超声波无损探伤在油管检测中的应用

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　　【摘 要】油管是油田开发生产过程中的主要材料，随着石油工业的发展，对油管的需求量与日俱增。由于使用周期的增加，油管的损坏程度增大，产生失效的几率超高，若不及时对其质量进行科学的技术检测，会对油田的生产造成很大的影响。通过超声波无损检测技术可有效对油管缺陷进行检测。本文阐述油管无损检测技术在油田开发生产中的意义、使用原理及应用效果。介绍了超声波无损探伤技术具有的准确率高、适用性强、应用方便、易自动化等优点，着重介绍了超声波的特性和在钢管无损探伤中的应用。
　　【关键词】油管；油管在线无损栓测研究应用；超声波；无损探伤
　　1.超声波的基本原理
　　超声波是由对象振动产生的可听见的声波。人们可以听到的频率范围是20Hz至0000Hz。20Hz以下是声波，这是高于20000Hz的高。其原理是传播在由干扰源在弹性介质中的超声波。由于传播距离的增加和能量被介质吸收，超声波的强度衰减时，和机械能和电能的转换的信号由超声波传感器显示。从而实现对所测量物体内部的观察，由于超声波无损探伤具有准确率高、适用性强、应用方便、易自动化等优点，被广泛应用在很多地方。
　　2.超声波的模式特性
　　2.1超声波的谐振模式
　　①探针具有导波共振的不同模式，其是轴对称和非轴对称模式。通过将探针在在管的外侧的环的形状，可以得到在轴对称共振模式的导波。这种模式更容易激发；由于探头外的管保持其平面同时绕着中心旋转，其激发出的轴对称模式保持原样，当把探头放到管子中时，便可在管内激发出轴对称的纵向谐振模式的导波
　　②谐振模式还可利用其他方法在管壁内产生间隔相同的导波来形成。这种模式只能在纵向进行压缩和伸展运动，不能在横向进行移动。当把超声波探头斜向放置在管子里面不对称谐振模式的导波被激励，并且其形式通常为一个双螺旋的形式。在双螺旋形式的导波从探头扩散到管的侧面，到达底部端，然后被包围后伸展，散布在管中。
　　2.2导波的频射特性
　　①就是会随相速度的频率不同而变化。
　　由于脉冲是由多个频率不同的谐波组成的，各个整个脉冲的群速度不等于单个谐波的相速度，导波以群速度向前传播，而相速度则由于各谐波频率不同而有所改变。
　　3.超声波无损探伤的定义及方法
　　超声波无损探伤技术是目前应用非常广泛的一种无损探伤检测手段。它既可以用来检测物体表面的缺陷，又可以探测到物体内部几米深的缺陷，而这是其他检测手段所无法达到的深度。超声波无损探伤技术具有灵敏度高、周期短、灵活方便、成本低、效率高，并且对人体不产生不良影响等优点，但同时其也具有不少缺点。超声波探伤的方法有很多种，常用的一般使脉冲反射法。由这一原理就可以设计出脉冲反射式超声波探伤仪。目前所用的脉冲反射式超声波探伤仪大多是扫描方式，显示器纵坐标显示的是反射波的幅值，而横坐标显示的是超声波在物体传播的距离或是时间。
　　4.油管现场无损检测技术原理
　　4.1现场无损检测装置探伤原理
　　磁化系统磁化测量的油管。当存在裂纹，凹坑，通孔和油管，漏磁场或磁化主磁能的内表面上的管壁的变化产生的。这些变化是由探伤传感器获得。信号调节和放大被放大后，在A / d转换成数字信号，并传送到计算机。计算机使用探伤分析软件来分析和处理缺陷信号和以弯曲的形式显示它。
　　①接线盒；②探头总成；③油管；④定心随动机构；⑤外壳；⑥法兰盘。
　　5.应用方法
　　①超声波相控阵检测法
　　超声相控阵检测技术的应用开始于20世纪60年代，并已被广泛应用于医学超声成像领域。这是从传统的超声波无损检测技术不同。相控阵超声无损检测的基本特性是相控制，包括发射。局部相位控制和所述接收部分的相位控制。相控阵技术需要在一个传感器上的多个入射方向。干涉现象的发生从而严重影响到输出的检测结果，所以目前采用相控阵技术的油管超声波检测线速度一-般低于1.0m/s。德国的NUTRONK公司在应用相控阵技术的同时在检测中利用大量的检测元件同时对试件进行检测，检测速度提高到1.3m/s.
　　②涡流检测法
　　涡流检测的原理是用高频振荡器供给激磁线图产生激磁电流，并在被检测件中感应出涡状电流，涡流又产生自己的磁场，涡流磁场的作用削弱激磁磁场的变化，由于涡流磁场中包含着管材状况等各种信息（如油管中存在的各种缺陷），仪器通过检测线图把涡流磁场信号检出，进行滤波、鉴相、放大等处理，并抑制非缺陷的各种噪声信号（如材料性能的差异、运动不平稳等），以此来判别管材中缺陷的存在.涡流探伤有点探头式和穿过式2种基本方法。
　　③漏磁检测法
　　漏磁检测的基本原理是：通过外加强大的磁场对铁磁性材料进行磁化到饱和，当被磁化的铁磁材料存在缺陷时，即在材料表面形成漏磁场，检测线圈或霍尔元件检测到漏磁场并将其转化为电流或电压的大小，依此反映缺陷的大小和位置。漏磁检测法具有速度快、灵敏度高、穿透能力强、不受油水影响、耐高温等特点，可以同时检测油管的表里的缺陷，探头装置结构简单，易于实现，成本低，操作简单。可以实现全自动化检测，非常适合在生产线上进行质量检测和生产过程控制。因此，在现今众多油管内外缺陷的检测方法中，漏磁检测方法使用最为广泛[1.2]。
　　③超声波漏磁组合式无损检测法
　　各种检测方法都有其各自的特点，或多或少存在一些不足之处，组合式无损检测法就是将多种检测方法组合起来使用，达到扬长避短的目的，实现检测系统的功能要求。对于油管在线检测，为了能同时检测到油管的内外缺陷及壁厚的变化，典型的组合是将漏磁纵；向、横向及超声波測厚设备组成一个检测系统。
　　6.超声波探伤
　　超声波探伤运用两种不同的激发和接收原理，对于传统的压电式探伤，超声波由探头发出后，通过介质（通常是水）传送到油管上；然而电磁超声波探伤则不需要介质，因超声波是通过油管的纵向磁感应而产生的。由于采用的是无触点探伤方式，因此可使测试工件保持干超声波缺陷探伤的工作原理或者是将多个探头布置在同一机头上。
　　7.结论及建议
　　①油井在长期的开发过程中，油井中油管的偏磨日趋严重，尤其是在井斜度较大的井段，出现油管壁厚减簿或孔洞，因此，在作业现场，及时而准确地对并下油管进行检测，可以避免无功作业，大大提高油井作业的周期。
　　②该装置在使用的过程中发现，对于外围上粘满粘稠油的油管，在检测的时候，易出现探头不灵，检测的结果有误差，油管应在通过检测的装置时附带一个刮削装置。这样，检测的效果就会更佳。
　　超声波无损探伤技术具有多种优点，能够一次性测量长距离物件，效率高，现场操作简单快速，所用时间短同时代价较低，检测过程不受管材上覆盖的杂物影响，具有很强的实用性，目前已成为无损检测的主要热门手段，由于不能够直观显示缺陷，成像技术的应用还不是很成熟，造成了一定的局限，因此未来的发展方向应该向信号处理、图像成型等方向发展，使其技术更加成熟。
　　参考文献：
　　[1]王晓华，曾鸣，王文明，张仕民，王葆葆.基于连续油管的超声波管道检测装置设计[J].石油矿场机械，2013，42（12）：51-54.
　　（作者单位：1.中国石油天然气股份有限公司青海油田管道输油处；
　　2.中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司蜀南气矿）
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