不銹鋼管經磁化后,在缺陷附近產生漏磁場。與管道內檢測不同,不銹鋼管自動化漏磁檢測是在管外布置傳感器來拾取漏磁信號,并將磁場信號轉換為電信號,經濾波放大后進入采集卡轉換為數字信號,最終由計算機進行后處理與評價。在缺陷漏磁場的自動化拾取過程中,合理的傳感單元、有效的探頭陣列結構、符合實際工況的探頭部件是不銹鋼管漏磁檢測的基礎。
不銹鋼管缺陷產生的漏磁場拾取原理如圖3-1所示。當鋼管處于傳導電流產生的外磁場中時,不銹鋼管對外顯示一定的磁性,同時,鋼管上出現宏觀的磁化電流。磁化電流與傳導電流一樣,也會產生磁場(磁感應強度記為Bu),這個磁場與傳導電流產生的磁化場(磁感應強度記為B)疊加之后構成空間磁場(磁感應強度記為B)。當鋼管中存在缺陷時,不銹鋼管表面會產生泄漏磁場Bma,Bmn與傳導電流產生的磁場Bo方向相同。根據法拉第電磁感應定律,高速運動鋼管通過磁化場時,其內部會感應出渦流,并進一步產生感應磁場(磁感應強度記為Beddy),感應磁場在不同位置的方向和強度不同,因此感應磁場對漏磁場檢測的影響與缺陷位置有關。此外,鋼管幾何形狀不規則也會產生背景磁場(磁感應強度記為Bwall),如鉆桿過渡帶、壁厚不均等,其方向與鋼管的幾何特性有關。
漏磁檢測時,磁敏傳感器測量鋼管表面的磁場分布,并將磁場量依次轉換為模擬信號和數字信號,之后進入計算機進行數字化處理。
從本質上講,磁敏傳感器拾取的磁場由多個磁場疊加而成,測量磁感應強度Bms為
Bms=Bo+Bmn+Bwall+Bu+Beddy(3-1)
式中,Bo為傳導電流磁場的磁感應強度;Bmfl為缺陷漏磁場的磁感應強度;Bwall為鋼管幾何尺寸不規則產生的背景磁場的磁感應強度;B1為被磁化物體內磁化電流產生的反向磁場的磁感應強度;Beddy為運動鋼管內感應渦流產生的感應磁場的磁感應強度。
由此可見,漏磁檢測過程中,傳感器拾取的磁場信號還包含了除缺陷產生的漏磁場之外的各種背景磁場信號。因此,在探究缺陷尺寸與檢測信號特征關系時,必須考慮各種背景磁場對反演計算帶來的影響。特別地,在不銹鋼管高速運行時其內部產生的感生渦流磁場以及壁厚不均時產生的背景磁場,對漏磁信號的影響較大,在開展高速、高精度漏磁檢測時必須采取相應的消除措施。