油管管端超聲波探傷用組合探頭的製作方法

2023-06-19 01:28:06

專利名稱：油管管端超聲波探傷用組合探頭的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及超聲波探傷技術領域，特別是一種用於油管管端縱向和周向手工 超聲波探傷檢測的組合探頭。
背景技術：
本實用新型涉及超聲波探傷技術領域，特別是一種用於油管管端縱向和周向超聲 波探傷檢測的組合探頭。在石油專用管材的無損檢測領域中，超聲波檢測作為一種有效的 檢測方式已經得到了廣泛的應用。它利用超聲波在金屬中的傳播速度快等特性，通過分析 反射回來的缺陷回波來檢測判定缺陷。目前，國內的油管制造過程中超聲波檢測儀器有很 多，但現場使用的超聲波自動探傷檢測很多問題，如因超聲波自動探傷檢測儀器所限，在管 端留有50 100mm的探傷盲區問題，未得到解決。美國石油學會API spec 5CT標準規定需要管體在進行自動探傷後，未經檢驗的 管端，要麼被切除；要麼由人工進行管端螢光磁粉探傷檢測；要麼由人工進行管端手工超 聲波探傷檢測。切除未經檢驗的管端，會造成資源的浪費。管端螢光磁粉檢測對管材的線 狀裂紋、瞳孔、盲孔等缺陷會大量漏檢，且退磁不好，在管材上的剩磁危害較大，不便於探傷 檢測後的管螺紋加工。而管端手工超聲波探傷檢測，特別是API spec 5CT標準中一些高鋼 級產品，如P110、C90、T95、Q125等鋼級，標準要求均需進行內外表面上的縱向和周向兩個 方向的缺陷檢測。檢測縱向方向的缺陷時超聲波聲速在管壁內沿周向方向傳播，檢測橫向 方向的缺陷時超聲波聲速在管壁內沿軸向方向傳播。縱向和周向的缺陷檢測均應在管體內 的兩個不同方向進行。現有的超聲波探傷技術對油管的縱向和周向各類缺陷實施檢測時，根據管體母材 的缺陷性質，常用的探傷方法採用橫波接觸探傷法，縱向和周向的缺陷檢測各檢測一次，一 只鋼管的管端檢測，至少需要由兩個人來用縱向和周向探頭分別各檢驗一遍，或一個人用 兩種縱向和周向探頭分別各探一遍，而且探頭的磨損量相當大，且在檢測的過程中，由於探 頭磨損致使角度發生變化，還需要經常校驗靈敏度，以防缺陷漏檢，這種探傷方法雖然能夠 保證探傷質量，但是探傷效率低，不利於大批量管料的探傷。中國專利申請號200920015248. X主要是針對規格直徑在100 300m m、壁厚在 5 30mm的大口徑油管和套管管端縱向和周向超聲波探傷的組合探頭，並未解決規格直徑 在60 100mm、壁厚在4 16mm的中小口徑的油管管端縱向和周向組合超聲波探傷問題。
發明內容為解決上述問題，本實用新型的目的在於提供一種用於直徑在60 100mm、壁厚 在4 16mm的油管管端縱向和周向超聲波探傷組合探頭，保證判別缺陷的準確可靠，該探 傷組合探頭由縱波直探頭(1)和有機玻璃探頭楔塊(2)，經過探頭座上的螺紋和楔塊上邊 的溝槽鎖緊後轉化成可變角橫波斜探頭進行縱向探傷檢測鋼管縱向缺陷，以及粘接在有機 玻璃探頭楔塊上，與其成90°垂直方向的橫波斜探頭(3)進行周向探傷檢測鋼管橫向缺陷所組成的組合探頭，並且在有機玻璃探頭楔塊兩側加裝耐磨金屬，保證探頭耐磨損程度。本實用新型油管管端超聲波探傷用組合探頭，其特徵在於工作原理是該探傷組合 探頭採用兩組探頭在不同方向、不同位置有機組合後，根據超聲波疊加原理和惠更斯原理 可知幾列波相遇後，各列波仍保持它們各自原有的特性不變，並按照自己原來的傳播方向 繼續前進。利用惠更斯原理，可以確定不同波源輻射的超聲波的傳播方向雖說不同，但同樣 可以接受到不同方向的各自超聲波反射回波，並且它們各自同時進行探傷工作，一次探傷 即可完成縱向和周向超聲波同步探傷，並不相互幹擾，兩個不同方向的探頭接受到缺陷反 射信號都可以直接反映到儀器螢光屏上，這就為縱向和周向超聲波同步探傷的組合探頭奠 定了理論基礎。與現有技術相比，本實用新型採用兩組探頭在不同方向、不同位置同時進行探傷 工作，一次探傷掃查即可完成縱向和周向超聲波同步探傷，可明顯縮短探傷時間，提高了檢 測工作效率和速度，由於楔塊耐磨，偏差小，探頭角度變化非常小，耦合也較好，靈敏度高， 穩定好，楔塊磨損非常小，無需更換，節省了探傷材料的消耗，對於不同類型、不同取向的缺 陷檢出率高，確保了探傷質量。同時提高了生產效率、降低了生產成本，可廣泛應用於石油 行業鋼管規格直徑在60 100mm、壁厚在4 16mm中小口徑的油管管端探傷檢測。

圖1是本實用新型的結構示意圖圖2是本實用新型的結構示意圖1的左視圖圖3是本實用新型的結構示意圖1的俯視圖圖4是本實用新型的周向檢測時聲速在管壁內沿軸向傳播示意圖圖5是本實用新型的縱向檢測時聲速在管壁內沿周向傳播示意圖圖中縱波直探頭(1)、有機玻璃探頭楔塊(2)、橫波斜探頭(3)、耐磨金屬(4)、油 管(5)。
具體實施方式
以下結合附圖說明本實用新型的具體實施方式
。本實用新型主要是針對石油行業專用的油井管中直徑在60 100mm、壁厚在4 16mm的油管管端超聲波探傷使用的組合探頭。如圖1、圖2、圖3所示，本實用新型油管管端超聲波探傷用組合探頭，其特徵在於 該組合探頭由縱波直探頭(1)和有機玻璃探頭楔塊(2)、經過探頭座上的螺紋和楔塊上邊 的溝槽鎖緊後轉化成可變角橫波斜探頭進行縱向探傷檢測鋼管縱向缺陷，以及粘接在有機 玻璃探頭楔塊上與其成90°垂直方向的橫波斜探頭(3)進行周向探傷檢測鋼管橫向缺陷 所組成的縱向和周向超聲波探傷檢測的組合探頭。如圖4、圖5所示，本實用新型油管管端超聲波探傷用組合探頭在周向檢測時聲速 在管壁內沿軸向傳播示意圖和縱向檢測時聲速在管壁內沿周向傳播示意圖。所述的有機玻璃探頭楔塊(2)外觀形狀設計是根據在管材橫波探傷法中，因所檢 測管材均滿足壁厚t、外徑D的壁厚外徑比t/D < 0. 2的要求，為了實現內外表面的同時探 測，入射角應滿足SinlCV^) < a < Sin"1 (rCL1/RCS2)入射角允許範圍公式，公式中Cu為探頭楔塊縱波聲速、CL2為鋼管縱波聲速、CS2為鋼管橫波聲速、r為鋼管內徑、R為鋼管外 徑。因一定的入射角對應著一個固定的折射角，所以入射角的選擇既是折射角的選擇。考 慮到應根據管材規格選擇入射角允許的範圍以及獲得較高的橫波透射率的原則，根據實踐 經驗可對部分規格管材的最佳橫波折射角按照「管材橫波接觸法探傷的最佳橫波折射角」 進行選取，並由此針對規格為0 73. 02X5. 51的油管、經過計算後取入射角a為47°、折 射角0為60°，如圖4所示，再根據被探管材規格外徑R確定有機玻璃探頭楔塊(2)的外 觀形狀，如圖所示。為防止楔塊邊緣的雜波反射，在縱波直探頭(1)經過有機玻璃探頭楔塊 (2)後轉化成可變角橫波斜探頭的前沿，即有機玻璃探頭楔塊(2)的上側、右側加工出多個 60°的尖角，以吸收反射雜波。並且在有機玻璃探頭楔塊兩側加裝耐磨金屬(4)，保證探頭 耐磨損程度。所述的縱波直探頭(1)經過探頭座上的螺紋和有機玻璃探頭楔塊(2)上邊的溝槽 鎖緊後轉化成可變角橫波斜探頭進行縱向探傷、檢測鋼管縱向缺陷。所述的橫波斜探頭(3)、有機玻璃探頭楔塊(2)在粘接前要在同規格試樣管上耦 合修磨，使兩個探頭的內外人工刻槽的反射波的波高接近(誤差2db)，然後橫波斜探頭(3) 依據實際修磨探頭和在有機玻璃探頭楔塊(2)上的校正位置，再用502粘合劑粘牢，進行周 向探傷、檢測鋼管橫向缺陷。所述的縱波直探頭(1)、橫波斜探頭(3)的探頭連線的接法如果使用模擬式超聲 波探傷儀(CTS-22型等)，直接將探頭連線接到儀器的兩個插座上，儀器設置在單發單收1、 2檔位置；如果使用數字式超聲波探傷儀，需要將兩探頭連線並接，用一個插頭接到單發單 收插座上即可。然後在人工刻槽的樣管上將內外壁刻槽的反射波的波高按比例調整好掃描 靈敏度，定好基準波高，即可同時進行石油管材管端縱向和周向的超聲波探傷，由於組合探 頭髮射接收的縱、橫波方向不同，因此超聲波束互相之間不會產生幹擾，從而可實現縱向和 周向同步探傷。本實用新型組合探頭可適用於高鋼級油管產品的管端手工超聲波探傷，如P110、 C90、T95、Q125 等鋼級。本實用新型組合探頭所涉及的「管材橫波接觸法探傷的最佳橫波折射角」選取，以 及縱波直探頭(1)、橫波斜探頭(3)均是本領域的通用技術，在此不作詳細敘述。
權利要求一種油管管端超聲波探傷用組合探頭。其特徵是該組合探頭由縱波直探頭(1)和有機玻璃探頭楔塊(2)，經過探頭座上的螺紋和楔塊上邊的溝槽鎖緊後轉化成可變角橫波斜探頭進行縱向探傷檢測鋼管縱向缺陷，以及粘接在有機玻璃探頭楔塊上，與其成90°垂直方向的橫波斜探頭(3)進行周向探傷檢測鋼管橫向缺陷所組成的縱向和周向手工超聲波探傷檢測組合探頭。
專利摘要本實用新型涉及超聲波探傷技術領域。特別是一種油管管端超聲波探傷用組合探頭，其特徵是該組合探頭由縱波直探頭(1)和有機玻璃探頭楔塊(2)，經過探頭座上的螺紋和楔塊上邊的溝槽鎖緊後轉化成可變角橫波斜探頭進行縱向探傷檢測鋼管縱向缺陷，以及粘接在有機玻璃探頭楔塊上的橫波斜探頭(3)進行周向探傷檢測鋼管橫向缺陷所組成的縱向和周向超聲波探傷檢測的組合探頭。本實用新型採用兩組探頭在不同位置、不同方向同時工作，一次探傷即可完成縱向和周向探傷檢測。
文檔編號G01N29/04GK201689077SQ201020159269
公開日2010年12月29日 申請日期2010年4月15日 優先權日2010年4月15日
發明者常少文 申請人:常少文