無損檢測：超聲波探傷技術在石油專用管材中的應用

石油工業(yè)在國民經(jīng)濟中占有舉足輕重的地位,它關系到一個國家的安定繁榮,乃至世界政治經(jīng)濟的和平穩(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,對石油專用管材,如油管、套管的數(shù)量、質量要求日益增高,對油、套管的強度要求也越來越高。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力(如抗拉力、擠壓應力等作用),同時還要具備抗低溫、抗硫化氫腐蝕等良好性能,因此,石油油管、套管的質量十分重要,而無損檢測則是保證石油油管、套管質量的重要方法。下面介紹一下超聲波探傷技術在石油專用管材中的應用。

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發(fā)現(xiàn)物體內部的不連續(xù)性,即缺陷或傷的一種方法,是無損檢驗一種重要手段。

針對石油專用管材,超聲波探傷的方法很多,按其原理分類可分為共振法、穿透法和脈沖反射法。共振法是根據(jù)聲波(頻率可調的連續(xù)波)在工件中呈共振狀態(tài)來測量工件厚度或判斷有無缺陷的方法,這種方法主要用于表面較光滑的工件的厚度檢測,也可用于探測復合材料的粘合質量和鋼板內的夾層缺陷檢測。聲波在工件內傳播時,如入射波與反射波同相位(即工件厚度為超聲波波長的一半或成整數(shù)倍時),則引起共振。共振法的特點是:

1)可精確地測厚,特別適宜測量薄板及薄壁管;

2)工件表面光潔度要求高,否則不能進行測量。 

    穿透法又稱透射法,穿透法是將二個探頭分別置于工件相對的兩面,一個發(fā)射超聲波,使超聲波從工件的一個界面透射到另一個界面,在該界面處用另一個探頭來接收。根據(jù)超聲波穿透工件后的能量變化情況,來判斷工件內部質量。工件內無缺陷時,接收到的超聲波能量較強,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判定缺陷的大小。穿透法具有以下特點:

1)探測靈敏度較低,不易發(fā)現(xiàn)小缺陷;

2)根據(jù)能量的變化即可判斷有無缺陷,但不能定位;

3)適宜探測超聲波衰減大的材料;

4)可避免盲區(qū),適宜探測薄板;

5)指示簡單,便于自動探傷;

6)對兩探頭的相對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,并由一截面進入另一截面時,在界面邊緣發(fā)生反射的特點來檢查零件缺陷的一種方法,當超聲波束自零件表面由探頭通至金屬內部,遇到缺陷與零件底面時就分別發(fā)生反射波來,在熒光屏上形成脈沖波形,根據(jù)這些脈沖波形來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。用縱波可探測金屬鑄錠、坯料、中厚板、大型鍛件和形狀比較簡單的制件中所存在的夾雜物、裂縫、縮管、白點、分層等缺陷;用橫波可探測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;用表面波可探測形狀簡單的制件上的表面缺陷;用蘭姆波可探測薄板中的缺陷。脈沖反射法的特點是:1)探測靈敏度高;2)能準確地確定缺陷的位置和深度;3)可用不同波型探測,應用范圍廣。

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