【摘 要】
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石油钻杆是钻井工作中的重要工具,管体和接头通过对焊的方式连接,为增强接头强度,管体两端需要进行加厚处理。钻杆工作时承受多种载荷,其在高温高压环境中服役且含有多种腐蚀
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石油钻杆是钻井工作中的重要工具,管体和接头通过对焊的方式连接,为增强接头强度,管体两端需要进行加厚处理。钻杆工作时承受多种载荷,其在高温高压环境中服役且含有多种腐蚀介质。加厚过渡带消失端容易产生应力集中,在腐蚀环境中极易发生缺陷,导致钻杆失效,造成重大经济损失,因此对石油钻杆加厚过渡带进行无盲区检测是确保钻井工作能够安全高效进行的关键程序。本文采用超声波检测方法对石油钻杆加厚过渡带进行无盲区检测。论文完成了超声波直探头和水浸聚焦探头的设计和加工,分别根据两种探头的特点设计耦合装置,通过实验检验超声检测系统的检测结果准确性和精确度。研制的普通直探头发射频率为5MHz,压电晶片材料选用锆钛酸铅压电陶瓷(PZT-5X),晶片直径为8mm,阻尼块材料为环氧树脂加钨粉,保护膜选用有机玻璃制成。将直探头保护膜制成弧形曲面,其曲率与钻杆外表面相同。随后对探头匹配电路进行分析。分别对发射频率为2MHz、2.5MHz、3MHz和4MHz的圆形换能器的超声波声场进行模拟分析,表明随着发射频率的增大,声束的指向性变好,近场区长度增加。聚焦探头通过声透镜使超声波会聚,声透镜材料选用有机玻璃。对耦合装置内部流场进行模拟分析,流体进入耦合装置内部流场后能够充分流动,探头下部区域压力稳定,流体可以将探头和工件表面的空气排除,有助于增强耦合效果。通过使用超声波检测系统对标准试块进行检测,其检测结果最大误差为0.1mm,表明超声波检测系统检测结果精度较高。通过采用普通直探头对现场实际使用的钻杆和管道制成试块进行检测实验,检测结果准确,能够满足实际需求。通过采用水浸聚焦探头对加工的台阶试块和斜面试块进行检测实验,分析检测数据可知,检测结果所得缺陷的形状和尺寸与实际缺陷一致。
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