CN105241962A - 相控阵探头和相控阵仪器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种相控阵探头和相控阵仪器，涉及检测设备技术领域，石油套管接箍无论是否加工有螺纹，均能实现对石油套管接箍进行有效检测，工序简单，节省时间，提高工作效率。该相控阵探头用于对石油套管接箍进行探伤检测，包括：楔块，楔块包括凹弧形底面以及与凹弧形底面相对的斜面，斜面与凹弧形底面的中心轴线形成预设夹角；设置于斜面上的换能器，换能器包括本体和晶片，本体包括连接面，晶片嵌于连接面，连接面与斜面相对，晶片贴设在斜面上，晶片的数量为多个，多个晶片在斜面的倾斜方向上沿着第一直线间隔的阵列分布。该相控阵探头主要用于石油套管接箍的探伤检测。
Description
技术领域
本发明涉及检测设备技术领域，尤其涉及一种相控阵探头和相控阵仪器。
背景技术
通常石油套管之间的连接是通过石油套管接箍连接的，石油套管接箍内车有内螺纹，通过螺纹连接将两套管相连，为保证连接处的密封性，螺纹的精度具有严格的要求，以及接箍不得存在裂缝、孔隙、凹坑等缺陷，因此要对石油套管接箍进行检测。
目前，对石油套管接箍的检测需要分为两次进行，在石油套管接箍未加工螺纹时，先对其坯料进行超声波无损检测，可利用超声波探伤仪使超声波在坯料中传播，遇到不同的界面就会在界面上产生折射和反射，通过观察仪器荧光屏上有无反射来判断石油套管接箍坯料是否有缺陷；待接箍坯料检测合格后再对接箍坯料进行螺纹加工制造，之后对螺纹进行磁粉无损检测，通过在被磁化的接箍的螺纹表面吸附磁粉，通过观察磁痕是否连续来判断螺纹是否存在缺陷。
然而，上述对石油套管接箍进行检测的过程中，采用了两种不同的方法，工序繁多，耗费工时，工作效率低。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种相控阵探头和相控阵仪器，石油套管接箍无论是否加工有螺纹，均能实现对石油套管接箍进行有效检测，工序简单，节省时间，提高工作效率。
为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：
一方面，本发明实施例提供一种相控阵探头，用于对石油套管接箍进行探伤检测，包括：
楔块，所述楔块包括凹弧形底面以及与所述凹弧形底面相对的斜面，所述斜面与所述凹弧形底面的中心轴线形成预设夹角；
设置于所述斜面上的换能器，所述换能器包括本体和晶片，所述本体包括连接面，所述晶片嵌于所述连接面，所述连接面与所述斜面相对，所述晶片贴设在所述斜面上，所述晶片的数量为多个，多个所述晶片在所述斜面的倾斜方向上沿着第一直线间隔的阵列分布。
具体地，所述第一直线与所述凹弧形底面的中心轴线位于同一平面内。
具体地，所述预设夹角等于所述石油套管接箍的螺纹牙型角。
具体地，所述预设夹角的角度在30°至44°之间。
具体地，所述凹弧形底面的半径等于所述石油套管接箍的外壁的半径。
具体地，与所述斜面的底边相邻的所述晶片至所述凹弧形底面具有预设距离。
具体地，所述晶片为条状结构，所述晶片的数量在16个至64个之间；相邻所述晶片的间隔为0.5mm；所述换能器的中心频率为2.5MHz至5MHz。
具体地，所述楔块内的超声波束传播速度为2337m/s。
另一方面，本发明实施例提供一种相控阵仪器，包括：
主机以及上述的相控阵探头；
所述相控阵探头与所述主机连接，所述主机用于控制所述换能器的晶片发射和接收超声波束，所述主机包括用于显示检测结果的显示屏。
具体地，所述晶片发射的超声波束与所述斜面的法向方向的夹角为35°至70°。
本发明实施例提供的一种相控阵探头和相控阵仪器，主机与相控阵探头连接，用于对石油套管接箍进行探伤检测，将楔块的凹弧形底面贴在石油套管接箍的外壁上，且二者之间涂覆一层耦合剂，将楔块沿着石油套管接箍的轴向方向平稳移动，通过换能器的晶片发射超声波束，对石油套管接箍进行检测，根据石油套管接箍的缺陷部位的回波信号，进而获得缺陷部位的位置信息，缺陷部位的回波信号与正常螺纹反射波信号位置不同，单独出现，受干扰小，不易出现漏检现象，实现对石油套管接箍的无损检测，免去了现有技术中分两次进行检测的繁琐工序，石油套管接箍无论是否加工有螺纹，均能实现对石油套管接箍进行有效检测，工序简单，节省时间，提高工作效率；而且还解决了现有技术中对使用过的石油套管接箍的螺纹进行磁粉无损检测的效果不好的问题，以及奥氏体不锈钢、铜、铝、镁、钛等非磁性材质的石油套管接箍的螺纹不能通过磁粉无损检测的问题，采用本发明实施例的相控阵探头检测出的石油套管接箍的缺陷能够永久保存，无环境污染，对人体无害。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种相控阵探头处于对石油套管接箍进行检测状态时的示意图；
图2为图1中相控阵探头的楔块的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1和图2所示，本发明实施例提供一种相控阵探头1，用于对石油套管接箍2进行探伤检测，包括：楔块11，楔块11包括凹弧形底面111以及与凹弧形底面111相对的斜面113，斜面113与凹弧形底面111的中心轴线形成预设夹角112；设置于斜面113上的换能器12，换能器12包括本体121和晶片122，本体121包括连接面，晶片122嵌于连接面，连接面与斜面113相对，晶片122贴设在斜面113上，晶片122的数量为多个，多个晶片122在斜面113的倾斜方向上沿着第一直线114间隔的阵列分布。
当使用相控阵探头1对石油套管接箍2进行检测时，将楔块11的凹弧形底面111贴在石油套管接箍2的外壁上，在楔块11的凹弧形底面111与石油套管接箍2的外壁之间涂覆一层耦合剂，一般选用机油或浆糊等透声性好且不损伤检测表面的耦合剂；多个晶片122沿着第一直线114按一定的间隔均匀排列于斜面113上，形成阵元，对线性阵列的多个相互独立的阵元给予电激励，可以产生合成波束发射，当合成波束探测到石油套管接箍2的缺陷部位，反射回阵元，阵元接收到缺陷部位的回波信号，获得缺陷部位的位置信息，上述合成波束为超声波束，其中，缺陷部位的回波信号与正常螺纹反射波信号位置不同，单独出现，回波信号受到干扰小。
本发明实施例提供的一种相控阵探头，用于对石油套管接箍进行探伤检测，将楔块的凹弧形底面贴在石油套管接箍的外壁上，且二者之间涂覆一层耦合剂，将楔块沿着石油套管接箍的轴向方向平稳移动，通过换能器的晶片发射超声波束，对石油套管接箍进行检测，根据石油套管接箍的缺陷部位的回波信号，进而获得缺陷部位的位置信息，缺陷部位的回波信号与正常螺纹反射波信号位置不同，单独出现，受干扰小，不易出现漏检现象，实现对石油套管接箍的无损检测，免去了现有技术中分两次进行检测的繁琐工序，石油套管接箍无论是否加工有螺纹，均能实现对石油套管接箍进行有效检测，工序简单，节省时间，提高工作效率；而且还解决了现有技术中对使用过的石油套管接箍的螺纹进行磁粉无损检测的效果不好的问题，以及奥氏体不锈钢、铜、铝、镁、钛等非磁性材质的石油套管接箍的螺纹不能通过磁粉无损检测的问题，采用本发明实施例的相控阵探头检测出的石油套管接箍的缺陷能够永久保存，无环境污染，对人体无害。
具体地，第一直线114与凹弧形底面111的中心轴线线位于同一平面内。在检测过程中，凹弧形底面111的中心轴线线与石油套管接箍2的轴线平行，晶片122沿着第一直线114阵列，因此晶片122的阵列方向与石油套管接箍2的轴线位于同一平面内。
具体地，预设夹角112等于石油套管接箍2的螺纹牙型角。晶片122发射的超声波束能够到达石油套管接箍2的螺纹底部，可以对石油套管接箍2进行全方位的检测。
具体地，预设夹角112的角度在30°至44°之间。石油套管接箍2的壁厚一般在5mm至30mm之间，使晶片122发射的超声波束穿过楔块11到达石油套管接箍2的螺纹底部，对石油套管接箍2进行全方位检测，楔块11的斜面113的倾斜角度可选30°至44°之间。
具体地，凹弧形底面111的半径等于石油套管接箍2的外壁的半径。楔块11的凹弧形底面111与石油套管接箍2的外壁相适配，楔块11的凹弧形底面111能够紧贴在石油套管接箍2的外壁上。
具体地，与斜面113的底边相邻的晶片122的中心123至凹弧形底面111具有预设距离。在检测石油套管接箍2时，最靠近楔块11的凹弧形底面111的晶片122与石油套管接箍2的外壁之间要有一定的距离，使得更加准确检测出石油套管接箍2的表面是否有缺陷，本实施例中楔块11的预设夹角112可以设计为36°，预设距离设计为7.97mm。
具体地，晶片122为条状结构，晶片122的数量在16个至64个之间；相邻晶片122的间隔为0.5mm；换能器12的中心频率为2.5MHz至5MHz。其中，晶片122的数量越多，越能提高检测的精度和效率，但同时也会增加检测成本，晶片122的数量可设置在16个至64个之间，综合考虑可设置为32个，且相邻晶片122即阵元之间的间距为0.5mm，一般换能器12的中心频率选用2.5MHz至5MHz。
具体地，楔块11内的超声波束传播速度为2337m/s。由晶片122发射出的超声波束穿过楔块11至石油套管接箍2中，超声波束在楔块11中的传播速度为2337m/s。
本发明实施例的相控阵探头利用了相控阵技术，应用到石油套管接箍的无损检测中，可将相控阵探头的换能器与计算机连接，对阵列的晶片组成的阵元不同时给予电激励，控制各独立阵元的延时，可生成不同指向性的超声波束，产生不同形式的声束效果，例如对阵元提供按二次曲线规律延时的激励，使声场合成波阵面呈二次曲线凹面，从而实现波束聚焦，发射的超声波束的焦距可随发射激励脉冲的不同延时而改变，因此可通过改变激励脉冲的延时来调节焦距，获得动态聚焦，可进行全深度的探伤；采用多晶体阵列发射，增加了发射波的能量，提高了无损检测的精细程度和准确程度。
本发明实施例提供的一种相控阵探头，用于对石油套管接箍进行探伤检测，将楔块的凹弧形底面贴在石油套管接箍的外壁上，且二者之间涂覆一层耦合剂，将楔块沿着石油套管接箍的轴向方向平稳移动，通过换能器的晶片发射超声波束，对石油套管接箍进行检测，根据石油套管接箍的缺陷部位的回波信号，进而获得缺陷部位的位置信息，缺陷部位的回波信号与正常螺纹反射波信号位置不同，单独出现，受干扰小，不易出现漏检现象，实现对石油套管接箍的无损检测，免去了现有技术中分两次进行检测的繁琐工序，石油套管接箍无论是否加工有螺纹，均能实现对石油套管接箍进行有效检测，工序简单，节省时间，提高工作效率；而且还解决了现有技术中对使用过的石油套管接箍的螺纹进行磁粉无损检测的效果不好的问题，以及奥氏体不锈钢、铜、铝、镁、钛等非磁性材质的石油套管接箍的螺纹不能通过磁粉无损检测的问题，采用本发明实施例的相控阵探头检测出的石油套管接箍的缺陷能够永久保存，无环境污染，对人体无害。
本发明实施例还提供一种相控阵仪器，如图1和图2所示，包括：主机以及上述的相控阵探头1；相控阵探头1与主机连接，主机用于控制换能器12的晶片122发射和接收超声波束，主机包括用于显示检测结果的显示屏。
其中，相控阵探头1的结构以及工作原理与上述实施例相同，在此不再赘述。通过操作主机对由多个晶片形成的阵元给予电激励，产生超声波束发射，石油套管接箍2的缺陷部位的反射超声波束被晶片122即阵元接收，转换成电信号，通过从主机的显示屏中显示出图像，进而获取石油套管接箍2的缺陷部位的位置信息。主机可控制晶片122按一定规律延时发射和延时接收超声波束，获取最大的合成信号，提高无损检测的精准度。
具体地，晶片122发射的超声波束与斜面的法向方向的夹角为35°至70°。晶片122发射的超声波束的入射角度可调整，以35°至70°扇形进行扫描，实现对石油套管接箍2的全方位检测，超声波束对石油套管接箍2的侧壁以及螺纹中存在的裂纹缺陷能够垂直入射，提高反射率，能够实现信号稳定清晰无杂波。
本发明实施例提供的一种相控阵仪器，其主机与相控阵探头连接，用于对石油套管接箍进行探伤检测，将楔块的凹弧形底面贴在石油套管接箍的外壁上，且二者之间涂覆一层耦合剂，将楔块沿着石油套管接箍的轴向方向平稳移动，通过换能器的晶片发射超声波束，对石油套管接箍进行检测，根据石油套管接箍的缺陷部位的回波信号，进而获得缺陷部位的位置信息，缺陷部位的回波信号与正常螺纹反射波信号位置不同，单独出现，受干扰小，不易出现漏检现象，实现对石油套管接箍的无损检测，免去了现有技术中分两次进行检测的繁琐工序，石油套管接箍无论是否加工有螺纹，均能实现对石油套管接箍进行有效检测，工序简单，节省时间，提高工作效率；而且还解决了现有技术中对使用过的石油套管接箍的螺纹进行磁粉无损检测的效果不好的问题，以及奥氏体不锈钢、铜、铝、镁、钛等非磁性材质的石油套管接箍的螺纹不能通过磁粉无损检测的问题，采用本发明实施例的相控阵探头检测出的石油套管接箍的缺陷能够永久保存，无环境污染，对人体无害。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种相控阵探头，用于对石油套管接箍进行探伤检测，其特征在于，包括：
楔块，所述楔块包括凹弧形底面以及与所述凹弧形底面相对的斜面，所述斜面与所述凹弧形底面的中心轴线形成预设夹角；
设置于所述斜面上的换能器，所述换能器包括本体和晶片，所述本体包括连接面，所述晶片嵌于所述连接面，所述连接面与所述斜面相对，所述晶片贴设在所述斜面上，所述晶片的数量为多个，多个所述晶片在所述斜面的倾斜方向上沿着第一直线间隔的阵列分布。
2.根据权利要求1所述的相控阵探头，其特征在于，
所述第一直线与所述凹弧形底面的中心轴线位于同一平面内。
3.根据权利要求2所述的相控阵探头，其特征在于，
所述预设夹角等于所述石油套管接箍的螺纹牙型角。
4.根据权利要求2所述的相控阵探头，其特征在于，
所述预设夹角的角度在30°至44°之间。
5.根据权利要求4所述的相控阵探头，其特征在于，
所述凹弧形底面的半径等于所述石油套管接箍的外壁的半径。
6.根据权利要求5所述的相控阵探头，其特征在于，
与所述斜面的底边相邻的所述晶片至所述凹弧形底面具有预设距离。
7.根据权利要求6所述的相控阵探头，其特征在于，
所述晶片为条状结构，所述晶片的数量在16个至64个之间；
相邻所述晶片的间隔为0.5mm；
所述换能器的中心频率为2.5MHz至5MHz。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的相控阵探头，其特征在于，
所述楔块内的超声波束传播速度为2337m/s。
9.一种相控阵仪器，其特征在于，包括：
主机以及如权利要求1至8中任意一项所述的相控阵探头；
所述相控阵探头与所述主机连接，所述主机用于控制所述换能器的晶片发射和接收超声波束，所述主机包括用于显示检测结果的显示屏。
10.根据权利要求9所述的相控阵仪器，其特征在于，
所述晶片发射的超声波束与所述斜面的法向方向的夹角为35°至70°。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160113 |