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
Abstract
Oil drill pipe joints is one of the specially designed components for oil exploration. In order to ensure safe use in underground, the connector does not allow more than the standard defects. Therefore, an indispensable component in the defect detection has become for the production of oil drill pipe joints. Ultrasonic testing is one of the main methods used in defect detection of drill pipe joints.
As the drill pipe joint of complex shape, high specifications: at the same time from the use of security considerations, and must be on the transverse and longitudinal defects were 100% flaw, therefore, on drill pipe joints by ultrasonic detection with a certain degree of difficulty. In practical production, mostly by manual inspection methods were detected; and manual testing in low production efficiency, difficult issues such as the inspection quality. Therefore, this paper developed a suitable for practical production of drill pipe ultrasonic automatic test system, it is to ensure the safe use of drill pipe joint has important significance.
This paper is mainly divided into four parts to discuss the petroleum drill rod joint of ultrasonic detection method research.
The second part introduces the ultrasonic detection system and the testing data is displayed, and the commonly used digital image processing methods are introduced briefly; then the actual testing data, according to the system flaw characteristic, put forward the effective image processing and defect extraction method.
The third part introduces the testing system application, on the system to realize the automatic flaw detection of the overall process of the general description.
The fourth part of the device 's overall effect to make objective evaluation, and the future of its application and improvement measures are discussed.
The paper from the actual project, solving the joint detection difficulties, finally realizes the automatic, efficient detection of drill pipe joint. the system improvement program.
Key words：Petroleum drill rod joint; probe; the probe bracket; image processing; A scanning; B scanning
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74LS244 14
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74LS04 17
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CX20106A 18
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
1 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
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