腐蝕鉆桿的超聲相控陣檢測研究

魏同鋒

（渤海船舶職業學院，遼寧興城125105）

腐蝕鉆桿的超聲相控陣檢測研究

魏同鋒

（渤海船舶職業學院，遼寧興城125105）

鉆桿是鉆井平臺的重要組成部分。為了對有缺陷的鉆桿進行合理利用，提高其生產安全并降低成本，有必要對鉆桿的人工缺陷和自然缺陷進行超聲相控陣檢測并分析比較。試驗結果表明，使用SUPOR-32P超聲成像檢測儀和配有弧形楔塊的128陣元相控陣探頭，進行A+B+[C]成像，并結合實際自然缺陷樣管檢測，能夠滿足鉆桿的腐蝕檢測需求。

鉆桿；腐蝕；相控陣

鉆桿是鉆井平臺的重要組成部分，其在工作過程中受拉力和壓力作用的同時，還受到鉆井液的腐蝕，容易在內壁產生腐蝕，從而降低極限承載能力。鉆桿在使用前，有必要對其腐蝕情況進行有效評定，對有缺陷的鉆桿進行合理利用，提高鉆桿的生產安全，降低成本。本文通過對鉆桿對比試塊的人工缺陷和實際鉆桿的自然缺陷進行超聲相控陣檢測研究，驗證了超聲相控陣檢測技術對腐蝕鉆桿檢測的可行性和有效性。

1 試驗內容

1.1 試驗材料

為了驗證檢測效果的有效性使用了兩種不同的樣管進行測試。1號樣管用于設置人工缺陷，驗證缺陷的檢測能力和檢測效果；2號樣管用于驗證真實缺陷檢測效果。

1號樣管外壁比較光滑，內部不光滑，稍粗糙。為驗證缺陷檢測效果，在管內部加厚處加工了直徑為5 mm的6個不同深度的平底孔人工缺陷，用于驗證系統的靈敏度和分辨力。實物如圖1所示，缺陷從右至左編為1～6號。其實際尺寸參數如表1所示。

表1 1號樣管人工缺陷尺寸參數

2號樣管外壁光滑，內部有自然腐蝕缺陷，用于驗證系統對于自然缺陷的識別能力，如圖2所示。管子的測量尺寸參數如表2所示。

圖2 2號樣管外觀圖

表2 2號樣管測量尺寸參數

1.2 試驗方法和設備

對鉆桿的內壁進行腐蝕檢測，使用SUPOR-32P超聲成像檢測儀和配有弧形楔塊的128陣元相控陣探頭，結合專用的腐蝕檢測軟件包、鏈式管道二維掃查架和自動耦合裝置，采用A+B+ [C]成像方式。 [C]表示深度C掃描，它是將工件的不同厚度值以不同的顏色表示，這樣在檢測時可以直觀的通過顏色差別初步篩選出厚度超標的部位，然后再使用測量光標對缺陷進行精確測量。探頭和楔塊由帶有編碼器的掃查架帶動，繞檢測工件轉動一周完成一次檢測，檢測過程中采用水耦合，耦合劑由自動注水套件提供，系統如圖3所示。繞工件旋轉一周檢測完成后，探頭沿工件軸向移動一定距離，再次繞工件旋轉一周完成第二次檢測，如此重復，完成整個工件的檢測過程。

圖3 相控陣檢測系統

2 試驗結果

2.1 1號樣管人工缺陷檢測結果

2.1.1 缺陷檢測圖譜

φ5 mm人工缺陷檢測結果如圖4、圖5所示。其中圖4為缺陷1～5號的檢測結果，圖5為缺陷2～6號的檢測結果。在檢測中，將工件厚度10～20 mm以0.5 mm為步進，分為20種顏色。當缺陷深度大于19.5 mm時，以紅色表示；當缺陷深度小于10 mm則全部以白色表示。從圖4和圖5顯示的缺陷顏色觀察，可以初步判斷6個φ5 mm的缺陷都能夠被檢測出來。

圖4 φ5 mm人工缺陷1～5號檢測圖

圖5 φ5 mm人工缺陷2～6號檢測圖

2.1.2 缺陷測量結果

由于樣管僅有真實管的1/3左右，無法使用掃查架的編碼器掃描，只能使用手動時基掃描，因此只能測量缺陷的深度值而無法測量缺陷的幾何尺寸，6個φ5 mm缺陷深度測量結果如表3所示。

表3 φ5 mm缺陷深度檢測結果

2.1.3 結果分析

從測量結果看，1號樣管超聲測量自身厚度，即缺陷周邊工件厚度的測量值比表1的實際測量值大2 mm左右。造成這種偏差的原因是其表面比較粗糙，造成延時校準的精度不高。

機械加工人工孔使用數字游標卡尺測量值與使用超聲測量值存在一定偏差，缺陷1和缺陷4的孔深偏差較大。超聲測量時是尋找缺陷的最高波，并以最高波為測量點，而機械數字游標卡尺測量時，由于工件內表面不光滑且有比較大的曲率，測量值難以準確。

從圖4和圖5可以看出缺陷幾何尺寸不規則，機械加工的是圓形平底孔，但圖中表現出的并不是規則圓形，只能說是比較接近圓形。之所以出現這種情況，一是由于使用的是手動時基掃描，探頭移動靠人手移動，移動速度難以均勻會造成缺陷幾何尺寸失真，這一點在其他檢測對象應用時基掃描中已經得到驗證，通過使用高精度編碼器掃描，這個問題可以解決；二是由于超聲波打到平底孔缺陷的端角時，超聲的反射路徑不是垂直的，會造成缺陷的幾何尺寸出現與實際的偏差，這個原因難以得到解決，但就面積型腐蝕缺陷檢測來講，這個差別是可以接受的。

2.2 2號樣管自然缺陷檢測結果

2.2.1 缺陷檢測圖譜

2號樣管檢測的是一段厚度連續變化的區域，因此檢測結果的顏色比較豐富，且能夠看出其一個厚度變化趨勢。自然缺陷檢測結果如圖6所示。在檢測中，實物測量顯示自然缺陷是約為70 mm×40 mm的一片區域。圖6中的紅色圓圈顯示了一個片狀的缺陷，對應圖 2的自然缺陷。箭頭1處主要是深灰色區域，出現了白色和淺灰色即表示工件厚度生了變化，B型圖中“厚度異常”處就是指的這個變化。箭頭2處的白色表示較淺腐蝕的缺陷區域，因為這個部分的工件厚度相對箭頭1處是比較薄的。

圖6 自然缺陷檢測結果

2.2.2 缺陷測量結果

對箭頭1處的缺陷進行了測量，此處工件厚度為10.52 mm，周圍工件厚度為11.69 mm，即缺陷厚度為1.17 mm。與表2中測量值1.4 mm有一定偏差。箭頭2處的工件厚度波動在0.5 mm以內。

2.2.3 結果分析

實際工件自然缺陷的檢測，由于腐蝕缺陷深度變化有連續性，因此檢測結果的圖譜較人工缺陷分析比較困難，但面積型缺陷分析相對容易，因此對于孔狀缺陷需要仔細分析，否則容易漏檢。

3 結論

使用SUPOR-32P超聲成像檢測儀和配有弧形楔塊的128陣元相控陣探頭，配合深度C掃描可以滿足鉆桿的腐蝕檢測需求，可以檢測出孔徑5 mm、孔深0.5 mm的人工缺陷孔，且檢測結果比較直觀并易于判斷，測量方法也比較簡單。試驗證明超聲相控陣技術對鉆桿內壁腐蝕具有足夠的檢測靈敏度。結合實際自然缺陷樣管的檢測效果可以看出由于自然樣管內部加厚區域是一個過渡區域，對于檢測結果的分析仍需要十分仔細，否則容易漏檢。使用自動注水設備可以實現水耦合的持續均勻供給，配合掃查架檢測可以實現缺陷幾何尺寸的測量。

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[4]郭偉燦,錢盛杰,凌張偉.換熱器管板角焊縫相控陣自動超聲檢測技術研究[J].壓力容器,2015(8):69-74.

［責任編輯：劉 月］

Research on Ultrasonic Phased Array Inspection of Corrosion Drill Pipe

WEI Tongfeng
(Bohai Shipbuilding Vocational College,Xingcheng 125105,China)

Drill pipe is an important part of the drilling platform.In order to rationally utilize the defective drill pipe,improve its production safety and reduce its cost,the researcher makes ultrasonic phased array inspection,analysis and comparison of drill pipe's artificial defects and natural defects.The experiment results show,it can meet the drill pipe's corrosion inspection requirements to use SUPOR-32P ultrasonic imaging detector,128 element phased array probe equipped with arc wedge,and A+B+[C]imaging mode,combining with the actual inspection effects of the sample pipe's natural defect.

drill pipe;corrosion;phased array

TB553

A

2095-5928（2016）01-33-04

10.16850/j.cnki.21-1590/g4.2016.01.010

2015-09-15

魏同鋒（1982-），男，山東臨沂人，講師，碩士，研究方向：焊接及焊接質量檢測技術。