專利名稱：石油鉆桿磁聲發(fā)射檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種無損檢測裝置，主要用于檢測石油鉆桿管體損傷和 殘余應(yīng)力，為鉆桿的評級提供依據(jù)，具體地說，是一種石油鉆桿磁聲發(fā)射檢
背景技術(shù)：
鉆桿是石油鉆柱的重要組成部分，主要用于傳遞動力及和輸送鉆井液。在 鉆井過程中，鉆桿承受拉、壓、彎、扭以及沖擊振動引起的附加動載荷，其 外表面則受到局部磨損及介質(zhì)腐蝕。經(jīng)服役的鉆桿，常有疲勞和腐蝕裂紋等 缺陷產(chǎn)生，如不及時發(fā)現(xiàn)，將導(dǎo)致刺穿、斷裂等，引發(fā)嚴重的鉆井事故。因 此，及時靈敏地檢測出服役鉆桿的疲勞損傷并對其技術(shù)狀態(tài)做出準確評價， 有效防止鉆桿破壞引發(fā)的鉆井事故，是鉆井生產(chǎn)中急需解決的重大技術(shù)問題。
現(xiàn)有用于鉆桿檢測的無損探傷技術(shù)(如超聲、渦流、磁粉等)，只能檢 測出已出現(xiàn)的缺陷，無法從鉆桿發(fā)生疲勞損傷的根源(即微觀缺陷或應(yīng)力集中 區(qū))上對其技術(shù)狀態(tài)做出早期評定，預(yù)防在役鉆桿發(fā)生意外疲勞損壞。
磁聲發(fā)射檢測技術(shù)基本原理是鐵磁材料磁化中，磁疇的不可逆運動， 除了產(chǎn)生巴克豪森噪聲外，同時還激發(fā)一系列彈性波脈沖，該彈性波脈沖類 似于機械聲發(fā)射，稱為磁致聲發(fā)射或磁聲發(fā)射。研究表明，磁聲發(fā)射信號強 度與產(chǎn)生非彈性應(yīng)變的體積成比例，當材料局部外磁場強度保持不變時，磁
聲發(fā)射信號強度隨所受應(yīng)力的變化而變化，不管產(chǎn)生應(yīng)力的原因是外加載荷 引起的還是本身殘余應(yīng)力。利用這一特性，可對無應(yīng)力的工件進行加載過程 的磁聲發(fā)射信號強度標定，又可據(jù)此對實際工件的應(yīng)力進行無損測量。
工件殘余應(yīng)力的磁聲發(fā)射檢測技術(shù)，在國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域已經(jīng)受到高度重 視，并已在焊接壓力容器、火車輪、戰(zhàn)車、炮筒、炮殼、導(dǎo)彈等熱處理殘留 應(yīng)力檢測和火車鋼軌的疲勞壽命評估等方面得到應(yīng)用，但未見有鉆桿磁聲發(fā) 射檢測的研究成果發(fā)表。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于彌補現(xiàn)有鉆桿管體無損監(jiān)測裝置的不足，提供一 種石油鉆桿磁聲發(fā)射檢測儀，它可以有效檢測石油鉆桿殘余應(yīng)力和微觀損傷 程度、準確定位缺陷的石油鉆桿磁聲發(fā)射檢測儀。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的包括手柄、彈簧、鉆桿管體、連接臂、傳感器盒，在鉆桿管體上裝有連接臂、傳感器盒，在該裝置的中間弧頂部位裝有 傳感器盒，傳感器盒兩側(cè)安裝有連接臂，連接臂頂端裝有手柄，傳感器盒與 連接臂之間裝有彈簧。
該傳感器盒兩側(cè)分別設(shè)有鉸支座，鉸支座上安裝有"V"形的連接臂。
連接臂的一端在傳感器盒的兩側(cè)上翹安裝。
連接臂的遠端各連接有一個側(cè)位的傳感器盒。
在傳感器盒兩端鉸支座的上側(cè)的中間傳感器盒與連接臂之間各裝有一個 用于控制兩側(cè)傳感器盒壓緊鉆桿管體的彈簧。
兩個連接臂上的傳感器盒呈180。相對位置。
所述傳感器盒內(nèi)部結(jié)構(gòu)由線圈支架、線圈、鐵芯、軟彈性隔離層、磁聲 發(fā)射探頭組成，線圈支架固定在鐵芯上，線圈纏繞在線圈支架上，軟彈性隔 離層置于線圈與磁聲發(fā)射探頭間隙處。 鐵芯為U型。
本實用新型的有益效果是可以實現(xiàn)對石油鉆桿內(nèi)部微觀損傷和殘余應(yīng) 力的無損檢測，從而為鉆桿分級及疲勞壽命的預(yù)測提供依據(jù)。其主要特點是
(1) 在無需外界加載的情況下對鉆桿進行磁聲發(fā)射檢測，
(2) 可得到鉆桿殘余應(yīng)力的大小及疲勞損傷程度，
(3) 檢測深度達15cm，較X射線衍射等無損檢測方法要深的多
(4) 傳感器裝置針對鉆桿管體圓柱狀特征設(shè)計，能使聲發(fā)射探頭與管體 實行良好接觸，實現(xiàn)多通道同時檢測，可以減少應(yīng)接觸不良造成的檢測誤差。


附圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖2為傳感器盒5的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
如附圖1所示，由手柄1、彈簧2、鉆桿管體4、連接臂3、 傳感器盒5 組成，在鉆桿管體4上裝有連接臂3、傳感器盒5，在該裝置的中間弧頂部位 裝有傳感器盒5，傳感器盒5兩側(cè)安裝有連接臂3，連接臂3頂端裝有手柄1， 傳感器盒5與連接臂3之間裝有彈簧2。
該傳感器盒5兩側(cè)分別設(shè)有鉸支座，鉸支座上安裝有"V"形的連接臂3。
連接臂3的一端在傳感器盒5位置兩側(cè)上翹安裝。
連接臂3的遠端各連接有一個側(cè)位的傳感器盒5。
在傳感器盒5兩端鉸支座的上側(cè)的中間傳感器盒5與連接臂3之間各裝 有一個用于控制兩側(cè)傳感器盒壓緊鉆桿管體4的彈簧2。兩個連接臂3上的傳感器盒5呈180°相對位置。
如附圖2所示，所述傳感器盒5內(nèi)部結(jié)構(gòu)由線圈支架6、線圈7、鐵芯8、 軟彈性隔離層9、磁聲發(fā)射探頭10組成，線圈支架6固定在鐵芯8上，線圈 7纏繞在線圈支架6上，線圈支架6與鐵芯8是自交錯安置，軟彈性隔離層9 置于線圈7與磁聲發(fā)射探頭10間隙處。 鐵芯8為U型。
該裝置由激勵源控制電路與U型磁化器組成，所述激勵源控制電路為公 知技術(shù)，主要由波形發(fā)生電路和功率放大電路兩部分構(gòu)成，波形發(fā)生電路部 分產(chǎn)生頻率可調(diào)的超低頻(O. 5-10Hz)正弦波，然后通過功率放大后輸出較大 功率的正弦信號。
該裝置其總體形狀呈半圓弧型，安裝有三個傳感器盒5，可同時對待測桿 體周向上的三個點進行磁聲發(fā)射檢測。
如附圖1所示，由手柄l、彈簧2、連接臂3、傳感器盒5等部件組成。 在中間弧頂部位的是中間傳感器盒5，該傳感器盒5兩側(cè)各有一個鉸支座，每 個鉸支座上安裝有一個"V"形的連接臂3，連接臂3的遠端各連接有一個側(cè) 位的傳感器盒5，連接臂3的另一端在中間傳感器盒5的兩側(cè)上翹，頂端各裝 有一個手柄1。在傳感器盒5兩個鉸支座的上側(cè)的中間，傳感器盒5與連接臂 3之間各裝有一個用于控制兩側(cè)傳感器盒壓緊鉆桿管體的彈簧2。
因為手柄1和連接臂3可圍繞一鉸支座轉(zhuǎn)動，利用杠桿原理，通過壓緊 兩手柄1可以將連接臂3張開便于將整個裝置夾于鉆桿管體4之上；松開手 柄1時，在彈簧2的作用下，通過連接臂3的杠桿作用可使用兩側(cè)的傳感器 盒5壓緊在檢測的桿體上。
兩個連接臂3上的傳感器盒5呈180°相對位置，這樣可以通過檢測到的 管體相對位置的信號來判斷鉆桿受力情況。如果一側(cè)承受壓應(yīng)力，另一側(cè)承 受拉應(yīng)力，則可通過計算確定桿體的彎曲應(yīng)力大小。
如附圖2所示，所述傳感器盒5內(nèi)部結(jié)構(gòu)由線圈支架6、線圈7、鐵芯8、 軟彈性隔離層9、磁聲發(fā)射探頭10等部分組成，線圈支架6由塑性薄片依據(jù) 鐵芯大小切割而成，通過強力膠水固定在鐵芯8上，在線圈7纏繞線圈支架6 時起到擋板效果，使纏繞的線圈7磁化能力達到要求，從而保證線圈7的磁 化效果；鐵芯8釆用鐵基非晶材料并制作成U型，磁化后能夠保證在較低的 激磁功率下獲得較強的激勵磁場，且性能長期穩(wěn)定；軟彈性隔離層9采用彈 性材料利用雙面膠置于線圈7與磁聲發(fā)射探頭10間隙處，目的是對磁聲發(fā)射 探頭10有彈性作用從而使磁聲發(fā)射探頭10與管體有效接觸。所述的磁聲發(fā) 射探頭IO采用公知技術(shù)，根據(jù)儀器需要，選用高靈敏度的磁聲發(fā)射檢測探頭。
權(quán)利要求1. 石油鉆桿磁聲發(fā)射檢測儀，包括手柄(1)、彈簧(2)、鉆桿管體(4)、連接臂(3)、傳感器盒(5)，其特征在于在該裝置的中間弧頂部位裝有傳感器盒(5)，傳感器盒(5)兩側(cè)安裝有連接臂(3)，連接臂(3)頂端裝有手柄(1)，傳感器盒(5)與連接臂(3)之間裝有彈簧(2)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆桿磁聲發(fā)射檢測儀，其特征在于該傳 感器盒(5)兩側(cè)分別設(shè)有鉸支座，鉸支座上安裝有"V"形的連接臂(3)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆桿磁聲發(fā)射檢測儀，其特征在于連接 臂(3)的一端在傳感器盒(5)的兩側(cè)上翹安裝。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆桿磁聲發(fā)射檢測儀，其特征在于連接 臂(3)的端部各連接有一個側(cè)位的傳感器盒(5)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆桿磁聲發(fā)射檢測儀，其特征在于兩個 連接臂(3)上的傳感器盒(5)呈180°相對位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆桿磁聲發(fā)射檢測儀，其特征在于所 述傳感器盒(5)內(nèi)部結(jié)構(gòu)由線圈支架(6)、線圈(7)、鐵芯(8)、軟彈 性隔離層(9)、磁聲發(fā)射探頭(10)組成，線圈支架(6)固定在鐵芯(8) 上，線圈(7)纏繞在線圈支架(6)上，軟彈性隔離層(9)置于線圈(7) 與磁聲發(fā)射探頭(10)間隙處。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的石油鉆桿磁聲發(fā)射檢測儀，其特征在于鐵芯 (8)為U型。
專利摘要一種用于檢測石油鉆桿管體損傷和殘余應(yīng)力并為鉆桿的評級提供依據(jù)的石油鉆桿磁聲發(fā)射檢測儀，包括手柄(1)、彈簧(2)、鉆桿管體(4)、連接臂(3)、傳感器盒(5)，在該裝置的中間弧頂部位裝有傳感器盒(5)，傳感器盒(5)兩側(cè)安裝有連接臂(3)，連接臂(3)頂端裝有手柄(1)，傳感器盒(5)與連接臂(3)之間裝有彈簧(2)，它可以有效檢測石油鉆桿殘余應(yīng)力和微觀損傷程度、準確定位缺陷。
文檔編號G01N29/04GK201242537SQ20082010864
公開日2009年5月20日 申請日期2008年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月4日
發(fā)明者儲勝利, 強 盧, 杰 周, 盼 李, 杜修兵, 樊建春, 東 溫, 王中勝, 強 祖, 蘇建文, 葛保勝, 趙衛(wèi)東, 馬慶偉, 龔建文 申請人:中國石油天然氣股份有限公司