石油钻杆接头超声波检测方法研究论文[带图纸].doc

石油钻杆接头超声波检测方法研究摘要石油钻杆接头是石油开采中重要的专用部件之一。为保证在井下的安全使用，接头不允许有超过标准的缺陷存在。因此，对石油钻杆接头进行缺陷检测已成为其生产中不可缺少的环节。超声检测是应用于钻杆接头缺陷检测的主要方法之一。由于钻杆接头的形状复杂、规格较多，同时从使用安全性考虑，又必须对横向和纵向缺陷进行100探伤，因此，对钻杆接头进行超声波检测具有一定的难度。在实际生产中，大都采用手工探伤方式进行检测；而手工探伤存在生产效率低、探伤质量难等问题。所以，本课题设计了适用于实际生产的钻杆接头超声自动检测系统，它对保证钻杆接头的安全使用具有重要意义。本论文主要分四部分讨论了对石油钻杆接头超声波检测方法的研究。第一部分首先阐述了超声波管材探伤的一般方法，然后结合石油钻杆接头的特殊性，逐步提出解决其探伤问题的特殊方法。第二部分首先介绍了超声波检测系统的组成和探伤数据的显示方式，并对数字图像处理的常用方法进行了简要的介绍；然后对实际探伤数据，根据本系统探伤的特点，提出了有效的图像处理和缺陷提取方法。第三部分简要介绍了本探伤系统的应用，对系统实现自动探伤的整体流程作了概括性说明。第四部分对装置的整体效果作了客观的评价，并对其未来的应用领域和改进措施进行了讨论。论文从实际的工程项目出发，逐一解决了接头检测存在的难点，最终实现了钻杆接头的自动、高效检测。给出了系统的改进方案。关键词：石油钻杆接头；探头组；探头架；图像处理；A扫描；B扫描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目录摘要.11绪论.11.1超声波检测的概要.11.2国内外研究现状.11.3本论文的主要工作.22超声波检测的基本原理.22.1超声波传感器.22.2超声波探伤基本方法.32.3超声波检测的常用方法.53系统组成.73.1超声波检测技术.73.2检测系统的组成.83.3数据显示方法.93.4探伤数据的显示.103.5探伤图像处理及滤波算法.114系统的硬件设计.134.1单片机系统及显示电路.144.1.1芯片74LS244.144.1.2四位共阳极LED数码管.144.1.3单片机系统及显示电路.154.2超声波发射电路.154.2.1超声波换能器.164.2.2芯片74LS04.174.3超声波检测接收电路.174.3.1超声波检测接收电路.174.3.2芯片CX20106A.185系统的设计.195.1主函数.215.2超声波发生子函数和超声波接收中断函数.226软硬件调试及性能.236.1元器件的焊接.236.2电路调试与分析.237结语.24参考文献.25致谢.25中国地质大学长城学院2012届毕业论文11绪论1.1超声波检测的概要无损检测技术，又称非破坏检查技术，它是以不损伤被检测物体为前提，利用材料的物理性质因有缺陷而发生变化这一事实，通过一定的检测手段来检测或测量、显示和评估相应的变化，从而了解和评价材料、产品、设备构件直至生物等的性质、状态或内部结构等等。超声波检测技术是无损检测技术的一种，它利用超声波来研究物体内部的结构和缺陷，最早由苏联的萨哈诺夫于1929年提出来，经过几十年的发展，如今已经比较成熟。我国从五十年代开始引进超声探伤技术对金属材料及其制品进行探伤。现在，该技术已在各个工业部门得到了普遍应用，并产生了大批的专业技术人员，进行了大量的研究开发工作，在某些方面已具有较高的水平。我国已经制定了各种探伤标准，促进了探伤工业的逐步规范化。本论文讨论超声波无损检测技术在检测中的应用。石油钻杆接头作为公母螺栓是连接石油钻杆管体的关键部件。由于钻杆一般在几百、几千米的地下、极为复杂的地质条件下钻井，承受了拉、压、扭、冲、剪等各种作用力，甚至还将承受瞬间的突变载荷。作为管体与管体之间的连接件，在打井的过程中承受了比管体更加恶劣的工况条件、更复杂的应力，其质量的优劣直接关系到石油钻探的成败。因此，钻杆接头的质量优劣关系重大，出厂前必须对其进行全面的无损检测。钻杆接头用钢主要分油淬钢种和水淬钢种，国内各大油田现主要使用油淬调质36CrNiM04，国外通常使用水淬调质钢。考虑到钻杆接头的材质及检测要求，以及超声波无损检测的主要特点(易于实现快速准确的在线无损检测和无损诊断)，本课题我们使用超声波对石油钻杆接头进行在线检测。1.2国内外研究现状在四五十年代，超声波检测方法有了进一步的发展，它们使用了超声波探头、处理器、液晶荧屏显示器。这一代产品较前两代有了质的飞跃，特别是荧屏显示的使用表明开始出现动态显示系统。超声波探头及处理器就开始工作，显示器上就会出现所检测的接头动态显示，色彩清晰漂亮，外表美观，安装很方便。不过液晶显示器外观虽精巧，但灵敏度较高，抗干扰能力不强，所以误报也较多。在综合前几代的优点检测系统则使用超声波探头、处理器、魔幻镜显示器，采用了最新仿生超声雷达技术，配以高速电脑控制，可全天候准确地测知石油钻杆接头，并以不同等级的声音提示和直观的显示提醒工作人员。免提电话结合起来，并设计了语音功能，是目前市面上比较先进的检测雷达系统。而且颜色款式多样，不过造价较高。近些年则使用超声波探头、后视摄像机、控制器、监视器，超声波信号接入显示控制器，同时将视频监视子系统中的摄像探头信号接入显示控制器，通过安装的检测系统显示控制器的自动切换电路、字符叠加器、微处理器，将显示控制器的输出再接入监视器，这样实现自动切换图像、监视、超声波测距、自动报警等功能。超声无损检测是以超声波作为采集信息的手段，在不损坏被测对象的情况下探测其内部缺陷的方法。由于超声波独特的物理特性(穿透力强、集束性好、信息携带量大等)，使其易于实现快速准确的在线无损石油钻杆接头超声波检测方法研究2检测和无损诊断，因而在工业、农业、国防、生物医药和科学研究等方面得到了广泛的应用。生产超声波传感器的主要材料的价格一直居高不下，成为探测器推广应用的瓶颈。可以预见，随着新材料、新工艺在探测器制作中的应用，使低价格、高性能的探测器的实现和普及成为可能。由于现在国外的产品技术高，精度高，但是不适合中国的国情，而且价格昂。因此，特此研究一种高性能而且价格低廉的石油钻杆接头超声波检测系统，来适应当今国内行情。1.3本论文的主要工作石油钻杆接头是石油开采中重要的专用部件之一。为保证在井下的安全使用，接头不允许有超过标准的缺陷存在。因此，对石油钻杆接头进行缺陷检测已成为其生产中不可缺少的环节。超声检测是应用于钻杆接头缺陷检测的主要方法之一。由于钻杆接头的形状复杂、规格较多；同时从使用安全性考虑，又必须对横向和纵向缺陷进行100探伤，因此，对钻杆接头进行超声检测具有一定的难度。在实际生产中，大都采用手工探伤方式进行检测；而手工探伤存在生产效率低、探伤质量难以保证等问题。所以，本课题研发了适用于实际生产的钻杆接头超声自动检测系统，它对保证钻杆接头的安全使用具有重要意义。本论文主要研究和讨论了对石油钻杆接头超声波检测方法的研究。首先阐述了超声波管材探伤的一般方法，然后结合石油钻杆接头的特殊性，逐步提出解决其探伤问题的特殊方法。然后在介绍了超声波检测系统的组成和探伤数据的显示方式，并对数字图像处理的常用方法进行了简要的介绍，然后对实际探伤数据，根据本系统探伤的特点，提出了有效的图像处理和缺陷提取方法。简要介绍了本探伤系统的应用，对系统实现自动探伤的整体流程作了概括性说明。装置的整体效果作了客观的评价，并对其未来的应用领超声波检测方式方法和改进措施进行了讨论。论文从实际的工程项目出发，逐一解决了接头检测存在的难点，最终实现了钻杆接头的自动、高效检测。2超声波检测的基本原理2.1超声波传感器超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹。我们人类耳朵能听到的声波频率为2020000Hz。当声波的振动频率大于20KHz或小于20Hz时，我们便听不见了。因此，我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。