[摘 要]钢管涡流检测一般都是使用磁饱和技术，以此有效抑制磁导率波动导致的信号噪声。通过检测能够将钢管内壁缺陷，这和趋肤效应原理是相互矛盾的。基于此，本文分析了钢管内壁缺陷检测机制，创建钢管磁饱和状态下的仿真模型。通过试验可以看出来，钢管缺陷磁场在探头中能够导致低频响应，通过相敏检波之后滤除，对信号没有作用。信号受到影响的主要原因是钢管内壁缺陷导致外壁引起磁导率发生变化而致。

[关键词]钢管；内壁缺陷；涡流检测

中图分类号：TE971.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）05-0159-01

涡流检测包含多种优点，比如在检测过程中较高的灵敏度、较快的速度、不需要耦合剂等，所以在金属构件质量检测中广泛运用，比如钢丝绳等。因为钢管表面磁导率的波动会出现次噪音，以此会在钢管涡流检测过程中降低信噪比，严重情况下还会将缺陷信号完全淹没。所以为了能够抑制这种噪音，一般会使用磁饱和器的增置进行。因为磁饱和器自身有强磁化，会导致钢管缺陷区出现磁场泄露的现象。以此，研究钢管涡流检测机制对缺陷量化有着一定的现实意义。

一、单一因素对信号检测造成的影响

为了分析钢管内壁缺陷物流的检测机制，首先要创建单一因素影响的仿真测试，从而能够得出因素的贡献额度。替换缺陷磁场影响，使用永磁铁磁场，对磁导率的影响可以通過创建钢管磁饱和仿真模型，得到缺陷区域磁导率分布和外壁不均匀现象，之后进行测试和验证。

漏磁场的产生是因为钢管磁化缺陷，因为漏磁场和钢管磁化缺陷为因果关系，所以不能够只研究漏磁场影响，那么就要使永磁体成为场源。由于永磁体本身带有电导率，会影响检测的结果，所以将永磁体放到铝管的内部，以此屏蔽干扰。假如铝管的尺寸为：87*10*1000（mm），外壁具有宽度和深度1*1（mm）的槽型缺陷，以此检测涡流探头灵敏度。涡流探头为：91*2*2（mm），200匝，使用差动方式，线圈之间的距离为3（mm），在检测之间，在无缺陷区域放入25*30（mm）钕铁硼永磁铁，使用高斯计对管外壁的漏磁场法向量进行精准测量，测量表示呈双峰现象分布，峰值为80*10-4（T），大于检测缺陷磁场，测试结果满足需求。

在对铝管进行检测的时候，使涡流探头频率为20kHz，增益为38dB，结果呈8字型。不改变检测的参数，扫描永磁体区域，检测结果表示没有信号。将增益扩大为75kB，也没有空间磁场信号。没有信号的原因是因为涡流检测系统具有相敏检波电路，通过差分探头输出信号和参考信号相乘进行检测：

通过滤波高频分量，能够得到涡流检测的信息号实部分量和虚部分量：

通过上式可以看出来，涡流检测和参考的信号及同频率信号能够形成信号表示，但是在检波的时候不能够对漏磁场低频响应进行提取，所以就要对其进行消除，之后不会对缺陷漏磁场造成影响。如果在此过程中使用峰值检波，那么漏磁场低频响应就没有办法消除。[1]

二、内壁缺陷磁导率非均匀仿真

因为测量内壁缺陷磁导率的分布非常困难，那么就要通过仿真模型的创建实现钢管磁饱和，把磁导率变为湘桂磁导率，从而对饱和磁化钢管磁进行分布研究。在23A磁化电流的时候，钢管磁导率的分布见图1。通过图1可以看出来，钢管没有缺陷的部分磁导率为8，处于磁饱和状态，但是因为刻槽附近的磁导率非饱和，以此使钢管外壁都处于分布不均匀状态，影响磁导率。钢管表面的缺陷部分，不同地方的相对磁导率具有双峰现象，波动较大，那么表面深化现象就会越大。磁导率的变化会改变涡流，那么在探头经过此种位置的时候就能够将缺陷检查出来。[2]

三、钢管内壁缺陷涡流检测

涡流监测系统的构成主要包括钢管、磁饱和器、直流电源、涡流探伤仪、涡流探头及滚轮。本文中的实验频率及增益分别为10kHz及35dB，其他参数一致，同时步进1A以此调节词话器的直流电源，涡流检测油管。油管的外径、壁厚、长度分别为87、6、1000（mm），内壁缺陷为1*1mm。

内壁缺陷在不同磁化导致的涡流检测信号的结果详见图2，通过图2（a）可以看出来，在磁饱和线圈励磁电流比2A小的时候，其没有信号相应，在不断增加励磁电流的时候，就可以检测出内壁缺陷。在励磁电流为2-4A的时候，涡流检测信号不断升高的幅度越来越快，在8A电流的情况下值为368mV。之后会随着信号幅值不断下降，但是下降的速度比较慢。在28A励磁电流的时候，内壁缺陷为1mm的检测信号已经非常小，图2（b）表示涡流检测信号相位的变化，以此可以看出来，其的变化是由励磁电流决定的，并且两者的变化呈正比，在达到14A的时候又逐渐下降，整体没有较大的变化，可以认为相位没有变化。

通过上述分析可以看出来，由于内壁缺陷导致的涡流信号变化趋势为先升高，之后慢慢变小，在整个过程中，都是先快后慢进行变化的。因为1A的时候磁场较弱，所以这个时候没有信号，内部磁导率的不均匀无法传导表面中，钢管表面磁导率是均匀的。由于电流的增加导致励磁磁场也在提高，那么内部缺陷磁导率不均匀就会传递到表面，以此导致出现涡流信号。在相对的缺陷区域中，磁导率不均匀的范围不断的扩大，是先快后慢的速度进行扩大。在扩大的过程中信号在不断的上升，也是呈先快后慢的速度上升。电流在达到某个值之后，外磁场强度抑制磁导率不均匀，在电流提高的过程中缩小了不均匀区域，在材料磁饱和之后的范围没有变化。以此可以看出来，信号在下降过程之后的水平呈现稳定的状态。[3]

四、结束语

通过本文的分析可以了解到，涡流探头能够测出钢管内壁的缺陷，其主要原理是钢管产生磁化之后，因为钢管内壁缺陷区域不均匀，这种不均匀的磁导率导致物流的分布发生了一定的变化，从而出现了检测信号，其并不是直接就能够检测出来的。并且还能够得出，钢管导磁率磁饱和状态下是均匀分布的，但是如果钢管内壁出现缺陷，并且缺陷区域分布不同的时候，分均匀性就会发生变化，并且会逐渐扩散到钢管的外部，这点严重影响了涡流检测。

参考文献

[1] 宋凯，陈超，康宜华，等.钢管内壁缺陷涡流检测的机理研究[J].失效分析与预防，2012，07（3）：180-183.

[2] 林俊明，赖传理，任吉林.钢管涡流探伤中缺陷信号的相位分辨[J].无损检测，2011，33（1）：2-4.

[3] 涂葵.管材内壁缺陷超声波检测浅析[C]//全国无损检测学术年会.2013.