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渦流檢測(cè)探傷機(jī)的電磁基本理論
著名的麥克斯韋電磁方程組是宏觀電動(dòng)力學(xué)的基本方程組。它用數(shù)學(xué)的方式揭示了電場(chǎng)和磁場(chǎng)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(duì)渦流檢測(cè)問題進(jìn)行理論分析的基本工具。
本文，簡(jiǎn)略介紹渦流檢測(cè)探傷機(jī)所涉及的電磁基本理淪，對(duì)渦流檢測(cè)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(cè)的基本原理打下必要的理論基礎(chǔ)。
第一節(jié)渦流檢測(cè)概述
由于電磁感應(yīng)，當(dāng)金屬處在變化右的磁場(chǎng)中或相對(duì)于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬體內(nèi)會(huì)感生出呈旋渦狀流動(dòng)的電流，稱為渦流。
渦流在金屬體內(nèi)流動(dòng)時(shí)，由于金屬存在電阻，便會(huì)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(shí)際上是一個(gè)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(shí)，載流線圈會(huì)激發(fā)很強(qiáng)的高頻交變磁場(chǎng)，這時(shí)，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(shí)也非常有害，例如在電機(jī)和變壓器中采用整體鐵芯，當(dāng)線圈通過交變電流時(shí)，該鐵芯就會(huì)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(jī)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(chǎng)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(gè)磁極之間，當(dāng)電磁鐵線圈中不通過電流時(shí)，金屬的擺動(dòng)要經(jīng)過較長時(shí)間才會(huì)停下來，一旦電流接通，金屬的擺動(dòng)便會(huì)迅速停止，這就是渦流的電磁阻尼作用。在許多電磁測(cè)量?jī)x表中安裝的使指針擺動(dòng)迅速穩(wěn)定下來的阻尼器，以及電氣火車使用的電磁制動(dòng)器等都是利用類似的電磁阻尼效應(yīng)。
渦流檢測(cè)探傷機(jī)是渦流效應(yīng)的另一項(xiàng)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(cè)線圈靠近導(dǎo)電試件時(shí)，由于線圈磁場(chǎng)的作用，試件中會(huì)感生出渦流。渦流的大小，相位及流動(dòng)形式受到試件導(dǎo)電性能等的彩響，而渦流的反作用磁場(chǎng)又使檢測(cè)線圈的阻抗發(fā)生變化，因此，通過測(cè)定檢測(cè)線圈阻抗的變化，就可以引出被測(cè)試件的性能及有無缺陷的結(jié)論。
渦流檢測(cè)探傷機(jī)不需要改變?cè)嚰男螤睿膊粫?huì)影響試件的使用性能，因此，是一種無損地評(píng)定試件有關(guān)性能和發(fā)現(xiàn)試件存無缺陷的檢測(cè)方法。
渦流檢測(cè)探傷機(jī)只適用于能產(chǎn)生渦流的導(dǎo)電材料。同時(shí)，由于渦流是電磁感應(yīng)產(chǎn)生的，在檢測(cè)時(shí)，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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢驗(yàn)，對(duì)管、棒、絲材表而缺陷的檢測(cè)有很高的速度和效率。
渦流檢測(cè)探傷機(jī)能對(duì)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(yàn)方法。然而，在檢測(cè)中對(duì)多種參數(shù)的敏感反應(yīng),會(huì)使與檢測(cè)要求無關(guān)的參數(shù)也引起明顯的位號(hào),從而鉿試驗(yàn)結(jié)果帶來干擾信號(hào)，這就要求在檢測(cè)時(shí)，采用各種有效措施來消除干擾因素的影響，以保證檢測(cè)的可靠進(jìn)行。
對(duì)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(yàn)物體的尺寸和形狀、線圈和被試驗(yàn)物體間的間隙大小、試驗(yàn)物體上的缺陷等。很顯然，上述影響因素使渦流試驗(yàn)可以應(yīng)用于多個(gè)不同的領(lǐng)域。
渦流法可以用來測(cè)量非磁性金屬表面層的電導(dǎo)率，也可以用來檢驗(yàn)與電導(dǎo)率數(shù)值有對(duì)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(cè)可以成功地用于按牌號(hào)分選合金，拴驗(yàn)材枓熱處理質(zhì)量及機(jī)械性能等。
試件的渦流與被檢驗(yàn)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(cè)可以用來測(cè)量這些量。同時(shí)，檢測(cè)線圈與金屬間的距離對(duì)渦流也有影響，因此，也可以利用渦流法來檢驗(yàn)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(dòng)及軸向位移等）。
渦流探傷機(jī)也是一項(xiàng)重要應(yīng)用。不僅對(duì)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(cè)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(shí)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(dòng)力學(xué)；研究在各種熱處理和機(jī)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(yàn)頻率的平方根成正比，這個(gè)深度不大，因此，渦流檢測(cè)通常被認(rèn)作是一種檢測(cè)表面或近表面質(zhì)量的無損檢測(cè)技術(shù)。它所常用的試驗(yàn)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(cè)又不受材枓溫度的影響，因而可以對(duì)高組狀態(tài)下的導(dǎo)電材料進(jìn)行檢測(cè)，如熱絲、熱線、熱管、熱板。允其重要的是加熱到居里點(diǎn)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(yàn)以及板厚、管壁厚或覆蓋膜層厚度的測(cè)量。
在工業(yè)生產(chǎn)中，渦流檢測(cè)探傷機(jī)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(jī)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(cè)目的的不同，可以應(yīng)用于成品檢驗(yàn)、工藝檢驗(yàn)、維修撿驗(yàn)等各個(gè)工藝或質(zhì)量管理環(huán)節(jié)。