CN201689077U - 油管管端超声波探伤用组合探头 - Google Patents

油管管端超声波探伤用组合探头 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及超声波探伤技术领域。特别是一种油管管端超声波探伤用组合探头，其特征是该组合探头由纵波直探头(1)和有机玻璃探头楔块(2)，经过探头座上的螺纹和楔块上边的沟槽锁紧后转化成可变角横波斜探头进行纵向探伤检测钢管纵向缺陷，以及粘接在有机玻璃探头楔块上的横波斜探头(3)进行周向探伤检测钢管横向缺陷所组成的纵向和周向超声波探伤检测的组合探头。本实用新型采用两组探头在不同位置、不同方向同时工作，一次探伤即可完成纵向和周向探伤检测。

Description

油管管端超声波探伤用组合探头
技术领域
本实用新型涉及超声波探伤技术领域，特别是一种用于油管管端纵向和周向手工超声波探伤检测的组合探头。
背景技术
本实用新型涉及超声波探伤技术领域，特别是一种用于油管管端纵向和周向超声波探伤检测的组合探头。在石油专用管材的无损检测领域中，超声波检测作为一种有效的检测方式已经得到了广泛的应用。它利用超声波在金属中的传播速度快等特性，通过分析反射回来的缺陷回波来检测判定缺陷。目前，国内的油管制造过程中超声波检测仪器有很多，但现场使用的超声波自动探伤检测很多问题，如因超声波自动探伤检测仪器所限，在管端留有50～100mm的探伤盲区问题，未得到解决。
美国石油学会API spec 5CT标准规定：需要管体在进行自动探伤后，未经检验的管端，要么被切除；要么由人工进行管端荧光磁粉探伤检测；要么由人工进行管端手工超声波探伤检测。切除未经检验的管端，会造成资源的浪费。管端荧光磁粉检测对管材的线状裂纹、瞳孔、盲孔等缺陷会大量漏检，且退磁不好，在管材上的剩磁危害较大，不便于探伤检测后的管螺纹加工。而管端手工超声波探伤检测，特别是API spec 5CT标准中一些高钢级产品，如：P110、C90、T95、Q125等钢级，标准要求均需进行内外表面上的纵向和周向两个方向的缺陷检测。检测纵向方向的缺陷时超声波声速在管壁内沿周向方向传播，检测横向方向的缺陷时超声波声速在管壁内沿轴向方向传播。纵向和周向的缺陷检测均应在管体内的两个不同方向进行。
现有的超声波探伤技术对油管的纵向和周向各类缺陷实施检测时，根据管体母材的缺陷性质，常用的探伤方法采用横波接触探伤法，纵向和周向的缺陷检测各检测一次，一只钢管的管端检测，至少需要由两个人来用纵向和周向探头分别各检验一遍，或一个人用两种纵向和周向探头分别各探一遍，而且探头的磨损量相当大，且在检测的过程中，由于探头磨损致使角度发生变化，还需要经常校验灵敏度，以防缺陷漏检，这种探伤方法虽然能够保证探伤质量，但是探伤效率低，不利于大批量管料的探伤。
中国专利申请号：200920015248.X主要是针对规格直径在100～300m m、壁厚在5～30mm的大口径油管和套管管端纵向和周向超声波探伤的组合探头，并未解决规格直径在60～100mm、壁厚在4～16mm的中小口径的油管管端纵向和周向组合超声波探伤问题。
发明内容
为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种用于直径在60～100mm、壁厚在4～16mm的油管管端纵向和周向超声波探伤组合探头，保证判别缺陷的准确可靠，该探伤组合探头由纵波直探头(1)和有机玻璃探头楔块(2)，经过探头座上的螺纹和楔块上边的沟槽锁紧后转化成可变角横波斜探头进行纵向探伤检测钢管纵向缺陷，以及粘接在有机玻璃探头楔块上，与其成90°垂直方向的横波斜探头(3)进行周向探伤检测钢管横向缺陷所组成的组合探头，并且在有机玻璃探头楔块两侧加装耐磨金属，保证探头耐磨损程度。
本实用新型油管管端超声波探伤用组合探头，其特征在于工作原理是该探伤组合探头采用两组探头在不同方向、不同位置有机组合后，根据超声波叠加原理和惠更斯原理可知：几列波相遇后，各列波仍保持它们各自原有的特性不变，并按照自己原来的传播方向继续前进。利用惠更斯原理，可以确定不同波源辐射的超声波的传播方向虽说不同，但同样可以接受到不同方向的各自超声波反射回波，并且它们各自同时进行探伤工作，一次探伤即可完成纵向和周向超声波同步探伤，并不相互干扰，两个不同方向的探头接受到缺陷反射信号都可以直接反映到仪器荧光屏上，这就为纵向和周向超声波同步探伤的组合探头奠定了理论基础。
与现有技术相比，本实用新型采用两组探头在不同方向、不同位置同时进行探伤工作，一次探伤扫查即可完成纵向和周向超声波同步探伤，可明显缩短探伤时间，提高了检测工作效率和速度，由于楔块耐磨，偏差小，探头角度变化非常小，耦合也较好，灵敏度高，稳定好，楔块磨损非常小，无需更换，节省了探伤材料的消耗，对于不同类型、不同取向的缺陷检出率高，确保了探伤质量。同时提高了生产效率、降低了生产成本，可广泛应用于石油行业钢管规格直径在60～100mm、壁厚在4～16mm中小口径的油管管端探伤检测。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图
图2是本实用新型的结构示意图1的左视图
图3是本实用新型的结构示意图1的俯视图
图4是本实用新型的周向检测时声速在管壁内沿轴向传播示意图
图5是本实用新型的纵向检测时声速在管壁内沿周向传播示意图
图中：纵波直探头(1)、有机玻璃探头楔块(2)、横波斜探头(3)、耐磨金属(4)、油管(5)。
具体实施方式
下面结合附图说明本实用新型的具体实施方式。
本实用新型主要是针对石油行业专用的油井管中直径在60～100mm、壁厚在4～16mm的油管管端超声波探伤使用的组合探头。
如图1、图2、图3所示，本实用新型油管管端超声波探伤用组合探头，其特征在于该组合探头由纵波直探头(1)和有机玻璃探头楔块(2)、经过探头座上的螺纹和楔块上边的沟槽锁紧后转化成可变角横波斜探头进行纵向探伤检测钢管纵向缺陷，以及粘接在有机玻璃探头楔块上与其成90°垂直方向的横波斜探头(3)进行周向探伤检测钢管横向缺陷所组成的纵向和周向超声波探伤检测的组合探头。
如图4、图5所示，本实用新型油管管端超声波探伤用组合探头在周向检测时声速在管壁内沿轴向传播示意图和纵向检测时声速在管壁内沿周向传播示意图。
所述的有机玻璃探头楔块(2)外观形状设计是根据在管材横波探伤法中，因所检测管材均满足壁厚t、外径D的壁厚外径比t/D＜0.2的要求，为了实现内外表面的同时探测，入射角应满足Sin-1(CL1/CL2)＜α＜Sin-1(rCL1/RCS2)入射角允许范围公式，公式中CL1为探头楔块纵波声速、CL2为钢管纵波声速、CS2为钢管横波声速、r为钢管内径、R为钢管外径。因一定的入射角对应着一个固定的折射角，所以入射角的选择既是折射角的选择。考虑到应根据管材规格选择入射角允许的范围以及获得较高的横波透射率的原则，根据实践经验可对部分规格管材的最佳横波折射角按照“管材横波接触法探伤的最佳横波折射角”进行选取，并由此针对规格为Φ73.02×5.51的油管、经过计算后取入射角α为47°、折射角β为60°，如图4所示，再根据被探管材规格外径R确定有机玻璃探头楔块(2)的外观形状，如图所示。为防止楔块边缘的杂波反射，在纵波直探头(1)经过有机玻璃探头楔块(2)后转化成可变角横波斜探头的前沿，即有机玻璃探头楔块(2)的上侧、右侧加工出多个60°的尖角，以吸收反射杂波。并且在有机玻璃探头楔块两侧加装耐磨金属(4)，保证探头耐磨损程度。
所述的纵波直探头(1)经过探头座上的螺纹和有机玻璃探头楔块(2)上边的沟槽锁紧后转化成可变角横波斜探头进行纵向探伤、检测钢管纵向缺陷。
所述的横波斜探头(3)、有机玻璃探头楔块(2)在粘接前要在同规格试样管上耦合修磨，使两个探头的内外人工刻槽的反射波的波高接近(误差2db)，然后横波斜探头(3)依据实际修磨探头和在有机玻璃探头楔块(2)上的校正位置，再用502粘合剂粘牢，进行周向探伤、检测钢管横向缺陷。
所述的纵波直探头(1)、横波斜探头(3)的探头连线的接法：如果使用模拟式超声波探伤仪(CTS-22型等)，直接将探头连线接到仪器的两个插座上，仪器设置在单发单收1、2档位置；如果使用数字式超声波探伤仪，需要将两探头连线并接，用一个插头接到单发单收插座上即可。然后在人工刻槽的样管上将内外壁刻槽的反射波的波高按比例调整好扫描灵敏度，定好基准波高，即可同时进行石油管材管端纵向和周向的超声波探伤，由于组合探头发射接收的纵、横波方向不同，因此超声波束互相之间不会产生干扰，从而可实现纵向和周向同步探伤。
本实用新型组合探头可适用于高钢级油管产品的管端手工超声波探伤，如：P110、C90、T95、Q125等钢级。
本实用新型组合探头所涉及的“管材横波接触法探伤的最佳横波折射角”选取，以及纵波直探头(1)、横波斜探头(3)均是本领域的通用技术，在此不作详细叙述。

Claims (1)

1.一种油管管端超声波探伤用组合探头。其特征是该组合探头由纵波直探头(1)和有机玻璃探头楔块(2)，经过探头座上的螺纹和楔块上边的沟槽锁紧后转化成可变角横波斜探头进行纵向探伤检测钢管纵向缺陷，以及粘接在有机玻璃探头楔块上，与其成90°垂直方向的横波斜探头(3)进行周向探伤检测钢管横向缺陷所组成的纵向和周向手工超声波探伤检测组合探头。
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