钢件淬火电涡流测厚方法的研究

　　由于现代工业对钢件硬度的要求越来越高，特别是轴承钢和一些大型工业器件的生产，而钢件的淬火厚度是决定钢件硬度的重要因素，因此钢件的淬火厚度检测成为无损检测的焦点和难点。

　　1 钢件的淬火

　　钢的基本元素为铁，普通碳素钢中占99%。含碳量小于2.06% 的铁碳合金称为钢。含碳量增加会使钢材强度增加，塑性、韧性，特别是低温冲击韧性下降，同时耐腐蚀性、疲劳强度盒冷弯性也显著下降，增加低温脆断的危险性。一般建筑用钢含碳量在0.22%，焊接结构中应限制在0.20% 以下。除了碳和铁以外，钢中还有硅、锰等杂质元素及硫、磷、氧、氮等有害元素，这些总含量约1%，但对钢材力学性能有很大影响。

　　钢件的淬火是将钢加热到临界温度亚共温度或者过共温度以上的某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷却快冷到 Ms 以下进行马氏体转变的热处理工艺。淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同的温度回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件盒工具的不同使用要求。

　　2 钢件淬火厚度的检测方法

　　传统的钢件淬火后的检测方法主要是金相法(由表面测至50% 马氏体区)和硬度法(按半马氏体区硬度为准) 等，这些方法都是具有破坏性的，即在工件冷却后利用机器从工件中间剖开进行人为测量，这些方法测量误差大，不能够实现钢件淬火深度的在线测量。

　　电涡流检测是利用电流感应的原理，通过检测被检工件内感生涡流的变化来无损地评定导电材料及其工件的某些性能，或发现缺陷的无损检测方法。它不仅能够实现在线检测，而且精度高不需要改变钢件形状，这主要是因为电涡流对钢件表面的物理特性很敏感，能够通过淬火后钢件表面的电导率和导磁率的变化来测量淬火层厚度。

　　电涡流检测由于对人体没有伤害，可以实现工件的在线检测，大大提高了生产效率，在无损检测中广泛应用。近年来，随着无损检测方法的快速发展，电涡流检测被广泛应用在材料的缺陷检测、材料的硬度检测和镀层深度的测量等多个方面，甚至在食品在线检测成分方面也普遍应用。

　　电涡流传感器是电涡流测厚的核心部分，电涡流传感器主要采用电桥法的调制方式，来反映线圈阻抗的变化，通过一定的拟合方法进行拟合就可以得到钢件的厚度值。

　　3 涡流测厚原理

　　涡流检测是无损检测的一个分支，是运用电磁感应原理，正弦波电流通过一半径为r的线圈后，线圈周围就会有交变磁场H1产生; 若在距线圈x处有一电导率为a，磁导率为u厚度为d的金属板，线圈周围的交变磁场会在金属表面产生感应电流，也称作涡流。金属表面也产生一个与原磁场方向相反的相同频率的磁场H2，反射到探头线圈，导致载流线圈的阻抗和电感的变化，改变了线圈的电流大小及相位，原理图如图1所示。