Page 45 - 无损检测2025年第一期
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阮隽宇，等：
基于缺陷漏磁信号特征值的管道缺陷量化分析
重构缺陷轮廓。KANDROODI等 [12] 从漏磁信号的 ∂ ∂ ∂ 2 A
A = 1 r A + =-μ J （5）
测量结果中提出了推导缺陷位置和估算缺陷宽度的 ∂ r r r ∂ z ∂ 2
新方法。PENG等 [13] 在研究漏磁信号特征的基础上，
式（5）满足泊松方程，将该方程与电磁场的边
实现了腐蚀缺陷量化与预测。DAI等 [14] 认为缺陷的
界条件结合起来，即可等价为边值问题。COMSOL
漏磁检测结果受缺陷尺寸和位置以及缺陷形状等因
多物理场仿真软件在计算漏磁场前对构建的几何缺
素的影响。ZHEN等 [15] 分析了管道变形临界参数（高
陷进行预处理，通过运行计算可以解得漏磁场磁通
度、长度、倾斜角）与漏磁信号之间的关系，将信号
密度模以及磁力线在空间中的分布情况。
特征量代入计算模型后实现了较高精度的缺陷尺寸
求解。上述分析方法都建立在分析漏磁信号以及提 2 不同缺陷参数对漏磁场的影响分析
取其特征的基础上，均着眼于对缺陷的长度和深度
漏磁检测模型的磁路结构如图1所示，该模型
进行量化，而依然难以准确描述缺陷特征。
主要由励磁线圈、铁芯和模拟管道检测的试件组成。
文章利用COMSOL有限元仿真软件，对不同尺
根据磁场的折射和扩散特性，缺陷附近会产生漏磁
寸的缺陷建立了以均匀多匝线圈的直流输入为激励源
场，缺陷参数改变会产生不同幅值及形状的漏磁信
的仿真模型，通过改变缺陷长度、深度、二维边缘轮廓
面积得到不同缺陷励磁后的信号波形和数据，再使用 号。文章通过有限元仿真模拟获取试件上的漏磁信
号，利用COMSOL软件搭建二维仿真缺陷模型，完
最小二乘曲线拟合方法进行拟合，建立缺陷尺寸和漏
磁信号之间的数学关系，并进行了试验验证分析。 成模型尺寸设计后，需选择各部分模型的材料。励
磁线圈设置为均匀多匝的铜线，线圈电流为5 A，匝
1 漏磁检测原理 数设置为450匝，铁芯选用磁导率较高的软磁材料
数值模拟法利用电磁场的麦克斯韦方程进行求 DT4，管道材料选择Q235，其磁通密度-磁场强度曲
解，而有限元法作为数值解析法的一种，可以将不同 线如图2所示。空气模型的相对磁导率μ 为1. 0。
几何形状的缺陷整体划分成细小单元求解，在计算
漏磁信号时对整个磁场进行剖分计算，漏磁场的麦
克斯韦方程为
（1）
式中：H为磁场强度矢量；B为磁通密度矢量； 为 图 1 漏磁检测模型的磁路结构
哈密顿算子；J为等效电流密度；μ 为材料的磁导率。
假设各点材料的磁导率μ 一致。由于磁场的无
源性，引入中间量矢量磁位A辅助描述有电流存在
时的漏磁场计算问题，可表示为
B =×A （2）
则可得
（3） 图 2 Q235 的磁通密度 - 磁场强度曲线
由式（1）至式（3）可得 不同缺陷参数会产生不同的漏磁信号分布，缺
陷沿励磁方向的长度、深度以及二维边缘轮廓面积，
（4）
均影响缺陷漏磁场的分布。即，随着缺陷参数的变
管道检测产生的磁场可以看作几何结构对称试 化，产生的漏磁信号幅值和形状以及漏磁信号分布
件的磁场，将直角坐标系转换为(γ，θ，z)的圆柱坐标 情况也会随之改变，因此缺陷参数与漏磁信号特征
系，对矢量A求二次梯度的方程式可以化简为 值之间存在一定的联系。
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2025 年 第 47 卷 第 1 期
无损检测
