涡流无损检测技术是最常用的无损检测技术之一,随着我国综合国力的进一步提升,涡流无损检测技术会越来越多地应用于机械工业中。而目前绝大多数采用阻抗分析法的涡流检测仪器虽然可以检测出材料内部是否存在缺陷,但是很难实现对缺陷的定量鉴别和分析。探究涡流无损检测新理论和新方法成为了近些年来国内外学者们研究的热点,从缺陷的定性评估到定量分析是未来涡流无损检测技术发展的必然趋势,对进一步加快我国工业的发展也具有重大的意义。针对传统涡流检测技术难于对缺陷进行定量测量的问题,本文从导体内部涡流场的分布对探头线圈响应的影响出发,首先提出并定义了涡流影响强度的概念,然后基于此概念提出了缺陷定量研究的思想与方法,最后用仿真和实验证明了基于涡流影响强度概念的缺陷定量研究思想方法的正确性,为实现涡流无损检测的定量评估提供了一种新的思路和方向。主要的研究内容和结论如下:(1)制作了一种包含双激励线圈和单检测线圈的圆柱形探头,其中双激励线圈采用同一根漆包线反相绕制的方法排除了激励源对探头内检测线圈响应的影响。利用该结构的探头建立了本课题的系统基本模型,在总结归纳国内外涡流检测理论研究的基础上,推导了双激励线圈下平板导体内涡流密度以及检测线圈响应的积分解析模型,并总结出基于MATLAB数值仿真计算的探头实际结构参数确定方法。(2)定义导体内某位置处单位体积的涡流密度在检测线圈中产生的响应为该位置处的涡流影响强度。依据涡流影响强度的定义推导出了平板导体内涡流影响强度的积分解析模型,通过对比矢量磁位法和涡流影响强度法仿真计算得到的检测线圈的响应,发现其相对误差在5%以内,验证了涡流影响强度积分解析模型的正确性。(3)提出了基于涡流影响强度概念的缺陷定量研究方法,并引入了 一个由缺陷形状和取向决定的量,将其称为形状因子。利用该思想方法对球形微小缺陷、轴线平行或垂直于涡流密度方向的圆柱形微小缺陷所对应的形状因子分别进行推导,得出三种不同情况的微小缺陷对应的形状因子均为1,说明当缺陷很微小时,检测线圈响应的变化量与缺陷体积之间成正比关系。(4)利用MATLAB对涡流密度和涡流影响强度的积分解析模型进行仿真分析,发现对于双激励加单检测线圈结构的探头,其在导体内产生的涡流密度最大的位置出现在大约线圈外半径2倍的地方,涡流影响强度最大的地方也并非出现在涡流密度最大的位置,而是在更靠近探头线圈轴线的地方。(5)利用COMSOL有限元仿真软件对球形缺陷、轴线平行或垂直于涡流密度方向的圆柱形缺陷分别进行有限元仿真。仿真结果显示,对于三种不同情况的缺陷,检测线圈响应的变化量随缺陷体积之间的变化规律均满足两个指数函数的线性组合。当缺陷体积较小时,检测线圈响应的变化量与缺陷体积之间近似成正比关系,并且该正比关系的斜率在数值上近似等于缺陷所处位置的涡流影响强度大小,证明了基于涡流影响强度概念的缺陷定量研究的正确性。(6)搭建涡流检测实验系统,并利用该实验系统对探头响应的变化量与轴线垂直于涡流密度方向的圆柱形缺陷体积之间的关系进行了实验探究。实验结果表明,当导体内存在体积小于50 mm3的缺陷时,检测线圈中响应的变化量与缺陷的体积之间近似成正比关系,验证了上述理论和仿真的可靠性。