超聲波測(cè)厚儀在石油鉆具生產(chǎn)中的應(yīng)用
閱讀：61發(fā)布時(shí)間：2022-2-4
鉆具壁厚差是石油鉆具生產(chǎn)的一項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)。我公司采用鉆具壁厚差測(cè)試儀器: 超聲波測(cè)厚儀。超聲波測(cè)厚儀是一種通用性無(wú)損檢測(cè)儀器。在多年的實(shí)踐操作中,
我們注意到作為超聲波測(cè)厚儀的現(xiàn)場(chǎng)使用, 應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
1、對(duì)超聲波測(cè)厚儀的探頭的選擇
我公司一般選用通用型標(biāo)稱(chēng)頻率為5MHz, 接觸面積Ф12mm雙晶片結(jié)構(gòu)探頭 , 因?yàn)椴牧隙酁殇?, 超聲波聲速選在5900m/S。這類(lèi)探頭的基本結(jié)構(gòu)包括晶片、阻尼塊和保護(hù)膜三部分。探頭采用壓電效應(yīng)原理進(jìn)行電聲轉(zhuǎn)換 ,雙晶片結(jié)構(gòu)一個(gè)發(fā)射超聲波 , 一個(gè)接受超聲波 , 中間用隔聲層隔開(kāi)。這類(lèi)探頭靈敏度高 , 表面保護(hù)膜采用軟性保護(hù)膜聚胺脂軟性塑料 , 這種軟性保護(hù)膜可改善聲耦合 , 提高聲能的傳播效率 , 且測(cè)量的重復(fù)性好 , 它對(duì)聲能的 損耗達(dá)( 6~7) dB。但探頭在長(zhǎng)期使用后 , 會(huì)使保護(hù)膜粗糙度增高 , 對(duì)發(fā)射聲波產(chǎn)生一定影響 , 導(dǎo)致分辨率變差 ,靈敏度下降 , 需要及時(shí)更換。
2、耦合劑的選用
耦合劑作為實(shí)現(xiàn)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(dòng)的功能。我公司一般選用甘油、黃油、機(jī)油做耦合劑。耦合劑應(yīng)適量使用, 在工件表面應(yīng)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(xì)槽也會(huì)引起測(cè)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(chē)和檢驗(yàn)工序中, 鉆具表面光潔度較高時(shí), 使用低黏度的耦合劑( 機(jī)油、隨機(jī)耦合劑) 。
3、檢定規(guī)程與現(xiàn)場(chǎng)
越聲波測(cè)厚儀使用情況不符合我們仔細(xì)研究了國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程JJG403- 1986《超聲波測(cè)厚儀》檢定規(guī)程, 參照我公司石油鉆具壁厚的檢測(cè)具體情況, 我們認(rèn)為, 檢定規(guī)程中一些檢定項(xiàng)目的內(nèi)容與我公司現(xiàn)在的超聲波測(cè)厚儀的具體使用情況不符合: 曲面壁厚測(cè)量下限及準(zhǔn)確度。這個(gè)檢定項(xiàng)目的規(guī)定針對(duì)薄壁管, 考核超聲波測(cè)厚儀的測(cè)量下限。而石油鉆具壁厚差由表1規(guī)定。在具體檢測(cè)中, 鉆具壁厚在25mm以上, 結(jié)合我公司鉆具檢測(cè)的實(shí)際情況, 起草了公司 “超 聲波測(cè)厚儀校準(zhǔn)規(guī)范",將超聲波測(cè)厚儀納入計(jì)量體系管理目錄 , 定期校準(zhǔn)。根據(jù)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(lái)校準(zhǔn)儀器。試塊厚度均勻分布在( 0~200) mm。
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在測(cè)量厚度前, 首先應(yīng)清除工件表面的灰塵、污垢和銹蝕物, 在工件表面應(yīng)均勻涂抹耦合劑, 對(duì)于我公司的鉆具 , 曲率半徑>50mm; 雙晶片結(jié)構(gòu)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(biāo)志, 不應(yīng)插錯(cuò), 否則會(huì)造成靈敏度下降。測(cè)量前, 要利用隨機(jī)標(biāo)準(zhǔn)試塊校準(zhǔn), 保證測(cè)量準(zhǔn)確; 一些新型超聲波測(cè)厚儀具有探頭自校準(zhǔn)功能。測(cè)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(dāng)出現(xiàn)示值跳躍不定時(shí), 不要輕易確定測(cè)量結(jié)果, 要細(xì)心擺動(dòng)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(hào)引起的假讀數(shù), 一定要出數(shù)穩(wěn)定且能重復(fù)呈現(xiàn)后再讀取數(shù)據(jù); 示值輕微跳動(dòng), 一般以較小測(cè)值為準(zhǔn)。
4.對(duì)于一些新材料工件, 在用超聲波測(cè)厚儀進(jìn)行測(cè)量厚度時(shí), 測(cè)量難度較大
經(jīng)理化檢測(cè)分析, 這類(lèi)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(dāng)超聲波波長(zhǎng)與金屬晶粒大小相當(dāng)或小于金屬晶粒尺寸時(shí), 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(chǎn)生草狀回波, 使測(cè)厚出現(xiàn)錯(cuò)誤; 當(dāng)材料內(nèi)部存在分層、夾雜、裂紋等缺陷時(shí), 探頭軸線垂直于缺陷反射面時(shí), 儀器顯示的是鉆具內(nèi)部缺陷的厚度值 ; 缺陷反射面傾斜角度過(guò)大或和探頭軸線平行時(shí), 晶片可能接收不到反射信號(hào), 出現(xiàn)無(wú)讀數(shù)。為此, 我們對(duì)這些材料工件在加工工藝上進(jìn)行了改進(jìn), 盡量削弱或避免這些表層材料對(duì)超聲波的衰減, 達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量。
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