超聲波測厚儀在石油鉆具生產中的應用
閱讀：119發(fā)布時間：2022-2-4
鉆具壁厚差是石油鉆具生產的一項主要技術指標。我公司采用鉆具壁厚差測試儀器: 超聲波測厚儀。超聲波測厚儀是一種通用性無損檢測儀器。在多年的實踐操作中,
我們注意到作為超聲波測厚儀的現場使用, 應注意以下幾點:
1、對超聲波測厚儀的探頭的選擇
我公司一般選用通用型標稱頻率為5MHz, 接觸面積Ф12mm雙晶片結構探頭 , 因為材料多為鋼 , 超聲波聲速選在5900m/S。這類探頭的基本結構包括晶片、阻尼塊和保護膜三部分。探頭采用壓電效應原理進行電聲轉換 ,雙晶片結構一個發(fā)射超聲波 , 一個接受超聲波 , 中間用隔聲層隔開。這類探頭靈敏度高 , 表面保護膜采用軟性保護膜聚胺脂軟性塑料 , 這種軟性保護膜可改善聲耦合 , 提高聲能的傳播效率 , 且測量的重復性好 , 它對聲能的 損耗達( 6~7) dB。但探頭在長期使用后 , 會使保護膜粗糙度增高 , 對發(fā)射聲波產生一定影響 , 導致分辨率變差 ,靈敏度下降 , 需要及時更換。
2、耦合劑的選用
耦合劑作為實現聲能傳遞的必要途徑, 被用作探頭與工件之間的高頻超聲能量傳遞, 保證軟接觸 , 在兩者界面上起到了排除空氣、充添間隙、防磨損、方便探頭移動的功能。我公司一般選用甘油、黃油、機油做耦合劑。耦合劑應適量使用, 在工件表面應涂抹均勻。在鉆具粗加定位工序中, 工件表面粗糙, 表面上有規(guī)則的細槽也會引起測量誤差, 因此使用黏度較高聲阻抗大的耦合劑黃油。在鉆具精車和檢驗工序中, 鉆具表面光潔度較高時, 使用低黏度的耦合劑( 機油、隨機耦合劑) 。
3、檢定規(guī)程與現場
越聲波測厚儀使用情況不符合我們仔細研究了國家計量檢定規(guī)程JJG403- 1986《超聲波測厚儀》檢定規(guī)程, 參照我公司石油鉆具壁厚的檢測具體情況, 我們認為, 檢定規(guī)程中一些檢定項目的內容與我公司現在的超聲波測厚儀的具體使用情況不符合: 曲面壁厚測量下限及準確度。這個檢定項目的規(guī)定針對薄壁管, 考核超聲波測厚儀的測量下限。而石油鉆具壁厚差由表1規(guī)定。在具體檢測中, 鉆具壁厚在25mm以上, 結合我公司鉆具檢測的實際情況, 起草了公司 “超 聲波測厚儀校準規(guī)范",將超聲波測厚儀納入計量體系管理目錄 , 定期校準。根據鉆具壁厚情況, 我們選擇接近工件壁厚的工件材料制作試塊來校準儀器。試塊厚度均勻分布在( 0~200) mm。
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在測量厚度前, 首先應清除工件表面的灰塵、污垢和銹蝕物, 在工件表面應均勻涂抹耦合劑, 對于我公司的鉆具 , 曲率半徑>50mm; 雙晶片結構探頭中 , 發(fā)射晶片功率高, 發(fā)射與接收探頭座有明顯的標志, 不應插錯, 否則會造成靈敏度下降。測量前, 要利用隨機標準試塊校準, 保證測量準確; 一些新型超聲波測厚儀具有探頭自校準功能。測量中我們選擇探頭串音隔層板與工件軸線垂直, 使用探頭座壓緊探頭, 保證探頭與工件表面接觸良好。當出現示值跳躍不定時, 不要輕易確定測量結果, 要細心擺動探頭, 使其與鉆具壁正交。為避免耦合劑薄膜的多次反射或其他雜波信號引起的假讀數, 一定要出數穩(wěn)定且能重復呈現后再讀取數據; 示值輕微跳動, 一般以較小測值為準。
4.對于一些新材料工件, 在用超聲波測厚儀進行測量厚度時, 測量難度較大
經理化檢測分析, 這類表層材料首先組織晶粒的粗大和組織不夠致密造成超聲波能量的極大衰減, 當超聲波波長與金屬晶粒大小相當或小于金屬晶粒尺寸時, 材料的吸收衰減和散射衰減均很顯著, 這樣降低了超聲波的穿透能力, 易造成晶界反射; 其次, 由于晶粒的粗大和存在粗大異相組織, 將產生草狀回波, 使測厚出現錯誤; 當材料內部存在分層、夾雜、裂紋等缺陷時, 探頭軸線垂直于缺陷反射面時, 儀器顯示的是鉆具內部缺陷的厚度值 ; 缺陷反射面傾斜角度過大或和探頭軸線平行時, 晶片可能接收不到反射信號, 出現無讀數。為此, 我們對這些材料工件在加工工藝上進行了改進, 盡量削弱或避免這些表層材料對超聲波的衰減, 達到準確測量。
