长输管道在建设施工和运行管理过程中，受管材制造缺陷、腐蚀缺陷及内外部载荷等因素影响，可能产生裂纹，导致管道出现脆断、疲劳破坏和腐蚀破坏等失效现象，严重影响管道的使用性能和可靠性能。平衡电磁检测技术是一种基于交流激励的检测手段，在被检管道表面同时产生交变磁场与涡流场，通过检测管道表面电磁的变化实现裂纹缺陷的检测。

该技术利用空间对称结构的传感器进行检测，激励线圈与检测线圈采用彼此正交的排布方式。激励线圈在交流激励下产生交变磁场，U形铁氧体将磁场导至被检管道表面，在被检管道表面形成平衡电磁场，检测结构如下图所示。

传感器置于管道表面，交变电流激励会在管道表面形成变化的磁场，进而形成涡流场。当管道表面无缺陷时，与激励线圈垂直的方向上产生的磁通量不会穿过检测线圈，整体保持电磁平衡状态，传感器中不产生信号；当存在周向裂纹缺陷时，通以交变电流的激励线圈在管道表面产生的磁通被周向裂纹缺陷阻碍流动，从而扰乱管道表面的空间磁通量，使得一部分磁通穿过检测线圈，在检测线圈中产生电信号；当存在轴向裂纹缺陷时，管道表面感应出的涡流与裂纹缺陷正交，轴向裂纹缺陷阻碍涡流流动从而干扰空间磁场，使得检测线圈中产生电信号。

由于传统的交流漏磁检测与单一的交变电磁检测均存在一定检测盲区。平衡电磁技术利用单一结构可以在管道表面同时形成交变磁场与涡流场，当管道表面存在缺陷时，管道表面的磁感应强度与管道表面的感应电流密度空间垂直的关系使得对交流漏磁与交变电磁检测范围互相补充，管道表面任意角度裂纹均能有漏磁通或者电流畸变情况发生。

交流激励下，裂纹与检测方向夹角成 0°～90°时，检测信号以 30°为界限依次经历单一感应电流畸变作用、漏磁通与感应电流畸变共同作用、单一漏磁通作用3个阶段，检测电压信号特征在管道裂纹与检测方向夹角成 30°时为双峰双谷，且检测电压峰峰值最小，在 0°～30°时为先谷后峰，峰峰值单调减小，在30°～90°时为先峰后谷，峰峰值单调增加。管道裂纹与检测方向夹角成 0°～30°时，峰谷间距由传感器通过裂纹的相对长度度量，裂纹与检测方向夹角成 30°～90°时，峰谷间距由传感器通过裂纹的相对宽度度量，峰谷间距整体呈单调递减趋势；结合检测电压信号的峰谷先后顺序、峰峰值与峰谷间距可实现对裂纹角度的定量化分析。

作者：田野

来源：《管道保护》2023年第1期（总第68期）