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渦流檢測探傷機的電磁基本理論
著名的麥克斯韋電磁方程組是宏觀電動力學(xué)的基本方程組。它用數(shù)學(xué)的方式揭示了電場和磁場之間的聯(lián)系和它們所服從的規(guī)律，因此，是討論宏觀電磁現(xiàn)象的理論基礎(chǔ)，也是對渦流檢測問題進(jìn)行理論分析的基本工具。
本文，簡略介紹渦流檢測探傷機所涉及的電磁基本理淪，對渦流檢測中麥克斯韋方程組求解的有關(guān)問題作沾些必耍的說明，并通過典型的物理模型介紹求解渦流方程的常用方法，以便為進(jìn)一步討論渦流檢測的基本原理打下必要的理論基礎(chǔ)。
第一節(jié)渦流檢測概述
由于電磁感應(yīng)，當(dāng)金屬處在變化右的磁場中或相對于磁場運動時，金屬體內(nèi)會感生出呈旋渦狀流動的電流，稱為渦流。
渦流在金屬體內(nèi)流動時，由于金屬存在電阻，便會產(chǎn)生愣次——焦耳熱。工業(yè)上利用這種熱效應(yīng)制成高頻感應(yīng)電爐來冶煉金屬。高頻感應(yīng)電爐實際上是一個外緣繞有線圈的坩鍋。當(dāng)線圈同大功率的高頻交流電源接通時，載流線圈會激發(fā)很強的高頻交變磁場，這時，放在坩鍋中待治煉的金屬便產(chǎn)生渦流，渦流加熱金屬直至熔化。
渦流產(chǎn)生的熱有時也非常有害，例如在電機和變壓器中采用整體鐵芯，當(dāng)線圈通過交變電流時，該鐵芯就會產(chǎn)生渦流。渦流產(chǎn)生的熱在介質(zhì)或空氣中散失，這不僅白白損耗了大量的電能（叫做渦流損耗），而且設(shè)備本身也容易損壞。因此，為了減小渦流損耗，通常在變壓器或電機中均采用迭合的涂有絕緣漆的硅鋼片來代替整體鐵芯。
在另外一些場合，我們還可以利用渦流產(chǎn)生的阻尼作用。如果把金屬做成的擺放在電磁鐵的兩個磁極之間，當(dāng)電磁鐵線圈中不通過電流時，金屬的擺動要經(jīng)過較長時間才會停下來，一旦電流接通，金屬的擺動便會迅速停止，這就是渦流的電磁阻尼作用。在許多電磁測量儀表中安裝的使指針擺動迅速穩(wěn)定下來的阻尼器，以及電氣火車使用的電磁制動器等都是利用類似的電磁阻尼效應(yīng)。
渦流檢測探傷機是渦流效應(yīng)的另一項重要應(yīng)用。它的基本原理可以描述為，當(dāng)載有交變電流的檢測線圈靠近導(dǎo)電試件時，由于線圈磁場的作用，試件中會感生出渦流。渦流的大小，相位及流動形式受到試件導(dǎo)電性能等的彩響，而渦流的反作用磁場又使檢測線圈的阻抗發(fā)生變化，因此，通過測定檢測線圈阻抗的變化，就可以引出被測試件的性能及有無缺陷的結(jié)論。
渦流檢測探傷機不需要改變試件的形狀，也不會影響試件的使用性能，因此，是一種無損地評定試件有關(guān)性能和發(fā)現(xiàn)試件存無缺陷的檢測方法。
渦流檢測探傷機只適用于能產(chǎn)生渦流的導(dǎo)電材料。同時，由于渦流是電磁感應(yīng)產(chǎn)生的，在檢測時，不必要求線圈與試件緊密接觸，也不必在線圈和試件間充填耦合劑，從而容易實現(xiàn)自動化檢驗，對管、棒、絲材表而缺陷的檢測有很高的速度和效率。
渦流檢測探傷機能對代表試件性能的多種參數(shù)作出反應(yīng)，因此，是一種多用途的試驗方法。然而，在檢測中對多種參數(shù)的敏感反應(yīng),會使與檢測要求無關(guān)的參數(shù)也引起明顯的位號,從而鉿試驗結(jié)果帶來干擾信號，這就要求在檢測時，采用各種有效措施來消除干擾因素的影響，以保證檢測的可靠進(jìn)行。
對試件中渦流產(chǎn)生影響的主要因素有，金屬物體的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率，被試驗物體的尺寸和形狀、線圈和被試驗物體間的間隙大小、試驗物體上的缺陷等。很顯然，上述影響因素使渦流試驗可以應(yīng)用于多個不同的領(lǐng)域。
渦流法可以用來測量非磁性金屬表面層的電導(dǎo)率，也可以用來檢驗與電導(dǎo)率數(shù)值有對應(yīng)關(guān)系的性能，如化學(xué)成分和組織狀態(tài)等。因此，渦流檢測可以成功地用于按牌號分選合金，拴驗材枓熱處理質(zhì)量及機械性能等。
試件的渦流與被檢驗的捧材的直徑、管材的壁厚及薄板材的厚度有關(guān)，所以，渦流檢測可以用來測量這些量。同時，檢測線圈與金屬間的距離對渦流也有影響，因此，也可以利用渦流法來檢驗金屬表面非導(dǎo)電覆蓋層的厚度以及小的空間間隙的大小（如導(dǎo)電旋轉(zhuǎn)軸的徑向振動及軸向位移等）。
渦流探傷機也是一項重要應(yīng)用。不僅對于導(dǎo)電材料表面上或近表面的裂紋、孔洞以及其它類型的缺陷，渦流探傷具有良好的檢測靈敏度。而且,還可以發(fā)現(xiàn)于薄的油漆層或涂層下的這些缺陷，
渦流法在科學(xué)研究實踐中也有廣泛的應(yīng)用。例如可用來探索合金中固溶體分解的動力學(xué)；研究在各種熱處理和機械加工規(guī)范下的合金變化；探討腐蝕或疲勞的發(fā)展過程；以及應(yīng)用于帶有裂紋的試樣或零件的壽命研究等。
值得注意的是，由于感生渦流滲入被檢試件的深度與試驗頻率的平方根成正比，這個深度不大，因此，渦流檢測通常被認(rèn)作是一種檢測表面或近表面質(zhì)量的無損檢測技術(shù)。它所常用的試驗頻率范圍為幾赫芝至幾兆赫（特殊的可高達(dá)上百兆）。
此外，由于高溫下的導(dǎo)電試件仍然具冇導(dǎo)電的性質(zhì)，而渦流檢測又不受材枓溫度的影響，因而可以對高組狀態(tài)下的導(dǎo)電材料進(jìn)行檢測，如熱絲、熱線、熱管、熱板。允其重要的是加熱到居里點以上的鋼材消徐了磁導(dǎo)率的影響，可以象非磁性金屬那樣，用渦流法進(jìn)行探傷、材質(zhì)試驗以及板厚、管壁厚或覆蓋膜層厚度的測量。
在工業(yè)生產(chǎn)中，渦流檢測探傷機能廣泛地應(yīng)用于各種金屬制件（如管、棒、線、板、坯材及各種機械零件等〉和少數(shù)非金屬導(dǎo)電材料（如石墨、碳纖維復(fù)合材料）裉據(jù)檢測目的的不同，可以應(yīng)用于成品檢驗、工藝檢驗、維修撿驗等各個工藝或質(zhì)量管理環(huán)節(jié)。