助理工程师论文加重钻杆耐磨带的超声波探伤应用

　　【摘要】根据加重钻杆耐磨带的敷焊形式和工艺特点，参考GB/T5777-1996标准，利用CSK-ⅢA标准试块，制作了距离-波幅曲线。应用超声波对加重钻杆耐磨带进行探伤，详细说明检测耐磨带及热影响区内部缺陷过程中出现问题和判断方法，制定一套合理的检测技术措施，解决了耐磨带内部缺陷无检验方法的问题。

　　【关键词】助理工程师论文,加重钻杆,耐磨带,热影响区,试块,超声波探伤,内部缺陷

　　加重钻杆在井下使用过程中，在高温高压情况下受到井底压力、钻柱拉力、钻具纵振和扭力的作用，耐磨带表面和内部经常会产生表面裂纹和内部疲劳裂纹，这种裂纹对加重钻杆有没有危害？什么样的裂纹危害大？表面裂纹会不会延伸至本体，对加重钻杆的井下使用带来风险？至今没有一套准确的检测方法和判定标准。

　　目前.生产上加重钻杆耐磨带及热影响区超声检测，主要GB/T11345-1989和GB/T5777-1996两个标准进行，GB/T11345-1989选用Φ3-40mm的长横孔来对缺陷进行当量评判，GB/T5777-1996选用Φ1-30mm的短横孔来对缺陷进行当量评判。由于加重钻杆在实际生产中的重要性，选用检测灵敏度高的GB/T5777-1996标准为当量评判标准。

　　在本文中结合实际探伤操作。综合考虑了这两种标准的技术要求，制作了一种对比试块，对127mm加重钻杆耐磨带进行超声检测。并对检测结果进行了解剖验证。

　　1检测方法及检测过程

　　1.1耐磨带敷焊形式及焊缝尺寸

　　敷焊形式及尺寸如图1所示

　　图1加重钻杆两端接头和中间部位的耐磨带焊接位置

　　公接头焊接长度LP母接头焊接长度LB焊接厚度H

　　76～101mm76～101mm2.8～4.0mm

　　中间部位焊接长度L焊接厚度H

　　76～80mm2.8～4.0mm

　　耐磨带表面及热影响区不得有焊瘤、直径大于1.5mm的大颗粒飞溅物、气孔、咬边，不得有高鼓包、严重的起棱。搭接部位不得有超过宽3.2mm、深1.6mm的凹沟。

　　1.2检测方法及仪器

　　1.2.1检测方法

　　用横波探伤法对焊接接头进行检测。加重钻杆外径168.3mm，内径76.2mm，加上耐磨带厚度，管壁厚在30mm左右。耐磨带敷焊在管体表面，敷焊厚度2.8～4.0mm，只能使用一次反射法扫查检测。考虑加重钻杆管体较厚，为了提高分辨率和定位精度，并缩短声程，根据GB/T5777-1996标准的，选用K1的探头。在CSK-ⅠA试块上确定探头前沿，其指向性符合GB/T5777-1996标准相关规定。

　　图2斜探头探伤时扫查位置示意图

　　从图2上看出，探伤时斜探头沿箭头方向从A位置向C位置连续移动，这种扫查方式可以有效提高探伤的准确性以及防止漏检是有好处的。

　　1.2.2探伤仪及试块

　　探伤仪用PXUT-330型数字式超声波探伤仪。其主要技术指标如下：频带范围0.4～15MHz；增益：120db，0.1、0.2、6.0步进；动态范围≥30db；垂直线性≤4%；水平线性≤1%；探测范围0～5000mm；分辨率≥30db：声程位移0～2000mm。

　　图3检测表面裂纹的对比试块

　　选用GB/T5777-1996标准的Φ1-30mm的短横孔来对缺陷进行当量评判。可以进一步减少当量孔直径.提高判废标准。但容易受一些伪缺陷波形的干扰，形成误判。例如：两道耐磨带焊缝间的凹陷的菱角的反射波，焊缝粗大柱状晶界面的反射波，以及管体材质和焊丝材质声速不同引起的反射波偏折等。

　　1.2.3距离―波幅（DAC）曲线的制作

　　在CSK-ⅢA试块上制作DAC曲线，为以Φ1mm标准反射体绘制.得到此时探伤仪的增益值。选用级别A级，此时判废线为DAC值，定量线为DAC-10dB，评定线为DAC-16dB，因为主要探测耐磨带横向缺陷，需要在各线灵敏度提高10dB所以得到取值为判废线为DAC+6dB，定量线为DAC-4dB，评定线为DAC-10dB。

　　图4距离―波幅曲线

　　再用图4所示的对比试块，调节灵敏度，测定将波高由评定线升至定量线增加增益3dB。

　　1.3探伤过程

　　共对加重钻杆耐磨带进行了超声检测。探伤时所使用的耦合剂为20#机油。探头在工件表面的移动方式如图5所示。探头的移动轨迹近似“之”字形，沿焊缝周向的移动间距为10mm左右；沿焊缝轴向的移动距离为110mm（2个跨距左右）。移动时探头左、右转动的角度约为10°～15°超声检测后。

　　k1探头为保证整个焊缝截面的声束覆盖，探伤仪应选择比例1：2，在探伤过程中，采用提高3dB方法发现缺陷，再用降低3dB方法检测缺陷。探伤过程中发现位于一区缺陷要定位，发现二区缺陷定位并测量长度。

　　图5探头移动方式示意图

　　2检测结果与分析

　　2.1检验结果判定

　　在对已发生井下断裂的加重钻杆进行剖面检测分析时发现，全部都是由于横向裂纹的延伸至本体，造成的加重钻杆横向断裂。所以我们将探测与钻杆轴线角度超过45度的斜向裂纹放在首要位置。在检测过程中：

　　（1）发现超过评定线的裂纹，长度超过10mm，裂纹定位在耐磨带的，将耐磨带车掉，重新敷焊；发现裂纹在加重钻杆本体上的，整根钻具报废。

　　（2）其余情况则视为合格。

　　2.2检验过程常见假信号的识别

　　（1）焊脚反射、沟槽反射等讯号的识别：对耐磨带检测时发现.出现如图6所示的尖脉冲式的缺陷波，缺陷波的幅值大部分位于图4中的I区，即位于判废线以下。仅有少数波形的幅值超过II区。缺陷波在检测范围内均不时出现，略微移动探头，缺陷波立即消失，再次移动探头缺陷波马上出现。根据水平距离判断出缺陷基本位于焊缝表面，可采用将探头放在图2的B位置上，看是否出现反射波，无反射波判定为假讯号。或者用手指轻轻碰击定位处，反射波跳动为假讯号。

　　图6焊接反射缺陷波

　　（2）气孔、夹杂等讯号的识别：气孔体积一般不大，呈椭圆状，单峰且反射率低，、从各个角度探测，反射波大体相同。夹渣一般也是体积状，反射率低，成多个波峰，从各个方向探测，当量各不相同。

　　3结论

　　（1）加重钻杆耐磨带及热影响区的焊脚、沟槽的反射波，具有波幅低（一般不会超过判废线）、波幅高度变化大，反射波不连续的特点，故在进行超声检测时应预以特别注意，与裂纹区分开，以免造成误判。

　　（2）耐磨带的超声检测，在2010年11月-2011年7月生产过程中，未发生加重钻杆耐磨带断裂，造成井下事故。

　　参考文献：

　　[1]尚志运.检测声学原理及应用[M].西安：西北大学出版社，1996.

　　[2]贺有旭，马彩霞.石油钻铤窄间隙脉冲焊接头的超声检测.石油机械，2008（08）.