退磁是將鐵磁性材料的磁性去除的過(guò)程，這可通過(guò)在材料磁偶中建立或重新建立分子的無(wú)規(guī)則排列來(lái)完成。不銹鋼管漏磁檢測(cè)時(shí)需要對(duì)鋼管進(jìn)行磁化，檢測(cè)完成之后，鋼管內(nèi)部會(huì)存有剩磁。此外，不銹鋼管在熱處理與運(yùn)輸過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生剩磁。保留相當(dāng)強(qiáng)剩磁的鋼管，在下一步制造或使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的問(wèn)題。如果鋼管存在剩磁，在鋼管端部車(chē)削加工螺紋時(shí)，剩磁會(huì)吸附鐵屑或鐵粉，從而破壞加工表面質(zhì)量或者使刀具鈍化。鋼管的一個(gè)重要用途就是用于石油輸送，鋪地管道是通過(guò)一定長(zhǎng)度的鋼管焊接而成的。在焊接過(guò)程中，強(qiáng)剩磁場(chǎng)會(huì)使電弧偏離指定位置，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電弧偏吹。剩磁對(duì)電子束焊接也有不利影響，它會(huì)使電子束偏離它所對(duì)準(zhǔn)的目標(biāo)。如果鋼管作為運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如作為軸與軸承配合使用時(shí)，它會(huì)吸附鐵粉，使軸承發(fā)生嚴(yán)重磨損。強(qiáng)大的磁場(chǎng)會(huì)使部件之間產(chǎn)生額外的吸附力，產(chǎn)生不平衡狀態(tài)并增大摩擦力。
當(dāng)然，如果不銹鋼管下一步制造工序是將鋼管加熱到居里點(diǎn)溫度以上，則鋼管不需要退磁，因?yàn)殇摻橘|(zhì)加熱到居里點(diǎn)溫度以上之后，材料可完全退磁，變成非磁性材料。在居里點(diǎn)溫度，鋼暫時(shí)從鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判誀顟B(tài)，然后在無(wú)磁感應(yīng)狀態(tài)下冷卻，即可完全退去磁性。
不銹鋼管漏磁檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)一般規(guī)定鋼管退磁后的剩磁強(qiáng)度應(yīng)該小于2mT。在實(shí)際生產(chǎn)中，有些用戶會(huì)根據(jù)需要提出更高要求，甚至要求剩磁強(qiáng)度低于0.5mT。
一、鋼管剩磁形成原因
不銹鋼管剩磁產(chǎn)生的原因主要有以下幾種：
1. 感應(yīng)調(diào)質(zhì)后產(chǎn)生的剩磁
感應(yīng)調(diào)質(zhì)的加熱過(guò)程中，電源向感應(yīng)線圈通以交變電流，從而在鋼管表層感生出渦流，給鋼管進(jìn)行加熱調(diào)質(zhì)處理。撤去感應(yīng)磁場(chǎng)之后，鋼管中存在剩磁。感應(yīng)調(diào)質(zhì)的電源頻率一般為幾百到幾千赫茲不等，頻率越低，磁場(chǎng)深入材料越深。
2. 起重磁吸盤(pán)產(chǎn)生的剩磁
起重機(jī)磁吸盤(pán)以其裝載、卸載方便快捷的優(yōu)勢(shì)在鋼管運(yùn)輸過(guò)程中使用廣泛，由于它利用直流電磁鐵吸附鋼管，故鋼管中會(huì)留下強(qiáng)剩磁場(chǎng)。磁吸盤(pán)吊運(yùn)帶來(lái)的問(wèn)題就是鋼管剩磁很強(qiáng)且極不均勻，如圖2-24所示，剩磁以磁吸盤(pán)施力點(diǎn)為中心向鋼管深層及兩端遞減，施力點(diǎn)位置的剩磁極強(qiáng)、整根鋼管中的剩磁分布極不均勻、鋼管頭部和尾部剩磁方向不一致，這些都給后續(xù)退磁增加了難度。
3. 檢測(cè)過(guò)后的剩磁
不銹鋼管在經(jīng)過(guò)渦流、磁粉、漏磁等電磁無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)，由于介質(zhì)磁化需要，必須對(duì)其施加偏置磁場(chǎng)。以漏磁檢測(cè)為例，鋼管通過(guò)周向裂紋檢測(cè)主機(jī)時(shí)通常被施加以軸向磁化場(chǎng)，通過(guò)軸向裂紋檢測(cè)主機(jī)時(shí)被施加以周向磁化場(chǎng)，檢測(cè)完成之后鋼管中即存在剩磁。鋼管經(jīng)過(guò)檢測(cè)主機(jī)之后，剩磁狀態(tài)和方向有一定的規(guī)律可循，為退磁提供了便利。
4. 應(yīng)力相關(guān)的剩磁
不銹鋼管生產(chǎn)過(guò)程中，軋制、校直等工藝引入的殘余拉、壓應(yīng)力會(huì)引起磁彈性能和疇壁能的變化，而該變化會(huì)影響技術(shù)磁化過(guò)程，并最終影響剩磁狀態(tài)。此外，由于拉、壓應(yīng)力的存在，鋼管的磁滯回線會(huì)呈現(xiàn)正反不對(duì)稱(chēng)的現(xiàn)象，而退磁過(guò)程的本質(zhì)就是順次反向、逐漸遞減的磁場(chǎng)作用，磁滯回線的正反不對(duì)稱(chēng)會(huì)造成最終收斂點(diǎn)的偏移，因此這種與應(yīng)力相關(guān)的剩磁一般難以去除干凈。
二、鋼管剩磁方向
1. 軸向剩磁場(chǎng)
用線圈或螺旋管磁化的鋼管，有時(shí)會(huì)殘留軸向剩磁場(chǎng)。這種剩磁場(chǎng)在不銹鋼管中沿軸向分布，而且在鋼管兩端幅值達(dá)到最大。這種磁場(chǎng)由磁極以及進(jìn)入或離開(kāi)材料的磁力線構(gòu)成，剩磁的強(qiáng)度可用高斯計(jì)測(cè)量。鋼管軸向剩磁對(duì)下一步機(jī)加工或后續(xù)使用影響較大。
2. 周向剩磁場(chǎng)
與軸向剩磁場(chǎng)不同，周向剩磁場(chǎng)被包含在鋼管管壁中，基本不顯現(xiàn)出來(lái)，并難以測(cè)量。鋼管軸向裂紋檢測(cè)時(shí)需要施加周向磁場(chǎng)對(duì)鋼管局部進(jìn)行磁化，因此不銹鋼管內(nèi)部會(huì)殘留有周向剩磁場(chǎng)。在后續(xù)加工過(guò)程中，如果在鋼管表面加工軸向幾何形狀，如鍵槽或者孔洞，此時(shí)周向剩磁場(chǎng)將非常明顯。
3. 多磁極剩磁
直流磁化過(guò)的鋼管有時(shí)候會(huì)感生并保留多磁極剩磁，如磁力吸盤(pán)等。多磁極剩磁的退磁過(guò)程比較復(fù)雜。
三、退磁方法
鐵磁性材料之所以不同于其他材料，就是在于它含有磁疇這一特殊結(jié)構(gòu)，局部區(qū)域中的原子或分子磁矩呈平行排列。當(dāng)材料未被磁化時(shí)，磁疇的取向是隨機(jī)的，它們各自的磁感應(yīng)強(qiáng)度之和在任意方向呈現(xiàn)為零。當(dāng)材料處于磁化場(chǎng)中時(shí)，磁疇會(huì)發(fā)生定向的翻轉(zhuǎn)和磁疇壁位移，最終全部指向與磁化場(chǎng)方向一致的方向，從而增強(qiáng)了磁場(chǎng)強(qiáng)度。當(dāng)外磁場(chǎng)撤去時(shí)，某些磁疇保持新的取向而不能恢復(fù)到原來(lái)的隨機(jī)取向，于是，材料中存在剩磁。
常見(jiàn)的退磁方法有居里點(diǎn)熱處理法和電磁退磁法。
居里點(diǎn)熱處理法：將材料加熱至居里點(diǎn)溫度，之后在無(wú)外磁場(chǎng)環(huán)境中均勻冷卻退磁。其機(jī)理在于將磁疇狀態(tài)由規(guī)則轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機(jī)。這種退磁方法可以完全消除工件磁性，但是時(shí)間長(zhǎng)、成本高限制了它的應(yīng)用。
電磁退磁法：實(shí)際上所有電磁退磁法都基于一個(gè)普遍的原理，即施加一個(gè)足以克服初始矯頑力的磁場(chǎng)，使其極性交替轉(zhuǎn)換，并逐漸降至為零。因此，電磁退磁的要點(diǎn)在于針對(duì)工件磁化部分，順序變換極性并逐步降低磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)消除磁性。具體又可分為：
1. 交流退磁法
該方法實(shí)施較為簡(jiǎn)單，一般利用穿過(guò)式交流線圈來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前，交流退磁法是最為常用的退磁方法之一，其采用的交流電頻率一般為工頻。由于線圈產(chǎn)生連續(xù)換向磁場(chǎng)，將工件通過(guò)交流線圈并逐漸遠(yuǎn)離，或?qū)⒐ぜ旁陔娏髦抵鸩綔p小的交流線圈中，均滿足退磁原理。對(duì)于鋼管來(lái)說(shuō)，配合鋼管漏磁自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備，采用交流退磁法較為合適，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)退磁。由于趨膚效應(yīng)，交流退磁法只能消除部件表層的剩磁，無(wú)法對(duì)大型工件實(shí)現(xiàn)有效退磁。
2. 直流退磁法
直流退磁法常用于直流磁化過(guò)大的大型試件，也適用于交流退磁無(wú)效的場(chǎng)合。直流退磁法的原理和交流退磁法相同，磁場(chǎng)強(qiáng)度或電流必須按順序反轉(zhuǎn)和逐步減小。由于直流退磁法采用的反轉(zhuǎn)頻率較低，穿透深度大，因而可以對(duì)厚壁工件實(shí)現(xiàn)有效退磁。
四、鋼管退磁工藝
薄壁不銹鋼管利用交流退磁的方法即可實(shí)現(xiàn)退磁。針對(duì)大管徑厚壁鋼管，由于趨膚效應(yīng)的影響，交流退磁場(chǎng)難以作用到鋼管內(nèi)部，相應(yīng)的退磁工藝一直是難點(diǎn)，而直流退磁因其穿透深度大，在厚壁鋼管退磁中廣泛使用。
1. 鋼管退磁的影響因素
a. 退磁電流反轉(zhuǎn)頻率 退磁時(shí)，受鋼管和退磁線圈參數(shù)的影響，退磁磁場(chǎng)的分布規(guī)律較為復(fù)雜。由順序反轉(zhuǎn)電流產(chǎn)生的交變退磁磁場(chǎng)會(huì)存在趨膚效應(yīng)，其強(qiáng)度從鋼管表面到內(nèi)部呈指數(shù)規(guī)律衰減，將磁場(chǎng)強(qiáng)度衰減為表面磁場(chǎng)強(qiáng)度Ho的1／e時(shí)對(duì)應(yīng)的深度定義為磁場(chǎng)滲透深度Δh，則其計(jì)算公式為
式中，fm為交變磁場(chǎng)頻率；y與μ分別為鋼管材料的電導(dǎo)率與磁導(dǎo)率。
對(duì)于大直徑厚壁鋼管，需要增加退磁磁場(chǎng)的滲透深度才能實(shí)現(xiàn)鋼管的有效退磁。
b. 退磁線圈安匝數(shù) 實(shí)際退磁中，鋼管從退磁線圈穿過(guò)或是停在線圈中，電流順序反轉(zhuǎn)方向并逐步減小。退磁線圈安匝數(shù)決定了退磁場(chǎng)強(qiáng)度。退磁線圈安匝數(shù)不僅與剩磁的矯頑力有關(guān)，還與鋼管在線圈中的填充系數(shù)有關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該綜合考慮各種影響因素，以確定合適的線圈安匝數(shù)。
c. 鋼管磁化順序 鋼管漏磁檢測(cè)系統(tǒng)由軸向磁化檢測(cè)主機(jī)和周向磁化檢測(cè)主機(jī)組成，它們分別需要實(shí)施軸向磁化和周向磁化。此時(shí)，不同的磁化順序?qū)a(chǎn)生不同方向的剩磁。如果先經(jīng)過(guò)軸向磁化器，再經(jīng)過(guò)周向磁化器，此時(shí)剩磁場(chǎng)主要為周向剩磁場(chǎng)，其包含在鋼管管壁內(nèi)；反之，如果先進(jìn)行周向磁化，再進(jìn)行軸向磁化，則主要產(chǎn)生軸向剩磁場(chǎng)。因此，在設(shè)計(jì)退磁系統(tǒng)時(shí)需要根據(jù)鋼管的磁化順序來(lái)制訂相應(yīng)的退磁工藝。
2. 鋼管在線退磁
這里介紹一種針對(duì)大口徑不銹鋼厚壁管的有效退磁方法：雙線圈直流退磁-交流退磁。鋼管漏磁自動(dòng)化檢測(cè)過(guò)程中形成的鋼管頭部和尾部的剩磁場(chǎng)差異較大，為此，頭部和尾部需采用不同幅值的退磁電流，常用的做法是采用雙線圈直流退磁，也即頭部和尾部分別獨(dú)立使用一個(gè)退磁線圈退磁。
不銹鋼管在進(jìn)入直流退磁線圈之前，如果經(jīng)過(guò)漏磁或渦流等檢測(cè)設(shè)備的穩(wěn)定偏置磁場(chǎng)作用，剩磁場(chǎng)一般具有固定的大小和方向；如果沒(méi)有，則需在進(jìn)入直流退磁線圈之前進(jìn)行額外勵(lì)磁，使雜亂無(wú)章的剩磁場(chǎng)都偏向一個(gè)方向。
雙線圈直流退磁方法的原理如圖2-25所示。圖2-25a是直流線圈磁場(chǎng)軸向分布圖，其中T。是線圈厚度，磁場(chǎng)在線圈厚度范圍內(nèi)相對(duì)均勻，超出線圈兩端磁場(chǎng)強(qiáng)度急劇減小，鋼管由一端進(jìn)入線圈再由另一端離開(kāi)線圈，相當(dāng)于施加在鋼管上的退磁磁場(chǎng)強(qiáng)度由零逐漸增加，然后再逐漸減小至零。
圖2-25b所示為單次磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)退磁原理圖?？疾熹摴艿拇艤鼐€時(shí)，需要弄清楚磁場(chǎng)強(qiáng)度的來(lái)源，它既可來(lái)自于外磁場(chǎng)，也可來(lái)自于工件本身的磁極。由于鋼管長(zhǎng)徑比很大，因此鋼管軸向退磁因子近似等于零，即由鋼管兩端產(chǎn)生的軸向退磁場(chǎng)幾乎為零，可以認(rèn)為鋼管磁滯回線中涉及的磁場(chǎng)強(qiáng)度僅來(lái)自于外磁場(chǎng)。圖2-25b中j點(diǎn)可看作是鋼管退磁前的狀態(tài)，j點(diǎn)至k點(diǎn)為充磁過(guò)程（鋼管逐漸接近并穿過(guò)勵(lì)磁線圈或鋼管穿過(guò)電磁檢測(cè)設(shè)備），k點(diǎn)至m點(diǎn)為鋼管逐漸遠(yuǎn)離勵(lì)磁線圈或電磁檢測(cè)設(shè)備，m-l-0是反向退磁過(guò)程。由于磁滯現(xiàn)象的存在，鋼管由j點(diǎn)至k點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的上升幅度要大于由k點(diǎn)至m點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的下降幅度，通過(guò)這一過(guò)程，可以將鋼管的初始剩磁狀態(tài)調(diào)整至相對(duì)更小的范圍，然后再通過(guò)標(biāo)定好的反
向退磁過(guò)程m-l-o，可保證同批次鋼管退磁后剩磁在OT附近。
直流退磁之后，可再進(jìn)行一次或數(shù)次交流退磁，將鋼管表面及近表面剩磁進(jìn)一步降低。
退磁工序一般都安排在渦流、磁粉、漏磁等電磁無(wú)損檢測(cè)之后。漏磁檢測(cè)中需要對(duì)鋼管施加恒定的周向和軸向磁化，因此，鋼管離開(kāi)漏磁檢測(cè)設(shè)備之后具有固定方向的剩磁，并且剩磁強(qiáng)度也在相對(duì)固定的某個(gè)范圍內(nèi)。
標(biāo)定好退磁電流值之后，可連續(xù)進(jìn)行不銹鋼管在線退磁，其退磁工藝布局如圖2-26所示。鋼管在線傳輸速度較快，然而系統(tǒng)從接收退磁指令到在線圈中建立穩(wěn)定的退磁場(chǎng)需要一定的時(shí)間，為保證退磁的及時(shí)性，一般在退磁線圈之前布置傳感器1，傳感器1與退磁線圈之間的距離由鋼管的傳輸速度v確定。為將鋼管剩磁降低至最低水平，傳感器2與退磁線圈之間的距離Δx2一般應(yīng)該大于退磁線圈直徑的兩倍；傳感器3與退磁線圈之間的距離Δx3約為鋼管長(zhǎng)度的一半。
不銹鋼管自動(dòng)化退磁過(guò)程如下：
a. 標(biāo)定鋼管頭部退磁和尾部退磁電流值。
b. 鋼管頭部到達(dá)傳感器1，系統(tǒng)判斷為鋼管即將進(jìn)入退磁線圈，控制系統(tǒng)接通頭部退磁電流，進(jìn)行頭部退磁。
c. 鋼管頭部到達(dá)傳感器2，控制系統(tǒng)無(wú)動(dòng)作。
d. 鋼管頭部到達(dá)傳感器3，系統(tǒng)判斷為鋼管尾部即將進(jìn)入退磁線圈，控制系統(tǒng)斷開(kāi)頭部退磁電流，接通尾部退磁電流，進(jìn)行尾部退磁。
e. 鋼管尾部到達(dá)傳感器2，系統(tǒng)判斷為鋼管已經(jīng)退磁完畢，控制系統(tǒng)斷開(kāi)尾部退磁電流。至此，一根鋼管的完整退磁流程完成，后續(xù)鋼管將依照上述流程繼續(xù)連續(xù)在線退磁。
在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，不銹鋼管還有可能不經(jīng)過(guò)漏磁、渦流等電磁無(wú)損檢測(cè)設(shè)備而需要退磁，或是在電磁無(wú)損檢測(cè)之后又經(jīng)歷了其他工序再退磁。這種情況下，鋼管的剩磁狀態(tài)差異較大，直接利用直流退磁法難以達(dá)到穩(wěn)定一致的退磁效果，因此需要在原裝置的基礎(chǔ)上增加勵(lì)磁模塊。其基本思想是先將不同初始剩磁狀態(tài)的鋼管磁化至相近的剩磁狀態(tài)，再經(jīng)過(guò)直流退磁設(shè)備，即“先勵(lì)磁，再退磁”，其原理如圖2-27所示，退磁流程與圖2-26所示基本相同，只是多了“勵(lì)磁”這一步驟。
上述退磁方法對(duì)厚壁大口徑不銹鋼管有較好的退磁效果。小管徑、薄壁不銹鋼管退磁更加容易，該方法同樣適用。
