與外部缺陷相比，內(nèi)部缺陷漏磁場(chǎng)到達(dá)布置在不銹鋼管外表面的磁測(cè)頭距離更遠(yuǎn)，因此，其靈敏度更低。目前，對(duì)于內(nèi)、外部缺陷靈敏度差異造成的影響，根據(jù)不銹鋼管質(zhì)量檢測(cè)的不同要求，形成了不同的處理方法。一種是接受內(nèi)、外部缺陷漏磁場(chǎng)強(qiáng)度差異帶來的不利影響，在制作樣管時(shí)使內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)缺陷深度高于外部缺陷，并采用相同的報(bào)警門限進(jìn)行評(píng)判。此方法使得外部缺陷較內(nèi)部缺陷評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)，會(huì)導(dǎo)致外部缺陷的誤判或內(nèi)部缺陷的漏判。高精度漏磁檢測(cè)的基礎(chǔ)是實(shí)現(xiàn)內(nèi)、外部缺陷的一致性檢測(cè)與評(píng)價(jià)，即不論缺陷處于哪個(gè)位置，相同尺寸的缺陷經(jīng)過漏磁檢測(cè)與評(píng)價(jià)之后，它們應(yīng)該具有相同的損傷量級(jí)。此時(shí)，如果可以先對(duì)缺陷內(nèi)外位置進(jìn)行區(qū)分，然后分別采用獨(dú)立的內(nèi)、外部缺陷報(bào)警門限進(jìn)行分類評(píng)判，則可實(shí)現(xiàn)鋼管內(nèi)、外部缺陷的一致性判別。
漏磁無損檢測(cè)的原理源于磁粉檢測(cè)，當(dāng)用一個(gè)或多個(gè)磁化器將鋼管的某一部位磁化到飽和狀態(tài)時(shí)，鋼管中任何形式的材質(zhì)不連續(xù)都會(huì)在其所在位置引發(fā)磁場(chǎng)畸變，由此產(chǎn)生泄漏于材質(zhì)之外的磁力線或磁通。這些泄漏磁場(chǎng)量的空間分布具有微小、非線性等特點(diǎn)。磁敏感元件以電信號(hào)的形式描述這些磁場(chǎng)量信號(hào)時(shí)，會(huì)失去漏磁場(chǎng)的矢量特性，從而難以準(zhǔn)確獲得材質(zhì)中的缺陷形態(tài)特征，如缺陷的位置、形狀和走向等。
內(nèi)、外部缺陷靈敏度差異一直是影響不銹鋼管漏磁檢測(cè)可靠性和一致性的主要因素之一，因?yàn)閮?nèi)、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(huì)產(chǎn)生不同的信號(hào)幅值，從而造成誤判或漏檢。因此，對(duì)疑似缺陷檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行位置特征識(shí)別，將直接有利于提升漏磁檢測(cè)信號(hào)的可利用價(jià)值及作為最終評(píng)價(jià)依據(jù)時(shí)的可靠性。
1. 內(nèi)、外部缺陷檢測(cè)信號(hào)特征
漏磁場(chǎng)是一種非線性的空間三維場(chǎng)，是由磁飽和狀態(tài)下鐵磁性鋼管中的磁導(dǎo)率不一致引起的。為了盡可能詳細(xì)地了解漏磁場(chǎng)在各個(gè)方向上的分布情況，通常將漏磁場(chǎng)分解為兩個(gè)分量，即一個(gè)切向分量B1和一個(gè)法向分量Bn,如圖4-1所示。在檢測(cè)過程中，當(dāng)傳感器與缺陷同側(cè)時(shí)，則可視為外部缺陷，此時(shí)測(cè)量的漏磁場(chǎng)切向與法向分量分別記為Bex和B當(dāng)0傳感器與缺陷異側(cè)時(shí)，則可視為內(nèi)部缺陷，漏磁場(chǎng)切向與法向分量分別記為B和從圖4-1中可以看出，內(nèi)、外部缺陷在傳感器處產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)存在較大差異。
法向分量是指漏磁場(chǎng)在不銹鋼管表面法線方向上的分量，檢測(cè)信號(hào)在裂紋中心的正上方幅值為零，而在裂紋的兩個(gè)斷面附近分別達(dá)到正、負(fù)極大值，相鄰極值之間的距離取決于裂紋的寬度、缺陷的形狀、提離距離以及缺陷所在位置等因素。
下面以漏磁場(chǎng)法向分量進(jìn)行討論。
內(nèi)、外部缺陷的漏磁場(chǎng)形成機(jī)理略有不同：當(dāng)缺陷處于被測(cè)鋼管外表面時(shí)，其溢出磁場(chǎng)可以視為磁力線遇到磁導(dǎo)率變化時(shí)外逸的部分；而不銹鋼管的內(nèi)部缺陷在鋼管外部產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)，實(shí)質(zhì)是由于材質(zhì)不連續(xù)產(chǎn)生的畸變擾動(dòng)磁場(chǎng)，將磁力線從原本分布均勻的鐵磁性構(gòu)件內(nèi)“擠壓”出材質(zhì)表面，形成可檢測(cè)量。
從圖4-1中可以看出，外部缺陷檢測(cè)信號(hào)的峰-峰值較大，且具有陡峭的畸變特征；內(nèi)部缺陷檢測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度及畸變特征都與前者不同。當(dāng)用霍爾元件檢測(cè)漏磁場(chǎng)的法向分量時(shí)，會(huì)獲得含過零點(diǎn)的正、負(fù)波峰特征的缺陷信號(hào)。為了方便標(biāo)記缺陷產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)檢測(cè)信號(hào)，將外部缺陷檢測(cè)信號(hào)記為Vex(h)，內(nèi)部缺陷檢測(cè)信號(hào)記為Vin(h)，h為磁敏感元件與被檢測(cè)構(gòu)件表面的提離距離。
以二維軸對(duì)稱模型為例，仿真計(jì)算鋼管軸向磁化時(shí)內(nèi)、外部缺陷的檢測(cè)信號(hào)特性。鋼管厚度為10.0mm，內(nèi)、外部裂紋尺寸相同：深度為2.5mm，寬度為0.5mm。如圖4-2所示，磁敏感元件沿著提離值．0mm的路徑掃過外部裂紋時(shí)，得到相應(yīng)檢測(cè)信號(hào)的峰-峰值，記為Vexpp(1.0)；掃過內(nèi)部裂紋時(shí)，得到相應(yīng)檢測(cè)信號(hào)的峰-峰值。
在不銹鋼管自動(dòng)化漏磁檢測(cè)過程中，一般將檢測(cè)探頭布置在鋼管外表面來實(shí)現(xiàn)不銹鋼管的全覆蓋檢測(cè)。從圖4-2中可以看出，相同尺寸的裂紋分別位于鋼管的內(nèi)、外表面時(shí)，產(chǎn)生的檢測(cè)信號(hào)差異很大，包括幅值和寬度。然而，在常規(guī)漏磁檢測(cè)中，一般將檢測(cè)信號(hào)幅值作為裂紋深度的評(píng)判依據(jù)。因此，如果不對(duì)裂紋位置進(jìn)行區(qū)分，而直接使用相同的報(bào)警門限進(jìn)行評(píng)判，則會(huì)造成外部裂紋的誤判或內(nèi)部裂紋的漏判，使相同尺寸的缺陷產(chǎn)生不一致的評(píng)價(jià)結(jié)果。
圖4-3給出了不銹鋼管內(nèi)壁上的裂紋（內(nèi)部缺陷）漏磁場(chǎng)法向分量檢測(cè)信號(hào)波形，同時(shí)給出了檢測(cè)信號(hào)極值間隔寬度W與管壁厚度的關(guān)系曲線。從圖中可以看出，當(dāng)檢測(cè)探頭與鋼管表面的提離距離h增大，或者壁厚增大時(shí)，檢測(cè)信號(hào)的極值間隔寬度W均會(huì)增大。因此，當(dāng)借助于檢測(cè)信號(hào)的波形特征構(gòu)建評(píng)判指標(biāo)時(shí)，應(yīng)注意這一點(diǎn)。
2. 鋼板正、反面缺陷檢測(cè)信號(hào)對(duì)比
下面通過在鋼板上刻制各類人工缺陷模擬鋼管漏磁檢測(cè)中內(nèi)、外部缺陷。采用機(jī)加工和電火花加工的方法，在鋼板表面相隔一定距離加工橫向刻槽、斜向刻槽以及不通孔等人工缺陷，人工缺陷尺寸見表4-1。
磁敏感元件選用集成霍爾元件UGN-3503，將其封裝于檢測(cè)探頭中，傳感器的提離距離為0.5mm。采用直流磁化線圈對(duì)鋼板進(jìn)行軸向磁化，通過調(diào)節(jié)磁化電流幅值，確保試件始終處于磁飽和狀態(tài)。分別在人工缺陷所在鋼板正面以及反面進(jìn)行檢測(cè)，隨機(jī)抽取一組正面檢測(cè)與反面檢測(cè)信號(hào)，如圖4-4和圖4-5所示。
通過對(duì)相同深度（0.9mm）的不通孔、45°斜向刻槽以及橫向刻槽等各種人工缺陷進(jìn)行漏磁檢測(cè)試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，缺陷的形狀、位置和走向等形位特征均對(duì)缺陷檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生了較大的影響，具體體現(xiàn)在信號(hào)幅值以及極值間隔寬度上。
3. 鋼管漏磁檢測(cè)內(nèi)、外部缺陷區(qū)分的必要性
由于不銹鋼管的特殊幾何結(jié)構(gòu)，不銹鋼管漏磁自動(dòng)化檢測(cè)一般將探頭布置在不銹鋼管外壁，來完成對(duì)鋼管的全覆蓋檢測(cè)。由于漏磁檢測(cè)采用直流磁化方法，磁化場(chǎng)具有很強(qiáng)的穿透力，內(nèi)部缺陷同樣可以獲得較好的信噪比。但是，檢測(cè)探頭布置在鋼管外壁，鋼管內(nèi)、外部缺陷的靈敏度卻有不同，具體表現(xiàn)為內(nèi)、外部缺陷檢測(cè)信號(hào)的峰-峰值和極值間隔寬度存在明顯區(qū)別，而且管壁越厚，差別越大。當(dāng)采用常規(guī)漏磁檢測(cè)評(píng)判指標(biāo)（信號(hào)峰-峰值）對(duì)缺陷進(jìn)行評(píng)判時(shí)，無論是切向分量還是法向分量，都無法形成一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，容易受到非同類形態(tài)特征的干擾，造成缺陷的非一致性評(píng)判，最終影響鋼管的檢測(cè)精度。
漏磁檢測(cè)信號(hào)既然受到多種因素的影響，而常規(guī)漏磁檢測(cè)評(píng)判指標(biāo)卻又未能提供完備描述矢量漏磁場(chǎng)的信息。因此，需要提取或構(gòu)造新的評(píng)判指標(biāo)來準(zhǔn)確評(píng)估缺陷形態(tài)特征。漏磁檢測(cè)探頭中的磁敏感元件是以電信號(hào)的形式將漏磁場(chǎng)的磁信號(hào)在輸出設(shè)備中顯示出來的。由于電信號(hào)標(biāo)量在描述磁場(chǎng)矢量時(shí)具有不完備性，因此，需要將這些標(biāo)量信息進(jìn)行重新整合，而不是僅僅依靠檢測(cè)信號(hào)的波形幅值來進(jìn)行評(píng)判。
直流漏磁檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)鐵磁性構(gòu)件的深度磁化，使得檢測(cè)功能較其他電磁檢測(cè)方法要強(qiáng)大得多。其中，準(zhǔn)確評(píng)估不銹鋼管使用性能的基礎(chǔ)是對(duì)缺陷位置特征的準(zhǔn)確識(shí)別。通過上述對(duì)鋼管內(nèi)、外部缺陷檢測(cè)的討論，可以認(rèn)識(shí)到以下兩點(diǎn)：
1）漏磁檢測(cè)方法可用于鋼管的內(nèi)、外部缺陷檢測(cè)，但是缺陷的位置特征會(huì)造成檢測(cè)信號(hào)的差異，包括檢測(cè)信號(hào)的峰-峰值和極值間隔寬度。
2）缺陷的形狀、走向、深度等形態(tài)特征也會(huì)引起檢測(cè)信號(hào)的波形變化。
因此，對(duì)于位置特征和形態(tài)特征均無法事先確定的缺陷，僅將檢測(cè)信號(hào)峰-峰值作為評(píng)價(jià)依據(jù)，勢(shì)必會(huì)造成缺陷的非一致性檢測(cè)與評(píng)判，也即，分別處于鋼管內(nèi)、外表面的相同尺寸的缺陷經(jīng)漏磁檢測(cè)與評(píng)判后得到了不同的損傷量級(jí)。從客觀上講，這種誤差必然存在，但是可以設(shè)法盡量避免，這也是定量檢測(cè)首先需要解決的問題。
