不銹鋼管自動化漏(lou)磁檢測系統一般采用復合磁化方式對不銹鋼管進行全方位檢測，軸向磁化檢測橫向缺陷和周向磁化檢測縱向缺陷，并且以縱向和橫向刻槽作為質量評判標準。然而在不銹鋼管檢測過程中，自然缺陷的形狀位置卻有別于標準缺陷，即自然缺陷走向通常與標準磁化場方向存在一定傾角。國家標準GB/T 12604-1999關于缺陷形狀位置對檢測靈敏度差異的影響做如下描述：“當缺陷走向與磁力線垂直時，缺陷處漏磁場強度最大，檢測靈敏度也最高。隨著缺陷走向的偏斜，漏磁場強度逐漸降低，直至兩者走向一致時，漏磁場強度接近為零。因此，當采用縱向、橫向檢測設備時，對斜向缺陷反應不甚敏感，易形成盲角區域”。
一、缺陷走向對漏磁場(chang)分布(bu)的影響
由于軋制工藝不(bu)(bu)完善(shan)而產(chan)生的(de)鋼(gang)管自然缺(que)(que)陷(xian)一(yi)般(ban)與軸(zhou)線成一(yi)定斜角。與標準(zhun)橫(heng)、縱向缺(que)(que)陷(xian)相比，斜向缺(que)(que)陷(xian)漏磁場(chang)強度更低。斜向缺(que)(que)陷(xian)是不(bu)(bu)銹鋼(gang)管生產(chan)過程(cheng)中最為(wei)常見的(de)一(yi)種缺(que)(que)陷(xian)，但在實際檢測過程(cheng)中往往以標準(zhun)垂直缺(que)(que)陷(xian)作為(wei)評(ping)(ping)判標準(zhun)，從而容易造(zao)成斜向缺(que)(que)陷(xian)的(de)漏檢。為(wei)實現對具有不(bu)(bu)同走向的(de)同尺寸(cun)缺(que)(que)陷(xian)的(de)一(yi)致性檢測與評(ping)(ping)價，必須提(ti)出相應的(de)漏磁場(chang)差異消除方法。
1. 斜向缺陷的漏磁場分(fen)布特性
圖4-58所示缺(que)陷分別為用于校驗設備的標(biao)準(zhun)人工刻(ke)槽(cao)和鋼管(guan)軋制(zhi)過程中形(xing)(xing)成的自然(ran)斜(xie)(xie)向缺(que)陷。與標(biao)準(zhun)刻(ke)槽(cao)相(xiang)(xiang)比(bi)，斜(xie)(xie)向缺(que)陷走向與磁化(hua)場(chang)之間存在一(yi)定傾斜(xie)(xie)夾角，會導致相(xiang)(xiang)同(tong)尺寸(cun)斜(xie)(xie)向缺(que)陷的漏磁場(chang)強度更低(di)，從而容易形(xing)(xing)成漏檢。
建立(li)如(ru)圖4-59所(suo)示的斜向缺陷漏磁(ci)場分析模(mo)型，缺陷1、缺陷2和(he)缺陷3依次與磁(ci)化場B。形(xing)成夾角a1、α2和(he)3，深度和(he)寬度分別為(wei)d和(he)2b，并形(xing)成漏磁(ci)場分布B2和(he)B3。
當缺(que)陷(xian)走(zou)向(xiang)垂直于(yu)磁(ci)(ci)化(hua)場方(fang)向(xiang)時(shi)，由于(yu)在磁(ci)(ci)化(hua)方(fang)向(xiang)上缺(que)陷(xian)左右兩側(ce)磁(ci)(ci)介(jie)質具有完全(quan)對(dui)稱性，漏磁(ci)(ci)場可簡化(hua)為(y,z)二維模型(xing)；但如果缺(que)陷(xian)走(zou)向(xiang)與磁(ci)(ci)化(hua)方(fang)向(xiang)不(bu)垂直，此時(shi)，缺(que)陷(xian)左右兩側(ce)磁(ci)(ci)介(jie)質在磁(ci)(ci)化(hua)方(fang)向(xiang)上不(bu)對(dui)稱，會對(dui)磁(ci)(ci)力(li)線路徑造成(cheng)(cheng)擾動，從而形(xing)成(cheng)(cheng)三維空間(jian)分布(bu)的非對(dui)稱漏磁(ci)(ci)場。
以缺(que)陷兩側面上P1、P2和(he)(he)P3點(dian)作(zuo)為(wei)研究對象，分(fen)(fen)析(xi)(xi)缺(que)陷兩側面磁(ci)(ci)勢分(fen)(fen)布。圖4-60a所示為(wei)斜(xie)向缺(que)陷漏磁(ci)(ci)場分(fen)(fen)析(xi)(xi)模(mo)型，根(gen)據磁(ci)(ci)路原理，沿著(zhu)磁(ci)(ci)力(li)線路徑(jing)分(fen)(fen)布的(de)P1、P2和(he)(he)P3處磁(ci)(ci)勢Uml、Um2和(he)(he)Um3滿(man)足如(ru)下關系式：
Um1>Um2,Uml>Um3 (4-27)
因(yin)此，磁(ci)化場磁(ci)通(tong)量達(da)到(dao)1點時會(hui)產(chan)生分流(liu)，一部分磁(ci)通(tong)量2會(hui)沿著平行于缺陷Φ方向達(da)到(dao)磁(ci)勢更(geng)低的P2點，而剩余部分磁(ci)通(tong)量則經(jing)過(guo)缺陷到(dao)達(da)P3點，從而形成漏磁(ci)場B1，根據磁路的(de)基爾(er)霍夫第一定律，磁通(tong)量滿(man)足以下關(guan)系式：
建立如圖(tu)4-61所示(shi)(shi)的仿真模型(xing)，計(ji)算缺陷走向對漏(lou)(lou)磁(ci)場分(fen)(fen)布的影響。測(ce)試鋼板的長、寬(kuan)和(he)(he)(he)(he)高分(fen)(fen)別(bie)為500mm、100mm和(he)(he)(he)(he)10mm，鋼管材質為25鋼。穿過式磁(ci)化線(xian)(xian)圈(quan)內(nei)腔寬(kuan)度和(he)(he)(he)(he)高度分(fen)(fen)別(bie)116mm和(he)(he)(he)(he)12mm，外(wai)輪廓寬(kuan)度和(he)(he)(he)(he)高度分(fen)(fen)別(bie)為216mm和(he)(he)(he)(he)112mm，線(xian)(xian)圈(quan)厚(hou)度為100mm，，方(fang)向如圖(tu)所示(shi)(shi)。漏(lou)(lou)磁(ci)場提取(qu)路(lu)徑l位于鋼板上方(fang)中心(xin)位置處，提離值為1.0mm，并建立如圖(tu)所示(shi)(shi)坐標系(x,y,z)
當α=90°以及α=60°時計算缺(que)陷(xian)漏磁場矢量分布(bu)，如(ru)圖4-62所示(shi)。當缺(que)陷(xian)走向(xiang)(xiang)與(yu)磁化(hua)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)垂直時，所有磁力線(xian)均垂直通過缺(que)陷(xian)，如(ru)圖4-62a所示(shi)；當缺(que)陷(xian)走向(xiang)(xiang)與(yu)磁化(hua)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)存在(zai)一定夾角時，一部分磁力線(xian)沿著平行于缺(que)陷(xian)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)分布(bu)，其余部分磁力線(xian)則沿著近似(si)垂直于缺(que)陷(xian)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)通過，如(ru)圖4-62b所示(shi)。
采用圖4-61所示的(de)模型，夾角α分(fen)別取(qu)0°、15°、30°、45°、60°和75°，沿(yan)路徑(jing)l提(ti)取(qu)磁(ci)場分(fen)量(liang)(liang)Bx、By、、B2以及磁(ci)通量(liang)(liang)密(mi)度B，并(bing)繪制成如圖4-63～圖4-66所示的(de)關系曲線。
從(cong)圖4-63中(zhong)可(ke)(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，隨著夾角α的增(zeng)大，漏磁場(chang)分量B2幅(fu)值(zhi)呈(cheng)現先增(zeng)大后減小的規(gui)律。從(cong)圖4-64～圖4-66中(zhong)可(ke)(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，隨著夾角α的不斷(duan)增(zeng)大，By、和磁通量密度B幅(fu)值(zhi)均呈(cheng)不斷(duan)上升趨勢，當缺陷走向(xiang)與磁化(hua)場(chang)方(fang)向(xiang)垂(chui)直時，幅(fu)值(zhi)達到(dao)最大值(zhi)。
從(cong)圖(tu)中還可以看(kan)出，隨(sui)著夾(jia)角(jiao)α的(de)不(bu)斷增(zeng)(zeng)大，BxB、B2和B分(fen)布寬(kuan)度(du)均在不(bu)斷減小。進一步提取漏磁場(chang)(chang)分(fen)量B，峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)點寬(kuan)度(du)，繪制其與夾(jia)角(jiao)α的(de)關系曲(qu)線，如圖(tu)4-67所示(shi)。從(cong)圖(tu)中可以看(kan)出，隨(sui)著夾(jia)角(jiao)α的(de)增(zeng)(zeng)大，漏磁場(chang)(chang)分(fen)量B，峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)點寬(kuan)度(du)不(bu)斷變小；當夾(jia)角(jiao)α較(jiao)小時，峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)點寬(kuan)度(du)下降(jiang)較(jiao)快；當夾(jia)角(jiao)α較(jiao)大時，峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)點寬(kuan)度(du)下降(jiang)緩慢。
由于(yu)磁力(li)線經過斜向(xiang)缺(que)陷(xian)時(shi)基本沿著垂直于(yu)缺(que)陷(xian)方向(xiang)通過，因此(ci)，提取路徑l與漏磁場分布方向(xiang)會存在(zai)夾角(jiao)，為(wei)此(ci)，將(jiang)漏磁場變換到提取路徑l方向(xiang)上(shang)，即
z≈z'/sino (4-31) 式中，z＇為垂(chui)直于(yu)缺陷方向的坐標軸。
繪制漏磁場(chang)分量B，峰(feng)-峰(feng)值(zhi)點(dian)寬(kuan)度與1／sina之間的關(guan)(guan)系(xi)曲線，如(ru)圖4-68所示。從(cong)圖中(zhong)可以看(kan)出，峰(feng)-峰(feng)值(zhi)點(dian)寬(kuan)度與1／sina之間成近似正比關(guan)(guan)系(xi)，與式(shi)（4-31）所示的變換(huan)關(guan)(guan)系(xi)相(xiang)符。
2. 缺陷走(zou)向對漏(lou)磁(ci)場(chang)分(fen)布的影響
在鋼(gang)(gang)板(ban)上刻制(zhi)不同走向的缺陷(xian)，并進(jin)行(xing)漏磁(ci)檢(jian)測試驗。鋼(gang)(gang)板(ban)的長度、寬(kuan)度和(he)(he)厚度分(fen)別(bie)為(wei)(wei)750mm、100mm和(he)(he)10mm，并在其(qi)表面加工(gong)4個走向不同的缺陷(xian)，深度和(he)(he)寬(kuan)度分(fen)別(bie)為(wei)(wei)2mm和(he)(he)1.5mm，夾角α分(fen)別(bie)為(wei)(wei)20°、45°、70°和(he)(he)90°，如(ru)圖4-69所示。
磁化電(dian)流設(she)置為5A且傳感器提離值為1.0mm。將鋼(gang)板(ban)以(yi)恒定(ding)速(su)度(du)0.5m／s通過檢(jian)測系統，使傳感器依(yi)次掃查缺陷(xian)Crk1、Ck2、Ck3和Crk4，并分別記錄漏(lou)磁場x、y、z軸(zhou)分量(liang)檢(jian)測信(xin)號，如圖(tu) 4-70~圖(tu) 4-72所示。
從試(shi)驗(yan)結果可以看出，隨著夾角α的不(bu)斷增(zeng)大(da)，漏磁場分(fen)(fen)量(liang)B，幅(fu)值呈現先增(zeng)大(da)后減小的趨勢，而漏磁場分(fen)(fen)量(liang)B，和B，則(ze)不(bu)斷增(zeng)強，試(shi)驗(yan)結果與理論分(fen)(fen)析吻合。
從(cong)圖(tu)中還(huan)可(ke)以看出，隨著夾角(jiao)(jiao)α的(de)(de)不斷(duan)(duan)增大，檢測信號寬(kuan)(kuan)度不斷(duan)(duan)減小(xiao)。進一步(bu)提取缺陷(xian)Ck1、Ck2、Ck3和Crk4漏(lou)磁場分量B，的(de)(de)信號峰(feng)-峰(feng)值點寬(kuan)(kuan)度，并繪制(zhi)其與(yu)夾角(jiao)(jiao)α和1／sina的(de)(de)關(guan)系(xi)曲線，如(ru)圖(tu)4-73和圖(tu)4-74所示(shi)。從(cong)圖(tu)中可(ke)以看出，隨著夾角(jiao)(jiao)α的(de)(de)不斷(duan)(duan)增大，B，信號峰(feng)-峰(feng)值點寬(kuan)(kuan)度不斷(duan)(duan)減小(xiao)，并與(yu)1／sina成近(jin)似正比關(guan)系(xi)，與(yu)仿真及理論(lun)分析(xi)結(jie)論(lun)相同(tong)。
二、消除缺陷(xian)走向影響的方法(fa)
不銹鋼管漏磁檢測分別采用軸向和周向磁化場激發周向和軸向裂紋產生漏磁場，因此，檢測系統對標準周向和軸向裂紋缺陷最為敏感，而45°斜向裂紋靈敏度最低。此外，檢測規程常以標準周向和軸向裂紋作為質量評判標準，從而容易導致斜向缺陷漏檢。由于具有靈敏度高、性能穩定和工藝簡單等優點，感應線圈是目前使用最為廣泛的漏磁檢測傳感器。磁場拾取系統一般以垂直缺陷作為傳感器敏感方向設計基準，從而感應線圈敏感方向會與斜向缺陷形成夾角，最終產生檢測信號幅值差異。為實現同尺寸斜向缺陷的一致性檢測與評價，需要根據感應線圈敏感方向與缺陷走向之間的夾角對檢測信號幅值差異的影響機制，提出合理的感應線圈布置方法。
1. 感應線(xian)圈與裂紋夾角對(dui)檢測(ce)信號的影響
分(fen)析感(gan)應(ying)線(xian)圈(quan)敏(min)感(gan)方(fang)向與(yu)(yu)缺陷(xian)走(zou)向夾角(jiao)對漏(lou)磁(ci)檢(jian)測信號的影響(xiang)。感(gan)應(ying)線(xian)圈(quan)敏(min)感(gan)方(fang)向也即感(gan)應(ying)線(xian)圈(quan)長軸(zhou)方(fang)向，如(ru)圖(tu)4-75所示(shi)，感(gan)應(ying)線(xian)圈(quan)敏(min)感(gan)方(fang)向與(yu)(yu)試(shi)件軸(zhou)向垂直，當試(shi)件上存在不(bu)同走(zou)向缺陷(xian)時，感(gan)應(ying)線(xian)圈(quan)將與(yu)(yu)其形成不(bu)同的夾角(jiao)，從而引起檢(jian)測信號幅值差異。
圖(tu)4-76所(suo)示為(wei)(wei)(wei)水平(ping)(ping)線(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)與(yu)缺(que)陷(xian)走向(xiang)(xiang)存在一(yi)定夾角(jiao)時的(de)漏磁(ci)場檢測原理(li)。線(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)長度(du)為(wei)(wei)(wei)l，寬度(du)為(wei)(wei)(wei)2w，提離值為(wei)(wei)(wei)h，水平(ping)(ping)線(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)敏(min)感(gan)(gan)(gan)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)與(yu)缺(que)陷(xian)走向(xiang)(xiang)之間的(de)夾角(jiao)為(wei)(wei)(wei)β。建立如(ru)圖(tu)所(suo)示坐(zuo)標系(xi)（x，，缺(que)x,y)陷(xian)走向(xiang)(xiang)平(ping)(ping)行于y軸，缺(que)陷(xian)漏磁(ci)場分布滿(man)足磁(ci)偶(ou)極(ji)子模型，水平(ping)(ping)線(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)運動(dong)(dong)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)與(yu)x軸平(ping)(ping)行。從圖(tu)中可(ke)以看出(chu)，當(dang)水平(ping)(ping)線(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)敏(min)感(gan)(gan)(gan)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)與(yu)缺(que)陷(xian)走向(xiang)(xiang)形成(cheng)一(yi)定夾角(jiao)時，組成(cheng)水平(ping)(ping)線(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)的(de)四段導線(xian)(xian)(xian)均會(hui)產生感(gan)(gan)(gan)應(ying)電動(dong)(dong)勢，因(yin)此水平(ping)(ping)線(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)整體輸出(chu)為(wei)(wei)(wei)四段導線(xian)(xian)(xian)感(gan)(gan)(gan)應(ying)電動(dong)(dong)勢之差。設四段導線(xian)(xian)(xian)L1、和(he)L4產生的(de)感(gan)(gan)(gan)應(ying)電動(dong)(dong)勢輸出(chu)分別(bie)為(wei)(wei)(wei)e1e2和(he)，則可(ke)獲得水平(ping)(ping)線(xian)(xian)(xian)圈(quan)(quan)(quan)(quan)感(gan)(gan)(gan)應(ying)電動(dong)(dong)勢輸出(chu)Δehorizontal為(wei)(wei)(wei)：
如(ru)圖4-77所示，進一步將(jiang)(jiang)四段導(dao)線(xian)交界(jie)點沿x軸(zhou)投影，將(jiang)(jiang)水平(ping)線(xian)圈分解為(wei)(wei)和L6六段導(dao)線(xian)，其交界(jie)點x軸(zhou)坐標分別(bie)為(wei)(wei)x1、x2、x3、x4、x5和此時，水平(ping)線(xian)圈09x感應電動(dong)勢為(wei)(wei)處于前(qian)端三(san)段導(dao)線(xian)和尾(wei)部(bu)三(san)段導(dao)線(xian)感應電動(dong)勢之差
進(jin)一步(bu)設線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)寬(kuan)度(du)參數w=0.3253mm，線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)長度(du)mm，水平(ping)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)運(yun)行(xing)(xing)速度(du)為1m／s，根據式（4-37），繪制(zhi)水平(ping)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)感(gan)(gan)應電動勢與夾角β的(de)關系曲線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)，如圖(tu)4-79所示。從(cong)圖(tu)中(zhong)可以看出，隨著夾角β不斷(duan)增大，水平(ping)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)感(gan)(gan)應電動勢不斷(duan)減(jian)小；當水平(ping)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)圈(quan)與缺陷(xian)走向平(ping)行(xing)(xing)時感(gan)(gan)應電動勢幅(fu)值最大，當兩者(zhe)垂直時幾乎沒有感(gan)(gan)應電動勢輸出。
利用鋼板(ban)漏磁檢(jian)測試驗研究水(shui)平線(xian)圈敏感方(fang)向(xiang)與缺陷走向(xiang)夾角(jiao)對檢(jian)測信號幅值的(de)影(ying)響，感應線(xian)圈的(de)長(chang)度、寬(kuan)度和高度分別為11mm、2mm和2mm，線(xian)徑為0.13mm，共30匝，水(shui)平線(xian)圈中心提離值h為1.5mm。一(yi)共進(jin)行四組試驗，使水(shui)平線(xian)圈與不(bu)同走向(xiang)缺陷平行放(fang)置進(jin)行檢(jian)測，如(ru)圖4-80所(suo)示。水(shui)平線(xian)圈以恒定速度0.5m／s依(yi)次(ci)通過缺陷Crk1、Ck2、Ck3和Cyk4獲得如(ru)圖4-81所(suo)示的(de)檢(jian)測信號。
從圖4-81中可以(yi)(yi)看出，按(an)不(bu)同方(fang)向(xiang)布置(zhi)的水平(ping)(ping)線(xian)圈產(chan)生了(le)不(bu)同的漏磁信(xin)(xin)(xin)號(hao)幅(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)值(zhi)(zhi)輸出：當(dang)水平(ping)(ping)線(xian)圈以(yi)(yi)90°方(fang)向(xiang)依(yi)(yi)次(ci)(ci)掃過(guo)(guo)(guo)四個(ge)(ge)缺(que)陷時(shi)，檢測信(xin)(xin)(xin)號(hao)依(yi)(yi)次(ci)(ci)減小，其中Ckt缺(que)陷信(xin)(xin)(xin)號(hao)幅(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)值(zhi)(zhi)最(zui)大，4缺(que)陷信(xin)(xin)(xin)號(hao)幅(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)值(zhi)(zhi)最(zui)小；當(dang)水平(ping)(ping)線(xian)圈以(yi)(yi)70°方(fang)向(xiang)依(yi)(yi)次(ci)(ci)掃過(guo)(guo)(guo)四個(ge)(ge)缺(que)陷時(shi)，Ck2缺(que)陷信(xin)(xin)(xin)號(hao)幅(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)值(zhi)(zhi)最(zui)大，信(xin)(xin)(xin)號(hao)幅(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)值(zhi)(zhi)次(ci)(ci)之，然后依(yi)(yi)次(ci)(ci)為Crk3和C,k4當(dang)水平(ping)(ping)線(xian)圈以(yi)(yi)45°方(fang)向(xiang)依(yi)(yi)次(ci)(ci)掃過(guo)(guo)(guo)四個(ge)(ge)缺(que)陷時(shi)，Ck3缺(que)陷信(xin)(xin)(xin)號(hao)幅(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)值(zhi)(zhi)明顯(xian)增(zeng)加，C,k4信(xin)(xin)(xin)號(hao)幅(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)值(zhi)(zhi)有所增(zeng)加，而(er)(er)Cukl和Ck2信(xin)(xin)(xin)號(hao)幅(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)值(zhi)(zhi)均降(jiang)低(di)；當(dang)水平(ping)(ping)線(xian)圈以(yi)(yi)20°方(fang)向(xiang)依(yi)(yi)次(ci)(ci)掃過(guo)(guo)(guo)四個(ge)(ge)缺(que)陷時(shi)，Ck4缺(que)陷信(xin)(xin)(xin)號(hao)幅(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)值(zhi)(zhi)增(zeng)加，其余三個(ge)(ge)缺(que)陷信(xin)(xin)(xin)號(hao)幅(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)值(zhi)(zhi)都(dou)降(jiang)低(di)，而(er)(er)且(qie)C,k1Crk2和C,k3信(xin)(xin)(xin)號(hao)幅(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)值(zhi)(zhi)依(yi)(yi)次(ci)(ci)由小到大排(pai)列(lie)。
繪制(zhi)不同(tong)走(zou)向(xiang)缺陷檢(jian)測信(xin)號(hao)(hao)峰值與(yu)(yu)水(shui)(shui)平線圈(quan)布置方向(xiang)的(de)關系曲(qu)線，如(ru)圖4-82所示。從圖中(zhong)可(ke)以看出(chu)，當水(shui)(shui)平線圈(quan)以不同(tong)方向(xiang)掃查同(tong)一缺陷時將產生不同(tong)的(de)檢(jian)測信(xin)號(hao)(hao)幅值。當水(shui)(shui)平線圈(quan)敏感(gan)方向(xiang)與(yu)(yu)缺陷走(zou)向(xiang)平行時，信(xin)號(hao)(hao)幅值最大；隨著兩(liang)者方向(xiang)夾角(jiao)的(de)增大，信(xin)號(hao)(hao)幅值逐(zhu)漸降低。
圖4-83所示(shi)為(wei)(wei)垂(chui)直(zhi)(zhi)線(xian)圈(quan)敏(min)感(gan)方向與缺(que)陷(xian)走向存(cun)在一定夾角(jiao)時的(de)漏(lou)磁(ci)場掃查原(yuan)理圖，線(xian)圈(quan)長度為(wei)(wei)l，寬度為(wei)(wei)2w，線(xian)圈(quan)中心提離值為(wei)(wei)H，垂(chui)直(zhi)(zhi)線(xian)圈(quan)敏(min)感(gan)方向與缺(que)陷(xian)走向之間(jian)的(de)夾角(jiao)為(wei)(wei)β。建立如圖所示(shi)坐標(biao)系（x,y)），缺(que)陷(xian)走向平行于y軸，垂(chui)直(zhi)(zhi)線(xian)圈(quan)運動方向與x軸平行。
垂直線圈由(you)四段導(dao)線L1、L2、L3和L組成，其感(gan)應電動勢(shi)輸(shu)出分(fen)別為e1e2、e3和e4，
設線圈(quan)寬度參數w＝0.15mm，線圈(quan)長度l＝12.5mm，垂直(zhi)(zhi)線圈(quan)運l=12.行速度為1.0m／s，根據式（4-42）繪制垂直(zhi)(zhi)線圈(quan)感(gan)應(ying)電動(dong)勢(shi)與夾(jia)角β的關系曲線，如圖4-85所示。從(cong)圖中可以看出，隨著夾(jia)角β的不(bu)斷增大(da)，垂直(zhi)(zhi)線圈(quan)感(gan)應(ying)電動(dong)勢(shi)不(bu)斷減小。當垂直(zhi)(zhi)線圈(quan)敏感(gan)方向與缺陷走向平行時，感(gan)應(ying)電動(dong)勢(shi)輸(shu)出最大(da)；當兩者(zhe)垂直(zhi)(zhi)時，幾乎沒有感(gan)應(ying)電動(dong)勢(shi)輸(shu)出。
采用與(yu)水平線(xian)圈相(xiang)同(tong)的(de)試(shi)(shi)驗方(fang)法(fa)，研究(jiu)垂(chui)直(zhi)線(xian)圈敏感(gan)方(fang)向(xiang)(xiang)與(yu)缺陷走向(xiang)(xiang)夾角(jiao)對漏磁檢測信號(hao)的(de)影響。將感(gan)應線(xian)圈垂(chui)直(zhi)擺放，垂(chui)直(zhi)線(xian)圈中心提離值H為(wei)(wei)2mm。同(tong)樣(yang)本試(shi)(shi)驗分為(wei)(wei)四(si)組，分別使垂(chui)直(zhi)線(xian)圈以(yi)不同(tong)的(de)布置(zhi)方(fang)向(xiang)(xiang)依次掃查四(si)個缺陷Ck1、Ck2、Ck3和Crk4，速度為(wei)(wei)0.5ms，如(ru)圖(tu)4-86所示，并獲得不同(tong)走向(xiang)(xiang)缺陷的(de)信號(hao)幅值與(yu)垂(chui)直(zhi)線(xian)圈布置(zhi)方(fang)向(xiang)(xiang)的(de)關系曲線(xian)，如(ru)圖(tu)4-87所示。
從(cong)圖4-87中可以看出，當(dang)垂(chui)(chui)直(zhi)線圈(quan)(quan)以不同(tong)布置方(fang)向(xiang)掃(sao)(sao)查四個缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)時(shi)(shi)(shi)，檢測信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)變(bian)化規(gui)律(lv)與(yu)水平線圈(quan)(quan)相同(tong)：當(dang)垂(chui)(chui)直(zhi)線圈(quan)(quan)以90°方(fang)向(xiang)依(yi)次(ci)掃(sao)(sao)過(guo)四個缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)時(shi)(shi)(shi)，檢測信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)依(yi)次(ci)減小，其中C，k1缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)(zhi)最(zui)(zui)大(da)，C4缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)(zhi)最(zui)(zui)小；當(dang)垂(chui)(chui)直(zhi)線圈(quan)(quan)以70°方(fang)向(xiang)依(yi)次(ci)掃(sao)(sao)過(guo)四個缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)時(shi)(shi)(shi)，缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)(zhi)最(zui)(zui)大(da)，C信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)(zhi)次(ci)之，然后依(yi)次(ci)為Ck3和C4k4；當(dang)垂(chui)(chui)直(zhi)線圈(quan)(quan)以45°方(fang)向(xiang)依(yi)次(ci)掃(sao)(sao)過(guo)四個缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)時(shi)(shi)(shi)，C,k3缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)(zhi)明顯增(zeng)加，C,k4信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)(zhi)有所增(zeng)加，而Ck1和Ck2信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)(zhi)均降低；當(dang)垂(chui)(chui)直(zhi)線圈(quan)(quan)以20°方(fang)向(xiang)依(yi)次(ci)掃(sao)(sao)過(guo)四個缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)時(shi)(shi)(shi)，Crk4缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)(zhi)增(zeng)加，其余三個缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)(zhi)都降低，而且Ck1、Crk2和Crk3信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)(zhi)依(yi)次(ci)由(you)小到大(da)排列。
繪制不(bu)(bu)同走向(xiang)(xiang)缺陷檢測信號(hao)峰值與垂(chui)直(zhi)線圈布(bu)置方(fang)向(xiang)(xiang)的(de)關(guan)系(xi)曲線，如圖(tu)4-88所(suo)示。從(cong)圖(tu)中可(ke)以看出，當(dang)垂(chui)直(zhi)線圈以不(bu)(bu)同布(bu)置方(fang)向(xiang)(xiang)掃查同一缺陷時(shi)將產生不(bu)(bu)同的(de)檢測信號(hao)幅(fu)(fu)值。當(dang)垂(chui)直(zhi)線圈敏感方(fang)向(xiang)(xiang)與缺陷走向(xiang)(xiang)平行時(shi)，信號(hao)幅(fu)(fu)值最大(da)，隨著兩者方(fang)向(xiang)(xiang)夾角的(de)增(zeng)大(da)，信號(hao)幅(fu)(fu)值逐(zhu)漸降低。
2. 多向(xiang)性陣列(lie)感應線圈消除方法
與標準(zhun)缺(que)(que)(que)陷(xian)相(xiang)比(bi)，斜(xie)向(xiang)缺(que)(que)(que)陷(xian)檢(jian)(jian)測信(xin)號(hao)(hao)幅值更低(di)的原因有：一方(fang)(fang)面，不(bu)(bu)銹鋼管漏(lou)(lou)磁檢(jian)(jian)測采用軸(zhou)向(xiang)和周向(xiang)復(fu)合磁化方(fang)(fang)式對不(bu)(bu)銹鋼管進行局部磁化，從而導致與磁化方(fang)(fang)向(xiang)形(xing)成(cheng)夾(jia)角的斜(xie)向(xiang)缺(que)(que)(que)陷(xian)漏(lou)(lou)磁場強度更低(di)；另一方(fang)(fang)面，在缺(que)(que)(que)陷(xian)漏(lou)(lou)磁場拾取過程(cheng)中，檢(jian)(jian)測線(xian)圈(quan)敏感方(fang)(fang)向(xiang)與斜(xie)向(xiang)缺(que)(que)(que)陷(xian)會形(xing)成(cheng)一定夾(jia)角，從而降低(di)缺(que)(que)(que)陷(xian)檢(jian)(jian)測信(xin)號(hao)(hao)的幅值。為實現具有不(bu)(bu)同(tong)走(zou)向(xiang)的同(tong)尺寸缺(que)(que)(que)陷(xian)的一致性(xing)檢(jian)(jian)測與評價，提出基于多(duo)向(xiang)性(xing)陣列感應(ying)線(xian)圈(quan)的布(bu)置方(fang)(fang)法。水平(ping)線(xian)圈(quan)與垂直線(xian)圈(quan)布(bu)置方(fang)(fang)法相(xiang)同(tong)，以(yi)水平(ping)線(xian)圈(quan)作(zuo)為消(xiao)除方(fang)(fang)法的闡述對象。
在(zai)(zai)實際生產(chan)(chan)過程中(zhong)，當(dang)生產(chan)(chan)工藝參數確定后，同批鋼管中(zhong)自(zi)然缺(que)陷(xian)(xian)(xian)走向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)往往大致相同。如(ru)圖4-89所示，設鋼管中(zhong)存在(zai)(zai)斜向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)1，并與(yu)(yu)磁化(hua)場方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)形成夾(jia)(jia)角ao，由于在(zai)(zai)物料(liao)運輸過程中(zhong)可能(neng)出現鋼管方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)倒(dao)置(zhi)，因此(ci)，斜向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)走向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)也可能(neng)會(hui)與(yu)(yu)磁化(hua)場方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)形成夾(jia)(jia)角ππ-α0，如(ru)斜向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)3。對此(ci)，在(zai)(zai)探頭內部(bu)布(bu)置(zhi)多向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)性陣列感(gan)(gan)(gan)應(ying)(ying)線(xian)(xian)圈(quan)S1、S2和S3，分別與(yu)(yu)磁化(hua)場形成夾(jia)(jia)角a1、α2和α3其中(zhong)，第一(yi)排陣列感(gan)(gan)(gan)應(ying)(ying)線(xian)(xian)圈(quan)S，對斜向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)1進行(xing)掃查，根據水平(ping)(ping)線(xian)(xian)圈(quan)敏(min)感(gan)(gan)(gan)方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)與(yu)(yu)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)走向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)夾(jia)(jia)角對檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)幅值(zhi)的影響規律，線(xian)(xian)圈(quan)敏(min)感(gan)(gan)(gan)方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)應(ying)(ying)該與(yu)(yu)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)1走向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)平(ping)(ping)行(xing)，即α1=α0；第二排陣列感(gan)(gan)(gan)應(ying)(ying)線(xian)(xian)圈(quan)S2用于檢(jian)測(ce)標準垂直缺(que)陷(xian)(xian)(xian)2和校驗(yan)設備狀態，因此(ci)線(xian)(xian)圈(quan)敏(min)感(gan)(gan)(gan)方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)與(yu)(yu)磁化(hua)方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)垂直，即a2=90°第三(san)排陣列感(gan)(gan)(gan)應(ying)(ying)線(xian)(xian)圈(quan)S3方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)與(yu)(yu)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)3走向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)平(ping)(ping)行(xing)，即α3=π-α0。
從而，通過多向(xiang)(xiang)性陣列(lie)感(gan)(gan)應線圈布置方式可以最(zui)大限度地提高斜向(xiang)(xiang)缺(que)陷(xian)的(de)檢(jian)測(ce)信號幅值(zhi)，并消除線圈敏感(gan)(gan)方向(xiang)(xiang)與缺(que)陷(xian)走向(xiang)(xiang)夾(jia)角引起的(de)檢(jian)測(ce)信號幅值(zhi)差(cha)異(yi)。圖(tu)4-90所示為針對鋼管上有30°斜向(xiang)(xiang)自然缺(que)陷(xian)而制作的(de)多向(xiang)(xiang)性陣列(lie)感(gan)(gan)應線圈探(tan)頭芯。
在消除(chu)了(le)水平(ping)線圈敏感(gan)方向與(yu)缺(que)(que)陷(xian)走向夾角引起的(de)檢(jian)測(ce)信(xin)(xin)號差(cha)異之后(hou)，需要進一步消除(chu)由(you)于缺(que)(que)陷(xian)走向帶來的(de)漏磁(ci)場強度差(cha)異，為(wei)(wei)此(ci)對斜(xie)向缺(que)(que)陷(xian)檢(jian)測(ce)通道進行增(zeng)益補償。陣列(lie)感(gan)應線圈S1、S2和S3分別通過斜(xie)向缺(que)(que)陷(xian)1、標準缺(que)(que)陷(xian)2和斜(xie)向缺(que)(que)陷(xian)3之后(hou)輸(shu)出信(xin)(xin)號峰(feng)值分別為(wei)(wei)e1、2和e3，設(she)陣列(lie)感(gan)應線圈S1和S3增(zeng)益補償參(can)數(shu)分別為(wei)(wei)和a3，經補償后(hou)使得不同走向缺(que)(que)陷(xian)10具有相同的(de)信(xin)(xin)號幅值。
