Вихревые токи

 

Проанализируем данное явления с точки зрения уже известных законов. И так, в проводнике возникает электрический ток, то есть упорядоченное движение зарядов (электронов). Движение зарядов возникает под действием силы, которая, вероятно, имеет электрическую природу. Мы уже знаем одну такую силу – это сила, действующая на заряд в электрическом поле (1): F = eE. Таким образом, следует, что изменяющееся магнитное поле приводит к возникновению электрического поля. То есть электрические поля могут создаваться не только зарядами, но и изменяющимися магнитными полями. В этом случае силовые линии поля образуют замкнутые линии, и оно носит название вихревого. Наличие контура в этих опытах только позволяет обнаружить возникающее электрическое поле благодаря наличию свободных электронов, приходящих в движение под действием силы со стороны поля и создающих электрический ток. Само же электрическое поле существует в пространстве с изменяющимся магнитным полем независимо от наличия там второго контура. Если теперь вместо второго контура, в котором наводилась ЭДС, и возникал индукционный ток, расположить проводящий материал (объект контроля), замкнутые токи будут возникать не во втором контуре, а непосредственно в самом проводящем материале, рис. 1.5. Эти токи также носят название вихревых токов.

Характер распределения плотности вихревых токов под плоской катушкой приведен на рис. 1.6. Плотность вихревых токов максимальна на поверхности объекта в контуре, диаметр которого близок к диаметру возбуждающей обмотки и убывает до нуля на оси обмотки и при удалении от оси на бесконечность. Плотность вихревых токов убывает с глубиной по экспоненциальному закону. За глубину проникновения вихревых токов d принимают расстояние от поверхности, на котором величина тока уменьшается в е раз
(е – число, примерно равное 2,7):

 

, (4)

 

где f – частота тока возбуждения, m0 – магнитная постоянная,
m – магнитная проницаемость вещества, s – проводимость,
r = 1/s – удельное сопротивление контролируемой детали.

Из уравнения (4) следует, что глубина проникновения вихревых токов уменьшается с ростом частоты и проводимости контролируемого материала и значительно меньше для ферромагнитных деталей, имеющих магнитную проницаемость m > 50. Сравнительные данные глубины проникновения вихревых токов для некоторых металлов приведены в таблице 1.1.

 

Таблица 1.1

Металл Глубина проникновения (мм) при частоте
50 Гц 10 кГц 1 МГц
Сталь Медь Алюминий Латунь 1,3 9,5 12,5 19,5 0,1 0,7 0,8 1,37 0,01 0,07 0,08 0,1

 

Как видно из таблицы для стальных деталей при частоте
10 кГц (рабочая частота дефектоскопов типа ВД-12) глубина проникновения вихревых токов составляет 0,1 мм и, таким образом будут выявляться практически только трещины, выходящие на поверхность детали.

 


 

 

Рис. 1.6. Распределение вихревых токов в детали:
а – по глубине детали, б – относительно оси катушки