涡流测量法用于测试铝合金电导率

1.术语

1）涡流是指由于外磁场在时间或空间上的变化而在导体表面及近表面产生的感应电流。

2）有效透入深度是指在涡流检测中与选用的频率相对应的能测出厚度方向质量信息的最大深度。

3）标准透入深度是指在涡流检测中，涡流密度降至试件表面涡流密度的1/e（约37%）时的深度。按下式计算：

式中 δ——标准透入深度，单位为m；

σ——试件的电导率，单位为S/m；

μ₀——真空磁导率，μ₀=4π×10^-7H/m；

μ_r——相对磁导率，对于铝合金μ_r值近似为1；

f——测试频率，单位为Hz。

4）提离效应是指涡流检测线圈与被检试件之间的距离改变时，其阻抗矢量产生变化的效应。

5）边缘效应是指在涡流检测中，由于试件几何形状的突变而产生的磁场和涡流的变化。

6）测量精度是指给定条件下涡流电导仪测试电导率标准试块获得的测量值与标准试块电导率值之间的差异。

7）仪器灵敏度是指给定方法和仪器所能检测出的材料或产品电导率的最小差值或变化。

8）仪器稳定性是指仪器测量指示值在一定时间间隔内的变化情况。

9）提离抑制性是指仪器消除或减小探头与试样间微小间隙影响的能力。

10）直接测量是指由于被检测对象的尺寸﹑形状及表面状态对电导率的准确测量不存在影响而可获得电导率的真实值的测量。

11）修正测量是指由于被检测对象的尺寸﹑形状及表面状态对电导率的准确测量存在影响而需要对获得的电导率视在值加以修正补偿的测量。

12）修正系数是指将修正测量获得的电导率值转化为被检测对象的真实电导率值所引入的补偿值或换算系数。

2.方法原理

当载有确定频率和振幅交流电的线圈接近导电体表面时，线圈中交流电产生的交变磁场在导电体表面和近表面感应产生涡流，感应涡流的磁场反作用于线圈，这种反作用的大小与导电体表面和近表面的导电率有关。通过以电导率单位标定的仪器可直接测出电导体的电导率。

注：涡流法则测试电导率受许多因素的影响，如试件的几何形状尺寸与表面状态、探头与试件表面的间隙、环境温度波动、铁磁性金属和强磁场、探头交变磁场的“趋肤效应”等。

3.标准试块与仪器

1）标准试块（简称标块）的尺寸应不小于25mm×25mm，厚度不小于5mm，表面粗糙度值Ra不大于3.2μm。

2）标块至少配备三块（必要时，可根据需要增加）：低值标块、中值标块和高值标块，其标块标称值应覆盖被测试件电导率测试值，两相邻标块标称值之差应在5～15MS/m（9%～26%IACS）。

3）标块每12个月应送计量部门或计量归口单位检定或校准一次。

4）标块在投入使用前，或出现故障修复后，应送计量部门或计量归口单位重新进行检定或校准。

5）标块应有检定或校准证书，应贴有检定或校准状态标志，其中应包括有检定或校准日期、检定或校准有效期和标称值等信息。

6）对于同一标块，各次检定或校准的结果并不完全相同，这种标块量值在规定范围内变化的情况是正常的。标块的电导率值在20℃下的不确定度应优于±0.2MS/m（0.35%IACS）。如果标块量值的变化量超出规定范围，应予以修复或报废。

7）电导仪测试频率一般在50～100kHz，优选测试频率为60kHz。对于薄规格板材或试件可选用更高的测试频率。

8）电导仪的测试范围应不小于9～36MS/m（15%～62%IACS），电导仪的工作温度应为0～40℃。

9）电导仪灵敏度应能够响应不大于±0.2MS/m（±0.35%IACS）的电导率差异。

10）电导仪在电导率值约为20MS/m（35%IACS）标块上的测量精度应优于±0.2MS/m（±0.35%IACS）。

11）在电导率值约为20MS/m（35%IACS）标块上，电导仪测试的稳定性在30min内应优于±0.2MS/m（±0.35%IACS）。

12）电导仪的提离抑制性在0～75μm范围内应优于±0.3MS/m（±0.5%IACS）。(www.xing528.com)

13）电导仪每12个月应送计量部门或计量归口单位检定或校准一次。

14）电导仪在投入使用前，或出现故障检修后，应送计量部门或计量归口单位重新进行检定或校准。

15）电导仪应有检定或校准证书，应贴有检定或校准状态标志，其中应包括有检定或校准日期、检定或校准有效期等信息。

16）按电导仪说明书要求对仪器进行预热及调试操作。选择约为20MS/m（35%IACS）的电导率标块为中值标块，再分别选择低于和高于中值标块的电导率标块作为低值标块、高值标块，分别用低值、中值、高值三个标块对电导仪进行校准，校准时将探头平稳地置于标块中心部位上，校准完成后再对中值标块进行测量以校验仪器的测量精度，其测量精度应优于±0.2MS/m（±0.35%IACS）。

17）用非金属夹具将探头平稳地固定于电导率值约为20MS/m（35%IACS）的标块上，在30min时间内每隔5min读取一次电导仪的指示值或显示值，各次读取的数值之间的最大差值应优于±0.2MS/m（±0.35%IACS）。

18）将探头平稳地置于电导率值约为20MS/m（35%IACS）标块上，标块与探头之间分别放置25μm、50μm、75μm厚的非导电薄膜，读取每次测量值，各次测量值与标块电导率标称值的差值应优于±0.3MS/m（±0.5%IACS）。

19）电导仪每六个月应按要求进行一次自检，当电导仪性能不满足要求时应送计量部门或计量归口单位重新检定或校准。

4.试件与试样

1）直接测量的试件表面测试部位表面粗糙度值Ra不大于6.3μm，试件表面测试部位应无包铝层、电镀层、腐蚀斑、灰尘、油脂及划伤等。测试部位厚度应不小于涡流有效透入深度。涡流的有效透入深度约为标准透入深度的3倍，若测试频率取60kHz，当被测试件电导率值为10MS/m（17%IACS）时，测试部位厚度一般应不小于2.0mm，当被测试件电导率值为36MS/m（62%IACS）时，测试部位厚度应不小于1.0mm。测试部位宽度应不小于探头直径的1.5倍。曲面试件的凹面曲率半径应不小于250mm，凸面曲率半径应不小于75mm。试件表面的非导电覆盖层（如阳极氧化膜、油漆层等）厚度一般应不大于75μm。测试面的机械加工应在热处理前进行。自然时效试件的电导率测试应在自然时效48h后进行，若不合格，继续时效到总计96h后进行测试。被测试件在热处理淬火后也要经过足够时效时间的时效处理方可进行测量。

2）比较测量的试件与试样不符合规定的试件应采用比较测量法。使用牌号和状态与试件相同的试样确定电导率的修正系数。用于确定电导率修正系数的试样，其真实电导率应为已知或可以测知，试样的电导率应具有良好的稳定性。测试面的机械加工应在热处理前进行。试件和试样表面测试部位的表面粗糙度值Ra不大于6.3μm，并应符合要求。

5.测试条件

电导仪﹑标块应在无腐蚀﹑无电磁场干扰的环境中保存和使用，且避免存放在太热或温度变化大的地方。标块﹑探头表面应保持清洁，如有油污﹑灰尘等污物，应使用棉布或软纸蘸不会产生化学腐蚀的液体擦拭干净。仪器﹑探头要防止受振动和碰撞，标块表面切忌划伤。测试尽可能在20℃±5℃的室温下进行。探头﹑仪器、标块及被测试件之间的温度差不大于3℃。测试时应远离热源，避免阳光直射。

6.校准仪器

1）开启仪器，按电导仪说明书要求对仪器进行预热，按电导仪说明书要求的操作方法对仪器进行校准。

2）选择低值﹑中值﹑高值三个标块，其标块标称值应覆盖被测试件电导率值。

3）分别用低值﹑中值﹑高值标块对电导仪进行校准，校准时将探头平稳地置于标块中心部位上。

4）校准完成后对中值标块进行校验以验证校准的准确性，其测试精度应不大于±0.2MS/m（0.35%IACS）。

7.测试电导率

1）根据试件大小﹑形状及测试面（应平行于金属流线方向）的状态，至少选择3个以上的测试点进行测量。

2）测试点随被测试件的增大而增多，测试点应在测试面上均匀分布，并在每个测试点附近测2～3次，读取各部位的电导率测试值。

3）对于厚度不一致的试件（锻件﹑挤压件等），其最薄及最厚处为必测点；对于板材，应在中心处和接近边角处等有代表性部位进行测试；对于棒材﹑管材类试件，应在其表面轴向不同周向位置按适当间距分布进行测试；对于型材，应在不同型面上按间距分布选择测试点。

4）测试时探头应平稳地置于试件表面的测试部位上，探头与测试面应紧密接触。测试时手持探头时间尽可能短，切忌用手触摸探头端部、标块和被检试件的测试部位。对于小尺寸试件，探头应置于平整区域中心部位进行测量，以避免产生边缘效应。

5）曲率半径不大于75mm的凸面零件和曲率半径不大于250mm的凹面零件，应采用修正测量方法进行电导率的测试。应根据不同型号、不同测试频率的电导仪制作不同规格曲率半径试件的曲率修正系数。

6）对于厚度小于涡流有效透入深度但不小于1.5倍标准透入深度的无包铝层或无覆盖层的试件，可采用同牌号、同状态、同厚度的三个试件叠加并互换位置的修正测量方法进行电导率的测试。叠加测量时，相邻试件应紧密接触。

7）包铝层较薄的板材或试件可采用比较测量法，应根据不同型号、不同工作频率的电导仪建立与不同牌号、不同状态、不同厚度规格包铝板材或试件相对应的电导率修正系数。当包铝层超过规定厚度而影响测试结果判定，或测量结果无比较意义（各处测量值差异较大）时，需局部清除包铝层后进行测量。

8）对于表面粗糙度值Ra大于6.3μm试件，可采用修正测量方法进行电导率的测试。应根据不同型号、不同工作频率的电导仪建立与试样不同的表面粗糙度状态相对应的修正系数。

9）试件表面非导电层厚度大于75μm而导致测试值与不带非导电层试件的电导率值之间差异大于±0.3MS/m（0.5%IACS）时，根据所使用电导仪的型号和工作频率建立与试件表面不同非导电层厚度相对应的修正系数后进行测试。

10）对于厚度大于有效透入深度而宽度小于探头直径1.5倍的窄条试件，应根据所使用电导仪的型号和工作频率建立与试样不同宽度尺寸相对应的修正系数后进行测试。

11）修正方法或修正系数的建立和使用应经过相关技术部门的技术主管的审批。

12）连续使用电导仪过程中，应每隔约30min重新校验电导仪。若校验值不符合要求，应重新校准仪器，并对上一次校准后测试的所有试件重新测试。

13）当电导率测试值超出规定范围时，应重新校验仪器，以保证测试结果的准确。当确定测试点的电导率值不合格时，应在附近增加测试点数。

14）对测试值超出验收范围的不合格点要进行标识。

15）在没有特殊说明的情况下，试件应100%进行电导率测试。