與外部缺陷相比，內部缺陷漏磁場到達布置在不(bu)銹鋼(gang)管外表面的磁測頭距離更遠，因此，其靈敏度更低。目前，對于內、外部缺陷靈敏度差異造成的影響，根據不銹鋼管質量檢測的不同要求，形成了不同的處理方法。一種是接受內、外部缺陷漏磁場強度差異帶來的不利影響，在制作樣管時使內部標準缺陷深度高于外部缺陷，并采用相同的報警門限進行評判。此方法使得外部缺陷較內部缺陷評判標準更嚴，會導致外部缺陷的誤判或內部缺陷的漏判。高精度漏磁檢測的基礎是實現內、外部缺陷的一致性檢測與評價，即不論缺陷處于哪個位置，相同尺寸的缺陷經過漏磁檢測與評價之后，它們應該具有相同的損傷量級。此時，如果可以先對缺陷內外位置進行區分，然后分別采用獨立的內、外部缺陷報警門限進行分類評判，則可實現鋼管內、外部缺陷的一致性判別。
漏磁(ci)無(wu)損檢(jian)測(ce)的(de)原理源于(yu)磁(ci)粉(fen)檢(jian)測(ce)，當用一個或多(duo)個磁(ci)化器將(jiang)鋼管的(de)某一部位磁(ci)化到飽和狀(zhuang)態時，鋼管中(zhong)任何(he)形(xing)(xing)式的(de)材(cai)質(zhi)(zhi)不連(lian)續都(dou)會在其所(suo)在位置引(yin)發磁(ci)場畸變，由此產(chan)生泄漏于(yu)材(cai)質(zhi)(zhi)之(zhi)外的(de)磁(ci)力線或磁(ci)通。這些(xie)泄漏磁(ci)場量(liang)的(de)空(kong)間分布具(ju)有微小(xiao)、非(fei)線性(xing)(xing)等特點(dian)。磁(ci)敏感元件以電信號的(de)形(xing)(xing)式描述這些(xie)磁(ci)場量(liang)信號時，會失去(qu)漏磁(ci)場的(de)矢量(liang)特性(xing)(xing)，從而(er)難以準(zhun)確獲(huo)得材(cai)質(zhi)(zhi)中(zhong)的(de)缺(que)(que)陷(xian)形(xing)(xing)態特征，如缺(que)(que)陷(xian)的(de)位置、形(xing)(xing)狀(zhuang)和走(zou)向等。
內、外部缺陷靈敏度差異一直是影響不銹(xiu)鋼管漏磁檢測可靠性和一致性的主要因素之一，因為內、外部缺陷靈敏度差異較大，相同尺寸的缺陷在鋼管不同深度處會產生不同的信號幅值，從而造成誤判或漏檢。因此，對疑似缺陷檢測信號進行位置特征識別，將直接有利于提升漏磁檢測信號的可利用價值及作為最終評價依據時的可靠性。
1. 內、外部缺陷(xian)檢(jian)測信號(hao)特征(zheng)
漏(lou)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)(chang)是一(yi)種(zhong)非(fei)線性的(de)空(kong)間三維場(chang)(chang)(chang)，是由(you)磁(ci)(ci)飽(bao)和狀(zhuang)態下鐵磁(ci)(ci)性鋼管中的(de)磁(ci)(ci)導(dao)率(lv)不一(yi)致引起的(de)。為了(le)盡可(ke)能詳細地了(le)解漏(lou)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)(chang)在(zai)各(ge)個(ge)方向(xiang)(xiang)(xiang)上的(de)分(fen)(fen)布情況，通常(chang)將(jiang)漏(lou)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)(chang)分(fen)(fen)解為兩個(ge)分(fen)(fen)量(liang)(liang)(liang)，即一(yi)個(ge)切向(xiang)(xiang)(xiang)分(fen)(fen)量(liang)(liang)(liang)B1和一(yi)個(ge)法向(xiang)(xiang)(xiang)分(fen)(fen)量(liang)(liang)(liang)Bn,如圖4-1所示。在(zai)檢測過程中，當傳感器與(yu)(yu)缺陷同側(ce)時(shi)，則可(ke)視為外部缺陷，此(ci)時(shi)測量(liang)(liang)(liang)的(de)漏(lou)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)(chang)切向(xiang)(xiang)(xiang)與(yu)(yu)法向(xiang)(xiang)(xiang)分(fen)(fen)量(liang)(liang)(liang)分(fen)(fen)別記(ji)為Bex和B當0傳感器與(yu)(yu)缺陷異(yi)側(ce)時(shi)，則可(ke)視為內(nei)部缺陷，漏(lou)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)(chang)切向(xiang)(xiang)(xiang)與(yu)(yu)法向(xiang)(xiang)(xiang)分(fen)(fen)量(liang)(liang)(liang)分(fen)(fen)別記(ji)為B和從圖4-1中可(ke)以看(kan)出，內(nei)、外部缺陷在(zai)傳感器處產生的(de)漏(lou)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)(chang)存(cun)在(zai)較大差異(yi)。
法向分(fen)(fen)量(liang)是指漏磁場在不銹鋼(gang)管表(biao)面法線方(fang)向上的(de)分(fen)(fen)量(liang)，檢測(ce)信號在裂紋中心的(de)正(zheng)上方(fang)幅值(zhi)為零，而在裂紋的(de)兩個(ge)斷面附(fu)近分(fen)(fen)別達(da)到正(zheng)、負極大值(zhi)，相鄰(lin)極值(zhi)之間的(de)距(ju)(ju)離(li)取決(jue)于裂紋的(de)寬度、缺陷(xian)的(de)形狀、提離(li)距(ju)(ju)離(li)以及缺陷(xian)所在位置等因素。
下面以漏磁場法向(xiang)分量進行(xing)討論。
內(nei)、外部(bu)缺(que)陷的(de)漏磁(ci)(ci)場(chang)形(xing)成機理略有不(bu)(bu)同：當缺(que)陷處于被測(ce)(ce)鋼(gang)管外表(biao)(biao)面(mian)時，其(qi)溢(yi)出(chu)磁(ci)(ci)場(chang)可以視為磁(ci)(ci)力線遇到(dao)磁(ci)(ci)導(dao)率變(bian)化時外逸的(de)部(bu)分；而(er)不(bu)(bu)銹鋼(gang)管的(de)內(nei)部(bu)缺(que)陷在鋼(gang)管外部(bu)產生的(de)漏磁(ci)(ci)場(chang)，實(shi)質(zhi)是(shi)由于材質(zhi)不(bu)(bu)連續(xu)產生的(de)畸變(bian)擾動磁(ci)(ci)場(chang)，將磁(ci)(ci)力線從原本分布均勻的(de)鐵磁(ci)(ci)性(xing)構(gou)件內(nei)“擠(ji)壓”出(chu)材質(zhi)表(biao)(biao)面(mian)，形(xing)成可檢測(ce)(ce)量。
從圖4-1中可以看出，外(wai)部缺陷檢測(ce)(ce)(ce)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)的(de)(de)峰(feng)-峰(feng)值較(jiao)大(da)，且具有陡峭(qiao)的(de)(de)畸變特征(zheng)；內(nei)部缺陷檢測(ce)(ce)(ce)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)的(de)(de)強度(du)及畸變特征(zheng)都與(yu)前者不(bu)同。當(dang)用(yong)霍爾元件(jian)檢測(ce)(ce)(ce)漏(lou)磁場(chang)的(de)(de)法向(xiang)分量(liang)時，會獲(huo)得(de)含過零點(dian)的(de)(de)正(zheng)、負波(bo)峰(feng)特征(zheng)的(de)(de)缺陷信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)。為(wei)了方便標記缺陷產生的(de)(de)漏(lou)磁場(chang)檢測(ce)(ce)(ce)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)，將外(wai)部缺陷檢測(ce)(ce)(ce)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)記為(wei)Vex(h)，內(nei)部缺陷檢測(ce)(ce)(ce)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)記為(wei)Vin(h)，h為(wei)磁敏感元件(jian)與(yu)被檢測(ce)(ce)(ce)構(gou)件(jian)表(biao)面的(de)(de)提離距離。
以(yi)二維軸對稱模型為(wei)例，仿(fang)真計算鋼管(guan)軸向(xiang)磁(ci)化時(shi)內、外(wai)(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)的檢測(ce)信號特(te)性。鋼管(guan)厚度為(wei)10.0mm，內、外(wai)(wai)部(bu)裂紋尺寸相同：深度為(wei)2.5mm，寬度為(wei)0.5mm。如圖4-2所示，磁(ci)敏感元(yuan)件沿著提(ti)離(li)值(zhi)(zhi)．0mm的路徑掃(sao)過外(wai)(wai)部(bu)裂紋時(shi)，得到相應檢測(ce)信號的峰-峰值(zhi)(zhi)，記為(wei)Vexpp(1.0)；掃(sao)過內部(bu)裂紋時(shi)，得到相應檢測(ce)信號的峰-峰值(zhi)(zhi)。
在(zai)不(bu)(bu)銹鋼(gang)管自動化(hua)漏(lou)磁(ci)檢(jian)測過程中(zhong)，一般(ban)將檢(jian)測探頭(tou)布置在(zai)鋼(gang)管外表面來實(shi)現不(bu)(bu)銹鋼(gang)管的(de)(de)全(quan)覆蓋檢(jian)測。從(cong)圖4-2中(zhong)可以看出，相(xiang)同尺寸的(de)(de)裂紋(wen)(wen)分別位于鋼(gang)管的(de)(de)內(nei)、外表面時，產(chan)生(sheng)的(de)(de)檢(jian)測信號差異很大，包(bao)括幅(fu)值和寬度。然而，在(zai)常規漏(lou)磁(ci)檢(jian)測中(zhong)，一般(ban)將檢(jian)測信號幅(fu)值作為裂紋(wen)(wen)深度的(de)(de)評判依據(ju)。因此，如果不(bu)(bu)對裂紋(wen)(wen)位置進(jin)行區分，而直接(jie)使(shi)用相(xiang)同的(de)(de)報警門限(xian)進(jin)行評判，則會造成外部裂紋(wen)(wen)的(de)(de)誤判或內(nei)部裂紋(wen)(wen)的(de)(de)漏(lou)判，使(shi)相(xiang)同尺寸的(de)(de)缺陷產(chan)生(sheng)不(bu)(bu)一致(zhi)的(de)(de)評價結果。
圖4-3給出(chu)了不銹鋼(gang)管內(nei)壁(bi)上的(de)(de)裂紋（內(nei)部缺陷(xian)）漏(lou)磁場(chang)法向分量檢測(ce)信(xin)號(hao)(hao)(hao)波形，同時(shi)給出(chu)了檢測(ce)信(xin)號(hao)(hao)(hao)極值間隔(ge)寬度W與管壁(bi)厚度的(de)(de)關系曲線(xian)。從圖中可(ke)以看出(chu)，當(dang)檢測(ce)探頭與鋼(gang)管表面的(de)(de)提離距離h增大，或者壁(bi)厚增大時(shi)，檢測(ce)信(xin)號(hao)(hao)(hao)的(de)(de)極值間隔(ge)寬度W均會增大。因此，當(dang)借助于檢測(ce)信(xin)號(hao)(hao)(hao)的(de)(de)波形特征構建評判指標時(shi)，應(ying)注(zhu)意這一點。
2. 鋼板正、反面缺陷檢測(ce)信(xin)號(hao)對比
下面通過在鋼板上刻制各(ge)類(lei)人工(gong)缺(que)陷模(mo)擬(ni)鋼管漏磁檢(jian)測中內、外部缺(que)陷。采用機加(jia)工(gong)和(he)電火(huo)花加(jia)工(gong)的(de)方法，在鋼板表(biao)面相隔(ge)一(yi)定距(ju)離加(jia)工(gong)橫向(xiang)刻槽(cao)、斜(xie)向(xiang)刻槽(cao)以及不通孔等人工(gong)缺(que)陷，人工(gong)缺(que)陷尺寸見表(biao)4-1。
磁敏感(gan)元件選用集成(cheng)霍爾元件UGN-3503，將其封裝(zhuang)于(yu)(yu)檢(jian)測探頭(tou)中(zhong)，傳感(gan)器的提離距(ju)離為0.5mm。采用直流磁化(hua)線(xian)圈對(dui)鋼(gang)板進(jin)行軸向(xiang)磁化(hua)，通過(guo)調節磁化(hua)電流幅值，確保(bao)試件始(shi)終(zhong)處于(yu)(yu)磁飽和狀態(tai)。分(fen)別在人工缺陷(xian)所在鋼(gang)板正面(mian)以及反面(mian)進(jin)行檢(jian)測，隨(sui)機抽取(qu)一組正面(mian)檢(jian)測與反面(mian)檢(jian)測信號，如圖4-4和圖4-5所示。
通(tong)過對(dui)(dui)相同深度(du)(du)（0.9mm）的不通(tong)孔、45°斜向(xiang)刻槽以(yi)(yi)及橫向(xiang)刻槽等各種人工缺(que)陷(xian)進(jin)行漏磁檢測試驗可以(yi)(yi)發現(xian)，缺(que)陷(xian)的形狀、位置和走向(xiang)等形位特征均對(dui)(dui)缺(que)陷(xian)檢測信號產生了較(jiao)大的影(ying)響，具體體現(xian)在信號幅值(zhi)以(yi)(yi)及極值(zhi)間隔(ge)寬(kuan)度(du)(du)上。
3. 鋼管漏磁檢測內(nei)、外部缺陷區分(fen)的必(bi)要(yao)性
由(you)(you)于(yu)不銹鋼(gang)管(guan)(guan)的特殊幾何結構(gou)，不銹鋼(gang)管(guan)(guan)漏(lou)磁(ci)(ci)自動化(hua)檢(jian)測(ce)一般將(jiang)探頭布置在(zai)不銹鋼(gang)管(guan)(guan)外壁，來完成對鋼(gang)管(guan)(guan)的全(quan)覆蓋(gai)檢(jian)測(ce)。由(you)(you)于(yu)漏(lou)磁(ci)(ci)檢(jian)測(ce)采用直流磁(ci)(ci)化(hua)方法，磁(ci)(ci)化(hua)場具有很強的穿透力，內部缺陷(xian)同樣可以(yi)獲得較(jiao)好的信噪比(bi)。但(dan)是(shi)，檢(jian)測(ce)探頭布置在鋼(gang)管(guan)(guan)外壁，鋼(gang)管(guan)(guan)內、外部缺(que)陷的靈敏(min)度(du)卻(que)有不同，具(ju)體表(biao)現為內、外部缺(que)陷檢(jian)測(ce)信號的峰(feng)-峰(feng)值和(he)極值間(jian)隔寬度(du)存(cun)在明顯區別(bie)，而(er)且管(guan)(guan)壁越(yue)(yue)厚(hou)，差別(bie)越(yue)(yue)大。當采用常規漏磁檢(jian)測(ce)評判(pan)指標（信號峰(feng)-峰(feng)值）對缺(que)陷進行評判(pan)時(shi)，無論(lun)是(shi)切向(xiang)(xiang)分量(liang)還(huan)是(shi)法(fa)向(xiang)(xiang)分量(liang)，都無法(fa)形成(cheng)一一對應的關系，容易受(shou)到非同類形態特征的干擾，造(zao)成(cheng)缺(que)陷的非一致性評判(pan)，最(zui)終影響鋼(gang)管(guan)(guan)的檢(jian)測(ce)精度(du)。
漏(lou)磁檢(jian)(jian)測(ce)信(xin)號(hao)既(ji)然(ran)受(shou)到多種因素(su)的(de)(de)影響(xiang)，而(er)常規漏(lou)磁檢(jian)(jian)測(ce)評判(pan)指標(biao)卻又未能提(ti)供(gong)完備描述(shu)矢(shi)量(liang)漏(lou)磁場的(de)(de)信(xin)息。因此，需(xu)要提(ti)取或構造新(xin)的(de)(de)評判(pan)指標(biao)來(lai)準(zhun)確評估缺陷(xian)形(xing)態特征。漏(lou)磁檢(jian)(jian)測(ce)探頭中的(de)(de)磁敏感元件是以(yi)電信(xin)號(hao)的(de)(de)形(xing)式將漏(lou)磁場的(de)(de)磁信(xin)號(hao)在輸出設備中顯示出來(lai)的(de)(de)。由于電信(xin)號(hao)標(biao)量(liang)在描述(shu)磁場矢(shi)量(liang)時(shi)具有(you)不(bu)完備性，因此，需(xu)要將這些標(biao)量(liang)信(xin)息進行重新(xin)整合，而(er)不(bu)是僅僅依靠檢(jian)(jian)測(ce)信(xin)號(hao)的(de)(de)波(bo)形(xing)幅值(zhi)來(lai)進行評判(pan)。
直流漏磁檢測(ce)(ce)的(de)優勢在(zai)于對鐵磁性構件的(de)深度磁化，使得(de)檢測(ce)(ce)功能(neng)較(jiao)其(qi)他(ta)電(dian)磁檢測(ce)(ce)方法要強大得(de)多。其(qi)中，準確評估(gu)不銹(xiu)鋼管使用性能(neng)的(de)基礎(chu)是對缺陷(xian)位(wei)置特征的(de)準確識(shi)別。通過(guo)上述對鋼管內、外部缺陷(xian)檢測(ce)(ce)的(de)討(tao)論(lun)，可(ke)以認(ren)識(shi)到以下(xia)兩點：
1）漏磁檢(jian)(jian)測方法可用于鋼管的(de)內、外(wai)部缺陷檢(jian)(jian)測，但是缺陷的(de)位置特征(zheng)會造成檢(jian)(jian)測信號(hao)的(de)差異，包括檢(jian)(jian)測信號(hao)的(de)峰(feng)-峰(feng)值和極值間隔寬度。
2）缺陷的形(xing)狀(zhuang)、走向、深(shen)度等(deng)形(xing)態特征(zheng)也會引起(qi)檢測(ce)信號的波形(xing)變化。
因此，對于(yu)位置特征(zheng)和形態特征(zheng)均無(wu)法(fa)事(shi)先(xian)確定的(de)(de)缺陷，僅將檢測(ce)(ce)信號峰-峰值作為評(ping)價依據，勢(shi)必(bi)會造成缺陷的(de)(de)非一致(zhi)性檢測(ce)(ce)與(yu)評(ping)判，也即，分別(bie)處于(yu)鋼管內、外(wai)表面的(de)(de)相同尺寸的(de)(de)缺陷經漏(lou)磁檢測(ce)(ce)與(yu)評(ping)判后得(de)到了不同的(de)(de)損傷量級。從客觀(guan)上(shang)講，這(zhe)種誤(wu)差必(bi)然(ran)存在，但是可以設法(fa)盡量避免，這(zhe)也是定量檢測(ce)(ce)首先(xian)需要解決的(de)(de)問(wen)題。
