第一單元基礎理論部分第一章渦流檢測的物理基礎1.1概念渦流（EddyCurrent）在導體內部自成閉合回路，成渦旋狀流動的電流，稱為渦流。渦流檢測（EddyCurrentTesting）渦流檢測的基本原理是電磁感應。載有交變電流的檢測線圈接近檢測的導電試件時，由于檢測線圈磁場的作用在導體的表面和近表面感應出渦流。渦流信號的幅值、相位及其在試件中流動的軌跡，與試件的電磁特性、試件中的缺陷、線圈與試件的耦合狀態等因素相關。該渦流產生的磁場作用又使檢測線圈的阻抗發生變化，因此通過測定線圈阻抗的變化，即可獲得被檢件有無缺陷的信息。（渦流原理模擬）1.2渦流檢測的特點管棒線材檢測速度快電磁耦合無須耦合劑金屬基體上覆蓋層（涂鍍層）厚度測量—導電基體上非導電覆蓋層厚度測量—鐵磁性材料基體上非鐵磁性覆蓋層厚度測量石墨、碳纖維等非金屬復合材料檢測（理論）數字化處理能力強，但信息量少；實施條件簡單，對產品表面沒有污染渦流檢測的局限性檢測對象和范圍受到限制，適用于導電材料的表面及近表面缺陷，不適用深層的內部缺陷；渦流滲透深度、檢測頻率、檢測靈敏度之間的關系；渦流的作用范圍影響缺陷位置的判定；（檢測線圈特征、儀器電子平衡、缺陷特性)影響渦流信號的干擾因素比較多：（材料物理狀態、外形尺寸、表面耦合）1.3渦流檢測的基礎知識材料的導電性 根據物質導電性，可將物質分為：導體、絕緣體、半導體導電性能差異的原因 電阻率ρ：單位長度、單位截面積的電阻。 電導率σ：電阻率的倒數。 電導率σ的單位：MS/m和%

IACS國際退火銅標準（%

IACS）電阻率愈小，電導率愈大，材料的導電性愈好

電阻率、電導率與材料導電性能的關系

影響金屬導電性能的主要因素溫度：溫度越高，電阻率越大，電導率越小。雜質：雜質越高，電阻率越大，電導率越小。應力：在彈性范圍內，應力能提高金屬的電阻率，降低電導率。形變：形變使晶體的點陣發生畸變，使電阻增加，電導率下降。熱處理：熱處理可以使金屬的導電率得到恢復。

材料的導磁性物質的宏觀磁性物質的微觀磁性抗磁性物質:-磁化后使磁場略減弱的材料，其相對磁導率μr略大于1順磁性物質-磁化后使磁場略有增強的材料，其相對磁導率略小于1非鐵磁性材料-基本不受磁場影響，即不能被磁化的材料，包括：鐵磁性物質-具有磁滯和磁飽和現象，其磁導率與磁場強度有關且相對磁導率μr遠大于1磁化(技術磁化)鐵磁性材料的磁化過程磁化強度:MA/m磁化（技術磁化）曲線磁場強度HA/m磁化率χ磁感應強度B（磁通密度）T磁導率μ真空磁導率，是相對磁導率影響材料鐵磁性因素的作用規律

-溫度、形變以及材料的組織等

-飽和磁化強度隨溫度的升高而下降

對鐵磁性材料的磁導率和矯頑力的影響：-純度愈高磁導率愈大，矯頑力愈小；-晶界、亞晶界、位錯愈少，磁導率愈高，矯頑力愈小；-應力愈小，磁導率愈高，矯頑力愈小。

正弦交流電直流電單位時間內通過某一導體橫截面的電荷量，稱為電流強度（簡稱電流），記作，在SI中，單位是A（安培）。假設在時間內通過導體橫截面的電荷量為，則電流為正弦交流電電勢、電壓、電流的大小和方向隨時間按正弦規律變化的電路稱為交流電路。其中大小、方向隨時間按正弦規律交變的電流稱為正弦交流電流，簡稱交流電流是電流的幅值，是角頻率（rad/s），是初相位（rad），是時間（s）阻抗及其矢量圖第二章渦流檢測技術2.1電磁感應及渦流電磁感應(electromagneticinduction)-當通過閉合回路中的磁通量發生變化時，回路中產生感應電流的現象。磁通(magneticflux)-磁場B對任意一曲面S的通量稱為曲面S的磁通量，簡稱磁通，單位是WeberN-線圈匝數；I-電流S-曲面磁阻抗感應電流的方向-楞次定律(閉合回路內的感應電流所產生的磁場總是阻礙引起感生電流的磁通變化)右手定則，右手螺旋關系影像資料-電磁感應現象法拉第電磁感應定律自感(inductance)L-自感系數單位：H-交變電流感生電動勢方向增加相反減小相同L-尺寸、匝數、形狀、介質有關，與電流無關。互感(mutualinductance)當兩個線圈的電流可以相互提供磁通時，就說明他們之間存在相互的互感耦合，簡稱互感M-尺寸、匝數、形狀、媒質、磁導率有關，還與線圈相互位置有關。互感線圈串接順接(+)逆接(-)渦流(EddyCurrent)：感應電流在導體內部自成閉合回路，成渦旋狀流動，稱之為渦旋電流。渦流的大小、相位、流動形式受到試件導電性能、尺寸、缺陷等因素影響。渦流產生的磁場影響檢測線圈的阻抗的變化。趨膚效應(skineffect)集膚效應(見檢測頻率對表面裂紋的影響）-隨著檢測頻率的增加，電流的透入深度減小的現象。-表面渦流密度最大，按復指數規律衰減。透入深度(depthofpenetration)渦流密度衰減到其表面值的時的透入深度稱為標準透入深度(standarddepthofpenetration)。渦流密度降至表面約37%時的透入深度。

趨膚效應

標準透入深度頻率電導率

磁導率mHzH/mS/mmHzS/mf=50Hz(58MS/m)f=60KHz(32%IACS18.6MS/m54nΩ·m)2.2阻抗分析法（見阻抗的變化）線圈的阻抗圓柱導體的有效磁導率(真實)磁場變化/磁導率恒定(假設)磁場恒定/磁導率變化(有效磁導率)有效磁導率(effectivepermeability)不是一個常量，與激勵頻率、導體半徑、電導率、磁導率有關。特征頻率(characteristicfrequency)用于表征被檢物質固有電磁特性和幾何尺寸的物理量。對于兩個不同的試件，只要各對應的頻率比相同，則有效磁導率、渦流密度及磁場強度的幾何分布均相同

圓柱體穿過式線圈阻抗的影響因素：試件的電導率、磁導率、幾何尺寸、缺陷以及試驗頻率等

提離效應(liftoffeffect)渦流檢測線圈與被檢件之間距離改變時，其阻抗矢量產生變化的效應。邊緣效應(edgeeffect)端部效應(endeffect)由于試件幾何形狀突變，造成磁場或渦流被干擾。此效應會妨礙該區域內缺陷的檢測。第三章渦流檢測裝置渦流檢測儀(eddycurrenttestinginstrument)-利用電磁感應原理檢測導電物質表面及近表面質量信息的儀器渦流探傷儀(eddycurrentdefectdetector)-缺陷信息渦流電導儀(eddycurrentconductivitymeter)-利用電磁感應原理，測量非鐵磁性導電材料電導率的儀器渦流測厚儀(eddycurrentthicknessguage)-利用渦流的提離效應，測量非鐵磁性導電基體表面非導電覆蓋層厚度的儀器。線圈(coil)-在渦流檢測系統中具有激勵或(和)接收電磁場作用的導線繞組檢測線圈的分類（1）按感應方式分類(自感、互感)（2）按應用方式分類(放置式、外通過式、內穿過式)（3）按比較方式分類(絕對、自比、它比)放置式線圈(probecoil)放在試件表面上或試件表面附近實施渦流檢測的線圈組件外通過式線圈(feed-throughcoli,outerdiameter(OD)coil)圍繞管、棒材及同類試件外實施渦流檢測的線圈組件內穿過式線圈(bobbincoil,innerdiameter(ID)coil)插入管材及同類試件內實施渦流檢測的線圈組件絕對式線圈(absolutecoil)(見絕對與差動線圈）只針對線圈附近那一部分試件電磁性能，而不與其他部位或試件電磁性能相比較的一種線圈或線圈組件。差動式線圈(differentialcoil)比較式線圈(comparatorcoil)兩個或多個線圈反向串聯而又不產生互感，并在試件相鄰部位之間或與對比試件之間的任何電磁性能的差異都會使此系統產生不平衡指示的線圈組件1）磁飽和裝置 磁飽和的概念—對鐵磁性材料而言，當磁場強度繼續增大時磁感應強度不再有明顯的增大的磁化狀態。 磁飽和裝置的作用：消除磁導率不均造成的干擾。2)直流磁飽和：當增量磁導率等于1時受到交流磁場變化的鐵磁性材料的狀態。交流磁飽和：在每半個磁化周期內，受到交變磁場作用的鐵磁性材料，增量磁導率等于1的狀態。（增量磁通密度/增量磁場強度）磁飽和裝置的分類：直流線圈和磁軛式標準樣品(referencestandard)儀器校準或儀器標定時使用的、與技術標準要求相對應的實際參照對比物，兩類：標準試塊和對比試塊。標準試塊(standardtestblock)校準試塊(calibrationblock)按相關標準的技術條件制作，并經被認可的技術機構認證的，用于評價檢測系統性能的試樣。

-材質、形狀和尺寸經主管機關或權威機構檢定的試樣，用于渦流檢測裝置或系統的性能測試及靈敏度調整。（國標） 按相關標準規定的技術條件加工制作、并經被認可的技術機構認證的用于評價檢測系統性能的試樣。（講義）-標準試樣的屬性

a)滿足相關技術條件要求

b)得到授權的技術權威機構的書面確認和批準第四章檢測技術4.1缺陷檢測4.2電導率測量與材質鑒別4.3厚度測量渦流檢測技術的主要特點：（1）適用于所有導電材料；（2）表面及近表面缺陷的檢測；（3）檢測線圈形式多樣；（4）材質分選（磁特性測量）；（5）電導率測量；（6）涂鍍層厚度測量（非鐵磁性基體上非導電覆蓋層）；4.1缺陷檢測渦流探傷過程中需要注意的事項：

a檢測頻率的選擇

b電導率、磁導率的影響

c邊緣效應

d提離效應

e填充系數a檢測頻率的選擇 檢測頻率：在渦流檢測中，加到激勵線圈的交流電的頻率。 選擇原則：由被檢測對象的厚度、所期望的透入深度、要求達到的靈敏度或分辨率以及其他目的所決定的。（缺陷分辨力：能區分開兩個相鄰缺陷的最小距離）b電導率、磁導率的影響 渦流標準透入深度公式 電導率和磁導率的平方根值與渦流標準透入深度成反比。非鐵磁性材料的相對磁導率μr=1；鐵磁性材料的相對磁導率μr是隨磁化強度變化的變量，在磁飽和狀態下為定值。c邊緣效應 在渦流檢測中，由于試件幾何形狀突變而產生的磁場和渦流變化，其阻抗矢量產生的變化的效應。 非屏蔽式線圈的磁場作用范圍是直徑的2倍d放置式（點式）線圈的提離效應提離效應 隨著檢測線圈離開被檢測對象表面距離的變化而感到渦流反作用發生改變的現象。e穿過式線圈的填充系數填充系數η

試件的橫截面積對一次線圈芯部的橫截面之比。 外通過式線圈η=（d/D）2；

內穿過式線圈η=（D/d）2。

提離效應和填充系數所引起的檢測線圈阻抗的矢量變化具有固定的方向，檢測頻率一定時，該方向與缺陷信號的矢量方向（相位角）有明顯的差異，可以抑制和消除（信號處理-相位調整）。渦流探傷技術介紹(見輪轂探傷）（1）渦流探傷適用的典型缺陷及相應特點（2）渦流探傷技術分類4.2電導率測量與材質鑒別電導率測量的應用

進行材質分選、熱處理狀態的鑒別、抗應力腐蝕性能的評價；材質分選的依據 測量電導率的不同或檢測出由于材料導電性的差異引起的渦流響應的不同；（1）鋁合金電導率的渦流檢測（2）鐵磁性材料的電