不銹鋼管高速漏磁檢測中有兩種電磁感應(yīng)現(xiàn)象：鋼管內(nèi)部的感生渦流和磁化線圈中的感生電流。這兩種電磁感應(yīng)場作用于鋼管之后，將改變鋼管的磁化狀態(tài)，從而會影響缺陷漏磁場的強度與分布。

1. 感生磁場對管體缺陷漏磁場的影響

  當不銹鋼管管體通過磁化線圈時，線圈內(nèi)部基本無感生電流產(chǎn)生，因此對管體缺陷漏磁場的影響主要是由不銹鋼管中產(chǎn)生的感生渦流磁場造成的。根據(jù)圖5-2可知，鋼管進入?yún)^(qū)產(chǎn)生的感生渦流與磁化電流方向相反，在離開區(qū)兩者方向相同，在線圈中間位置基本沒有感生渦流產(chǎn)生，進一步可獲得的感生磁場空間分布如圖5-9所示。從圖中可以看出，感生渦流在進入?yún)^(qū)與離開區(qū)形成的磁場具有對稱性且方向相反。結(jié)合線圈產(chǎn)生的磁化場，形成如圖5-10所示的鋼管高速運動時管體處磁化場總體空間分布。從圖中可以看出，在鋼管進入?yún)^(qū)線圈磁化場H。與感生渦流磁場H11方向相反，在離開區(qū)Ho與H2J方向相同。從而經(jīng)過磁場疊加后，離開區(qū)的磁場強度大于進入?yún)^(qū)的磁場強度，進一步造成離開區(qū)不銹鋼管磁化強度大于進入?yún)^(qū)鋼管磁化強度，最終導致位于離開區(qū)的同尺寸缺陷產(chǎn)生的漏磁場強度高于進入?yún)^(qū)。

  當不銹鋼管在磁化線圈中間靜止不動時，磁化場以線圈為中心對稱分布，此時磁化場強度在線圈中部最大，往鋼管兩側(cè)逐漸降低。當鋼管低速運行時，感生渦流磁場強度較低，對線圈磁化場分布影響較小，此時感生渦流相對于磁化線圈對稱分布。當運行速度提高時，感生渦流磁場強度不斷增大，其疊加于線圈磁化場之后，使得整體磁化場最大值點由線圈中部逐漸移至離開區(qū)，同時感生渦流對稱點也會由磁化線圈中部處移至離開區(qū)內(nèi)。

  采用圖5-3所示的模型仿真研究鋼管感生渦流分布與運動速度的關(guān)系，仿真速度分別為0.5m／s、5.0m／s、20m／s和50m／s時提取感生渦流分布云圖，如圖5-11所示。

  從圖5-11中可以看出，當鋼管低速運行時，感生渦流場關(guān)于磁化線圈對稱分布，隨著檢測速度的不斷提高，感生渦流場對稱分布點逐漸向離開區(qū)偏移。

  采用圖5-3所示的模型對鋼管不同區(qū)域磁感應(yīng)強度與運行速度進行仿真分析。當運行速度分別為0.1m／s、0.5m／s、1.0m／s、5.0m／s和30m／s時提取鋼管內(nèi)部從-80～80mm范圍內(nèi)的磁感應(yīng)強度，如圖5-12所示。從圖中可以看出，當運行速度較低時，鋼管磁感應(yīng)強度以線圈為中心對稱分布；隨著運行速度的不斷提高，磁感應(yīng)強度逐漸減小，而且鋼管離開區(qū)磁感應(yīng)強度大于進入?yún)^(qū)。從而，感生磁場會引起管體缺陷漏磁場差異：同一缺陷在不同運行速度下漏磁場強度不同，速度越高，強度越低；另外，當運行速度相同時，相同當量缺陷在進入?yún)^(qū)產(chǎn)生的漏磁場強度低于在離開區(qū)產(chǎn)生的漏磁場強度。

  建立如圖5-13所示帶有缺陷的仿真模型，研究感生磁場對管體缺陷漏磁場的影響，其中，圓環(huán)缺陷的深度和寬度分別為6mm和4mm。鋼管從左側(cè)進入線圈并以恒速通過，當缺陷與線圈中心重合時，提取缺陷漏磁場軸向分量信號。漏磁場提取路徑以線圈為中心從-10～10mm的范圍內(nèi)，且與鋼管表面之間的提離距離為0.5mm。分別取速度1m／s、10m／s、20m／s、30m／s和50m／s進行仿真，獲取缺陷漏磁場軸向分量，如圖5-14所示。

  從圖5-14中可以看出，隨著鋼管運行速度的不斷提高，缺陷漏磁場軸向分量中心幅值不斷降低，并且離開區(qū)的漏磁場強度大于進入?yún)^(qū)。究其原因，由于鋼管中存在不同方向的感生渦流，導致離開區(qū)磁場強度大于進入?yún)^(qū)磁場強度。并且，隨著檢測速度的不斷提高，磁化場對稱中心逐漸移至離開區(qū)內(nèi)。

2. 感生磁場對管端缺陷漏磁場的影響

  不銹鋼管中產(chǎn)生的感生渦流磁場和磁化線圈中產(chǎn)生的感生電流磁場對管端磁化狀態(tài)的影響劇烈。不銹鋼管漏磁檢測實施過程中，磁敏感元件一般放置在磁化線圈內(nèi)部并貼近鋼管表面，因此，在討論感生磁場對鋼管磁化狀態(tài)的影響時，主要分析位于磁化線圈內(nèi)部的鋼管耦合區(qū)域。鋼管與軸向磁化場的耦合過程主要分成三個階段：管頭進入磁化線圈、管體通過磁化線圈和管尾離開磁化線圈。

  在管頭進入磁化線圈的過程中，產(chǎn)生磁場的電流源包括原始磁化電流Io、不銹鋼管中的感生渦流J和磁化線圈中的感生電流l1。當管頭進入磁化線圈時，一方面，僅存在鋼管進入?yún)^(qū)與原始磁化場耦合，鋼管內(nèi)只產(chǎn)生與原始磁化電流1。方向相反的感生渦流J；另一方面，由于磁化線圈磁通總量不斷提高，線圈中會形成與原始磁化電流1。方向相反的感生電流I1，最終，可獲得鋼管管頭處磁場的總體分布，如圖5-15a所示。從圖中可以看出，感生渦流磁場1J和感生電流磁場H1均與原始磁化場Ho方向相反，此時，總磁化場H為

  隨著不銹鋼管的進一步深入磁化線圈，鋼管管體與軸向磁化場耦合。由于磁化線圈內(nèi)部磁介質(zhì)總量基本不變，磁化線圈磁通總量也基本保持不變，因此磁化線圈內(nèi)部基本無感生電流產(chǎn)生。此時產(chǎn)生磁場的電流源主要包括原始磁化電流I6和鋼管中的感生渦流J。在進入?yún)^(qū)，鋼管中形成與原始磁化電流1。方向相反的感生渦流J1；在離開區(qū)，鋼管中形成與原始磁化電流16方向相同的感生渦流J2，最終，可獲得鋼管管體處磁場的總體分布，如圖5-15b所示。從圖中可以看出，進入?yún)^(qū)感生渦流磁場H與原始磁化場Ho方向相反，而離開區(qū)感生渦流磁場H2J與原始磁化場方向相同，此時，總磁化場H為

  在管尾離開磁化線圈的過程中，產(chǎn)生磁場的電流源包括原始磁化電流Io、鋼管中的感生渦流J和磁化線圈中的感生電流I1。當管尾離開磁化線圈時，一方面，僅存在鋼管離開區(qū)與原始磁化場耦合，因此鋼管內(nèi)部只存在與原始磁化電流Io方向相同的感生渦流J2；另一方面，由于磁化線圈內(nèi)部磁通總量不斷降低，線圈中會形成與原始磁化電流I。方向相同的感生電流I1，最終，可獲得鋼管管尾處磁場的總體分布，如圖5-15c所示。從圖中可以看出，感生渦流磁場H2J和感生電流磁場H1均與原始磁化場H。方向相同，此時，總磁化場H為

  從不銹鋼管與磁化場動態(tài)耦合過程可以看出，由于在管頭、管體與管尾處產(chǎn)生不同強度和空間分布的磁化場，從而導致鋼管不同部位的磁化狀態(tài)存在差異。根據(jù)式（5-6）、式（5-7）和式（5-8）可得出，運動鋼管管尾處磁化場強度最強，管體次之，而管頭磁化場最弱。進一步地，相同當量缺陷將在鋼管管頭、管體和管尾處產(chǎn)生不同強度的漏磁場。

  研究感生磁場對鋼管管端磁化狀態(tài)的影響，仍采用圖5-3所示的模型。為分析鋼管中感生渦流和線圈感生電流對管端磁化狀態(tài)的影響，仿真環(huán)境分兩種：一是同時考慮鋼管中感生渦流和線圈感生電流的情況下，分析感生磁場對管端磁化狀態(tài)的影響；二是單獨分析線圈感生電流對管端磁化狀態(tài)的影響。當鋼管運動至如圖5-16所示的三處位置時，分別提取鋼管管頭、管體和管尾的磁感應(yīng)強度，并繪制成與運行速度的關(guān)系曲線，如圖5-17所示。其中，B1scB2sc和B3sc分別為同時考慮鋼管感生渦流和線圈感生電流時鋼管管頭、管體和管尾的磁感應(yīng)強度；B1cB2c和B3c分別為單獨考慮線圈感生電流時鋼管管頭、管體和管尾的磁感應(yīng)強度。

  從圖5-17中可以看出，當不銹鋼管低速運行時，鋼管管頭、管體和管尾的磁感應(yīng)強度差別較小。隨著運行速度的不斷提高，規(guī)律曲線可分為兩部分：急劇變化區(qū)和緩慢變化區(qū)。在急劇變化區(qū)，當運行速度提高時，鋼管管頭磁感應(yīng)強度急劇降低，管體磁感應(yīng)強度緩慢減弱，管尾磁感應(yīng)強度急劇增強；在緩慢變化區(qū)，鋼管管頭、管體和管尾磁感應(yīng)強度變化緩慢并最終基本保持不變。

  從圖5-17中還可得出，鋼管感生渦流和磁化線圈感生電流對鋼管磁化狀態(tài)的綜合影響大于線圈感生電流的單獨作用，數(shù)值有限元仿真結(jié)果與圖5-15理論分析結(jié)論相同，鋼管高速運動時發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象包含鋼管中產(chǎn)生的感生渦流和磁化線圈產(chǎn)生的感生電流，并且兩者產(chǎn)生的感生磁場對鋼管磁化狀態(tài)的影響貢獻相當，都不能被忽略。

  綜上所述，感生磁場引起端部缺陷漏磁場差異為：鋼管運行速度越高，管頭、管體和管尾處的鋼管磁感應(yīng)強度差別越大，造成相同當量的缺陷在管尾處產(chǎn)生的漏磁場最強，管體次之，管頭最弱。