長輸管道在建設(shè)施工和運(yùn)行管理過程中，受管材制造缺陷、腐蝕缺陷及內(nèi)外部載荷等因素影響，可能產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致管道出現(xiàn)脆斷、疲勞破壞和腐蝕破壞等失效現(xiàn)象，嚴(yán)重影響管道的使用性能和可靠性能。平衡電磁檢測(cè)技術(shù)是一種基于交流激勵(lì)的檢測(cè)手段，在被檢管道表面同時(shí)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)與渦流場(chǎng)，通過檢測(cè)管道表面電磁的變化實(shí)現(xiàn)裂紋缺陷的檢測(cè)。

該技術(shù)利用空間對(duì)稱結(jié)構(gòu)的傳感器進(jìn)行檢測(cè)，激勵(lì)線圈與檢測(cè)線圈采用彼此正交的排布方式。激勵(lì)線圈在交流激勵(lì)下產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，U形鐵氧體將磁場(chǎng)導(dǎo)至被檢管道表面，在被檢管道表面形成平衡電磁場(chǎng)，檢測(cè)結(jié)構(gòu)如下圖所示。

傳感器置于管道表面，交變電流激勵(lì)會(huì)在管道表面形成變化的磁場(chǎng)，進(jìn)而形成渦流場(chǎng)。當(dāng)管道表面無缺陷時(shí)，與激勵(lì)線圈垂直的方向上產(chǎn)生的磁通量不會(huì)穿過檢測(cè)線圈，整體保持電磁平衡狀態(tài)，傳感器中不產(chǎn)生信號(hào)；當(dāng)存在周向裂紋缺陷時(shí)，通以交變電流的激勵(lì)線圈在管道表面產(chǎn)生的磁通被周向裂紋缺陷阻礙流動(dòng)，從而擾亂管道表面的空間磁通量，使得一部分磁通穿過檢測(cè)線圈，在檢測(cè)線圈中產(chǎn)生電信號(hào)；當(dāng)存在軸向裂紋缺陷時(shí)，管道表面感應(yīng)出的渦流與裂紋缺陷正交，軸向裂紋缺陷阻礙渦流流動(dòng)從而干擾空間磁場(chǎng)，使得檢測(cè)線圈中產(chǎn)生電信號(hào)。

由于傳統(tǒng)的交流漏磁檢測(cè)與單一的交變電磁檢測(cè)均存在一定檢測(cè)盲區(qū)。平衡電磁技術(shù)利用單一結(jié)構(gòu)可以在管道表面同時(shí)形成交變磁場(chǎng)與渦流場(chǎng)，當(dāng)管道表面存在缺陷時(shí)，管道表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度與管道表面的感應(yīng)電流密度空間垂直的關(guān)系使得對(duì)交流漏磁與交變電磁檢測(cè)范圍互相補(bǔ)充，管道表面任意角度裂紋均能有漏磁通或者電流畸變情況發(fā)生。

交流激勵(lì)下，裂紋與檢測(cè)方向夾角成 0°～90°時(shí)，檢測(cè)信號(hào)以 30°為界限依次經(jīng)歷單一感應(yīng)電流畸變作用、漏磁通與感應(yīng)電流畸變共同作用、單一漏磁通作用3個(gè)階段，檢測(cè)電壓信號(hào)特征在管道裂紋與檢測(cè)方向夾角成 30°時(shí)為雙峰雙谷，且檢測(cè)電壓峰峰值最小，在 0°～30°時(shí)為先谷后峰，峰峰值單調(diào)減小，在30°～90°時(shí)為先峰后谷，峰峰值單調(diào)增加。管道裂紋與檢測(cè)方向夾角成 0°～30°時(shí)，峰谷間距由傳感器通過裂紋的相對(duì)長度度量，裂紋與檢測(cè)方向夾角成 30°～90°時(shí)，峰谷間距由傳感器通過裂紋的相對(duì)寬度度量，峰谷間距整體呈單調(diào)遞減趨勢(shì)；結(jié)合檢測(cè)電壓信號(hào)的峰谷先后順序、峰峰值與峰谷間距可實(shí)現(xiàn)對(duì)裂紋角度的定量化分析。

作者簡(jiǎn)介：田野，畢業(yè)于華中科技大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，西部管道公司科技信息服務(wù)中心完整性所副所長，高級(jí)工程師，主要從事管道內(nèi)檢測(cè)及完整性研究工作。聯(lián)系方式：17799288776， tianye04@pipechina.com.cn。