文档介绍:涡流的大小、相位及流动形式受到材料导电性能的影响,而涡流产生的反作用磁场又使检测线圈的阻抗发生变化。
因此,通过测定检测线圈阻抗的变化,可以得到被检材料有无缺陷的结论。
涡流检测只适用于导电材料,同时由于涡流是电磁感应产生的示
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是一个近似半圆(右边),半圆直径为k2ωL1,线圈1感抗X从ωL1单调减少到(1-k2)ωL1,而电阻R由R1,增加到Rl+k2ωL1/2最大值后减小回到R1
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用这样的阻抗平面来了解线圈阻抗变化要比用公式直观得多,容易理解。
但是由于不同的线圈阻抗和不同的电流频率有不同的半圆直径和位置,而且有时线圈阻抗的轨迹曲线不是半圆,因此要进行相互比较有困难。
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为此,用线圈1的视在感抗ωL1来除纵轴和横轴的X和R,可以获得归一化阻抗曲线,如图b
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这样,半圆直径在纵轴上的位置,上端为(0,1),下端为(0,1-k2),直径为k2,半圆上参变数Rr,用归一化频率F来表示,则有
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在半圆上端F等于零,中间F等于1,下端F为无穷大。归一化处理后的电阻和电抗都是无因次量,并且都一定小于l。根据这个方法得到的阻抗平面图的格式是统一的,因而具有通用性。
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在涡流检测时,若通以交变电流的线圈中没有试样,则可以得到空载阻抗Z0=R0+jωL0,若在线圈中放入试样,线圈阻抗将变为Z1=R1+jωL1
随着材料和工件性质的不同,对检测线圈的影响也不一样,因而,工件性质的变化可以用检测线圈阻抗特性的变化来描述。
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由于引起检测线圈阻抗发生变化的直接原因是线圈中磁场的变化,检测时需要分析和计算工件被放入检测线圈后磁场的变化,然后得出检测线圈阻抗的变化,才能对各种因素进行分析。
这样做比较复杂,德国福斯特(Forstcr)提出有效磁导率的概念,使涡流检测中的阻抗分析问题大大简化。
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福斯特在分析线圈阻抗的变动时,提出一个模型,当放在通有交变电流的无限长圆筒形线圈中的导电圆柱体时,圆柱体的整个截面上有一个恒定磁场。
而磁导率却在截面上沿半径方向变化,并使这种情况下所产生的磁通量等于真实情况下圆柱体内的磁通量。
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用事实上变化着的磁场强度和恒定不变的磁导率,用恒定的磁场强度和变化着的磁导率所取代,这个变化的磁导率称为有效磁导率。用符号μeff表示
式中 k=(ωμσ)1/2,r圆柱体的半径,J0(-j)1/2kr-零阶贝塞尔函数, J1(-j)1/2kr阶贝塞尔函数。
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引入有效磁导率的概念并对它进行分析,福斯特把使贝塞尔函数变量(-j)1/2kr的模为1的频率称为特征频率(或界限频率),用符号fg表示:
对于非磁性材料μ=μ0=4π×10-7H/m,因此
式中 σ-电导率,d-工件直径(cm)
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因为有效磁导率μeff的数值随变量(kr)的不同而变化,因此,只要知道一个工件的特征频率fg,并计算出检测频率f与特征频率fg的比值,就可以计算出有效磁导率的数值。
这是因为对于一般的检测频率f而言,贝塞尔函数的变量(kr)可以表示为
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可见有效磁导率的数值完全取决于频率比的大小,而有效磁导率又决定了工件内涡流和磁场强度的分布。
因此,工件中涡流和磁场强度的分布又仅仅是频率比的函数。
从这种方法可以得到的结论是,对于两个不同的工件,只要各自对应的频率比相同,则有效磁导率、涡流密度和磁场强度的几何分布也相同,这就是涡流检测的相似律,即
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对于在涡流检测中那些不能用数学计算提供理论分析结果,也不能精确地直接用实物加以实测的问题,可以根据涡流检测相似律通过模型试验来推断检测结果。
根据相似律,只要频率比相同,几何相似的不连续性缺陷(例如以圆柱体直径的百分率表示的一定深度和宽度的裂纹)将引起相同的涡流效应和相同的有效磁导率变化。
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可以通过带有人工缺陷的模拟试验测量出有效磁导率的变化值对于裂纹的深度、宽度以及位置的依从关系,可以用截面放大了的,带有人工缺陷的模型试验来获得裂纹引起线圈参数变化的试验数据的参考依据。
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在涡流检测中,工件待测性能的信息是通过检测线圈的阻抗变化或电压效应来提供的。根据法拉第电磁感应定律,通过数学运算:可以推导出次级线圈的感应电压。
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在实际检测中进行涡流探伤时,直