石油鉆桿接頭超聲波檢測方法研究摘要石油鉆桿接頭是石油開采中重要的專用部件之一。為保證在井下的安全使用，接頭不允許有超過標(biāo)準(zhǔn)的缺陷存在。因此，對石油鉆桿接頭進(jìn)行缺陷檢測已成為其生產(chǎn)中不可缺少的環(huán)節(jié)。超聲檢測是應(yīng)用于鉆桿接頭缺陷檢測的主要方法之一。由于鉆桿接頭的形狀復(fù)雜、規(guī)格較多，同時(shí)從使用安全性考慮，又必須對橫向和縱向缺陷進(jìn)行100探傷，因此，對鉆桿接頭進(jìn)行超聲波檢測具有一定的難度。在實(shí)際生產(chǎn)中，大都采用手工探傷方式進(jìn)行檢測；而手工探傷存在生產(chǎn)效率低、探傷質(zhì)量難等問題。所以，本課題設(shè)計(jì)了適用于實(shí)際生產(chǎn)的鉆桿接頭超聲自動檢測系統(tǒng)，它對保證鉆桿接頭的安全使用具有重要意義。本論文主要分四部分討論了對石油鉆桿接頭超聲波檢測方法的研究。第一部分首先闡述了超聲波管材探傷的一般方法，然后結(jié)合石油鉆桿接頭的特殊性，逐步提出解決其探傷問題的特殊方法。第二部分首先介紹了超聲波檢測系統(tǒng)的組成和探傷數(shù)據(jù)的顯示方式，并對數(shù)字圖像處理的常用方法進(jìn)行了簡要的介紹；然后對實(shí)際探傷數(shù)據(jù)，根據(jù)本系統(tǒng)探傷的特點(diǎn)，提出了有效的圖像處理和缺陷提取方法。第三部分簡要介紹了本探傷系統(tǒng)的應(yīng)用，對系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動探傷的整體流程作了概括性說明。第四部分對裝置的整體效果作了客觀的評價(jià)，并對其未來的應(yīng)用領(lǐng)域和改進(jìn)措施進(jìn)行了討論。論文從實(shí)際的工程項(xiàng)目出發(fā)，逐一解決了接頭檢測存在的難點(diǎn)，最終實(shí)現(xiàn)了鉆桿接頭的自動、高效檢測。給出了系統(tǒng)的改進(jìn)方案。關(guān)鍵詞：石油鉆桿接頭；探頭組；探頭架；圖像處理；A掃描；B掃描AbstractOildrillpipejointsisoneofthespeciallydesignedcomponentsforoilexploration.Inordertoensuresafeuseinunderground,theconnectordoesnotallowmorethanthestandarddefects.Therefore,anindispensablecomponentinthedefectdetectionhasbecomefortheproductionofoildrillpipejoints.Ultrasonictestingisoneofthemainmethodsusedindefectdetectionofdrillpipejoints.Asthedrillpipejointofcomplexshape,highspecifications:atthesametimefromtheuseofsecurityconsiderations,andmustbeonthetransverseandlongitudinaldefectswere100%flaw,therefore,ondrillpipejointsbyultrasonicdetectionwithacertaindegreeofdifficulty.Inpracticalproduction,mostlybymanualinspectionmethodsweredetected；andmanualtestinginlowproductionefficiency,difficultissuessuchastheinspectionquality.Therefore,thispaperdevelopedasuitableforpracticalproductionofdrillpipeultrasonicautomatictestsystem,itistoensurethesafeuseofdrillpipejointhasimportantsignificance.Thispaperismainlydividedintofourpartstodiscussthepetroleumdrillrodjointofultrasonicdetectionmethodresearch.Thesecondpartintroducestheultrasonicdetectionsystemandthetestingdataisdisplayed,andthecommonlyuseddigitalimageprocessingmethodsareintroducedbriefly；thentheactualtestingdata,accordingtothesystemflawcharacteristic,putforwardtheeffectiveimageprocessinganddefectextractionmethod.Thethirdpartintroducesthetestingsystemapplication,onthesystemtorealizetheautomaticflawdetectionoftheoverallprocessofthegeneraldescription.Thefourthpartofthedevicesoveralleffecttomakeobjectiveevaluation,andthefutureofitsapplicationandimprovementmeasuresarediscussed.Thepaperfromtheactualproject,solvingthejointdetectiondifficulties,finallyrealizestheautomatic,efficientdetectionofdrillpipejoint.thesystemimprovementprogram.Keywords：Petroleumdrillrodjoint；probe；theprobebracket；imageprocessing；Ascanning；Bscanning目錄摘要.11緒論.11.1超聲波檢測的概要.11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.11.3本論文的主要工作.22超聲波檢測的基本原理.22.1超聲波傳感器.22.2超聲波探傷基本方法.32.3超聲波檢測的常用方法.53系統(tǒng)組成.73.1超聲波檢測技術(shù).73.2檢測系統(tǒng)的組成.83.3數(shù)據(jù)顯示方法.93.4探傷數(shù)據(jù)的顯示.103.5探傷圖像處理及濾波算法.114系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì).134.1單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路.144.1.1芯片74LS244.144.1.2四位共陽極LED數(shù)碼管.144.1.3單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路.154.2超聲波發(fā)射電路.154.2.1超聲波換能器.164.2.2芯片74LS04.174.3超聲波檢測接收電路.174.3.1超聲波檢測接收電路.174.3.2芯片CX20106A.185系統(tǒng)的設(shè)計(jì).195.1主函數(shù).215.2超聲波發(fā)生子函數(shù)和超聲波接收中斷函數(shù).226軟硬件調(diào)試及性能.236.1元器件的焊接.236.2電路調(diào)試與分析.237結(jié)語.24參考文獻(xiàn).25致謝.25中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院2012屆畢業(yè)論文11緒論1.1超聲波檢測的概要無損檢測技術(shù)，又稱非破壞檢查技術(shù)，它是以不損傷被檢測物體為前提，利用材料的物理性質(zhì)因有缺陷而發(fā)生變化這一事實(shí)，通過一定的檢測手段來檢測或測量、顯示和評估相應(yīng)的變化，從而了解和評價(jià)材料、產(chǎn)品、設(shè)備構(gòu)件直至生物等的性質(zhì)、狀態(tài)或內(nèi)部結(jié)構(gòu)等等。超聲波檢測技術(shù)是無損檢測技術(shù)的一種，它利用超聲波來研究物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和缺陷，最早由蘇聯(lián)的薩哈諾夫于1929年提出來，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今已經(jīng)比較成熟。我國從五十年代開始引進(jìn)超聲探傷技術(shù)對金屬材料及其制品進(jìn)行探傷?，F(xiàn)在，該技術(shù)已在各個(gè)工業(yè)部門得到了普遍應(yīng)用，并產(chǎn)生了大批的專業(yè)技術(shù)人員，進(jìn)行了大量的研究開發(fā)工作，在某些方面已具有較高的水平。我國已經(jīng)制定了各種探傷標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)了探傷工業(yè)的逐步規(guī)范化。本論文討論超聲波無損檢測技術(shù)在檢測中的應(yīng)用。石油鉆桿接頭作為公母螺栓是連接石油鉆桿管體的關(guān)鍵部件。由于鉆桿一般在幾百、幾千米的地下、極為復(fù)雜的地質(zhì)條件下鉆井，承受了拉、壓、扭、沖、剪等各種作用力，甚至還將承受瞬間的突變載荷。作為管體與管體之間的連接件，在打井的過程中承受了比管體更加惡劣的工況條件、更復(fù)雜的應(yīng)力，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到石油鉆探的成敗。因此，鉆桿接頭的質(zhì)量優(yōu)劣關(guān)系重大，出廠前必須對其進(jìn)行全面的無損檢測。鉆桿接頭用鋼主要分油淬鋼種和水淬鋼種，國內(nèi)各大油田現(xiàn)主要使用油淬調(diào)質(zhì)36CrNiM04，國外通常使用水淬調(diào)質(zhì)鋼?？紤]到鉆桿接頭的材質(zhì)及檢測要求，以及超聲波無損檢測的主要特點(diǎn)(易于實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的在線無損檢測和無損診斷)，本課題我們使用超聲波對石油鉆桿接頭進(jìn)行在線檢測。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在四五十年代，超聲波檢測方法有了進(jìn)一步的發(fā)展，它們使用了超聲波探頭、處理器、液晶熒屏顯示器。這一代產(chǎn)品較前兩代有了質(zhì)的飛躍，特別是熒屏顯示的使用表明開始出現(xiàn)動態(tài)顯示系統(tǒng)。超聲波探頭及處理器就開始工作，顯示器上就會出現(xiàn)所檢測的接頭動態(tài)顯示，色彩清晰漂亮，外表美觀，安裝很方便。不過液晶顯示器外觀雖精巧，但靈敏度較高，抗干擾能力不強(qiáng)，所以誤報(bào)也較多。在綜合前幾代的優(yōu)點(diǎn)檢測系統(tǒng)則使用超聲波探頭、處理器、魔幻鏡顯示器，采用了最新仿生超聲雷達(dá)技術(shù)，配以高速電腦控制，可全天候準(zhǔn)確地測知石油鉆桿接頭，并以不同等級的聲音提示和直觀的顯示提醒工作人員。免提電話結(jié)合起來，并設(shè)計(jì)了語音功能，是目前市面上比較先進(jìn)的檢測雷達(dá)系統(tǒng)。而且顏色款式多樣，不過造價(jià)較高。近些年則使用超聲波探頭、后視攝像機(jī)、控制器、監(jiān)視器，超聲波信號接入顯示控制器，同時(shí)將視頻監(jiān)視子系統(tǒng)中的攝像探頭信號接入顯示控制器，通過安裝的檢測系統(tǒng)顯示控制器的自動切換電路、字符疊加器、微處理器，將顯示控制器的輸出再接入監(jiān)視器，這樣實(shí)現(xiàn)自動切換圖像、監(jiān)視、超聲波測距、自動報(bào)警等功能。超聲無損檢測是以超聲波作為采集信息的手段，在不損壞被測對象的情況下探測其內(nèi)部缺陷的方法。由于超聲波獨(dú)特的物理特性(穿透力強(qiáng)、集束性好、信息攜帶量大等)，使其易于實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的在線無損石油鉆桿接頭超聲波檢測方法研究2檢測和無損診斷，因而在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、生物醫(yī)藥和科學(xué)研究等方面得到了廣泛的應(yīng)用。生產(chǎn)超聲波傳感器的主要材料的價(jià)格一直居高不下，成為探測器推廣應(yīng)用的瓶頸?？梢灶A(yù)見，隨著新材料、新工藝在探測器制作中的應(yīng)用，使低價(jià)格、高性能的探測器的實(shí)現(xiàn)和普及成為可能。由于現(xiàn)在國外的產(chǎn)品技術(shù)高，精度高，但是不適合中國的國情，而且價(jià)格昂。因此，特此研究一種高性能而且價(jià)格低廉的石油鉆桿接頭超聲波檢測系統(tǒng)，來適應(yīng)當(dāng)今國內(nèi)行情。1.3本論文的主要工作石油鉆桿接頭是石油開采中重要的專用部件之一。為保證在井下的安全使用，接頭不允許有超過標(biāo)準(zhǔn)的缺陷存在。因此，對石油鉆桿接頭進(jìn)行缺陷檢測已成為其生產(chǎn)中不可缺少的環(huán)節(jié)。超聲檢測是應(yīng)用于鉆桿接頭缺陷檢測的主要方法之一。由于鉆桿接頭的形狀復(fù)雜、規(guī)格較多；同時(shí)從使用安全性考慮，又必須對橫向和縱向缺陷進(jìn)行100探傷，因此，對鉆桿接頭進(jìn)行超聲檢測具有一定的難度。在實(shí)際生產(chǎn)中，大都采用手工探傷方式進(jìn)行檢測；而手工探傷存在生產(chǎn)效率低、探傷質(zhì)量難以保證等問題。所以，本課題研發(fā)了適用于實(shí)際生產(chǎn)的鉆桿接頭超聲自動檢測系統(tǒng)，它對保證鉆桿接頭的安全使用具有重要意義。本論文主要研究和討論了對石油鉆桿接頭超聲波檢測方法的研究。首先闡述了超聲波管材探傷的一般方法，然后結(jié)合石油鉆桿接頭的特殊性，逐步提出解決其探傷問題的特殊方法。然后在介紹了超聲波檢測系統(tǒng)的組成和探傷數(shù)據(jù)的顯示方式，并對數(shù)字圖像處理的常用方法進(jìn)行了簡要的介紹，然后對實(shí)際探傷數(shù)據(jù)，根據(jù)本系統(tǒng)探傷的特點(diǎn)，提出了有效的圖像處理和缺陷提取方法。簡要介紹了本探傷系統(tǒng)的應(yīng)用，對系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動探傷的整體流程作了概括性說明。裝置的整體效果作了客觀的評價(jià)，并對其未來的應(yīng)用領(lǐng)超聲波檢測方式方法和改進(jìn)措施進(jìn)行了討論。論文從實(shí)際的工程項(xiàng)目出發(fā)，逐一解決了接頭檢測存在的難點(diǎn)，最終實(shí)現(xiàn)了鉆桿接頭的自動、高效檢測。2超聲波檢測的基本原理2.1超聲波傳感器超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器?？茖W(xué)