漏磁檢測中磁化場方向要盡量與裂紋走向垂直，該裂紋才能夠被激發出最大的漏磁場。按照裂紋相對于不銹鋼管的走向，裂紋缺陷主要分為：軸向裂紋和周向裂紋。軸向裂紋平行于鋼管軸向，周向裂紋沿鋼管的周向。因此，漏磁檢測形成了鋼管軸向磁化檢測周向裂紋和周向磁化檢測軸向裂紋的兩種基本檢測形式，對應的檢測設備結構也分為兩種：周向裂紋漏磁檢測主機和軸向裂紋漏磁檢測主機。
不銹鋼管的軸向磁化通常采用穿過式磁化線圈，如圖2-2a所示，在鋼管軸向局部形成磁化區域，如圖2-2b所示。當檢測敏感探頭的覆蓋范圍大于360°時，即可實現無漏檢測。
不銹鋼管軸向磁化檢測周向裂紋的具體實施較為簡單，檢測時的相對掃查運動也只需要軸向直線運動方式。然而，對于不銹鋼管周向磁化檢測軸向裂紋的實施則較為復雜，其磁化方式通常采用正對的周向磁化極對加以完成，如圖2-3a所示。在兩磁極正對的管壁中央區形成均勻的磁化場，對該區域內（DZ或DZ＇）的軸向裂紋激發漏磁場。通過有限元仿真計算可以看出，在磁極正對的管壁處，形成的磁化并非均勻且磁力線方向也不一致，不可能激發出合適的漏磁場，所以該區域為軸向裂紋檢測的盲區，如圖2-3b所示。
軸向裂紋檢測探頭最好布置于兩磁極正對的管壁中央區的軸平面上，為此，只有檢測探頭與鋼管之間實現相對螺旋掃查才能達到無盲區檢測。所以，為了完成鋼管上軸／周向裂紋的全面檢測，通常需要兩種獨立的檢測單元：周向裂紋檢測單元和軸向裂紋檢測單元。檢測探頭與鋼管之間的相對螺旋掃查運動有兩種組合形式：①. 探頭固定，鋼管做螺旋推進；②. 軸向裂紋檢測單元的磁化器與探頭一起旋轉，鋼管做直線運動，分別如圖2-4a、b所示。
一、軸向磁化方法與軸向磁化器
根據垂直磁化基本理論，漏磁檢測中形成了鋼管軸向磁化檢測周向裂紋的基本檢測形式和設備結構。目前主要有兩種驅動方式，一種是鋼管直線前進，周向裂紋檢測探頭沿圓周方向包圍鋼管的檢測方法；另一種是鋼管螺旋前進，周向裂紋檢測探頭沿軸向覆蓋鋼管的檢測方法。這兩種檢測形式的前提是相同的，即需要磁化器產生合適的軸向磁化場，以激勵周向裂紋產生足夠強度的漏磁場。
不銹鋼管軸向磁化通常采用穿過式線圈磁化器產生軸向磁化場，如圖2-5所示，主要分為單線圈磁化和雙線圈磁化兩種形式。單線圈磁化時，檢測探頭一般放置在磁化線圈內部；雙線圈磁化時，檢測探頭放置在兩個線圈之間。由此可見，由于檢測探頭布置空間的需要，相對于單線圈而言，鋼管與雙線圈的耦合度更高。
1. 單線圈磁化器及特點
如圖2-5a所示，單線圈磁化器是目前軸向磁化器的主要形式之一。此種磁化器結構簡單，成本相對較低。但是，因檢測探頭需放置在線圈內部，造成線圈內徑相對鋼管外徑較大，鋼管與線圈的耦合度較低，影響磁化效果。
單勵磁線圈結構如圖2-6所示，其主要參數包括線圈匝數nc 線圈電流Ic、線圈外徑dc1、線圈內徑dc2、線圈厚度Te。以及內部漆包線直徑 dcw。
勵磁線圈的磁化能力主要由線圈的安匝數以及線圈與鋼管的耦合度決定。漆包線直徑越大，其能夠承受的電流越大，也帶來更加嚴重的散熱問題；線圈內徑越小，與不銹鋼管的耦合度越高，磁化效果越好，但需留足空間以保證不銹鋼管順利通過。
以下舉例說明線圈結構與設計過程。
討論壁厚為9.19mm、直徑為127mm不銹鋼管的單勵磁線圈設計，如圖2-7所示。保持勵磁線圈的安匝數和線圈內徑不變，改變線圖2-6 單勵磁線圈結構圈厚度和線圈外徑，得到不同結構參數的單勵磁線圈。進一步，通過仿真計算，選擇磁化效果相對較好，并且線圈厚度、質量均滿足實際要求的勵磁線圈，具體參數選取如下。
a. 線圈安匝數：線圈安匝數主要根據鋼管的磁化特性曲線，以及鋼管的內外徑尺ru寸進行選取。針對以上尺寸鋼管，n。初步選取2000匝，漆包線直徑dcw取1.7mm，單根漆包線能夠承受的最大電流為20A，實際磁化過程中取10A。
b. 線圈內徑dc2：由于鋼管的直線度誤差，以及輸送輥道的制造安裝誤差，鋼管在前進過程中不可避免地存在多自由度擺動。為使鋼管順利通過線圈而不發生碰撞，并盡量形成最好的磁化效果，d2初步選取284mm。
c. 線圈厚度：線圈厚度是需要優化的指標之一，線圈厚度依次取130mm、120mm、110mm、100mm、90mm、80mm、70mm、60mm、50mm、40mm和30mm。
d. 線圈外徑dcl：保證線圈的匝數不變，在線圈厚度變化時，外徑也做相應調整。對應上述的線圈厚度，線圈外徑依次取ф354.2mm、φ360mm、φ366.9mm、φ375.2mm、ф385.4mm、φ398mm、φ414mm、Φ436mm、φ466.4mm、φ512mm 和φ588mm。
對不同結構參數的單勵磁線圈磁化效果進行量化分析，利用仿真方法對單勵磁線圈磁化鋼管管體的過程依次進行求解，各個線圈的具體參數如圖2-8所示。
提取不銹鋼管管體內部軸向磁感應強度B2，得到圖2-9所示曲線。從圖中可以看出，不同參數單勵磁線圈對鋼管管體的磁化效果不同。為進一步評估各勵磁線圈的磁化效果，提取不同參數單勵磁線圈磁化時管體內部最大磁感應強度值，用max表示，得到圖2-10所示曲線。
從圖2-10中可以看出，隨著線圈厚度的不斷增加，鋼管體內的Bmax急劇增大，當線圈厚度達到100mm時，鋼管體內磁感應強度基本達到最大值。此后，繼續增大線圈厚度，鋼管體內的Bmax基本保持不變。此外，從圖2-9中可以看出，當采用單勵磁線圈對不銹鋼管進行磁化時，管體內磁感應強度軸向均勻性較差。
根據式（2-3），計算圖2-8所示不同參數勵磁線圈的質量，如圖2-11所示。從圖中可以看出，隨著勵磁線圈厚度不斷增加，其質量逐漸減小。當勵磁線圈厚度較小時，隨著線圈厚度增加，勵磁線圈質量減少較快；當勵磁線圈厚度大于100mm時，勵磁線圈質量減少速度趨緩。
綜上，根據磁化效果與線圈質量，針對φ127mm鋼管可優化選擇厚度參數即磁化線圈內徑為284mm，外徑為375.2mm，厚度為100mm。對該勵磁線圈磁化鋼管管體的過程進行有限元仿真計算，圖2-12所示為磁力線密度分布圖，圖2-13所示為磁感應強度等值云圖。
從圖2-12中可以看出，勵磁線圈產生的磁力線大部分都從鋼管管體中通過，這是由于鋼管的磁導率遠大于空氣的磁導率。從圖2-13中可以看出，管體內的最大磁感應強度點位于線圈中心位置，最大值為Bmax=2.314T。另外，管體內的磁感應強度隨著遠離線圈中心呈現逐漸下降的趨勢。
2. 雙線圈磁化器及特點
雙線圈磁化方式如圖2-5b所示，檢測探頭放置在兩個線圈之間，這樣可減小線圈內徑，提高磁化效率。當然，磁化器設備成本也更高。雙線圈磁化器在鋼管內更易形成密集均勻的軸向磁化場，有利于提高檢測靈敏度和一致性。為了保證檢測區域中相同形態的缺陷產生相同的漏磁信號，鋼管由線圈磁化后，必須保證磁感應強度的軸向均勻性。
在不銹鋼管高速生產線上配置的周向裂紋漏磁檢測設備，一般采用雙勵磁線圈對鋼管管體進行軸向磁化。在得到單勵磁線圈的具體參數之后，需要對雙勵磁線圈間距L。c進行優化，以形成足夠強度的軸向均勻場。如雙勵磁線圈間距L。。過小，則無法滿足軸向磁化均勻的要求；如間距過大，則無法滿足磁化強度的要求。
雙勵磁線圈磁化鋼管管體示意圖如圖2-14所示。為得到合理的線圈間距，計算過程中Lcc依次取20mm、40mm、60mm、80mm、100mm、140mm、180mm、220mm、260mm、300mm、340mm、380mm、440mm和500mm。
提取鋼管管體內部軸向磁感應強度B2，如圖2-15所示。從圖中可以看出，當Lcc較小時，管體內部存在一個磁感應強度極大值點，并位于兩線圈的中間位置；隨著Lcc不斷增大，極大值點的磁感應強度逐漸減小，當Lcc≥140mm時，管體內部則出現兩個磁感應強度極大值點，并且兩極大值點的距離不斷增大，且兩線圈中心處的磁感應強度逐漸變小。特別地，當Lcc=100mm時，鋼管管體具有較大的磁感應強度和較好的軸向磁化均勻區域，均勻區域軸向長度約為200mm。綜合考慮磁感應強度和均勻性要求，雙勵磁線圈間距Lcc取100mm較為合適。
二、周向磁化方法與周向磁化器
不銹鋼管軸向裂紋檢測的基礎是產生足夠強度和均勻性的周向磁化場。如2-16所示，由于鋼管圓周狀的幾何形態，周向磁化時磁力線難以全部沿鋼管周向從管壁內通過，始終會有一部分磁通會擴散到空氣中，導致在磁極處磁場最強，在兩磁極正中間的鋼管區域磁場最弱。磁極在鋼管軸向方向的長度有限，因此，磁化場覆蓋的軸向區域也是有限的。在設計磁化線圈磁化能力時，主要考慮鋼管的磁化特性曲線、不銹鋼管內外徑尺寸以及檢測區域的軸向長度。
周向磁化場是由繞在磁極上的線圈產生的。磁極正對的管壁磁化不均勻，且管壁與極靴之間的背景磁場分布雜亂。然而，在遠離兩磁極的管壁中央區域，磁場分布較均勻，因此，一般將條形陣列探頭布置在該區域，如2-16所示，并且其長度必須小于或等于均勻磁化區域的軸向長度。
如圖2-17所示，為實現軸向裂紋的全覆蓋檢測，一般采用探頭與鋼管表面之間的螺旋掃查來完成。對于雙探頭檢測布置，在掃查過程中需滿足條件
2Ls≥P (2-4) 式中，Ls為單個縱向探頭的有效長度；為鋼管表面形成的掃查螺距。
鋼管直線前進的速度v。與螺距P的關系為 Va=ntP (2-5) 式中，n為鋼管旋轉速度。
由此可見，在高速漏磁檢測中可通過增大螺距P來提高檢測速度Va0但是，根據式（2-4）可知，為了保證軸向裂紋的全覆蓋掃查，必須增大單個探頭的軸向有效掃查范圍，此時鋼管中的均勻磁化區域的軸向長度也需要相應增加。
舉例分析如下：
圖2-18a所示為常用的鋼管周向磁化結構，鋼管外徑為90mm，壁厚為8mm，磁極靴尺寸為200mm（00mm（長）×40mm（寬）×50mm（（高），磁極靴底面到鋼管外表面的距離為15mm，勵磁線圈參數為15000安匝。仿真分析得到不銹鋼管表面磁感應強度分布云圖如圖2-18b所示，為了便于觀察，將鋼管的側面展開成了一個平面，從圖中可以看出這種磁極形式得到的均勻磁化區域較小。
進一步分析磁化不均勻帶來的檢測不一致性問題。
在圖2-18b中給出的三個位置處分別設置三個尺寸相同的軸向裂紋，位置1為不銹鋼管側面的正中心，位置2與位置1之間的軸向距離為50mm，位置3與位置1之間的軸向距離為100mm，裂紋尺寸為20mm20mm（長）×3mm（寬）×2mm（深）深），圖2-19給出了在三個不同位置處的裂紋漏磁檢測信號。
從圖2-19中可以看出，如果陣列探頭同時掃查到了三個缺陷，則尺寸相同的裂紋產生的漏磁檢測信號幅值與基線均出現了嚴重的不一致，從而無法對缺陷進行精確的定量評價，因此，探頭長度必須小于200mm。
為了提高檢測速度，需要使陣列探頭在軸向上有足夠的長度。然而鋼管磁感應強度在軸向上的非均勻性限制了陣列探頭沿軸向布置的有效長度，解決這一矛盾最為關鍵的問題就是如何在鋼管表面建立更大范圍的均勻磁場。
對此，在原有磁極的下方加上一個導磁板，將一部分磁場導入遠離磁極的區域，從而可擴大磁場在軸向上的覆蓋范圍，如圖2-20a所示的模型。模型中使用的導磁板尺寸為300mm（長）×40mm（寬）×10mm（厚），保持導磁板底面到鋼管外表面的距離為15mm。增加該導磁板后，仿真獲得的鋼管表面的磁場分布云圖如圖2-20b所示。
從圖2-20b中可以看出，與常規磁極相比，增加導磁板之后，磁場覆蓋的范圍有所增大，而且磁場分布也更加均勻，起到了一定的優化效果。另一方面，通過觀察磁場分布云圖可以發現，鋼管表面中間部位的磁場要比兩邊稍強，所以，進一步地，需要消除或者減弱周向磁化區域的磁化場強度差異。
如圖2-21a所示的極靴模型，在之前的導磁板上增開一個槽，這樣由于中間部位磁阻增大，一部分磁通就會往兩邊擴散，從而達到減弱中間磁場增大兩邊磁場的目的。模型中，開槽尺寸為150mm（長50mm（長）x40mm（寬）x5mm（m（深），獲得的不銹鋼管表面的磁場分布云圖如圖2-21b所示。
由圖2-21b可以看出，在磁極中部開槽之后，均勻磁場的區域進一步擴大。為了更好地比較上述三種磁極的磁化效果，在探頭所在位置沿鋼管軸向取長度為600mm的路徑，得到路徑上各個點的磁感應強度，結果如圖2-22所示。
從圖中可以看出，傳統磁極磁化下的均勻區域最小，軸向長度約為150mm；增加導磁板后，均勻磁場區域的軸向長度增加至180mm；如果在導磁板上開槽，均勻磁場區域的軸向長度進一步擴大為240mm。
進一步在圖2-18b所示的三個不同位置設置尺寸相同的軸向裂紋，仿真獲得缺陷的漏磁檢測信號，如圖2-23所示。從圖中可以看出，沿軸向距離100mm的兩個缺陷產生的漏磁信號幅值差異僅為0.5％，基線漂移量也基本相似。因此，圖2-21a所示的磁化極靴形式可基本滿足磁化的均勻性要求。
