魏同鋒

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧興城125105）

腐蝕鉆桿的超聲相控陣檢測(cè)研究

魏同鋒

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧興城125105）

鉆桿是鉆井平臺(tái)的重要組成部分。為了對(duì)有缺陷的鉆桿進(jìn)行合理利用，提高其生產(chǎn)安全并降低成本，有必要對(duì)鉆桿的人工缺陷和自然缺陷進(jìn)行超聲相控陣檢測(cè)并分析比較。試驗(yàn)結(jié)果表明，使用SUPOR-32P超聲成像檢測(cè)儀和配有弧形楔塊的128陣元相控陣探頭，進(jìn)行A+B+[C]成像，并結(jié)合實(shí)際自然缺陷樣管檢測(cè)，能夠滿足鉆桿的腐蝕檢測(cè)需求。

鉆桿；腐蝕；相控陣

鉆桿是鉆井平臺(tái)的重要組成部分，其在工作過程中受拉力和壓力作用的同時(shí)，還受到鉆井液的腐蝕，容易在內(nèi)壁產(chǎn)生腐蝕，從而降低極限承載能力。鉆桿在使用前，有必要對(duì)其腐蝕情況進(jìn)行有效評(píng)定，對(duì)有缺陷的鉆桿進(jìn)行合理利用，提高鉆桿的生產(chǎn)安全，降低成本。本文通過對(duì)鉆桿對(duì)比試塊的人工缺陷和實(shí)際鉆桿的自然缺陷進(jìn)行超聲相控陣檢測(cè)研究，驗(yàn)證了超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)對(duì)腐蝕鉆桿檢測(cè)的可行性和有效性。

1 試驗(yàn)內(nèi)容

1.1 試驗(yàn)材料

為了驗(yàn)證檢測(cè)效果的有效性使用了兩種不同的樣管進(jìn)行測(cè)試。1號(hào)樣管用于設(shè)置人工缺陷，驗(yàn)證缺陷的檢測(cè)能力和檢測(cè)效果；2號(hào)樣管用于驗(yàn)證真實(shí)缺陷檢測(cè)效果。

1號(hào)樣管外壁比較光滑，內(nèi)部不光滑，稍粗糙。為驗(yàn)證缺陷檢測(cè)效果，在管內(nèi)部加厚處加工了直徑為5 mm的6個(gè)不同深度的平底孔人工缺陷，用于驗(yàn)證系統(tǒng)的靈敏度和分辨力。實(shí)物如圖1所示，缺陷從右至左編為1～6號(hào)。其實(shí)際尺寸參數(shù)如表1所示。

表1 1號(hào)樣管人工缺陷尺寸參數(shù)

2號(hào)樣管外壁光滑，內(nèi)部有自然腐蝕缺陷，用于驗(yàn)證系統(tǒng)對(duì)于自然缺陷的識(shí)別能力，如圖2所示。管子的測(cè)量尺寸參數(shù)如表2所示。

圖2 2號(hào)樣管外觀圖

表2 2號(hào)樣管測(cè)量尺寸參數(shù)

1.2 試驗(yàn)方法和設(shè)備

對(duì)鉆桿的內(nèi)壁進(jìn)行腐蝕檢測(cè)，使用SUPOR-32P超聲成像檢測(cè)儀和配有弧形楔塊的128陣元相控陣探頭，結(jié)合專用的腐蝕檢測(cè)軟件包、鏈?zhǔn)焦艿蓝S掃查架和自動(dòng)耦合裝置，采用A+B+ [C]成像方式。 [C]表示深度C掃描，它是將工件的不同厚度值以不同的顏色表示，這樣在檢測(cè)時(shí)可以直觀的通過顏色差別初步篩選出厚度超標(biāo)的部位，然后再使用測(cè)量光標(biāo)對(duì)缺陷進(jìn)行精確測(cè)量。探頭和楔塊由帶有編碼器的掃查架帶動(dòng)，繞檢測(cè)工件轉(zhuǎn)動(dòng)一周完成一次檢測(cè)，檢測(cè)過程中采用水耦合，耦合劑由自動(dòng)注水套件提供，系統(tǒng)如圖3所示。繞工件旋轉(zhuǎn)一周檢測(cè)完成后，探頭沿工件軸向移動(dòng)一定距離，再次繞工件旋轉(zhuǎn)一周完成第二次檢測(cè)，如此重復(fù)，完成整個(gè)工件的檢測(cè)過程。

圖3 相控陣檢測(cè)系統(tǒng)

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 1號(hào)樣管人工缺陷檢測(cè)結(jié)果

2.1.1 缺陷檢測(cè)圖譜

φ5 mm人工缺陷檢測(cè)結(jié)果如圖4、圖5所示。其中圖4為缺陷1～5號(hào)的檢測(cè)結(jié)果，圖5為缺陷2～6號(hào)的檢測(cè)結(jié)果。在檢測(cè)中，將工件厚度10～20 mm以0.5 mm為步進(jìn)，分為20種顏色。當(dāng)缺陷深度大于19.5 mm時(shí)，以紅色表示；當(dāng)缺陷深度小于10 mm則全部以白色表示。從圖4和圖5顯示的缺陷顏色觀察，可以初步判斷6個(gè)φ5 mm的缺陷都能夠被檢測(cè)出來。

圖4 φ5 mm人工缺陷1～5號(hào)檢測(cè)圖

圖5 φ5 mm人工缺陷2～6號(hào)檢測(cè)圖

2.1.2 缺陷測(cè)量結(jié)果

由于樣管僅有真實(shí)管的1/3左右，無法使用掃查架的編碼器掃描，只能使用手動(dòng)時(shí)基掃描，因此只能測(cè)量缺陷的深度值而無法測(cè)量缺陷的幾何尺寸，6個(gè)φ5 mm缺陷深度測(cè)量結(jié)果如表3所示。

表3 φ5 mm缺陷深度檢測(cè)結(jié)果

2.1.3 結(jié)果分析

從測(cè)量結(jié)果看，1號(hào)樣管超聲測(cè)量自身厚度，即缺陷周邊工件厚度的測(cè)量值比表1的實(shí)際測(cè)量值大2 mm左右。造成這種偏差的原因是其表面比較粗糙，造成延時(shí)校準(zhǔn)的精度不高。

機(jī)械加工人工孔使用數(shù)字游標(biāo)卡尺測(cè)量值與使用超聲測(cè)量值存在一定偏差，缺陷1和缺陷4的孔深偏差較大。超聲測(cè)量時(shí)是尋找缺陷的最高波，并以最高波為測(cè)量點(diǎn)，而機(jī)械數(shù)字游標(biāo)卡尺測(cè)量時(shí)，由于工件內(nèi)表面不光滑且有比較大的曲率，測(cè)量值難以準(zhǔn)確。

從圖4和圖5可以看出缺陷幾何尺寸不規(guī)則，機(jī)械加工的是圓形平底孔，但圖中表現(xiàn)出的并不是規(guī)則圓形，只能說是比較接近圓形。之所以出現(xiàn)這種情況，一是由于使用的是手動(dòng)時(shí)基掃描，探頭移動(dòng)靠人手移動(dòng)，移動(dòng)速度難以均勻會(huì)造成缺陷幾何尺寸失真，這一點(diǎn)在其他檢測(cè)對(duì)象應(yīng)用時(shí)基掃描中已經(jīng)得到驗(yàn)證，通過使用高精度編碼器掃描，這個(gè)問題可以解決；二是由于超聲波打到平底孔缺陷的端角時(shí)，超聲的反射路徑不是垂直的，會(huì)造成缺陷的幾何尺寸出現(xiàn)與實(shí)際的偏差，這個(gè)原因難以得到解決，但就面積型腐蝕缺陷檢測(cè)來講，這個(gè)差別是可以接受的。

2.2 2號(hào)樣管自然缺陷檢測(cè)結(jié)果

2.2.1 缺陷檢測(cè)圖譜

2號(hào)樣管檢測(cè)的是一段厚度連續(xù)變化的區(qū)域，因此檢測(cè)結(jié)果的顏色比較豐富，且能夠看出其一個(gè)厚度變化趨勢(shì)。自然缺陷檢測(cè)結(jié)果如圖6所示。在檢測(cè)中，實(shí)物測(cè)量顯示自然缺陷是約為70 mm×40 mm的一片區(qū)域。圖6中的紅色圓圈顯示了一個(gè)片狀的缺陷，對(duì)應(yīng)圖 2的自然缺陷。箭頭1處主要是深灰色區(qū)域，出現(xiàn)了白色和淺灰色即表示工件厚度生了變化，B型圖中“厚度異?！碧幘褪侵傅倪@個(gè)變化。箭頭2處的白色表示較淺腐蝕的缺陷區(qū)域，因?yàn)檫@個(gè)部分的工件厚度相對(duì)箭頭1處是比較薄的。

圖6 自然缺陷檢測(cè)結(jié)果

2.2.2 缺陷測(cè)量結(jié)果

對(duì)箭頭1處的缺陷進(jìn)行了測(cè)量，此處工件厚度為10.52 mm，周圍工件厚度為11.69 mm，即缺陷厚度為1.17 mm。與表2中測(cè)量值1.4 mm有一定偏差。箭頭2處的工件厚度波動(dòng)在0.5 mm以內(nèi)。

2.2.3 結(jié)果分析

實(shí)際工件自然缺陷的檢測(cè)，由于腐蝕缺陷深度變化有連續(xù)性，因此檢測(cè)結(jié)果的圖譜較人工缺陷分析比較困難，但面積型缺陷分析相對(duì)容易，因此對(duì)于孔狀缺陷需要仔細(xì)分析，否則容易漏檢。

3 結(jié)論

使用SUPOR-32P超聲成像檢測(cè)儀和配有弧形楔塊的128陣元相控陣探頭，配合深度C掃描可以滿足鉆桿的腐蝕檢測(cè)需求，可以檢測(cè)出孔徑5 mm、孔深0.5 mm的人工缺陷孔，且檢測(cè)結(jié)果比較直觀并易于判斷，測(cè)量方法也比較簡單。試驗(yàn)證明超聲相控陣技術(shù)對(duì)鉆桿內(nèi)壁腐蝕具有足夠的檢測(cè)靈敏度。結(jié)合實(shí)際自然缺陷樣管的檢測(cè)效果可以看出由于自然樣管內(nèi)部加厚區(qū)域是一個(gè)過渡區(qū)域，對(duì)于檢測(cè)結(jié)果的分析仍需要十分仔細(xì)，否則容易漏檢。使用自動(dòng)注水設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)水耦合的持續(xù)均勻供給，配合掃查架檢測(cè)可以實(shí)現(xiàn)缺陷幾何尺寸的測(cè)量。

[1]李男,盛振國,李陽.海工小徑管超聲相控陣檢測(cè)數(shù)據(jù)判讀方法[J].無損檢測(cè),2013(11):55-58+62.

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[3]莫潤陽,王公正.鉆桿內(nèi)壁腐蝕缺陷超聲檢測(cè)系統(tǒng)[J].無損探傷,2001(5):23-24.

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［責(zé)任編輯：劉 月］

Research on Ultrasonic Phased Array Inspection of Corrosion Drill Pipe

WEI Tongfeng
(Bohai Shipbuilding Vocational College,Xingcheng 125105,China)

Drill pipe is an important part of the drilling platform.In order to rationally utilize the defective drill pipe,improve its production safety and reduce its cost,the researcher makes ultrasonic phased array inspection,analysis and comparison of drill pipe's artificial defects and natural defects.The experiment results show,it can meet the drill pipe's corrosion inspection requirements to use SUPOR-32P ultrasonic imaging detector,128 element phased array probe equipped with arc wedge,and A+B+[C]imaging mode,combining with the actual inspection effects of the sample pipe's natural defect.

drill pipe;corrosion;phased array

TB553

A

2095-5928（2016）01-33-04

10.16850/j.cnki.21-1590/g4.2016.01.010

2015-09-15

魏同鋒（1982-），男，山東臨沂人，講師，碩士，研究方向：焊接及焊接質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)。