石油钻杆接头超声波检测方法研究【研究类】【无图】
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石油
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石油钻杆接头超声波检测方法研究
30页 15000字数+说明书+开题报告+任务书+文献综述+答辩稿+外文翻译
任务书.doc
外文翻译--无损检测.doc
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文献综述.doc
石油钻杆接头超声波检测方法研究开题报告.doc
石油钻杆接头超声波检测方法研究答辩稿.ppt
石油钻杆接头超声波检测方法研究论文.doc
诚信承诺书.doc
目 录
摘 要1
1 绪论1
1.1 超声波检测的概要1
1.2 国内外研究现状1
1.3 本论文的主要工作2
2 超声波检测的基本原理2
2.1 超声波传感器2
2.2超声波探伤基本方法3
2.3 超声波检测的常用方法5
3 系统组成7
3.1超声波检测技术7
3.2检测系统的组成8
3.3 数据显示方法9
3.4探伤数据的显示10
3.5 探伤图像处理及滤波算法11
4 系统的硬件设计13
4.1 单片机系统及显示电路14
4.1.1 芯片74LS24414
4.1.2 四位共阳极LED数码管14
4.1.3 单片机系统及显示电路15
4.2 超声波发射电路15
4.2.1 超声波换能器16
4.2.2 芯片74LS0417
4.3 超声波检测接收电路17
4.3.1 超声波检测接收电路17
4.3.2 芯片CX20106A18
5 系统的设计19
5.1 主函数21
5.2 超声波发生子函数和超声波接收中断函数22
6软硬件调试及性能23
6.1元器件的焊接23
6.2 电路调试与分析23
7结语24
参考文献25
致 谢26
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
- 内容简介：
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中国地质大学长城学院本科毕业设计（论文）文献综述系 别： 工程技术系 专 业：机械设计制造及其自动化姓 名： 李博 学 号： 05208330 2012年3月1日1 引言目前超声波探伤技术的成果以及技术经济指标以趋于成熟阶段，针对接管角焊缝属于空间相贯的马鞍形曲线,探头扫查面均为曲面的特点,研究了变曲面缺陷的定位和定量技术。研制了接管内孔、简体外壁自动探伤设备,以增加对接管角焊缝的探测方向,提高缺陷的检出率。研究解决了具有缺陷信号的自动采集、处理、贮存及缺陷图像显示和探伤报告打印功能的计算机硬软件系统。完成了工业环境的抗干扰试验,以提高计算机系统的可靠性。该成果通过对上述问题的解决,开发出接管角焊缝定型的自动超生波探伤设备,填补了国内空白,达到世界先进水平。经济、社会、环境效益及推广应用前景：目前在中国投入运行的近130万台容器的接管角焊缝还没有可靠的检验方法和手段,该专题研究的接管角焊缝的探伤技术和设备,可以控制压力容器制造过程的质量,提高焊缝的完好性,更重要的是可以对在运行中的100万多台在役压力容器接管角焊缝进行定量地监督检验和缺陷测定,给压力容器的安全评估提供准确和可靠的原始数据,从而保证了容器的安全运行。成果转化的可行性，一套完整的接管角焊缝探伤技术、检验标准和配套的检测设备,可以有计划分期分批地推广到压力容器的制造、安装、使用和监检单位。国内锅炉压力容器制造厂约2000多个,拥有锅炉压力容器的企业约40多万家,安装单位几百家,如果按1/1000的需求量计算,可推广供应约400台套以上的探伤技术与设备,至少可创造约400万元以上的直接经济效益。为达到早日应用于生产的目的,可计划小批量生产5-10套自动探伤机,并以课题继续滚动的形式建成自动探伤机的中试生产基地。2超声波木材缺陷检测若干问题的探讨应用超声波技术对木材缺陷进行检测的研究成果如下：KAMcDonald 和RGCox对存在于木结构中的节子能检测出来；MPatton-Mallory和wWWilcox对木材结构中的腐朽缺陷可检测出来；JLSandoz在野外实地检测中可以对木梁的强度进行评估；吕立仁和陈兆斌用天津建筑仪器厂生产的HSC一4型超声波检测仪，对大兴安岭樟子松、落叶松的心材及腐朽木材进行检测，结果得出超声波检测木材，从声速、振幅和频率均能反映出木材内部缺陷的在及其位置8。超声波木材检技术取得了一定的进展，由于木材本身的各向异性及其检测的复杂性，应用超声波在木材缺陷检测的技术方面仍有很多技术需要进一步研究。在超声波非金属缺陷检测中，木材检测是其中的一个具体的应用。由于超声波传播的特性，在木材检测时使用的超声探头直径的大小、频率的高低、探头发射功率的大小以及探头在木材上的施测方向(在木材的轴向还是横截面上的径向和弦向施加探头)等因素，对测试结果都有影响，检见所得的数据各有不同。3超声探头直径参数对木材缺陷检测效果的影响超声波检测技术的优点之一是其指向性好，有利于缺陷的检测与对缺陷的定性和定量检测。超声波的指向性与超声探头的半扩散角密切相关，探头的半扩散角越小，指向性也越好。超声探头的半扩散角与探头的直径成反比 。所以，为了提高超声探头的指向性，探头的直径在允许的条件下都做的尽量的大，特别是非金属探头，直径已达50mm。由于非金属超声探头的直径较大，在对木材试件进行超声波榆测时，造成了接触面大而引起一些的问题。常用的木材试件一般为板材或原术，截面尺寸有限。由于超声波在一个尺寸不大的介质中传播时，对声波传播的影响因素很多。其中，声波探头直径的大小是一个重要影响因素。超声纵波平面探头的声场是一个圆盘形声源形成的复合声场，圆盘声源上每一微元都可以看成单一点声源，超声波是这些无数点声源叠加成的复频波(复合频率波)。超声波是以波前为首的一系列不同相位波阵面组成的复频波。波前是一个不规则曲面，面上的哪一点先与接收探头接触是无法得知的，探头直径越大，波前曲面与探头平面可接触点越多，也就是说不确定因素越多。由此可见，探头直径越小，检测准确性越高。超声波检测技术是用首波声时和幅值判定缺陷。接收探头最先接收到的声波信号是探头接触平面上某一点最先到达的超声波波前信号，形成超声仪接受的首波信号。后续波会与先期到达的波列叠加产生的叠加信号，其中包含了木材内部的各种信息。由于后续波形成的复杂性，对后续波形的分析就十分复杂，这是超声波检测分析中以首波声时和幅值为首要判据的原因。在木材轴向实施超声波缺陷检测时，波阵面要穿过木材所有缺陷位置。由于木材轴向对超声波的衰减小，声能通过木材没有缺陷的地方以较快的速度传播；另外，由于探头的接收面较大，任意一点先期到达的波都会使接收探头得到激发并由此产生电信号。这样使缺陷检测的敏感性和定位的准确性降低。为提高检测的精度和准确性，方法之一是使用灵敏度更高的直径更小的探头；其二是减少接收探头与木材端面的接触面积，如在探头前加圆锥形的前端，减小波前与探头的接触面，提高检测的准确性。为了解决金属功能零件分层实体制造中成型精度和强度的问题,提出了一种基于大厚度切片的金属功能零件分层制造的概念.在一定的成型精度条件下,通过综合优化和正反两面切割最大限度地提高每一层板允许的厚度并进行标准化,用数控机床完成金属层板的切割,采用真空固态压力热扩散焊,实现金属层板之间的连接,以有效提高零件的强度和加工效率.最后获得具有较高精度和强度的金属功能零件。4超声波频率和波长参数对木材缺陷检测效果的影响木材缺陷的超声波检测属于非金属探测，非金属与金属探测的区别之一是超声探头频率的不同。非金属探头主频率与金属探头的相比，频率要小的多。因为组成金属材料的晶粒要比非金属的小得多，高频声能在金属中传播的衰减小。金属几乎都是各向同性材料，不受探头的检测方向的影响，因而高频率的超声波适合缺陷的检测。而许多非金属材料是各向异性材料，检测时探头的检测方向对检测结果各有影响。木材是各向异性的非金属材料。由于木材自身的生长特性和其含水量不同，木材对超声波有明显的吸收作用，声波信号在木材中衰减很快。为缺陷检测需要，木材缺陷检测所使用的超声波平面探头的频率相对就低些。实验表明：当频率于20 kHz时，超声波的传播距离远，有利于接收探头对信号的接收。有时为了提高对缺陷的检时有必要加大探头的功率。超声波木材缺陷检测与其他非金属探伤一样，被测物相当于一个对超声波的滤波器。由于超声波是一个有一定带宽的脉冲波，是电脉冲产生的复频波，包含了一系列不同频率成分余弦波分量，主频就是超声波中幅值最大的波的频率。由于超声波在传播时不同频率的波传播速度不同，高频率的波传播速度高于低频率波的速度。另外，频率高的波速有下降的趋势。因此超声波随着传播距离的增加，主频率有向下漂移的现象，称为频漂。所以被检测木材的尺寸越大，接受到的波的主频就有降低的趋势，检测木材使用的超声波频率不宜太低。超声检测无论是在金属探伤领域，还是在非金属检测领域，耦合剂是不可缺少的。由于非固体物质只能传播纵波的性质，耦合剂的使用不仅使超声波能很好的传播，还可以避免横波对检测的于扰8。木材是固体物质，由于其弹性摸量小，强度和硬度都低，检测时虽需要耦合，但耦合方式可以多样。在基于平面探头的锥型前端可以钉入木材中(无论是在轴向还是横断面上的径向或弦向)，在这种情况下，术材与探头的圆锥体紧密接触。如果木材是新鲜的(活立木或是采伐后不久的)，还有木浆在木材与探头的圆锥体间，这样很好地解决了检测中的耦合问题。5 研究启发本课题主要是通过超声波系统与单片机来实现探伤和距离的测量，从而实现预先提示，减少钻杆因为疲劳强度而断裂所产生的一系列的问题。我做的是石油钻杆的超声波检测的设计，主要是使用单片机语言编程实现超声波测距系统与单片机之间的串行通信及显示钻杆的寿命和下钻的距离。在整个设计过程中要熟悉单片机芯片和超声波测距系统的工作原理以及所使用单片机的各个管脚及其功能。以上的这些都是在毕业设计期间所学的知识的利用。这不仅是对于本课题的设计与实现更是对于自己学习能力和动手能力的一次考验。参考文献：1 张志春. 薄壁管对接焊缝超声波检测与评定J. 石油工程建设, 1984, (05):110-116 2 于文勇, 王立海, 杨慧敏等. 超声波木材缺陷检测若干问题的探讨J. 森林工程, 2006,(06):326-327 3 何汇. 常规超声波检测技术初步(续)J. 无损探伤, 2002,(02):159-162 4 薛正林, 韩烨, 贾涛等. 焊缝超声波检测存在的问题及其技术改进措施J. 油气储运, 2005,(09):279-296 5 黄磊, 李云龙. 管道环焊缝相控阵自动超声波检测技术J. 焊管, 2006,(04):75-796
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