钻具壁厚差是石油钻具生产的一项主要技术指标。我公司采用钻具壁厚差测试仪器: 超声波测厚仪。超声波测厚仪是一种通用性无损检测仪器。在多年的实践操作中,
我们注意到作为超声波测厚仪的现场使用, 应注意以下几点:
1、对超声波测厚仪的探头的选择
我公司一般选用通用型标称频率为5MHz, 接触面积Ф12mm双晶片结构探头 , 因为材料多为钢 , 超声波声速选在5900m/S。这类探头的基本结构包括晶片、阻尼块和保护膜三部分。探头采用压电效应原理进行电声转换 ,双晶片结构一个发射超声波 , 一个接受超声波 , 中间用隔声层隔开。这类探头灵敏度高 , 表面保护膜采用软性保护膜聚胺脂软性塑料 , 这种软性保护膜可改善声耦合 , 提高声能的传播效率 , 且测量的重复性好 , 它对声能的 损耗达( 6~7) dB。但探头在长期使用后 , 会使保护膜粗糙度增高 , 对发射声波产生一定影响 , 导致分辨率变差 ,灵敏度下降 , 需要及时更换。
2、耦合剂的选用
耦合剂作为实现声能传递的必要途径, 被用作探头与工件之间的高频超声能量传递, 保证软接触 , 在两者界面上起到了排除空气、充添间隙、防磨损、方便探头移动的功能。我公司一般选用甘油、黄油、机油做耦合剂。耦合剂应适量使用, 在工件表面应涂抹均匀。在钻具粗加定位工序中, 工件表面粗糙, 表面上有规则的细槽也会引起测量误差, 因此使用黏度较高声阻抗大的耦合剂黄油。在钻具精车和检验工序中, 钻具表面光洁度较高时, 使用低黏度的耦合剂( 机油、随机耦合剂) 。
3、检定规程与现场
越声波测厚仪使用情况不符合我们仔细研究了国家计量检定规程JJG403- 1986《超声波测厚仪》检定规程, 参照我公司石油钻具壁厚的检测具体情况, 我们认为, 检定规程中一些检定项目的内容与我公司现在的超声波测厚仪的具体使用情况不符合: 曲面壁厚测量下限及准确度。这个检定项目的规定针对薄壁管, 考核超声波测厚仪的测量下限。而石油钻具壁厚差由表1规定。在具体检测中, 钻具壁厚在25mm以上, 结合我公司钻具检测的实际情况, 起草了公司 “超 声波测厚仪校准规范”,将超声波测厚仪纳入计量体系管理目录 , 定期校准。根据钻具壁厚情况, 我们选择接近工件壁厚的工件材料制作试块来校准仪器。试块厚度均匀分布在( 0~200) mm。
在测量厚度前, 首先应清除工件表面的灰尘、污垢和锈蚀物, 在工件表面应均匀涂抹耦合剂, 对于我公司的钻具 , 曲率半径>50mm; 双晶片结构探头中 , 发射晶片功率高, 发射与接收探头座有明显的标志, 不应插错, 否则会造成灵敏度下降。测量前, 要利用随机标准试块校准, 保证测量准确; 一些新型超声波测厚仪具有探头自校准功能。测量中我们选择探头串音隔层板与工件轴线垂直, 使用探头座压紧探头, 保证探头与工件表面接触良好。当出现示值跳跃不定时, 不要轻易确定测量结果, 要细心摆动探头, 使其与钻具壁正交。为避免耦合剂薄膜的多次反射或其他杂波信号引起的假读数, 一定要出数稳定且能重复呈现后再读取数据; 示值轻微跳动, 一般以较小测值为准。
4.对于一些新材料工件, 在用超声波测厚仪进行测量厚度时, 测量难度较大
经理化检测分析, 这类表层材料首先组织晶粒的粗大和组织不够致密造成超声波能量的极大衰减, 当超声波波长与金属晶粒大小相当或小于金属晶粒尺寸时, 材料的吸收衰减和散射衰减均很显著, 这样降低了超声波的穿透能力, 易造成晶界反射; 其次, 由于晶粒的粗大和存在粗大异相组织, 将产生草状回波, 使测厚出现错误; 当材料内部存在分层、夹杂、裂纹等缺陷时, 探头轴线垂直于缺陷反射面时, 仪器显示的是钻具内部缺陷的厚度值 ; 缺陷反射面倾斜角度过大或和探头轴线平行时, 晶片可能接收不到反射信号, 出现无读数。为此, 我们对这些材料工件在加工工艺上进行了改进, 尽量削弱或避免这些表层材料对超声波的衰减, 达到准确测量。