超聲波探傷技術(shù)在石油專用管材中的應(yīng)用

1、超聲波探傷技術(shù)在石油專用管材中的應(yīng)用摘要在石油工業(yè)高速發(fā)展的今天對(duì)石油專用管材的要求越來(lái)越高。超聲波探傷技術(shù)以其高效、準(zhǔn)確的特點(diǎn)在石油專用管材的無(wú)損探傷工作中發(fā)揮著重要的作用。關(guān)鍵詞石油專用管材超聲波探傷石油工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位它關(guān)系到一個(gè)國(guó)家的安定繁榮乃至世界政治經(jīng)濟(jì)的和平穩(wěn)定。隨著石油工業(yè)的迅速發(fā)展鉆井深度不斷增加目前已從陸地開發(fā)發(fā)展到海底開發(fā)石油資源對(duì)石油專用管材如油管、套管的數(shù)量、質(zhì)量要求日益增高對(duì)油、套管的強(qiáng)度要

2、求也越來(lái)越高。因油井鉆采作業(yè)工作環(huán)境惡劣要求鋼管必須承受各種應(yīng)力(如抗拉力、擠壓應(yīng)力等作用)同時(shí)還要具備抗低溫、抗硫化氫腐蝕等良好性能因此石油油管、套管的質(zhì)量十分重要而無(wú)損檢測(cè)則是保證石油油管、套管質(zhì)量的重要方法。下面介紹一下超聲波探傷技術(shù)在石油專用管材中的應(yīng)用。超聲波探傷是利用超聲波在物體中傳播的一些物理特性來(lái)發(fā)現(xiàn)物體內(nèi)部的不連續(xù)性即缺陷或傷的一種方法是無(wú)損檢驗(yàn)一種重要手段。針對(duì)石油專用管材超聲波探傷的方法很多按其原理分類可分為共振法

3、、穿透法和脈沖反射法。共振法是根據(jù)聲波(頻率可調(diào)的連續(xù)波)在工件中呈共振狀態(tài)來(lái)測(cè)量工件厚度或判斷有無(wú)缺陷的方法這種方法主要用于表面較光滑的工件的厚度檢測(cè)也可用于探測(cè)復(fù)合材料的粘合質(zhì)量和鋼板內(nèi)的夾層缺陷檢測(cè)。聲波在工件內(nèi)傳播時(shí)如入射波與反射波同相位(即工件厚度為超聲波波長(zhǎng)的一半或成整數(shù)倍時(shí))則引起共振。共振法的特點(diǎn)是:1)可精確地測(cè)厚特別適宜測(cè)量薄板及薄壁管2)工件表面光潔度要求高否則不能進(jìn)行測(cè)量。穿透法又稱透射法穿透法是將二個(gè)探頭分別置

4、于工件相對(duì)的兩面一個(gè)發(fā)射超聲波使超聲波從工件的一個(gè)界面透射到另一個(gè)界面在該界面處用另一個(gè)探頭來(lái)接收。根據(jù)超聲波穿透工件后的能量變化情況來(lái)判斷工件內(nèi)部質(zhì)量。工件內(nèi)無(wú)缺陷時(shí)接收到的超聲波能量較強(qiáng)一旦有缺陷聲波受缺陷阻擋則將在缺陷后形成聲影這樣就可根據(jù)接收到的超聲波能量的大小來(lái)判定缺陷的大小。穿透法具有以下特點(diǎn):1)探測(cè)靈敏度較低不易發(fā)現(xiàn)小缺陷2)根據(jù)能量的變化即可判斷有無(wú)缺陷但不能定位3)適宜探測(cè)超聲波衰減大的材料4)可避免盲區(qū)適宜探測(cè)薄板

5、5)指示簡(jiǎn)單便于自動(dòng)探傷6)對(duì)兩探頭的相對(duì)距離和位置要求較高。脈沖反射法是利用超聲波透入金屬材料的深處并由一截面進(jìn)入另一截面時(shí)在界面邊緣發(fā)生反射的特點(diǎn)來(lái)檢查零件缺陷的一種方法當(dāng)超聲波束自零件表面由探頭通至金屬內(nèi)部遇到缺陷與零件底面時(shí)就分別發(fā)生反射波來(lái)在熒光屏上形成脈沖波形根據(jù)這些脈沖波形來(lái)判斷缺陷位置和大小。根據(jù)入射聲波型不同可分成如下幾種:縱波探傷法、橫波探傷法、表面波探傷法、蘭姆波探傷法。用縱波可探測(cè)金屬鑄錠、坯料、中厚板、大型鍛件

6、和形狀比較簡(jiǎn)單的制件中所存在的夾雜物、裂縫、縮管、白點(diǎn)、分層等缺陷用橫波可探測(cè)管材中的周向和軸向裂縫、劃傷、焊縫中的氣孔、夾渣、裂縫、未焊透等缺陷用表面波可探測(cè)形狀簡(jiǎn)單的制件上的表面缺陷用蘭姆波可探測(cè)薄板中的缺陷。脈沖反射法的特點(diǎn)是:1)探測(cè)靈敏度高2)能準(zhǔn)確地確定缺陷的位置和深度3)可用不同波型探測(cè)應(yīng)用范圍廣。按照GBT113441989《接觸式超聲波回波法測(cè)厚》的要求測(cè)定石油專用管材的厚度常用的檢驗(yàn)儀器為A型顯示脈沖反射式超聲波探傷

7、儀。根據(jù)儀器示波屏上反射信號(hào)的有無(wú)、反射信號(hào)和入射信號(hào)的時(shí)間間隔、反射信號(hào)的高度可確定反射面的有無(wú)、其所在位置及相對(duì)大小。通過(guò)計(jì)算實(shí)驗(yàn)偏差同時(shí)對(duì)測(cè)量過(guò)程系統(tǒng)產(chǎn)生的不確定度分量進(jìn)行評(píng)估從而評(píng)定其不確定度。1)測(cè)量原理根據(jù)超聲波脈沖反射原理來(lái)進(jìn)行厚度測(cè)量的當(dāng)探頭發(fā)射的超聲波脈沖通過(guò)被測(cè)物體到達(dá)材料分界面時(shí)脈沖被反射回探頭通過(guò)精確測(cè)量超聲波在材料中傳播的時(shí)間來(lái)確定被測(cè)材料的厚度。2)測(cè)量過(guò)程(1)探頭的擺放應(yīng)使其分割線垂直于管體軸線輕壓探頭以

8、保持接觸良好(2)采用點(diǎn)測(cè)厚方法需要在一定范圍內(nèi)進(jìn)行較密集的點(diǎn)測(cè)厚時(shí)探頭應(yīng)作跳躍式移動(dòng)不得在探頭與管體表面接觸時(shí)作相對(duì)移動(dòng)(3)數(shù)值顯示穩(wěn)定后可讀數(shù)顯示穩(wěn)定指保持同一數(shù)值(0.1mm)至少3s。3)建立數(shù)學(xué)模型δ=(ut)2式中:δ—材料厚度單位為mmu——聲速單位為mmst——聲波在材料中往返一次的傳播時(shí)間單位為s。4)不確定度來(lái)源(1)重復(fù)性測(cè)試引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度(2)測(cè)厚儀示值誤差產(chǎn)生的不確定度。5)不確定度分量的評(píng)定(1)重復(fù)性

9、測(cè)試引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度:為了獲得重復(fù)性隨機(jī)效應(yīng)導(dǎo)致的不確定度對(duì)同一樣品進(jìn)行10次測(cè)量其測(cè)試值分別是10.03、10.05、10.08、10.07、10.10、10.04、10.08、10.05、10.06、10.04得到單次測(cè)量的重復(fù)性偏差為s(xi)=0.0224算術(shù)平均值的不確定度為n—測(cè)試的次數(shù)一般為2次測(cè)試的結(jié)果。(2)測(cè)厚儀示值誤差產(chǎn)生的不確定度測(cè)厚儀檢定證書給出其檢定值的擴(kuò)展不確定度為44umk=2.02則由測(cè)厚儀檢定值所引

10、起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為6)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度(1)將上述評(píng)定的各不確定度分量列表:測(cè)量油、套管的不確定度分量表(2)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算7)擴(kuò)展不確定度取包含因子k=2.02kμ=2.0226=52.52μm8)結(jié)果報(bào)告按GBT11344—1989測(cè)試的結(jié)果其油、套管厚度為k=2.029)應(yīng)用說(shuō)明本例通過(guò)油、套管的重復(fù)性測(cè)試結(jié)果計(jì)算實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差同時(shí)對(duì)測(cè)試過(guò)程系統(tǒng)效應(yīng)產(chǎn)生的不確定分量進(jìn)行評(píng)估最后計(jì)算合成不確定度求出油、套管厚度的擴(kuò)展不確定度。參