钢管磁化要求及磁化器设计

如图2-1所示，将一个对外界完全没有磁性的钢铁试件放在磁场中，它将受到磁化。如果磁场强度H从0开始逐渐增加，则试件中的磁感应强度B也将逐渐增加至饱和。这种反映磁材料磁感应强度B与磁场强度H变化规律的曲线B=f（H），称为材料的磁化曲线。

从图2-1中可以看出，当把铁磁材料置于外加磁场中时，其磁感应强度B将明显地增大，产生比原来磁化场大得多（10～10⁵倍）的磁场。B与H之间存在着非线性关系。当H逐渐增大时，B也增加，但上升缓慢，说明此时磁畴刚开始中扩张，磁化缓慢，磁化很不充分。当H继续增大时，B急骤增加，几乎呈直线上升，此时磁畴畴壁位移加速，B值上升很快，材料得到急剧磁化。在此阶段，B值的上升不是平滑的，而是阶梯跳跃式的，并产生称之为“巴克豪森效应”的现象。当H进一步增大时，B的增加又变得缓慢，产生了一个转折，这时磁畴畴壁扩张已近尾声，代之以磁畴磁矩的转动为主。之后，H值即使再增加，B却几乎不再增加，此时磁畴平行排列的过程已基本结束，铁磁质的磁化过程基本结束，材料磁化已经达到饱和。因此，铁磁材料的磁化曲线是非线性的。

图2-1 铁磁材料的磁化曲线

μ₀—真空磁导率 μ_Fe—铁磁材料磁导率(www.xing528.com)

从图2-1中还可以看出，对于真空中的磁感应强度B=μ₀H，因磁导率μ₀为定值，真空的磁化曲线为一斜率恒定的直线。而对于铁磁材料磁化曲线的斜率μ_Fe=B/H，在不同的磁化阶段是变化的。当H开始增加时，超初μ_Fe值增加，但到最大值后就下降。下降到一定程度时，μ_Fe值变化趋缓。

钢管作为一种典型的铁磁性材料，进行漏磁检测的前提是对钢管进行有效的磁化。根据图2-1可知，当外激励磁场强度太小时，钢管磁感应强度太低，则缺陷不能激发出足够强度的漏磁场；随着激励磁场强度的不断增加，磁感应强度急剧增加，缺陷漏磁场强度不断增加；当钢管被磁化至饱和状态时，缺陷漏磁场强度将基本保持不变。此时，如果继续不断增加外激励磁场的强度，由于会形成背景磁场的压缩效应，缺陷漏磁场强度将出现减小的情况，而此时噪声则不断增加，从而造成缺陷信噪比降低。因此，将钢管磁化至饱和状态是获得高灵敏度和高信噪比的最佳检测条件，过弱或过强的外激励磁场都会影响检测效果。

此外，对钢管进行局部磁化时，存在有效均匀磁化区域。有效均匀磁化区域的含义是指被检测区域的钢管必须磁化均匀，也即相同形态的缺陷在该区域内的任何位置都产生相同的漏磁场强度。因此，在设计磁化器时，需要同时满足对钢管进行饱和磁化与均匀磁化的要求。