1、6-2-6 应用举例应用举例 涡流检测虽然只能用来发现工件表面和近表面涡流检测虽然只能用来发现工件表面和近表面的缺陷，但曲于它具有简便、不需要耦合剂和容的缺陷，但曲于它具有简便、不需要耦合剂和容易实现高速自动检测的优点，因而在某些行业得易实现高速自动检测的优点，因而在某些行业得到了广泛的应用。到了广泛的应用。例如在某些管、棒材的验收中，可以利用涡流例如在某些管、棒材的验收中，可以利用涡流检测来分选出有害缺陷的材料。检测来分选出有害缺陷的材料。在某些产品如轴承、钢球等的制造过程中，可在某些产品如轴承、钢球等的制造过程中，可利用涡流法剔除那些由于材质问题而带有缺陷的利用涡流法剔除那些由于材质问题而
2、带有缺陷的半成品和成品。半成品和成品。还可用于维修检验，某些机械产品由于工作条还可用于维修检验，某些机械产品由于工作条件比较特殊件比较特殊(如在高温、高压、高速状态下工作如在高温、高压、高速状态下工作)，在使用过程中往往容易产生疲劳裂纹在使用过程中往往容易产生疲劳裂纹(如飞机发如飞机发动机叶片，起落架、旋翼等动机叶片，起落架、旋翼等)和腐蚀裂纹和腐蚀裂纹(如发电如发电厂冷凝器管道等厂冷凝器管道等)。虽然采用磁粉检测，渗透检测和涡流检测都很虽然采用磁粉检测，渗透检测和涡流检测都很有效，但涡流检测不仅对这些缺陷比较敏感，而有效，但涡流检测不仅对这些缺陷比较敏感，而且还可在涂有油漆和环氧树脂等覆盖层
3、的部件上且还可在涂有油漆和环氧树脂等覆盖层的部件上以及盲孔区和螺纹槽底进行检查，能发现金属皮以及盲孔区和螺纹槽底进行检查，能发现金属皮下裂纹，因而在飞机维修部门受到重视。下裂纹，因而在飞机维修部门受到重视。涡流检测技术还可用来对运行中容易产生疲劳涡流检测技术还可用来对运行中容易产生疲劳裂纹的零部件进行监视，在容易产生疲劳裂纹的裂纹的零部件进行监视，在容易产生疲劳裂纹的涡轮盘叶根附近放置涡流探头，只要当旋转中的涡轮盘叶根附近放置涡流探头，只要当旋转中的涡轮盘叶根部分出现可检出的疲劳裂纹时，涡流涡轮盘叶根部分出现可检出的疲劳裂纹时，涡流探伤仪上便能显示出来。探伤仪上便能显示出来。(1)管材检测管材
4、检测 涡流检测管子的方法决定于管直径的大小，直涡流检测管子的方法决定于管直径的大小，直径径75mm以下的管子一般采用穿过式线圈。以下的管子一般采用穿过式线圈。对直径的限制主要在于对分辨能力的要求，这对直径的限制主要在于对分辨能力的要求，这是因为随着直径的增加、同样大小缺陷在整个被是因为随着直径的增加、同样大小缺陷在整个被检测面积中的百分比愈来愈小。检测面积中的百分比愈来愈小。检测时，管子纵向通过一个同心线圈组。线圈检测时，管子纵向通过一个同心线圈组。线圈组包括一只激励线圈组包括一只激励线圈(初级线圈初级线圈)、以差动方式连、以差动方式连接的检测线圈接的检测线圈(次级线圈次级线圈)。而当检测铁磁
5、性管材时，还包括一只磁饱和而当检测铁磁性管材时，还包括一只磁饱和(直流的直流的)线圈。检测线圈监视感应电流的流动，线圈。检测线圈监视感应电流的流动，且能检测出由于缺陷所产生的电流变化。且能检测出由于缺陷所产生的电流变化。由于涡流流动具有方向性，此种方式最适用于由于涡流流动具有方向性，此种方式最适用于检测凹坑、锻屑、发裂、折叠和裂纹等缺陷。检检测凹坑、锻屑、发裂、折叠和裂纹等缺陷。检测速度一般为每秒测速度一般为每秒0.5m 穿透式检测线圈方式在电和机械两方面部很简穿透式检测线圈方式在电和机械两方面部很简单，是一种低成本和高效率的检测方法。单，是一种低成本和高效率的检测方法。直径超过直径超过75m
6、m的管子由于穿过式线圈法对缺的管子由于穿过式线圈法对缺陷的分辨能力不足，大多改用探头式线圈，对大陷的分辨能力不足，大多改用探头式线圈，对大直径管子最好采用多探头检测。直径管子最好采用多探头检测。探头数量决定于管径大小，用于检测直径为探头数量决定于管径大小，用于检测直径为250mm管材时，采用管材时，采用14个探头组成探头组。个探头组成探头组。探头组外形和管子曲率一致，探头组中嵌进耐探头组外形和管子曲率一致，探头组中嵌进耐磨的淬硬靴块，设计成可直接骑在管子表面。磨的淬硬靴块，设计成可直接骑在管子表面。多探头方式的优点是改进了检测灵敏度，这是多探头方式的优点是改进了检测灵敏度，这是因为检测线圈非常
7、接近于被检工件。因为检测线圈非常接近于被检工件。(2)飞机发动机叶片检测飞机发动机叶片检测 喷气发动机的钛合金风扇叶片在起飞时承受非喷气发动机的钛合金风扇叶片在起飞时承受非常高的应力，叶片根部的最大应力可能接近或超常高的应力，叶片根部的最大应力可能接近或超过叶片材料的屈服强度、引起开裂。过叶片材料的屈服强度、引起开裂。采用涡流法可以检出这种低周疲劳引起的叶片采用涡流法可以检出这种低周疲劳引起的叶片根部裂纹。根部裂纹。检测的频率采用检测的频率采用14MHz，探头线圈绕在一，探头线圈绕在一个特殊的直径为个特殊的直径为1.5mm的铁心上，以便与叶片根的铁心上，以便与叶片根部的表面相一致和改善对裂纹的
8、检测灵敏度。部的表面相一致和改善对裂纹的检测灵敏度。当探头移过叶片根部时，缺陷信号就会被仪器当探头移过叶片根部时，缺陷信号就会被仪器显示出来。显示出来。(3)金属复合材料的纤维含量检测金属复合材料的纤维含量检测 硼硅纤维和铝的复合材料是一种重量轻、强度硼硅纤维和铝的复合材料是一种重量轻、强度高的新材料，其中纤维含量为高的新材料，其中纤维含量为50%时复合材料的时复合材料的性能最佳。性能最佳。纤维是由直径为纤维是由直径为0.013mm的钨丝上镀硼至直径的钨丝上镀硼至直径为为0.117mm，再在硼上镀一层硅，然后用铝把它，再在硼上镀一层硅，然后用铝把它们拼制成们拼制成0.13mm厚的纤维带，通过带
9、层的扩散厚的纤维带，通过带层的扩散连接，成为结构材料。连接，成为结构材料。可采用低频单探头来确定和监视成品的纤维含可采用低频单探头来确定和监视成品的纤维含量，评定的方法是测量它的电导率。量，评定的方法是测量它的电导率。检测表明，该材料的纤维含量变化检测表明，该材料的纤维含量变化3%时电导时电导率的变化率的变化(%IACS)可达到可达到20%30%。涡流检测还可通过对材料电导率的测定，来对涡流检测还可通过对材料电导率的测定，来对非磁性材料进行金属成分与杂质含量的鉴别。非磁性材料进行金属成分与杂质含量的鉴别。也可以用电导率来检测球墨铸铁基体组成中的也可以用电导率来检测球墨铸铁基体组成中的珠光体和碳
10、化物含量。珠光体和碳化物含量。还可以用电导率来评定钛合金还可以用电导率来评定钛合金Ti6Al4V的机械的机械强度以及对各种材料进行混料分选等。强度以及对各种材料进行混料分选等。在厚度测量方面，主要是金属基体上膜层厚度在厚度测量方面，主要是金属基体上膜层厚度的测量和金属薄板厚度的测量。的测量和金属薄板厚度的测量。膜层厚度的测量范围一般在几膜层厚度的测量范围一般在几m到几百到几百m之间，特殊的可达几之间，特殊的可达几mm 对绝缘涂层、通常为了抑制电导率和工件尺寸对绝缘涂层、通常为了抑制电导率和工件尺寸的影响，以适应各种基体金属和较薄工件膜层厚的影响，以适应各种基体金属和较薄工件膜层厚度的测量，涡流
11、测厚仪都采用较高的工作频率。度的测量，涡流测厚仪都采用较高的工作频率。对导电涂层，只有在基体与膜层之间电导率相对导电涂层，只有在基体与膜层之间电导率相差较大时，才有可能进行测量。差较大时，才有可能进行测量。在测量磁性材料表面膜层厚度时，检测频率一在测量磁性材料表面膜层厚度时，检测频率一般较低，频率太高工件表面状态的影响较大。般较低，频率太高工件表面状态的影响较大。也可用于零件渗碳层厚度的大致测定，这是因也可用于零件渗碳层厚度的大致测定，这是因为渗碳层厚薄不同会引起磁导率的变化。为渗碳层厚薄不同会引起磁导率的变化。利用涡流法测量金属薄板厚度不仅设备简单、利用涡流法测量金属薄板厚度不仅设备简单、检
12、测迅速、使用方便、没有污染，而且板材愈薄检测迅速、使用方便、没有污染，而且板材愈薄时检测精度愈高。时检测精度愈高。此外，涡流检测还可以用来测量轴形工件转动此外，涡流检测还可以用来测量轴形工件转动时的径向振动和轴向微小位移量等。时的径向振动和轴向微小位移量等。6-3 电磁分选电磁分选 电磁分选是从某些使用电流的其它磁性方法电磁分选是从某些使用电流的其它磁性方法-尤其是磁粉法和涡流法中分离出来的。尤其是磁粉法和涡流法中分离出来的。电磁方法也称磁感应法，它以感应电流作为磁电磁方法也称磁感应法，它以感应电流作为磁场源，只能用于铁磁材料。场源，只能用于铁磁材料。该方法采用低频电流，通常不超过该方法采用低
13、频电流，通常不超过400Hz，比，比较常用的是较常用的是60100Hz，发展的趋势是采用更低，发展的趋势是采用更低的频率，如的频率，如1060Hz 在电磁方法的应用中，金属的磁导率在电磁方法的应用中，金属的磁导率是最主是最主要的变量，作为影响磁滞的其它因素还有金属的要的变量，作为影响磁滞的其它因素还有金属的化学成分、冶金组织和热处理等。化学成分、冶金组织和热处理等。电磁方法是分选或区分铁磁材料的一个主要手电磁方法是分选或区分铁磁材料的一个主要手段，它以化学、物理和机械变量为基础，包括化段，它以化学、物理和机械变量为基础，包括化学成分、冶金组织、硬度和残余应力等。学成分、冶金组织、硬度和残余应力
14、等。总之，是一种快速、方便和经济的手段，可总之，是一种快速、方便和经济的手段，可以部分代替常规化学分析、硬度和拉伸试验等。以部分代替常规化学分析、硬度和拉伸试验等。在磁滞回线中所描述的变量在磁滞回线中所描述的变量-磁饱和、剩余磁磁饱和、剩余磁通量、矫顽力和磁导率，受到铁磁材料基本特性通量、矫顽力和磁导率，受到铁磁材料基本特性(包括化学成分、冶金组织和热处理包括化学成分、冶金组织和热处理)的影响。的影响。例如磁饱和与化学成分和晶体结构有紧密的关例如磁饱和与化学成分和晶体结构有紧密的关系，也就是说它与金属的含碳量、硬度和硬化层系，也就是说它与金属的含碳量、硬度和硬化层深度直接有关。深度直接有关。因
15、此，可以用显示材料磁滞回线的方法测定材因此，可以用显示材料磁滞回线的方法测定材料的性能，同一种材料热处理规范不同时可以得料的性能，同一种材料热处理规范不同时可以得到不同的磁滞回线。到不同的磁滞回线。但就材料分选而言，磁滞回线并不是磁性材料但就材料分选而言，磁滞回线并不是磁性材料评价的最好表示方法。评价的最好表示方法。磁性材料特征值的一种改进表示法，可以把磁磁性材料特征值的一种改进表示法，可以把磁化强度的变化、磁导率的变化或磁滞回线曲率的化强度的变化、磁导率的变化或磁滞回线曲率的变化形象地表示出来。变化形象地表示出来。它可用于按化学成分、冶金组织、硬度、抗拉它可用于按化学成分、冶金组织、硬度、抗
16、拉强度、渗入深度或表面脱碳层深度，或者这些变强度、渗入深度或表面脱碳层深度，或者这些变量的组合来进行分选或评价。量的组合来进行分选或评价。用检测仪分选两种钢材用检测仪分选两种钢材A和和B示于图，两种不同示于图，两种不同钢材在屏幕上所显示的图形在幅值和形状有尽可钢材在屏幕上所显示的图形在幅值和形状有尽可能大的区别，用作分选的基础，标有阴影符号代能大的区别，用作分选的基础，标有阴影符号代表调整中应予调节的控制器。表调整中应予调节的控制器。图图a钢试件钢试件A放入检放入检测线圈，调节移相器测线圈，调节移相器和灵敏度至图形显示和灵敏度至图形显示在屏幕中间并达一定在屏幕中间并达一定高度。高度。图图b差动
17、线圈中插入差动线圈中插入另一个钢试件另一个钢试件A1(与与A同类同类)，两者磁性能差，两者磁性能差如实线，当把如实线，当把A1换成换成B1(与与A不同不同)，两者的，两者的磁性能差如虚线。磁性能差如虚线。图图c为重新用为重新用A1取取代代B1，并调节补偿，并调节补偿器，使器，使A1的曲线呈的曲线呈水平直线。水平直线。图图d为调节移相器为调节移相器使使B1曲线的最高点曲线的最高点处于屏幕中心。处于屏幕中心。图图e为调节补偿器使为调节补偿器使A1曲线相对于曲线相对于B1曲线曲线呈向下的对称显示。呈向下的对称显示。最后，调节放大器最后，调节放大器使屏幕面积被充分利使屏幕面积被充分利用，如图用，如图f
18、所示。所示。当对大批量的两种当对大批量的两种不同化学成分的钢件不同化学成分的钢件进行分选时，同一钢进行分选时，同一钢种的工件中所存在的种的工件中所存在的次要变量会使结果表次要变量会使结果表现为一现为一“散布带散布带”在基本曲线的两侧会在基本曲线的两侧会有一些微小的变化，有一些微小的变化，如图所示。如图所示。检测仪能力不只限于能检测仪能力不只限于能分选两种不同钢材，如分选两种不同钢材，如图所示，它一次能同时图所示，它一次能同时分选四种不同钢材。分选四种不同钢材。化学成分相对微小化学成分相对微小不同也可以区别，例不同也可以区别，例如对两种弹簧钢轧坯如对两种弹簧钢轧坯检测表明，虽然两者检测表明，虽然
19、两者在化学成分上含碳量在化学成分上含碳量相差仅为相差仅为0.07%，但，但也能做到明晰区分。也能做到明晰区分。电磁检测仪器对会影响到磁性能的一切变量都电磁检测仪器对会影响到磁性能的一切变量都具有很高的灵敏度，这对于检测基本上相似而只具有很高的灵敏度，这对于检测基本上相似而只有相对微小差别的材料是一个突出的优点。有相对微小差别的材料是一个突出的优点。但是，在选择试件作为分选或分析的标准件以但是，在选择试件作为分选或分析的标准件以及在检测前和检测中，对标准件的操作或定位都及在检测前和检测中，对标准件的操作或定位都有严格的要求。有严格的要求。在选择和使用标准件时必须考虑的条件是在选择和使用标准件时必
20、须考虑的条件是A)标准件的尺寸、形状、热处理状态、表面粗标准件的尺寸、形状、热处理状态、表面粗糙度及其加工方法、加工工序引起的残余应力大糙度及其加工方法、加工工序引起的残余应力大小等都应与被检工件相同小等都应与被检工件相同B)每一分选等级需准备每一分选等级需准备23个标准件，以防遗个标准件，以防遗失失C)由于标准件处在感应电流的作用下，它会被由于标准件处在感应电流的作用下，它会被加热到某一温度，并稳定在此温度，这种温度的加热到某一温度，并稳定在此温度，这种温度的升高将影响读出、并需重新调整检测仪器升高将影响读出、并需重新调整检测仪器D)必须防止使用经过磁化而随后未完全退磁的必须防止使用经过磁化
21、而随后未完全退磁的标准件或工件，剩磁会导致读数错误标准件或工件，剩磁会导致读数错误E)标准件的冶金特性应通过充分的金相检验、标准件的冶金特性应通过充分的金相检验、硬度检验和其它所需的各种方法检测硬度检验和其它所需的各种方法检测 所有电磁分选和分析是否成功，取决于读出的所有电磁分选和分析是否成功，取决于读出的解释解释-读出的性质依所用读出设备的型式而异。读出的性质依所用读出设备的型式而异。在示波器荧光屏上所得到的扫描图和从精密电在示波器荧光屏上所得到的扫描图和从精密电压表上所得出的读数属于最普通的读出手段。压表上所得出的读数属于最普通的读出手段。初始读出是从已知标准件得到的，再把这些读初始读出是
22、从已知标准件得到的，再把这些读出值与被检工件的读出值相比较。出值与被检工件的读出值相比较。实用中，一开始就必须知道参考标准间有着多实用中，一开始就必须知道参考标准间有着多大的差值。大的差值。为使各式各样复杂的示波器图形与冶金性质和为使各式各样复杂的示波器图形与冶金性质和组织的差别联系起来，已经做了很多工作。组织的差别联系起来，已经做了很多工作。例如，随着硬度的增例如，随着硬度的增高，在示波器图形上出高，在示波器图形上出现了一种引人注目的效现了一种引人注目的效应，即增加了缺陷的棱应，即增加了缺陷的棱角，如图所示。角，如图所示。这是一种化学成分相同这是一种化学成分相同的钢，它们的热处理状的钢，它们
23、的热处理状态不同。态不同。图图a退火状态，图退火状态，图b淬淬火和回火到中等硬度，火和回火到中等硬度，图图c淬火和回火到高硬度。淬火和回火到高硬度。图形棱角的增加可以认图形棱角的增加可以认为是由于内部残余应力为是由于内部残余应力增加的缘故。增加的缘故。通过分析读出数据来区分不同硬度、化学成分、通过分析读出数据来区分不同硬度、化学成分、组织和其它冶金特性的问题与检测缺陷的问题有组织和其它冶金特性的问题与检测缺陷的问题有明显的不同。明显的不同。对缺陷的检测、常采用不同的鉴别技术把所谓对缺陷的检测、常采用不同的鉴别技术把所谓的质量效应或整体效应降到最低。的质量效应或整体效应降到最低。而在作冶金特性的
24、区分时，质量效应或整体效而在作冶金特性的区分时，质量效应或整体效应在所有检测中是根本的。应在所有检测中是根本的。对化学成分的分选来说，含碳量对钢的磁性的对化学成分的分选来说，含碳量对钢的磁性的影响特别有助于以含碳量为基础来分选钢材。影响特别有助于以含碳量为基础来分选钢材。增加含碳量导致增加电阻率、顽磁性、矫顽磁增加含碳量导致增加电阻率、顽磁性、矫顽磁力以及磁滞损失。力以及磁滞损失。然而合金含量和热处理状态也会影响磁性能，然而合金含量和热处理状态也会影响磁性能，它们有时可能掩盖了含碳量的效应。它们有时可能掩盖了含碳量的效应。因此，基于含碳量进行分选时，必须学会识别因此，基于含碳量进行分选时，必须
25、学会识别外来因素的效应。外来因素的效应。低频率桥式比较仪，参考线圈和检测线圈用已低频率桥式比较仪，参考线圈和检测线圈用已知硬度的样件来调平衡，把未知硬度工件代替参知硬度的样件来调平衡，把未知硬度工件代替参考件，产生的不平衡程度与硬度改变有关。考件，产生的不平衡程度与硬度改变有关。图为屏幕上的光点代图为屏幕上的光点代表三个硬度范围。表三个硬度范围。螺栓螺栓(淬火后回火淬火后回火)所所需硬度需硬度HRC3440 但有些螺栓因未回火但有些螺栓因未回火而硬度太高，另一些而硬度太高，另一些因脱碳而太软。因脱碳而太软。这些混批螺栓按屏幕上光点图可成功分选成三种这些混批螺栓按屏幕上光点图可成功分选成三种硬度
26、范围。硬度范围。许多钢零件希望有耐磨的硬表面配以软韧的芯许多钢零件希望有耐磨的硬表面配以软韧的芯部，这种软硬结合性能可以通过硬化来获得。部，这种软硬结合性能可以通过硬化来获得。表面硬化可由包括渗碳、碳氮共渗、氰化、氮表面硬化可由包括渗碳、碳氮共渗、氰化、氮化、感应淬火和火焰淬火等方法来达到。化、感应淬火和火焰淬火等方法来达到。根据硬化层和芯部磁性的保持程度，常常有可根据硬化层和芯部磁性的保持程度，常常有可能用电磁分选来测定硬化层深度，或根据硬化层能用电磁分选来测定硬化层深度，或根据硬化层深度进行分选。深度进行分选。这种方法对用感应淬火或火焰淬火表面硬化工这种方法对用感应淬火或火焰淬火表面硬化工
27、件比较有效，因为经感应淬火和火焰淬火零件只件比较有效，因为经感应淬火和火焰淬火零件只有冶金组织上的改变，而无化学成分的变化。有冶金组织上的改变，而无化学成分的变化。对于既在组织上又在化学成分有变化的零件，对于既在组织上又在化学成分有变化的零件，要获得正确的测定是很复杂的。要获得正确的测定是很复杂的。渗碳层厚度用电磁方法难于准确测定，对于氰渗碳层厚度用电磁方法难于准确测定，对于氰化和氮化表面层的测量尚未获得满意方法。化和氮化表面层的测量尚未获得满意方法。很多工件表面硬度符合要求，由于淬透层深度很多工件表面硬度符合要求，由于淬透层深度不够，芯部硬度不符合最低硬度要求。不够，芯部硬度不符合最低硬度要
28、求。此时可采用桥式比较仪并采用一次和三次谐波此时可采用桥式比较仪并采用一次和三次谐波电压幅值之间位相角关系，来分析比较芯部硬度电压幅值之间位相角关系，来分析比较芯部硬度合格与否。合格与否。例如，某种合格销钉检测时在示波器上出现例如，某种合格销钉检测时在示波器上出现两个相连的相位脉冲，而芯部硬度低于最低硬度两个相连的相位脉冲，而芯部硬度低于最低硬度的销钉检测时两个相位脉冲是分开的。采用该方的销钉检测时两个相位脉冲是分开的。采用该方法对法对70万件销钉进行了有效分选。万件销钉进行了有效分选。6-4 几种表面缺陷检测方法的比较几种表面缺陷检测方法的比较 几种表面缺陷检测方法的比较如表所示几种表面缺陷检测方法的比较如表所示
