦流檢測的優(yōu)點(diǎn) 檢測時(shí)，線圈不需要接觸工件，無需耦合劑，檢測速度快。