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涡流检测法

/eddy current testing; ECT/
条目作者沈功田

沈功田

最后更新 2024-06-12
浏览 200
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利用电磁感应原理检测并描述导体材料表面及近表面缺陷,也可用于涂层厚度和电导率的测量的一种非接触电磁无损检测方法。

英文名称
eddy current testing; ECT
所属学科
力学

1824年,涡电流(简称涡流)被D.-F.-J.阿拉戈首次观测到。英国科学家M.法拉第于1831年发现当随时间变化的磁场通过导体时会产生封闭的电流回路(反之亦然)流过导体,即为电磁感应现象,奠定了涡流检测的基础。1851年,法国物理学家J.-B.-L傅科发现涡流并解释为由于一个移动的磁场与金属导体相交,或是由移动的金属导体与磁场垂直交会所产生的,因此,涡流又称傅科电流。1879年,D.休斯展示了当线圈接触不同导电率、导磁率的金属时,线圈的电气特性会发生变化,由此创立涡流以及磁感应检测和分析的基本原则,并且应用于金属材料的分类测试上。19世纪90年代,美国通用电气工程师开发了一个简单的矢量分析法,结合复数平面表示阻抗的技术,把稳态交变电流的求解转换为简单的代数和三角方法,为简化涡流检测分析提供了理论基础。

第二次世界大战期间,德国F.福斯特教授将复平面信号分析方法清晰地阐述并应用于涡流检测原理分析之中,开发了用于测量导电率和进行混合铁成分分类的仪器。1948年,福斯特成立了专门的检测公司,开发并商品化涡流检测仪器。50年代起,美国的W.C.奥利弗等进行了涡流技术研究,验证了福斯特的理论和设备,研制开发了采用新的半导体器件集成电路的仪器,并发展了多频涡流检测和远场涡流检测等新技术。70年代以后,基于涡流检测原理衍生的新电磁检测技术和成像设备大量产生,进一步凸显了涡流检测在探测导电材料表面或近表面缺陷中的应用。

除常规涡流检测外,涡流检测已发展出低频涡流、高频涡流、多频涡流、扫频涡流、远场涡流、阵列涡流和脉冲涡流等检测技术,广泛应用于兵器、航天、航空、机械、建筑、冶金、电力、石油、造船、汽车、核能、铁路等行业。

线圈被交变电流所驱动在其周围产生交变磁场,磁场与流经线圈的电流以相同的频率振荡,当线圈接近导电材料时,在材料中感应出与线圈中的电流相反的电流,即为涡流。导电材料的电导率、磁导率变化和缺陷的存在会引起涡流的相位以及振幅变化,涡流检测正是利用测量线圈中阻抗的变化来实现电导率、磁导率的测量和缺陷的检测。

涡流检测的主要优点是检测速度快,线圈与试件可以不直接接触,无需耦合剂。

涡流检测主要应用于表面涡流检测和管道元件涡流检测。表面涡流检测灵敏度高,被广泛用于航空航天工业和石化工业的铁磁性材料和非铁磁性材料上。管道元件涡流检测的方法较多,如仅限于非铁磁性材料的常规涡电流检测和多频涡流检测,多用于检测管壁损失或腐蚀;可应用于铁磁性材料的饱和涡流检测和远场涡流检测等。此外,涡流检测还发展出能隔包覆层检测压力容器和管道腐蚀减薄的脉冲涡流检测技术。

涡流检测对于导电材料的表面、近表面缺陷检测灵敏度高,但受产生的涡流及渗透深度(集肤效应)的物理限制。涡流检测的适用对象主要有:①不连续性缺陷:裂纹、夹杂物、腐蚀等。②电导率:化学成分、硬度、应力、温度及热处理状态等。③磁导率:铁磁性材料的热处理、化学成分、应力及温度等。④试件的几何尺寸:形状、大小及膜厚等。⑤被检件与检测线圈的距离(提离间隙)、覆盖层厚度等。

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