劉　釗（1.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西　西安　　710065；2.長(zhǎng)慶油田分公司物資供應(yīng)處，陜西　西安　710200）

淺談石油專用管的超聲波檢測(cè)技術(shù)

劉釗1，2
（1.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西西安710065；2.長(zhǎng)慶油田分公司物資供應(yīng)處，陜西西安710200）

摘要：在油井作業(yè)中，石油專用管受到拉應(yīng)力、擠壓應(yīng)力等各種應(yīng)力的作用，另外還需要在低溫、硫化氫腐蝕性等惡劣環(huán)境中作業(yè)。所以在石油專用管材投入使用前，必須對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)，避免因管材的質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致油田作業(yè)事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：石油專用管；超聲波；檢測(cè)技術(shù)

在我國(guó)整體運(yùn)輸系統(tǒng)中具備檢測(cè)范圍寬、靈敏度很高、成本便宜、定位精確、對(duì)人體傷害度偏低等優(yōu)點(diǎn)的超聲波檢測(cè)技術(shù)，變成了保證石油專用管質(zhì)量的重要檢測(cè)手法。根據(jù)檢測(cè)計(jì)劃和要求，對(duì)管材成品和半成品在專用管材制造加工過(guò)程中就進(jìn)行檢測(cè)，另外定期檢測(cè)重復(fù)使用的石油專用管材，為石油工程作業(yè)的順利進(jìn)行保駕護(hù)航。

一、超聲波檢測(cè)原理概述

超聲波檢測(cè)技術(shù)主要指的是針對(duì)金屬材料內(nèi)部地域探入超聲波，并移動(dòng)其截面、判斷設(shè)備的邊際反射特點(diǎn)來(lái)明確管材的缺陷以及定位管道里面缺陷的具體地方與大小的一種檢測(cè)技術(shù)。在豐富的超聲波檢測(cè)的波形類型中，我們將這些波形分為橫縱波、表面波及板波等。每種類型的波形在應(yīng)用的具體領(lǐng)域也存在著許多差別。橫波檢測(cè)方案主要檢測(cè)管材里軸向地區(qū)內(nèi)的刮痕及裂縫檢測(cè)、管道焊縫里的氣孔、焊接水平、夾渣等方面；縱波檢測(cè)方案通常主要應(yīng)用于管道鑄件、雜亂物品、縮管及里面缺陷等角度的檢測(cè)。板波則主要應(yīng)用于對(duì)管道薄板內(nèi)的缺陷問(wèn)題進(jìn)行檢測(cè)；表面波則就跟字面意思一樣，是應(yīng)用于探測(cè)管道外形較為簡(jiǎn)易的加工構(gòu)件上層表面的缺陷問(wèn)題。因?yàn)椴皇軝z驗(yàn)對(duì)象材料的局限，所以超聲波檢測(cè)被廣泛運(yùn)用于金屬、非金屬及各種材料管道的檢測(cè)中；同樣的不受檢驗(yàn)對(duì)象制造工藝的束縛，還可以運(yùn)用于鑄造構(gòu)件、鑄件、焊接件及另外的膠結(jié)件的檢測(cè)。另外因不受尺寸的制約，所以可以在對(duì)管材、板材等檢驗(yàn)中，深度可精準(zhǔn)到毫米，同樣也可以高到很多米。

二、超聲波檢測(cè)方法

穿透法指的是分別將探頭放置在的工件相對(duì)應(yīng)的兩邊，當(dāng)發(fā)射端探頭發(fā)出超聲波，通過(guò)等待檢測(cè)工件的一個(gè)邊穿透到達(dá)相對(duì)應(yīng)的另一邊，進(jìn)而被相對(duì)一邊的探頭所接收的一種檢測(cè)方法。工件內(nèi)部缺陷狀況通過(guò)超聲波穿透工件兩邊先后的能量改變值來(lái)作為判斷的依據(jù)。當(dāng)工件里面質(zhì)量完整無(wú)損時(shí)，終端探頭就會(huì)收到很強(qiáng)的超聲波信號(hào)的能量；反之，如果工件里面質(zhì)量存在缺陷問(wèn)題時(shí)，超聲波在缺陷處受到阻擾，進(jìn)而會(huì)在缺陷后面產(chǎn)生聲影。這樣，待測(cè)工件內(nèi)部缺陷大小就可以根據(jù)發(fā)射端與終端超聲波能量值的差異大小來(lái)分析。穿透法具備以下特征：①工件內(nèi)部缺陷問(wèn)題是否存在可以由先后能量差別來(lái)判斷，其缺點(diǎn)就是無(wú)法確定缺陷的具體地點(diǎn)；②低靈敏度并且細(xì)小的缺陷問(wèn)題，時(shí)常被忽略；③因操縱和指點(diǎn)非常簡(jiǎn)單，所以均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)；④因其能有效地防止盲區(qū)，所以能夠用于薄板的檢測(cè)作業(yè)；⑤能夠適應(yīng)會(huì)引發(fā)超聲波比較大的衰弱的材料；⑥在擺放發(fā)射端和終端探頭時(shí)，要求其放置位置與相對(duì)距離有高的準(zhǔn)確度。共振法是等待檢測(cè)的工件內(nèi)部通過(guò)對(duì)持續(xù)的聲波頻率的調(diào)整而達(dá)到共振形態(tài)，并由此為依據(jù)來(lái)計(jì)算待測(cè)工件的厚度或者是判斷工件內(nèi)部是不是存在缺陷的一種檢測(cè)方法。共振法主要用于檢測(cè)表層粗劣度很低的工件的厚度，此外還能勘測(cè)復(fù)合材料的膠結(jié)情況以及檢測(cè)鋼板里夾層的缺陷問(wèn)題。在待測(cè)工件里超聲波通過(guò)調(diào)整頻率傳輸，當(dāng)入射波與反射波兩者的相位一樣時(shí)，就能在工件內(nèi)部引發(fā)共振景象，這個(gè)時(shí)候待測(cè)工件的厚度將是超聲波波長(zhǎng)的0.5倍或是整數(shù)倍。共振法檢測(cè)技術(shù)具備以下特征：①要求待測(cè)工件表層比較粗糙；②對(duì)工件厚度進(jìn)行高精準(zhǔn)度的衡量，這將對(duì)薄板或薄壁管檢測(cè)作業(yè)時(shí)有著非凡的效果。脈沖反射法是當(dāng)發(fā)射超聲波從一面?zhèn)鬏數(shù)降却龣z測(cè)工件內(nèi)部的另一面，通過(guò)在兩個(gè)面的界面上產(chǎn)生反射的特性來(lái)判定工件內(nèi)部是不是有缺陷的一種檢測(cè)方法。按照入射波波型可以將脈沖反射法分為四種，包括橫波檢測(cè)法、縱波檢測(cè)法、表面波檢測(cè)法以及蘭姆波檢測(cè)法。脈沖反射法具備以下特征：①能夠采用不同特性波型來(lái)探測(cè)，其適合使用的場(chǎng)所非常廣；②能夠精確的測(cè)量需要檢測(cè)的工件內(nèi)部缺陷的大小與位置；③有較高的靈敏度，可用對(duì)細(xì)小的缺陷進(jìn)行探測(cè)。

三、石油專用管道檢測(cè)中超聲波檢測(cè)方法的實(shí)現(xiàn)途徑

脈沖反射式探傷儀是檢驗(yàn)檢測(cè)石油專用管道的一種很常見的檢測(cè)儀器。它能夠檢測(cè)管道內(nèi)部缺陷的具體所在位置，還能夠確定缺陷的大小。儀器顯出波反射的信號(hào)變動(dòng)是判斷入射信號(hào)與反射信號(hào)的相對(duì)區(qū)別和明確信號(hào)的強(qiáng)弱范圍的標(biāo)準(zhǔn)。另外，還需要運(yùn)算與評(píng)估每次檢測(cè)的結(jié)果之間的誤差，評(píng)估整體檢驗(yàn)檢測(cè)工作的不確定度的份量，最后明確檢測(cè)體系的不確定度。為了降低檢測(cè)體系的誤差，通常把檢測(cè)流程分成四個(gè)步驟。第一個(gè)步驟，檢測(cè)到檢測(cè)數(shù)據(jù)。把儀器垂直拜訪在需要檢查管道材質(zhì)的中心位置的分割線上，并安裝測(cè)量探頭，采取輕觸、輕壓的處理方案以此來(lái)保持探頭與管道接觸的完整性。然后在保持探頭與管體能夠得到完全接觸的前提下對(duì)管道材料的真實(shí)厚度進(jìn)行測(cè)量，尤其是比較密集的測(cè)量點(diǎn)的管道測(cè)量，解決好探頭的移動(dòng)問(wèn)題。另外，遵照數(shù)值范圍在-0.1mm與0.1mm之間，并在3s內(nèi)堅(jiān)持不點(diǎn)的準(zhǔn)則，保持探頭儀顯示器數(shù)據(jù)顯示的穩(wěn)定性。第二個(gè)步驟，如果將管材厚度定義為“δ”，將超聲波的勘測(cè)速率定義成“u”，將超聲波在管材中的勘測(cè)一次所花費(fèi)的時(shí)間設(shè)定為“t”，那么管材厚度δ=（ut）/2。第三個(gè)步驟，評(píng)判管材的不確定度。一般情況下其不確定度需要通過(guò)兩個(gè)角度明確，其包含反復(fù)檢測(cè)所產(chǎn)生的不確定度與儀器顯出誤差而所致的不確定度。第四個(gè)步驟，評(píng)定和分析整合后的不確定度量表，確定度與其結(jié)合后再進(jìn)行判定，確定此中所包含的各式各樣的影響要素，進(jìn)而確定儀器的每項(xiàng)不確定度，并嚴(yán)格參考儀器檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，得出測(cè)試結(jié)果，以此確定管道缺陷的具體區(qū)域，并擬訂相對(duì)應(yīng)的處理方式。按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得出測(cè)試結(jié)果，并出具檢測(cè)報(bào)告。

結(jié)語(yǔ)

目前，輸送石油、天然氣的最好的運(yùn)輸手段非管道運(yùn)輸莫屬了。我國(guó)一樣也構(gòu)造建立了巨大的管道輸送網(wǎng)絡(luò)組織。同時(shí)在十分長(zhǎng)的時(shí)間里，社會(huì)各界所注意的重心也放在管道運(yùn)輸?shù)陌踩耘c穩(wěn)定性上。所以，為確保管道焊縫狀態(tài)的安全性，提升石油管道運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性，提高管道焊縫識(shí)別的精準(zhǔn)性與有效性，將超聲波檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于石油專用管道的檢測(cè)中顯得尤為重要，不僅保障管道輸送資源質(zhì)量水平與安全性，還為石油管道的安全輸送奠定良好的檢測(cè)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]李學(xué)平.油氣輸送管環(huán)焊縫的超聲波檢測(cè)技術(shù)研究[D].西安石油大學(xué)，2012.

中圖分類號(hào)：TE973

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A