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涡流检测(Eddy-Current Testing,简称ET)原理

来源: 作者:ndt 人气: 发布时间:2024-12-22
摘要:涡流检测(Eddy-Current Testing,简称ET) 向一个线圈通入交变电流时,基于电磁感应原理,该线圈将产生垂直于电流方向(即平行于线圈轴线方向)的交变磁场,此即涡流检测中应用的激励线圈(激磁线圈),把这个线圈靠近导电体时,线圈产生的交变磁场会在导电
涡流检测(Eddy-Current Testing,简称ET)
向一个线圈通入交变电流时,基于电磁感应原理,该线圈将产生垂直于电流方向(即平行于线圈轴线方向)的交变磁场,此即涡流检测中应用的激励线圈(激磁线圈),把这个线圈靠近导电体时,线圈产生的交变磁场会在导电体中感应出涡电流(简称涡流),其方向垂直于磁场并与线圈电流方向相反。涡流的分布及大小与激磁条件(如激励线圈的形状、尺寸、交变电流的频率等)、导电体自身的电导率、磁导率、导电体的形状与尺寸,沧州欧谱以及导电体与激励线圈间的距离、导电体表面或近表面缺陷的存在等都有着密切的关系。
导电体中的涡流本身也要产生交变磁场,对激励线圈的磁场起到反磁场的作用,使通过线圈的磁通发生变化,这将使线圈的阻抗发生变化,通过监测线圈阻抗的变化,可以确定导电体对磁场的影响,从而达到检测目的。
或者,利用涡流的反磁场作用于激励线圈时,在线圈中产生方向与涡流方向相反而与激励电流方向相同的感应电流,感应电流与激励电流发生叠加,当导电体中的涡流发生变化时,则感应电流也会发生变化,导致叠加电流变化。通过监测线圈中电流的变化(激励电流为恒定值),即可探知涡流的变化,从而获得有关试件材质、缺陷、几何尺寸、形状等变化的信息。
还可以采用另一个附加的专用检测线圈来直接感受涡流磁场产生感应电流,通过监测感应电流的变化达到监测涡流磁场变化亦即涡流变化的目的。
例如:将涡流检测探头(检测线圈)接近被检导电试件时,线圈阻抗(电阻与电感分量)将发生变化,在其他条件相同时,此变化基本上是一个恒定值,但是若探头在试件表面经越过一个缺陷时,试件中的涡流因为缺陷的存在而使其流动途径发生畸变,使得涡流磁场也发生变化,于是检测线圈中的阻抗也随之发生变化(破坏了原来的平衡状态),根据这种变化的出现,即可检出缺陷。
涡流是一种交变电流,其频率与激励电流的频率相同。由于趋肤效应而只能集聚在试件表面,随深度方向透入的涡电流按指数幂函数的规律减小。在实际应用中,涡流在试件上的透入深度是指在该深度处的涡流密度为试件表面涡流密度的1/e(即37%左右)时的深度。透入深度与频率、电导率和磁导率之间的关系可表达为:δ=1/(π•f•μ•σ)1/2 
式中:δ-试件上的涡流投入深度;f-激励电流的频率;μ-试件的磁导率;σ-试件的电导率。
此外,激励电流与反作用电流(涡流在线圈中的感生电流)之间存在的相位差与试件有关,因此也是检测试件状态的一个重要信息。
涡流检测的方式基本上分为三种类型:
(1)穿过式线圈法:检测线圈套在试件上,其内径与试件外径接近,用于检测如棒材、管材、丝材等。
(2)探头式线圈法:平面检测线圈直接置于试件平表面上进行局部检测扫查,为了提高检测的灵敏度,通常在线圈中加有磁芯以提高线圈的品质因数。
(3)插入式(内探头)线圈法:将螺管式线圈插入管材或试件的孔内作内壁检测,线圈中也多装有磁芯以提高检测灵敏度。
参见右图。
 涡流检测的方式示意图
涡流检测的一般工艺程序:
(1)试件的表面清理:试件表面应平整清洁,各种对检测有影响的附着物均应清除干净。
(2)检测仪器的稳定:检测仪器通电后应经过一定时间的预热稳定,同时注意检测仪器、探头、标样所处的环境以及在此环境中的试件应有一致的温度,否则会产生较大的检测误差。
(3)检测规范的选择:涡流检测中的干扰因素很多,为了保证正确的检测性能,需要在检测前对检测仪器和探头正确设定和校准,主要包括:
a.工作频率的选定:在被检材料已经确定时,工作频率的高低将影响涡流的透入深度,因此必须选择适当的工作频率(即激励电流的频率)。
b.探头选择:探头的几何形状与尺寸应适合被检工件和要求检测的目标,沧州欧谱如穿过式线圈的内径大小、探头式线圈的直径与长度等。
c.检测灵敏度的设定:首先应对检测仪器的电表指示进行“调零”(平衡调整),然后采用规定的参考标样或标准试块、试样,把检测仪器的灵敏度调整到设定值,还包括相位角选定、杂乱干扰信号的抑制调整等。
(4)检测操作:在涡流检测的操作中,应经常校核检测灵敏度有无变化,试件与探头的间距是否稳定,自动化检测中的试件传送速度是否稳定等等,一旦发现有变化即应及时修正,并对在有变化情况下检测的试件进行复检,以免影响检测结果的可靠性。
涡流检测适用于钢铁、有色金属、石墨等导电材料的制品,如管材、丝材、棒材、轴承、锻件等等,它能用于检测这些材料的表面和近表面的缺陷,根据电导率与合金成分相关的特点,可以通过测定材料的导电率(相对电导率或以国际退火铜标准电导率为基本单位的绝对电导率)来对金属材料进行分选,根据电导率与合金的显微组织相关,可以利用涡流检测对金属材料的热处理质量进行监控(例如时效质量、硬度、过热或过烧等),涡流检测还可用于工件壁厚或涂镀层厚度的测量,以及用于一些其他无损检测方法难以进行的特殊场合下的检测,例如深内孔表面与近表面缺陷的检测。
涡流检测的优点是检测速度高,检测成本低,操作简便(无损检测资源网不需要特别熟练的操作者),探头与被检工件可以不接触,不需要耦合介质,检测时可以同时得到电信号直接输出指示的结果,也可以实现屏幕显示,对于对称性工件能实现高速自动化检测(目前自动化涡流检测的速度已经能达到每分钟350米甚至更高)并可实现永久性记录等等。其缺点是只适用于导电材料,难以用于形状复杂的试件。由于透入深度的限制,只能检测薄壁试件或工件的表面、近表面缺陷(对于钢而言,目前涡流检测的一般透入深度只能达到3~5mm),检测结果不直观,需要参考标准,根据检测结果还难以判别缺陷的种类、性质以及形状、尺寸等。涡流检测时受干扰影响的因素较多,例如工件的电导率或磁导率不均匀、试件的温度、试件的几何形状,以及提离效应、边缘效应等等都能对检测结果产生影响,以致产生误显示或伪显示等。
最新的涡流检测技术已经发展了称为远场涡流检测技术(RFEC),其最大的特点是能够从一端远距离检测到另一端的整个长度范围,特别适用于管材与管道的检测,检测信号不受磁导率和电导率不均、趋肤效应、探头提离和偏心等常规涡流法中诸多干扰因素的影响,能以同样的灵敏度实时有效地检测金属管道管壁内外表面缺陷和管壁测厚。其应用范围包括诸如热电厂高压加热器在役钢管的腐蚀缺陷、石化炼油厂热交换器管道腐蚀检测、化肥厂尿素高压设备双相钢列管探伤、石油输油管腐蚀检测,各种金属材料管路内部与外部缺陷,如疲劳裂痕,支撑架凹痕及沉积物腐蚀等检测。
 
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