由于制造工具缺陷、溫度控制不均和原料屬性差異等因素的影響，造成鋼管在穿孔、頂管和張減等成形工藝中產生壁厚不均，如圖4-33a所示。另外，不銹鋼(gang)管在使用過程中，由于受到腐蝕介質和交變應力作用，同樣會形成如圖4-33b所示的腐蝕、偏磨等局部壁厚變化。壁厚不均對不銹鋼管性能的影響與缺陷有所不同，壁厚不均一般為大面積材料的緩慢損失或增加，一定范圍內的壁厚變化對不銹鋼管力學特性和使用性能的影響較小；缺陷為突變的局部材料損失，容易產生應力集中，并會往深度方向加速擴展，進而造成鋼管使用性能失效。根據美國石油協會API標準要求，鋼管壁厚偏差允許范圍為≤±12.5％，缺陷深度要求范圍為≤5％。
根據磁力線傳遞機制，壁厚不均會形成擾動背景磁場，疊加于原缺陷漏磁場上會改變漏磁場特征；另一方面，壁厚不均會改變磁化場磁通路徑，引起不(bu)銹鋼管磁化狀態發生變化，進一步影響缺陷漏磁場強度。從而，相同尺寸的缺陷在壁厚減薄和增大處會產生不同于壁厚均勻處的漏磁場。
一、壁厚(hou)不均的磁場(chang)分布
不銹鋼管壁厚不均主要包括橫向壁厚不均和縱向壁厚不均，如圖4-34所示。橫向壁厚不均主要指鋼管橫截面上形成的局部壁厚增大和減薄，如青線；縱向壁厚不均是指鋼管在長度方向上形成的局部壁厚增大和減薄，如腐蝕坑。不(bu)銹鋼管漏磁檢測一般采用復合磁化方法對缺陷進行全面檢測，即軸向磁化檢測橫向缺陷和周向磁化檢測縱向缺陷。
不(bu)銹鋼管漏磁檢測的本質為磁場、空氣介質與鋼介質之間的電磁耦合作用，主要體現為磁力線在空氣介質、磁介質及其分界面上的傳遞過程。不(bu)銹(xiu)鋼管壁厚減薄和增大時，在磁介質與空氣介質之間會形成具有一定角度的作用界面。壁厚減薄磁力線傳遞過程為：①. 磁力線在鋼／空氣分界面處發生折射；②. 磁力線在空氣／鋼分界面處發生折射。壁厚增大磁力線傳遞過程為：①. 磁力線在空氣／鋼分界面處發生折射；②. 磁力線在鋼／空氣分界面處發生折射，如圖4-35所示。
對分(fen)界(jie)面(mian)上(shang)(shang)磁力線(xian)作用過程進(jin)行(xing)梳(shu)理，主要歸納為磁力線(xian)在鋼／空氣、空氣／鋼界(jie)面(mian)上(shang)(shang)的(de)(de)折(zhe)(zhe)射作用。由麥(mai)克斯韋方程組(zu)和電磁場邊值條件可獲得磁力線(xian)在兩介質分(fen)界(jie)面(mian)上(shang)(shang)的(de)(de)磁折(zhe)(zhe)射作用方程：
式中為(wei)(wei)垂直于分(fen)界(jie)面(mian)的(de)單位矢量；B1(H1)和B2(H2)分(fen)別為(wei)(wei)介質1和介質2內的(de)磁感(gan)應強(qiang)度（磁場強(qiang)度）；為(wei)(wei)分(fen)界(jie)面(mian)上的(de)電(dian)流(liu)線密度。
設鋼介質磁導率為μ1，空氣介質磁導率為H2，由于不銹鋼管表面不存在電流分布，因而，從而可獲得鋼介質內、外磁場的關系：（切向分量），（法向分量）。圖4-36a所示為在鋼介質與空氣介質分界面處的磁力線折射作用原理圖，磁力線與分界面法向形成入射角01，經分界面折射入空氣中，并與分界面法向形成折射角02o根據式（4-11），并結合磁感應強度和磁場強度關系，可獲得磁力線在分界面上走向與介質磁導率的關系，即
根據(ju)式（4-12），由(you)于(yu)鋼(gang)(gang)介質(zhi)(zhi)磁(ci)(ci)(ci)導率遠遠大于(yu)空氣介質(zhi)(zhi)磁(ci)(ci)(ci)導率，即(ji)，因(yin)此磁(ci)(ci)(ci)力(li)線(xian)與(yu)(yu)分(fen)界(jie)面(mian)法向(xiang)在(zai)(zai)(zai)磁(ci)(ci)(ci)介質(zhi)(zhi)中的夾角(jiao)(jiao)大于(yu)在(zai)(zai)(zai)空氣介質(zhi)(zhi)中的夾角(jiao)(jiao)，即(ji)由(you)于(yu)磁(ci)(ci)(ci)化場方向(xiang)平行于(yu)鋼(gang)(gang)管表面(mian)，因(yin)此，在(zai)(zai)(zai)鋼(gang)(gang)／空氣分(fen)界(jie)面(mian)附近，磁(ci)(ci)(ci)力(li)線(xian)在(zai)(zai)(zai)鋼(gang)(gang)介質(zhi)(zhi)中幾乎(hu)平行于(yu)分(fen)界(jie)面(mian)，而在(zai)(zai)(zai)空氣介質(zhi)(zhi)中磁(ci)(ci)(ci)力(li)線(xian)幾乎(hu)與(yu)(yu)分(fen)界(jie)面(mian)垂直，如圖4-36a所(suo)示。同樣，根據(ju)式（4-12）可獲得(de)磁(ci)(ci)(ci)力(li)線(xian)在(zai)(zai)(zai)空氣／鋼(gang)(gang)分(fen)界(jie)面(mian)上的傳遞路徑，如圖4-36b所(suo)示。
根據圖(tu)4-36所(suo)示的(de)(de)(de)磁折(zhe)射原理(li)，并結合(he)圖(tu)4-35所(suo)示的(de)(de)(de)壁(bi)厚(hou)(hou)(hou)減薄磁力線(xian)作用過(guo)(guo)程①和(he)②，以及(ji)壁(bi)厚(hou)(hou)(hou)增大磁力線(xian)作用過(guo)(guo)程①和(he)②，可(ke)分別(bie)獲得壁(bi)厚(hou)(hou)(hou)減薄與壁(bi)厚(hou)(hou)(hou)增大產生的(de)(de)(de)擾動背景磁場B1和(he)B2的(de)(de)(de)分布特性(xing)，如圖(tu)4-37所(suo)示。從圖(tu)中可(ke)以看出，壁(bi)厚(hou)(hou)(hou)減薄與壁(bi)厚(hou)(hou)(hou)增大形成(cheng)了方向(xiang)相反(fan)的(de)(de)(de)擾動背景磁場：在壁(bi)厚(hou)(hou)(hou)減薄處(chu)，部(bu)分磁力線(xian)泄(xie)漏出鋼管(guan)表(biao)面；而在壁(bi)厚(hou)(hou)(hou)增大處(chu)的(de)(de)(de)外(wai)部(bu)磁力線(xian)被(bei)吸收入鋼管(guan)內部(bu)。
磁(ci)(ci)(ci)場特性(xing)通(tong)(tong)(tong)過磁(ci)(ci)(ci)力(li)(li)線(xian)(xian)表(biao)征：①. 磁(ci)(ci)(ci)力(li)(li)線(xian)(xian)形成(cheng)閉合路徑；②. 磁(ci)(ci)(ci)力(li)(li)線(xian)(xian)具有彈性(xing)且不交叉；③. 磁(ci)(ci)(ci)力(li)(li)線(xian)(xian)存(cun)在相互(hu)擠(ji)壓(ya)作(zuo)用(yong)；④. 磁(ci)(ci)(ci)力(li)(li)線(xian)(xian)總是走磁(ci)(ci)(ci)阻最小的(de)(de)路徑。當(dang)鋼(gang)管壁(bi)厚(hou)(hou)均(jun)勻(yun)時(shi)，磁(ci)(ci)(ci)力(li)(li)線(xian)(xian)均(jun)勻(yun)通(tong)(tong)(tong)過管壁(bi)截(jie)面，磁(ci)(ci)(ci)感應強度(du)為(wei)；如圖4-37所示(shi)，當(dang)鋼(gang)管壁(bi)厚(hou)(hou)減(jian)薄時(shi)，磁(ci)(ci)(ci)化場磁(ci)(ci)(ci)通(tong)(tong)(tong)路徑由Z。減(jian)小到(dao)(dao)，磁(ci)(ci)(ci)力(li)(li)線(xian)(xian)之間的(de)(de)相互(hu)擠(ji)壓(ya)作(zuo)用(yong)使得小部分磁(ci)(ci)(ci)力(li)(li)線(xian)(xian)折射入空氣中，而絕大部分磁(ci)(ci)(ci)力(li)(li)線(xian)(xian)通(tong)(tong)(tong)過磁(ci)(ci)(ci)阻更(geng)小的(de)(de)鋼(gang)介質，造成(cheng)磁(ci)(ci)(ci)感應強度(du)由Bo增加(jia)到(dao)(dao)近似(si)BoZo/(Zo-Zdec)；同樣，當(dang)壁(bi)厚(hou)(hou)增大、磁(ci)(ci)(ci)通(tong)(tong)(tong)路徑由Z。增加(jia)到(dao)(dao)Zo+Zinc時(shi)，磁(ci)(ci)(ci)力(li)(li)線(xian)(xian)會基本均(jun)勻(yun)分布于整個(ge)壁(bi)厚(hou)(hou)截(jie)面，造成(cheng)磁(ci)(ci)(ci)感應強度(du)由Bo減(jian)小到(dao)(dao)近似(si)
建立如圖4-38所示的仿(fang)真模型，不銹鋼(gang)管外(wai)徑為(wei)250mm，壁厚(hou)(hou)(hou)為(wei)20mm，長(chang)度為(wei)1200mm，材質為(wei)25鋼(gang)。磁(ci)化線(xian)圈內(nei)徑為(wei)290mm，外(wai)徑為(wei)590mm，厚(hou)(hou)(hou)度為(wei)300mm，磁(ci)化電(dian)流密度i＝。仿(fang)真中分別用減薄、均勻和增(zeng)大三種壁厚(hou)(hou)(hou)特性進行對(dui)比(bi)，其中壁厚(hou)(hou)(hou)減薄和增(zeng)大程度均為(wei)12.5％，獲得不同(tong)壁厚(hou)(hou)(hou)特性形(xing)成的背景(jing)磁(ci)場(chang)和磁(ci)感應強(qiang)度分布，如圖4-39和圖4-40所示。
圖4-39所示的(de)(de)(de)鋼管(guan)(guan)壁厚(hou)(hou)變化(hua)產生的(de)(de)(de)背(bei)(bei)景(jing)(jing)磁(ci)場(chang)仿真結果與(yu)(yu)圖4-37所示的(de)(de)(de)理(li)論(lun)分(fen)析結論(lun)吻合：壁厚(hou)(hou)減(jian)(jian)薄(bo)形(xing)(xing)(xing)成鋼／空(kong)氣和(he)空(kong)氣／鋼分(fen)界面(mian)，進(jin)而產生從鋼管(guan)(guan)管(guan)(guan)壁向空(kong)氣中(zhong)泄漏磁(ci)力線的(de)(de)(de)背(bei)(bei)景(jing)(jing)磁(ci)場(chang)；壁厚(hou)(hou)均勻形(xing)(xing)(xing)成的(de)(de)(de)背(bei)(bei)景(jing)(jing)磁(ci)場(chang)與(yu)(yu)鋼管(guan)(guan)表面(mian)近似平行；壁厚(hou)(hou)增大(da)形(xing)(xing)(xing)成空(kong)氣／鋼和(he)鋼／空(kong)氣分(fen)界面(mian)，進(jin)而形(xing)(xing)(xing)成從外部(bu)空(kong)氣中(zhong)吸引磁(ci)力線進(jin)入鋼管(guan)(guan)內(nei)部(bu)的(de)(de)(de)背(bei)(bei)景(jing)(jing)磁(ci)場(chang)。另外，壁厚(hou)(hou)變化(hua)使磁(ci)化(hua)場(chang)磁(ci)通路徑發生改變，鋼管(guan)(guan)壁厚(hou)(hou)減(jian)(jian)薄(bo)、均勻和(he)增大(da)部(bu)位(wei)形(xing)(xing)(xing)成不同的(de)(de)(de)磁(ci)感應(ying)強度，分(fen)別為(wei)2.2844T、2.1474T和(he)1.9473T，如圖4-40所示。由此可見，與(yu)(yu)鋼管(guan)(guan)壁厚(hou)(hou)均勻相(xiang)比，壁厚(hou)(hou)減(jian)(jian)薄(bo)與(yu)(yu)增大(da)會形(xing)(xing)(xing)成不同的(de)(de)(de)擾動背(bei)(bei)景(jing)(jing)磁(ci)場(chang)和(he)磁(ci)感應(ying)強度。
二、壁厚不均(jun)對缺陷漏磁(ci)場的(de)影響
不銹鋼管漏磁檢測利用磁敏感元件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進入計算機進行數字化處理，圖4-41所示為不(bu)銹鋼管缺陷漏磁場測量原理。
從本(ben)質上(shang)講，磁(ci)(ci)敏傳(chuan)感器所(suo)測量的(de)(de)缺陷總漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)場由三部(bu)分磁(ci)(ci)場疊(die)加而成，包(bao)括磁(ci)(ci)化線圈在(zai)鋼管表面處(chu)形成的(de)(de)初(chu)始背景(jing)磁(ci)(ci)場，鋼管壁厚變(bian)化產生的(de)(de)擾動背景(jing)磁(ci)(ci)場以(yi)及缺陷產生的(de)(de)漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)場，即
式中(zhong)，為(wei)(wei)傳(chuan)感器測量的總漏磁(ci)(ci)(ci)場；Bo(r,z)為(wei)(wei)磁(ci)(ci)(ci)化線圈產生的初始背(bei)景磁(ci)(ci)(ci)場；Bwallz)為(wei)(wei)壁(bi)厚(hou)變化形成的擾動背(bei)景磁(ci)(ci)(ci)場；為(wei)(wei)缺陷漏磁(ci)(ci)(ci)場。進(jin)一步將式（4-13）按徑向(xiang)和軸向(xiang)進(jin)行矢量分(fen)解，即
磁(ci)化線圈在(zai)測點(dian)處(chu)形成的初始背景磁(ci)場在(zai)檢測過程中(zhong)基本不發生變(bian)化。然而不同壁厚特性會(hui)產生不同的擾動背景磁(ci)場，其疊加于缺(que)(que)陷漏磁(ci)場之后(hou)會(hui)影響測點(dian)處(chu)總磁(ci)場的分布。結合圖4-41所示的鋼管(guan)缺(que)(que)陷漏磁(ci)場測量原(yuan)理(li)，對測點(dian)處(chu)各磁(ci)場進行(xing)矢量分解(jie)，如圖4-42所示。
圖(tu)4-42a所示(shi)為(wei)壁(bi)(bi)厚減薄不(bu)銹鋼管(guan)表面磁場(chang)(chang)矢量(liang)(liang)分(fen)(fen)解圖(tu)，從圖(tu)中(zhong)可以(yi)看出，缺(que)陷(xian)漏磁場(chang)(chang)徑(jing)(jing)向(xiang)分(fen)(fen)量(liang)(liang)Brmnl與壁(bi)(bi)厚減薄擾(rao)動背景(jing)(jing)磁場(chang)(chang)徑(jing)(jing)向(xiang)分(fen)(fen)量(liang)(liang)Brvall方(fang)向(xiang)相同(tong)，而與磁化(hua)線圈(quan)初(chu)始(shi)背景(jing)(jing)磁場(chang)(chang)徑(jing)(jing)向(xiang)分(fen)(fen)量(liang)(liang)B,01方(fang)向(xiang)相反(fan)；缺(que)陷(xian)漏磁場(chang)(chang)、壁(bi)(bi)厚減薄擾(rao)動背景(jing)(jing)磁場(chang)(chang)和(he)(he)(he)磁化(hua)線圈(quan)初(chu)始(shi)背景(jing)(jing)磁場(chang)(chang)三者的(de)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)向(xiang)分(fen)(fen)量(liang)(liang)方(fang)向(xiang)相同(tong)，從而可獲得壁(bi)(bi)厚減薄鋼管(guan)表面缺(que)陷(xian)總(zong)漏磁場(chang)(chang)徑(jing)(jing)向(xiang)分(fen)(fen)量(liang)(liang)Brmsl和(he)(he)(he)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)向(xiang)分(fen)(fen)量(liang)(liang)Bzmsl如式(shi)（4-）和(he)(he)(he)式(shi)（4-17）所示(shi)。可以(yi)看出，磁化(hua)線圈(quan)初(chu)始(shi)背景(jing)(jing)磁場(chang)(chang)削(xue)弱了缺(que)陷(xian)總(zong)漏磁場(chang)(chang)徑(jing)(jing)向(xiang)分(fen)(fen)量(liang)(liang)強度，并增強了缺(que)陷(xian)總(zong)漏磁場(chang)(chang)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)向(xiang)分(fen)(fen)量(liang)(liang)強度；壁(bi)(bi)厚減薄形成的(de)背景(jing)(jing)磁場(chang)(chang)對缺(que)陷(xian)總(zong)漏磁場(chang)(chang)徑(jing)(jing)向(xiang)和(he)(he)(he)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)向(xiang)分(fen)(fen)量(liang)(liang)均(jun)具有增強作用(yong)。
圖4-42b所(suo)示為壁厚均勻不(bu)銹鋼管(guan)表面磁(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)矢(shi)量(liang)(liang)(liang)分(fen)解圖，由于不(bu)存在壁厚變化形成的擾動背(bei)(bei)(bei)景磁(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)，缺(que)(que)(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)總漏磁(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)由磁(ci)(ci)(ci)化線圈產生的背(bei)(bei)(bei)景磁(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)和(he)(he)缺(que)(que)(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)漏磁(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)矢(shi)量(liang)(liang)(liang)合成。其(qi)(qi)中，缺(que)(que)(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)漏磁(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)與初(chu)始背(bei)(bei)(bei)景磁(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)徑(jing)向(xiang)分(fen)量(liang)(liang)(liang)方向(xiang)相(xiang)反，軸向(xiang)分(fen)量(liang)(liang)(liang)方向(xiang)相(xiang)同(tong)，從(cong)而可獲得(de)壁厚均勻時(shi)缺(que)(que)(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)總漏磁(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)徑(jing)向(xiang)和(he)(he)軸向(xiang)分(fen)量(liang)(liang)(liang)Brmw2和(he)(he)Bzms2，如式(shi)（）和(he)(he)式(shi)（419）所(suo)示。同(tong)樣(yang)，磁(ci)(ci)(ci)化線圈初(chu)始背(bei)(bei)(bei)景磁(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)削弱(ruo)了(le)缺(que)(que)(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)總漏磁(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)徑(jing)向(xiang)分(fen)量(liang)(liang)(liang)強度(du)，而對其(qi)(qi)軸向(xiang)漏磁(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)分(fen)量(liang)(liang)(liang)具(ju)有增強作用。
圖(tu)4-42c所示為(wei)壁(bi)(bi)厚(hou)增(zeng)大不銹鋼管(guan)表面磁(ci)(ci)場(chang)(chang)矢量(liang)(liang)(liang)分(fen)(fen)解圖(tu)，缺陷(xian)漏(lou)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)徑(jing)(jing)向(xiang)(xiang)分(fen)(fen)量(liang)(liang)(liang)Bmm壁(bi)(bi)厚(hou)增(zeng)大擾動背(bei)景磁(ci)(ci)場(chang)(chang)徑(jing)(jing)向(xiang)(xiang)分(fen)(fen)量(liang)(liang)(liang)BrwlB和磁(ci)(ci)化線圈(quan)初始背(bei)景磁(ci)(ci)場(chang)(chang)徑(jing)(jing)向(xiang)(xiang)分(fen)(fen)量(liang)(liang)(liang)B,m西(xi)者(zhe)方(fang)向(xiang)(xiang)均(jun)相l"^u反(fan)；缺陷(xian)漏(lou)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)、壁(bi)(bi)厚(hou)增(zeng)大擾動背(bei)景磁(ci)(ci)場(chang)(chang)和磁(ci)(ci)化線圈(quan)初始背(bei)景磁(ci)(ci)場(chang)(chang)三者(zhe)的軸向(xiang)(xiang)分(fen)(fen)量(liang)(liang)(liang)方(fang)向(xiang)(xiang)相同，從而(er)可獲得壁(bi)(bi)厚(hou)增(zeng)大時(shi)(shi)缺陷(xian)總漏(lou)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)徑(jing)(jing)向(xiang)(xiang)分(fen)(fen)量(liang)(liang)(liang)B,ma3和軸向(xiang)(xiang)分(fen)(fen)量(liang)(liang)(liang)B4m3如式（4）和式（4-21）所示。可以看(kan)出，磁(ci)(ci)化線圈(quan)初始背(bei)景磁(ci)(ci)場(chang)(chang)與壁(bi)(bi)厚(hou)增(zeng)大擾動背(bei)景磁(ci)(ci)場(chang)(chang)對(dui)缺陷(xian)總漏(lou)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)徑(jing)(jing)向(xiang)(xiang)分(fen)(fen)量(liang)(liang)(liang)同時(shi)(shi)具有(you)(you)削(xue)弱作用(yong)，而(er)對(dui)其軸向(xiang)(xiang)分(fen)(fen)量(liang)(liang)(liang)同時(shi)(shi)具有(you)(you)增(zeng)強作用(yong)。
進(jin)一步，采圖4-38所示(shi)模(mo)型仿真(zhen)研究壁(bi)厚(hou)變化形成的背景磁(ci)場分布(bu)特性。磁(ci)場提取(qu)路(lu)徑ム、2和(he)的提離(li)值均(jun)為2mm，如(ru)圖4-43所示(shi)。通(tong)過數值有限元仿真(zhen)計算壁(bi)厚(hou)減薄、壁(bi)厚(hou)均(jun)勻和(he)壁(bi)厚(hou)增(zeng)大時鋼(gang)管表(biao)面磁(ci)場的徑向和(he)軸向分量，如(ru)圖4-44所示(shi)。
由于(yu)不存在(zai)缺陷漏磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)，此(ci)時(shi)不銹鋼(gang)管表面(mian)形成(cheng)由磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)化線(xian)(xian)(xian)圈初始(shi)背(bei)景(jing)(jing)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)和壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)變化擾動背(bei)景(jing)(jing)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)疊加而(er)成(cheng)的背(bei)景(jing)(jing)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)，即(ji)中(zhong)可(ke)以看出，壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)減薄、壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)均勻(yun)(yun)和壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)增(zeng)大形成(cheng)的背(bei)景(jing)(jing)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)軸向分量(liang)(liang)(liang)的方(fang)向相(xiang)(xiang)同，但強度(du)存在(zai)差異(yi)：壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)減薄B強度(du)最大，壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)均勻(yun)(yun)Brm2強度(du)次(ci)之，壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)增(zeng)大Brma3強度(du)最弱。壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)減薄徑向分量(liang)(liang)(liang)與壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)均勻(yun)(yun)Bma2以及(ji)壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)增(zeng)大Bm3方(fang)向相(xiang)(xiang)反(fan)，其中(zhong)壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)均勻(yun)(yun)徑向分量(liang)(liang)(liang)強度(du)微(wei)弱。究(jiu)其原(yuan)因，與壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)均勻(yun)(yun)相(xiang)(xiang)比，壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)減薄形成(cheng)由鋼(gang)管內部(bu)向空(kong)（中(zhong)泄漏磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)力(li)線(xian)(xian)(xian)的背(bei)景(jing)(jing)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)，而(er)壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)增(zeng)大則產生從(cong)外部(bu)空(kong)中(zhong)吸引磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)力(li)線(xian)(xian)(xian)進人鋼(gang)管中(zhong)的背(bei)景(jing)(jing)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)，從(cong)而(er)使得鋼(gang)管表面(mian)的總背(bei)景(jing)(jing)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)軸向分量(liang)(liang)(liang)強度(du)滿足關(guan)系：并且徑向分量(liang)(liang)(liang)Brmsl與Brmm3方(fang)向相(xiang)(xiang)反(fan)。
下面以缺(que)(que)陷漏磁場軸向(xiang)分(fen)量為討論對象，研究相同(tong)尺寸缺(que)(que)陷在(zai)不同(tong)壁厚下產生的總(zong)漏磁場差異(yi)。仿真模型如圖(tu)(tu)4-45所示(shi)，其中缺(que)(que)陷寬(kuan)度和深度分(fen)別為4mm和6mm，建立(li)提離值均(jun)為2mm的磁場拾取(qu)路徑l4、ls和l6，并(bing)通(tong)過仿真計算獲(huo)得相應的軸向(xiang)分(fen)量Bzms4、Bzms5和Bzms6，如圖(tu)(tu)4-46所示(shi)。
從仿(fang)真結果可以看出，相(xiang)同(tong)(tong)尺寸缺陷(xian)(xian)在(zai)不(bu)(bu)同(tong)(tong)壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)(hou)(hou)特(te)性處(chu)(chu)(chu)產生(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)總(zong)漏(lou)磁(ci)場(chang)(chang)(chang)強(qiang)度(du)差異較大：壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)(hou)(hou)減(jian)薄(bo)處(chu)(chu)(chu)的(de)(de)(de)缺陷(xian)(xian)總(zong)漏(lou)磁(ci)場(chang)(chang)(chang)軸(zhou)向(xiang)分量Bzms4最大，壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)(hou)(hou)均(jun)勻(yun)B2ms5次之，壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)(hou)(hou)增大Bzms6信號最弱(ruo)。究其原因包括(kuo)：①. 不(bu)(bu)同(tong)(tong)壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)(hou)(hou)變化(hua)會(hui)在(zai)鋼(gang)管表(biao)面產生(sheng)(sheng)(sheng)不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)擾動背景(jing)磁(ci)場(chang)(chang)(chang)，疊(die)加于(yu)缺陷(xian)(xian)漏(lou)磁(ci)場(chang)(chang)(chang)之后(hou)會(hui)造成(cheng)不(bu)(bu)同(tong)(tong)程度(du)的(de)(de)(de)基線(xian)(xian)漂移(yi)，如圖4-46所示，壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)(hou)(hou)減(jian)薄(bo)、壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)(hou)(hou)均(jun)勻(yun)和(he)壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)(hou)(hou)增大處(chu)(chu)(chu)產生(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)缺陷(xian)(xian)漏(lou)磁(ci)場(chang)(chang)(chang)軸(zhou)向(xiang)分量處(chu)(chu)(chu)于(yu)不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)基線(xian)(xian)上；②. 壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)(hou)(hou)變化(hua)使(shi)磁(ci)化(hua)場(chang)(chang)(chang)磁(ci)通(tong)路(lu)徑發生(sheng)(sheng)(sheng)改變，壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)(hou)(hou)減(jian)薄(bo)、壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)(hou)(hou)均(jun)勻(yun)與(yu)壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)(hou)(hou)增大處(chu)(chu)(chu)形成(cheng)依次減(jian)弱(ruo)的(de)(de)(de)磁(ci)感應強(qiang)度(du)，進而產生(sheng)(sheng)(sheng)不(bu)(bu)同(tong)(tong)強(qiang)度(du)的(de)(de)(de)缺陷(xian)(xian)漏(lou)磁(ci)場(chang)(chang)(chang)。
三、消除(chu)壁厚(hou)不均影響的(de)方法
為實(shi)現在(zai)不同壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)特性處的(de)(de)相(xiang)同尺寸缺陷(xian)的(de)(de)一致性評價(jia)，一方面(mian)需要(yao)消(xiao)除壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)變(bian)化(hua)(hua)產生的(de)(de)背(bei)景磁場(chang)，另一方面(mian)需要(yao)消(xiao)除由于(yu)壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)變(bian)化(hua)(hua)引起的(de)(de)磁感應強度差(cha)(cha)異。為此，提(ti)出(chu)基(ji)于(yu)陣列(lie)式差(cha)(cha)動傳感布(bu)置和(he)深度飽和(he)磁化(hua)(hua)方法，用(yong)于(yu)消(xiao)除壁(bi)(bi)(bi)厚(hou)不均引起的(de)(de)漏磁場(chang)差(cha)(cha)異。
1. 背景磁(ci)場消(xiao)除(chu)方法
不銹(xiu)鋼管自動化漏磁檢測通過軸向和周向復合磁化技術實現，如圖4-47所示。軸向磁化技術用于檢測橫向缺陷，磁場傳感器陣列S；沿鋼管周向布置，從而縱向壁厚變化會引起橫向缺陷的漏磁場差異；與此對應，周向磁化技術用于檢測縱向缺陷，磁場傳感器陣列S，沿鋼管軸向布置，因此橫向壁厚變化主要引起縱向缺陷漏磁場差異。
由于壁厚(hou)(hou)變(bian)化(hua)主(zhu)要為緩(huan)慢變(bian)化(hua)的大面(mian)積鋼管損失或增加，從而傳(chuan)感(gan)器(qi)單(dan)元S；和(he)Si-1所處空間位置的鋼管壁厚(hou)(hou)特性基(ji)本(ben)相(xiang)同，進(jin)一步傳(chuan)感(gan)器(qi)單(dan)元S；和(he)S;-1拾取的背景(jing)磁(ci)場Bzwall也基(ji)本(ben)相(xiang)同。設(she)傳(chuan)感(gan)器(qi)S；和(he)拾取的磁(ci)場軸向分量分別(bie)為B2i和(he)，并且局部橫(heng)向缺(que)陷(xian)經(jing)過(guo)傳(chuan)感(gan)器(qi)Si，根據式（4-15），Bi和(he)可表示為
式中，Bswall為壁厚變化產生的(de)擾動背景磁場(chang)軸(zhou)向分量(liang)(liang)；Bzmn為缺陷漏磁場(chang)軸(zhou)向分量(liang)(liang)；Bo為磁化線圈形成的(de)初始背景磁場(chang)軸(zhou)向分量(liang)(liang)。將傳感器S；和-測量(liang)(liang)的(de)磁場(chang)軸(zhou)向分量(liang)(liang)進行差分處理，即
通過(guo)式（4-24）可(ke)(ke)知，經過(guo)差分(fen)(fen)處理(li)(li)之(zhi)后的(de)漏磁(ci)場(chang)(chang)檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)號等(deng)于(yu)缺陷(xian)(xian)漏磁(ci)場(chang)(chang)軸向分(fen)(fen)量Bzcko將圖(tu)4-46和(he)圖(tu)4-44所示的(de)缺陷(xian)(xian)總漏磁(ci)場(chang)(chang)軸向分(fen)(fen)量和(he)背景磁(ci)場(chang)(chang)軸向分(fen)(fen)量進行差分(fen)(fen)處理(li)(li)，即：Bzms2和(he)可(ke)(ke)獲得如圖(tu)4-48所示的(de)漏磁(ci)場(chang)(chang)檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)號。從圖(tu)中可(ke)(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，經過(guo)差分(fen)(fen)處理(li)(li)之(zhi)后，相同尺寸缺陷(xian)(xian)在壁(bi)厚減薄、壁(bi)厚均勻和(he)壁(bi)厚增(zeng)大(da)處產生(sheng)的(de)漏磁(ci)場(chang)(chang)檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)號Bzck4、Bzcks和(he)Bzck6處于(yu)同一基線上，從而有(you)效消(xiao)除了壁(bi)厚變化(hua)產生(sheng)的(de)背景磁(ci)場(chang)(chang)。同樣(yang)，將傳感(gan)器S，和(he)Sj-1拾(shi)取的(de)磁(ci)場(chang)(chang)軸向分(fen)(fen)量進行差分(fen)(fen)處理(li)(li)可(ke)(ke)有(you)效消(xiao)除橫向壁(bi)厚變化(hua)產生(sheng)的(de)背景磁(ci)場(chang)(chang)，即
2. 磁(ci)感應強度差異消除方法
從圖4-48中可以看出，在(zai)消除背景磁(ci)(ci)場(chang)后，處于不同(tong)(tong)壁厚(hou)特性處的相同(tong)(tong)尺寸缺陷產生的漏磁(ci)(ci)場(chang)檢測信號仍(reng)存在(zai)較大差異。為此，提(ti)出一種深(shen)度飽和磁(ci)(ci)化方法(fa)，用(yong)于消除壁厚(hou)變化引起的磁(ci)(ci)感應強度差異。根(gen)據線磁(ci)(ci)偶極子模型，建(jian)立矩形缺陷漏磁(ci)(ci)場(chang)Bmn的表達式為
Bmn=2/·f(b,d) (4-26) 式中，f(b,d，d）為(wei)(wei)缺陷的寬度與深度參數方(fang)程；M為(wei)(wei)磁化強度矢量。
由式（4-26）可(ke)知，當尺寸大小確定時，缺陷(xian)產生(sheng)的漏磁場強度主要由不銹鋼管磁化強度決定。
在外(wai)加磁(ci)化(hua)(hua)場強度(du)逐(zhu)步增大的(de)過程中，不銹鋼(gang)管內部依次將發(fa)生磁(ci)疇(chou)壁移動和磁(ci)矩轉(zhuan)(zhuan)動，磁(ci)化(hua)(hua)強度(du)M從零逐(zhu)漸增大，當所(suo)有磁(ci)疇(chou)的(de)磁(ci)矩都轉(zhuan)(zhuan)到(dao)與外(wai)場方(fang)向相同時，磁(ci)化(hua)(hua)強度(du)M達到(dao)最大值。因此，如(ru)(ru)果(guo)使得檢測區域內鋼(gang)管磁(ci)化(hua)(hua)強度(du)處于最大值，則可(ke)使相同尺寸缺陷產生相同強度(du)的(de)漏磁(ci)場。采用圖(tu)(tu)4-45所(suo)示的(de)模型(xing)仿真計算不同壁厚(hou)特(te)(te)性(xing)部位磁(ci)化(hua)(hua)強度(du)與勵(li)磁(ci)電流(liu)密度(du)的(de)關系曲線(xian)，如(ru)(ru)圖(tu)(tu)4-49所(suo)示。從圖(tu)(tu)中可(ke)以看出，在勵(li)磁(ci)電流(liu)密度(du)較弱時，不同壁厚(hou)特(te)(te)性(xing)部位磁(ci)化(hua)(hua)強度(du)差異(yi)較大，其中壁厚(hou)減薄磁化(hua)(hua)強度(du)(du)M21最(zui)大(da)，壁厚均(jun)勻M2次之，壁厚增(zeng)大(da)M3最(zui)小。隨著勵磁電流密度(du)(du)的(de)進一(yi)步增(zeng)強，磁化(hua)(hua)強度(du)(du)差(cha)異逐漸(jian)減小，并最(zui)終到達相(xiang)同的(de)幅(fu)值而保持不(bu)變。
進一步比較位于(yu)不(bu)(bu)(bu)同(tong)壁(bi)(bi)厚特(te)性(xing)處(chu)的缺(que)陷(xian)漏(lou)(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)軸(zhou)向分量(liang)檢(jian)測(ce)信(xin)號幅值與(yu)勵磁(ci)(ci)(ci)(ci)電流密度的關系曲線(xian)，如圖4-50所示。其中，B24、B25和(he)(he)(he)B6分別為壁(bi)(bi)厚減薄(bo)、壁(bi)(bi)厚均(jun)勻和(he)(he)(he)壁(bi)(bi)厚增(zeng)大處(chu)鋼管表面(mian)的缺(que)陷(xian)總磁(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)軸(zhou)向分量(liang)，其包(bao)含(han)了磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)線(xian)圈產生的初始背景(jing)磁(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)、壁(bi)(bi)厚變化(hua)形成的擾動背景(jing)磁(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)以及缺(que)陷(xian)漏(lou)(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)。進一步通過差分處(chu)理消除背景(jing)磁(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)，從(cong)而獲得(de)位于(yu)不(bu)(bu)(bu)同(tong)壁(bi)(bi)厚特(te)性(xing)處(chu)的缺(que)陷(xian)漏(lou)(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)檢(jian)測(ce)信(xin)號B＇4、B's和(he)(he)(he)B'6。從(cong)圖4-50中可(ke)以看(kan)出(chu)，在(zai)漏(lou)(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)檢(jian)測(ce)方(fang)法常(chang)用的近飽(bao)(bao)和(he)(he)(he)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)區，不(bu)(bu)(bu)銹鋼管壁(bi)(bi)厚不(bu)(bu)(bu)均(jun)引起較大的缺(que)陷(xian)漏(lou)(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)檢(jian)測(ce)信(xin)號差異(yi)；但在(zai)深度飽(bao)(bao)和(he)(he)(he)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)區，相(xiang)(xiang)同(tong)尺寸缺(que)陷(xian)可(ke)獲得(de)相(xiang)(xiang)同(tong)的漏(lou)(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)檢(jian)測(ce)信(xin)號，從(cong)而可(ke)實現(xian)處(chu)于(yu)不(bu)(bu)(bu)同(tong)壁(bi)(bi)厚特(te)性(xing)處(chu)的相(xiang)(xiang)同(tong)尺寸缺(que)陷(xian)的一致性(xing)檢(jian)測(ce)與(yu)評價。
進(jin)一步討論不銹鋼管壁厚(hou)(hou)變化對(dui)缺陷漏磁場的(de)(de)影響，對(dui)內外加厚(hou)(hou)鉆桿(gan)孔缺陷進(jin)行漏磁檢測試驗(yan)。內外加厚(hou)(hou)鉆桿(gan)幾何結構尺寸如(ru)(ru)圖(tu)4-51所示，鉆桿(gan)桿(gan)體、過渡區和(he)(he)加厚(hou)(hou)區的(de)(de)壁厚(hou)(hou)不同。在鉆桿(gan)不同壁厚(hou)(hou)部位處刻(ke)制尺寸相同的(de)(de)不通孔，直徑和(he)(he)深度分別為1.6mm和(he)(he)3.0mm。鉆桿(gan)漏磁檢測試驗(yan)平臺如(ru)(ru)圖(tu)4-52所示，其由(you)穿過式磁化線圈、勵磁電源、傳感器、鉆桿(gan)、支(zhi)撐輪(lun)、采(cai)集卡和(he)(he)帶有數據分析軟件(jian)的(de)(de)計算機組成(cheng)。
檢測過(guo)程中(zhong)，保持磁(ci)場傳(chuan)感(gan)(gan)器與(yu)鉆桿表面(mian)提離值恒定為0.5mm，并使鉆桿以0.5m／s勻(yun)速沿(yan)軸向移(yi)動。如圖4-53所(suo)示(shi)，傳(chuan)感(gan)(gan)器拾取(qu)路徑分(fen)兩(liang)種：路徑①所(suo)拾取(qu)的(de)磁(ci)場為無(wu)缺陷(xian)背(bei)(bei)景(jing)(jing)磁(ci)場，主要為壁(bi)厚變化(hua)(hua)和磁(ci)化(hua)(hua)線(xian)圈產(chan)生的(de)背(bei)(bei)景(jing)(jing)磁(ci)場；路徑②測量(liang)(liang)的(de)磁(ci)場包(bao)含背(bei)(bei)景(jing)(jing)磁(ci)場以及缺陷(xian)漏磁(ci)場。試(shi)驗中(zhong)，沿(yan)路徑①和②往復掃(sao)查過(guo)渡(du)區(qu)(qu)并獲得相應的(de)磁(ci)場軸向分(fen)量(liang)(liang)檢測信號(hao)，如圖4-54和圖4-55所(suo)示(shi)。從圖中(zhong)可以看出(chu)，過(guo)渡(du)區(qu)(qu)壁(bi)厚變化(hua)(hua)形成了較大幅值的(de)背(bei)(bei)景(jing)(jing)磁(ci)場信號(hao)。當傳(chuan)感(gan)(gan)器掃(sao)查過(guo)渡(du)區(qu)(qu)缺陷(xian)時，缺陷(xian)漏磁(ci)信號(hao)疊加(jia)于背(bei)(bei)景(jing)(jing)磁(ci)場信號(hao)之上，形成基線(xian)偏(pian)移(yi)。
為消(xiao)除鉆桿過渡區壁(bi)厚變(bian)化引起的(de)背景磁(ci)場(chang)，采(cai)用差(cha)(cha)分式傳感檢(jian)測(ce)方式對缺陷進行(xing)掃查，即(ji)將(jiang)路徑(jing)①和(he)路徑(jing)②處的(de)兩個傳感器檢(jian)測(ce)信(xin)(xin)號進行(xing)差(cha)(cha)分輸出，獲得如圖4-56所示差(cha)(cha)分式缺陷漏磁(ci)信(xin)(xin)號。從(cong)圖中可以看出，采(cai)用差(cha)(cha)分式傳感器布置(zhi)方法可基本(ben)消(xiao)除基線(xian)漂移，從(cong)而(er)消(xiao)除了(le)由(you)背景磁(ci)場(chang)引起的(de)缺陷漏磁(ci)場(chang)差(cha)(cha)異。
進(jin)一步采用(yong)差分式(shi)傳感(gan)(gan)布置(zhi)法對不(bu)通(tong)孔(kong)H1、H2和(he)H3進(jin)行檢(jian)測。在常規的(de)(de)磁(ci)(ci)化(hua)(hua)(hua)條(tiao)件下，由于磁(ci)(ci)化(hua)(hua)(hua)場(chang)磁(ci)(ci)通(tong)路徑不(bu)同(tong)，鉆桿桿體、過渡區(qu)和(he)加厚區(qu)會形成(cheng)不(bu)同(tong)的(de)(de)磁(ci)(ci)感(gan)(gan)應強度，進(jin)一步使(shi)得(de)不(bu)同(tong)位置(zhi)不(bu)通(tong)孔(kong)產(chan)生(sheng)不(bu)同(tong)的(de)(de)漏磁(ci)(ci)場(chang)強度。為驗證深度飽和(he)磁(ci)(ci)化(hua)(hua)(hua)法的(de)(de)有(you)效性，采用(yong)差分式(shi)傳感(gan)(gan)布置(zhi)法，試(shi)驗獲(huo)得(de)不(bu)通(tong)孔(kong)H1、H2和(he)H3產(chan)生(sheng)的(de)(de)漏磁(ci)(ci)場(chang)軸向分量信號幅值B21B22和(he)B3與磁(ci)(ci)化(hua)(hua)(hua)電流的(de)(de)關系(xi)曲線(xian)，如(ru)圖4-57所示。
從(cong)圖4-57中可以看出，當磁(ci)化(hua)(hua)(hua)電(dian)流較(jiao)小時，桿(gan)體處不(bu)(bu)(bu)(bu)通(tong)孔H3漏磁(ci)信號(hao)強(qiang)(qiang)(qiang)度最大，過渡(du)區不(bu)(bu)(bu)(bu)通(tong)孔H2信號(hao)強(qiang)(qiang)(qiang)度次之，加(jia)厚區不(bu)(bu)(bu)(bu)通(tong)孔H1信號(hao)強(qiang)(qiang)(qiang)度最小；隨著磁(ci)化(hua)(hua)(hua)電(dian)流的(de)不(bu)(bu)(bu)(bu)斷增大，三處不(bu)(bu)(bu)(bu)通(tong)孔漏磁(ci)信號(hao)強(qiang)(qiang)(qiang)度不(bu)(bu)(bu)(bu)斷增加(jia)且差異(yi)(yi)逐漸減小；當磁(ci)化(hua)(hua)(hua)電(dian)流增加(jia)到45A之后(hou)(hou)，三處不(bu)(bu)(bu)(bu)通(tong)孔漏磁(ci)檢測信號(hao)基本(ben)相等并保持(chi)不(bu)(bu)(bu)(bu)變(bian)。在對鉆桿(gan)進行(xing)深(shen)度飽(bao)和磁(ci)化(hua)(hua)(hua)后(hou)(hou)，由(you)于缺(que)陷(xian)處所有磁(ci)疇的(de)磁(ci)矩都翻轉到與外(wai)磁(ci)化(hua)(hua)(hua)場(chang)相同的(de)方向上，磁(ci)化(hua)(hua)(hua)強(qiang)(qiang)(qiang)度達到最大值，此時缺(que)陷(xian)漏磁(ci)場(chang)強(qiang)(qiang)(qiang)度只與缺(que)陷(xian)尺(chi)寸有關，從(cong)而可消除(chu)由(you)于磁(ci)感應強(qiang)(qiang)(qiang)度不(bu)(bu)(bu)(bu)同引(yin)起的(de)缺(que)陷(xian)漏磁(ci)場(chang)差異(yi)(yi)。
