渦流檢測(一種非接觸式的檢測方式)

渦流檢測是指利用電磁感應原理，通過測量被檢工件內感生渦流的變化來無損地評定導電材料及其工件的某些性能，或發現缺陷的無損檢測方法。在工業生產中，渦流檢測是控制各種金屬材料及少數石墨、碳纖維複合材料等非金屬導電材料及其產品品質的主要手段之一，在無損檢測技術領域占有重要的地位。

基本介紹

• 中文名：渦流檢測
• 外文名：eddy current inspection
• 原理：電磁感應
• 優點：檢測線圈不需要接觸工件等
• 局限：影響因素多等
• 學科：冶金學

基本原理

渦流檢測是建立在電磁感應原理基礎之上的一種無損檢測方法，它適用於導電材料。當把一塊導體置於交變磁場之中，在導體中就有感應電流存在，即產生渦流。由於導體自身各種因素（如電導率、磁導率、形狀、尺寸和缺陷等）的變化，會導致渦流的變化，利用這種現象判定導體性質、狀態的檢測方法，稱為渦流檢測。

圖1

電磁感應現象和渦流的產生分別如圖1所示。在圖1-(a)中，使線圈1和線圈2靠近，線上圈1中通過交流電，線上圈2中就會有感應產生交流電。如果使用金屬板代替線圈2，同樣也可以使金屬板導體產生交流電，如圖1-(b)所示。這種由交流磁場感生出來的電流就稱為渦流。

方法

在圖1-(b)中，試件中的渦流方向與給試件施加交流磁場線圈的電流相反。渦流所產生的交流磁場也產生交變磁力線，它通過激勵線圈時又感生出反作用電流。如果工件中渦流變化，這個反作用電流也變化。測定它的變化，就可以測得渦流的變化，從而得到試件的信息。渦流的分布及其電流大小由線圈的形狀和尺寸，試驗頻率，導體的電導率、磁導率、形狀和尺寸、導體與線圈間的距離以及導體表面的缺陷所決定的。因此，根據檢測到的試件中的渦流，就可以取得關於試件材質、缺陷和形狀尺寸等信息。

由於激勵電流和反作用電流的相位會出現一定差異，這個相位差隨著試件的性質而改變，因此，常通過測量相位的變化來檢測試件的有關信息，它的變化與線圈阻抗的變化密切相關，大多數的渦流檢測儀器都以阻抗分析法為基礎，來鑑別各種引起渦流變化的因素。

由於渦流具有趨膚效應，因此渦流檢測只能檢測表面和近表面的缺陷。

由於試件形狀的不同、檢測部位的不同，所以檢測線圈的形狀與接近試件的方式也不盡相同。為了適應各種檢測的需要，人們設計了各種各樣的檢測線圈和渦流檢測儀器。

顯示方式

渦流檢測的顯示方式與用途關係很大，一般小型攜帶型儀器（如裂紋檢測儀、測厚儀等）多採用表頭顯示方式。在冶金企業中使用的線上渦流檢測設備大多採用示波器、記錄儀加聲及光報警等多種顯示方式。示波器又有時基式、橢圓式和矢量光點式幾種，這些顯示一般在現場用樣件調試設備時使用。其中矢量光點式更多的用於科研及在役設備的檢測，以便利用阻抗變化判斷大小和深淺；記錄儀則可以對樣件或可疑件留下永久性的顯示，以便記錄存檔；而聲光報警則往往是和自動分選配合使用，以便提醒操作人員注意。

特點

渦流檢測的優點：

①檢測線圈不需要接觸工件，也不需要耦合劑，對管、棒、線材的檢測易於實現高速、高效率的自動化檢測；也可在高溫下進行檢測，或對工件的狹窄區域及深孔壁等探頭可到達的深遠處進行檢測。

②對工件表面及近表面的缺陷有很高的檢測靈敏度。

③採用不同的信號處理電路，抑制干擾，提取不同的渦流影響因素，渦流檢測可用於電導率測量、膜層厚度測量及金屬薄板厚度測量。

④由於檢測信號是電信號，所以可對檢測結果進行數位化處理，然後存儲、再現及數據處理和比較。

渦流檢測的局限性：

①只適用於檢測導電金屬材料或能感生渦流的非金屬材料。

②由於渦流滲透效應的影響，只適用於檢查金屬表面及近表面缺陷，不能檢查金屬材料深層的內部缺陷。

③渦流效應的影響因素多，對缺陷定性和定量還比較困難。

④針對不同工件採用不同檢測線圈檢查時各有不足。

套用範圍

因為渦流檢測是以電磁感應為基礎的檢測方法，所謂電磁感應現象就是隨時間變化的磁場產生電場的現象，當穿過閉合導體迴路中的磁通量發生變化時，迴路中將產生感應電動勢及感應電流。因此從原則上說，所有與電磁感應有關的影響因素，都可以作為渦流檢測方法的檢測對象。下面所列出的就是影響電磁感應的因素及可能作為渦流檢測的套用對象。

1)不連續性缺陷：裂紋、夾雜物及不均勻等。

2)電導率：化學成分、硬度、應力、溫度及熱處理狀態等。

3)磁導率：鐵磁性材料的熱處理、化學成分、應力及溫度等。

4)試件的幾何尺寸：形狀、大小及膜厚等。

5)被檢件與檢測線圈的距離（提離間隙）、覆蓋層厚度等。