超聲波探傷技術(shù)在石油專(zhuān)用管材中應(yīng)用分析
超聲波探傷技術(shù)在石油專(zhuān)用管材中應(yīng)用分析
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(kāi)發(fā)發(fā)展到海底開(kāi)發(fā)石油資源,對(duì)石油專(zhuān)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(zhuān)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(zhuān)用管材,超聲波探傷的方法很多,按其原理分類(lèi)可分為共振法、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)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GB/T11344-1989《接觸式超聲波回波法測(cè)厚》的要求,測(cè)定石油專(zhuān)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mm;u--聲速,單位為mm/s;t--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(shū)給出其檢定值的擴(kuò)展不確定度為44um,k=2.02,則由測(cè)厚儀檢定值所引起的標(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=2.02 ,kμ=2.02×26=52.52μm8)結(jié)果報(bào)告按GB/T11344-1989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。
FUT610是一款全數(shù)字便攜式超聲波探傷儀，它能夠快速便捷、無(wú)損傷、精確地進(jìn)行工件內(nèi)部多種缺陷（裂紋、夾雜、氣孔等）的檢測(cè)、定位、評(píng)估和診斷。既用于實(shí)驗(yàn)室，也用于工程現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。本儀器廣泛應(yīng)用在各地特檢院、建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)站、機(jī)械制造業(yè)、鋼鐵冶金業(yè)、鋼結(jié)構(gòu)制造、船舶制造、石油天然氣裝備制造等需要缺陷檢測(cè)和質(zhì)量控制的領(lǐng)域，也廣泛應(yīng)用于航空航天、鐵路交通、鍋爐壓力容器等領(lǐng)域的在役安全檢查與壽命評(píng)估。
工作原理
FUT610超聲波探傷儀是利用超聲波在物質(zhì)中的傳播，反射和衰減等物理特性來(lái)發(fā)展缺陷的一種探傷方法，具有靈敏度高，探測(cè)速度快，成本低，操作方便，探測(cè)厚度大，對(duì)人體和環(huán)境無(wú)害，特別對(duì)裂紋，未溶合等危險(xiǎn)性缺陷探傷靈敏度高優(yōu)點(diǎn)，能夠快速便攜，無(wú)損傷，精確地進(jìn)行工件內(nèi)部多種缺陷的檢測(cè)，定位，評(píng)估診斷。
功能特點(diǎn)
● 全中文顯示，主從式菜單，并設(shè)計(jì)有快捷按鍵和數(shù)碼飛梭旋輪，操作便捷，技術(shù)領(lǐng)先（快捷按鍵和數(shù)碼飛梭旋輪兩種操作結(jié)合是其他廠家沒(méi)有的，非常適合工程師現(xiàn)場(chǎng)便捷操作，淘汰市面上單一繁瑣操作按鍵）
● 兼容多種探頭：直探頭系列、斜探頭系列、雙晶探頭系列、穿透探傷系列，4種系列不同規(guī)格的探頭，快捷又準(zhǔn)確。
● 全數(shù)字真彩色液晶顯示器(TFT)，可根據(jù)環(huán)境選擇背景色和波形顏色，液晶亮度可自由設(shè)定。
● 高性能安保電池模塊便于拆裝，可以脫機(jī)獨(dú)立充電，大容量高性能鋰離子電池模塊使儀器連續(xù)工作時(shí)間延長(zhǎng)到八小時(shí)以上（可以邊充電邊使用，滿足超負(fù)荷檢測(cè)工作）。
● 儀器輕小便攜，單手即可以把持，獨(dú)特的懸掛設(shè)計(jì)，便于高空探傷作業(yè)，經(jīng)久耐用，引導(dǎo)行業(yè)潮流。
