三章涡流检测.ppt
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1、第三章 涡流检测,利用涡流检测分析零件内表面的裂纹,本章概要,引言 涡流检测的基本原理 涡流检测的阻抗分析法 涡流检测的应用 复习和思考,发展历史,1879年:休斯 首次将涡流检测应用到实际(判断不同的金属和合金,进行材质分选) 1926年:第一台涡流测厚仪问世; 1940s:德国福斯特博士的理论研究推动了全世界涡流检测技术的发展。 中国:20世纪60年代开始:研制了涡流电导仪、测厚仪、检测设备。现有数字型的各种设备。 应用领域:航空航天、冶金、机械、电力、化工、核能等。,引言,引言,涡流检测:通过电磁感应原理,通过测定被检工件内感生涡流的变化来 无损地评定导电材料及其工件的某些性能,或发现缺
2、陷的无损检测方法。,Conductive material,Coil,基本原理,优点,对表面或近表面缺陷高度灵敏性 较高的探测速度 表面不需要准备 能够探测涂层下缺陷 对不同缺陷有较好的区分能力 无消耗、无辐射危害、无耦合剂 无需污水处理 能够进行小和复杂外形结构检测 技术易掌握 可做超声波检测的补充,涡流检测的特点,对象必须是导电材料,只适用于检测金属表面缺陷。 检测深度与检测灵敏度是相互矛盾的,对一种材料进行ET时,须根据材质、表面状态、检验标准作综合考虑,然后再确定检测方案与技术参数。 采用穿过式线圈进行ET时,对缺陷所处圆周上的具体位置无法判定。 旋转探头式ET可定位,但检测速度慢。,
3、缺点,引言,3.1 涡流检测的基本原理,交流磁场引发金属内部产生涡流。 涡流反过来作用于线圈。 反作用导致线圈中感抗变化。,3.1.1 检测过程的基本原理,工件表面的裂纹会改变涡流的分布密度和大小; 对线圈的作用就降低了; 线圈的感抗发生了变化。,3.1 涡流检测的基本原理,由于缺陷,线圈阻抗发生变化 线圈中的电压也发生变化 检测材料涡流的变化,涡流传感器,平行于涡流的裂纹,不易被发现,切断涡流的裂纹,可被检测,注意:缺陷的分布特征对检测的影响,3.1.2 涡流随深度的变化,聚肤效应:电流密度在材料的表面强度最高,越往截面中心越小。 随深度而衰减,指数形式。 标准渗透深度 :当涡流密度P =
4、1/e 表面涡流密度(约37%)时的深度 。,随频率的增加而减小; 随导电率的增加而减小; 随着磁导率的增加而减小。,Frequency,极限深度:3处,涡流密度为 表面涡流密度的5,此时的深度为 极限深度。,渗透深度,注意:渗透深度与施加磁场的大小无关。,3.1.3 涡流检测的阻抗分析法,怎样使系统准确地对不同缺陷产生反应? 怎样使系统对微小缺陷产生反应?,涡流检测时需要解决的问题1,灵敏度,交流回路的阻抗,1、阻抗平面图知识回顾,交流回路中阻抗由电阻和感抗以复数形式构成,2、检测系统阻抗,视在电阻,视在感抗,边界讨论:,耦合与互感,试件缺陷很大或者不导电,试件无缺陷,R,X,K为耦合系数,
5、归一化的必要性,归一化处理:将R1和L1等初级线圈的参数移到方程的左侧,使方程右侧只保留被测回路的物理参数,以便消除初级线圈参数变化对系统阻抗的影响。,同理,即,,3、系统阻抗讨论,R1,L1,L2,R2+Rr,R,X,1)涡流频率对阻抗曲线的影响,2)耦合系数对阻抗曲线的影响,结论: 1)阻抗的变化范围是与频率和耦合系数大小有关的,提高感抗的变化范围应选择较小的频率和较大的耦合系数。 2)耦合系数的变化不仅对视在感抗的变化范围有影响,而且对视在电阻的变化范围也有影响。因此,缺陷测试过程中,应尽可能提高耦合程度。,视在感抗的变化幅值变化太小,耦合好坏也决定 了精度,如前所述,磁场的频率可控。但
6、是, 耦合系数K受到耦合系统的磁场和磁导率的影响。 而磁场的变化(具体反应在耦合系数上)很 难量化描述。,跟距离及缺陷等参数有关,解决方法:寻找一个易测参量来间接描述耦合系数的变化。,检测过程中需要解决的问题: 如何使耦合系数量化,以便实现检测控制?,特征检测磁导率,动态磁场与感生电流相互作用:麦克斯韦方程的数学解-含宗量A 的贝塞尔 函数。可表示为:,特征检测频率(如果使A=1所获得的频率),因此, ,且有效磁导率随 变化。,穿管式线圈,参考频率,如果 那么,不同工件内的有效磁导率 ,涡流密度和磁感应强度的分布也相同。,涡流检测的相似率:,利用模拟的含缺陷的试样作为参考,分析未知试样的缺陷位
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