專利名稱：管桿螺紋缺陷檢測(cè)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于數(shù)字化磁性無(wú)損檢測(cè)儀器，尤其適用于檢測(cè)油田用油管(桿)、鉆桿螺紋部分缺陷的檢測(cè)。
技術(shù)背景油管(桿)以及鉆桿是油田采油、鉆井過(guò)程中重要部件，用量很大，而這些管桿的螺紋部位與桿體一樣，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中會(huì)因?yàn)楦鞣N原因產(chǎn)生不同類型的缺陷。引起油管螺紋產(chǎn)生各種缺陷的主要原因有預(yù)緊力不足、材料缺陷或熱處理質(zhì)量不符合要求、螺紋加工質(zhì)量差、臺(tái)肩端面與外螺紋中心線的垂直度誤差大、臺(tái)肩側(cè)面與接箍端面接觸不緊、腐蝕、抽汲載荷超載、長(zhǎng)期承受交變載荷等。由以上原因引起的油管螺紋區(qū)的缺陷主要表現(xiàn)為螺紋斷扣、螺紋磨損、根部裂縫、粘扣以及油管螺紋區(qū)錐度的變化等。這些缺陷如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將影響采油作業(yè)的安全，造成設(shè)備損傷或人員傷亡。目前油田上使用的主要檢測(cè)方法仍是目測(cè)法和磁粉檢測(cè)法。目視檢測(cè)法主要靠井口作業(yè)工人的肉眼進(jìn)行觀察、憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷螺紋區(qū)的缺陷；磁粉檢測(cè)方法是最早的一種磁檢測(cè)方法，它是檢測(cè)人員靠肉眼根據(jù)熒光磁粉在工件缺陷處漏磁場(chǎng)作用下所形成的形狀來(lái)判斷螺紋部分缺陷的，這兩種方法檢測(cè)前都需要對(duì)螺紋表面進(jìn)行清洗，操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作環(huán)境比較艱苦，而且檢測(cè)結(jié)果的可靠性比較差，只能檢測(cè)那種比較明顯的缺陷，不能滿足準(zhǔn)確性、適時(shí)性檢測(cè)的要求。于2003年.09日.03公開(kāi)的公告號(hào)為CN2570761Y的中國(guó)實(shí)用新型專利公開(kāi)了一種油管螺紋檢測(cè)儀，它只是對(duì)檢測(cè)儀的結(jié)構(gòu)上做了簡(jiǎn)單的說(shuō)明，而且采用的是旋轉(zhuǎn)式的結(jié)構(gòu)。
總之，油田用管桿螺紋由于其結(jié)構(gòu)上的特殊性，曲面交貫曲線較多，螺紋本身表面不平整，檢測(cè)區(qū)域小，因此到目前為止還沒(méi)有一種有效、可靠的檢測(cè)方法，這也是采油、鉆井過(guò)程中一直未能克服的問(wèn)題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服上述不足之處，提供一種管桿螺紋缺陷檢測(cè)傳感器，通過(guò)它可以快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)出管桿螺紋的各類缺陷。
本實(shí)用新型提供的管桿螺紋缺陷檢測(cè)傳感器，包括探頭，其特征在于內(nèi)套的左端裝有磁化線圈，磁化線圈的磁化位置偏離被檢測(cè)的螺紋區(qū)域并且位于靠近螺紋的桿體部分；內(nèi)套的中部套有可沿其外表面滑行的探頭架，探頭采用可浮動(dòng)式安裝在探頭架上，且沿圓周方向均勻、對(duì)稱分布，內(nèi)套的中部開(kāi)有與探頭個(gè)數(shù)相同、位置對(duì)應(yīng)的探頭導(dǎo)向槽，各探頭伸入對(duì)應(yīng)的探頭導(dǎo)向槽內(nèi)，在探頭架的帶動(dòng)下，各探頭在相應(yīng)的探頭導(dǎo)向槽內(nèi)滑動(dòng)，各探頭內(nèi)均裝有磁感應(yīng)元件，兩個(gè)對(duì)稱分布的磁感應(yīng)元件之間兩兩做差分組合，并輸出檢測(cè)信號(hào)；內(nèi)套的右端內(nèi)安裝有導(dǎo)磁加長(zhǎng)管，導(dǎo)磁加長(zhǎng)管位于被測(cè)螺紋的端部；導(dǎo)磁加長(zhǎng)管的中部開(kāi)有法蘭導(dǎo)向槽，法蘭位于導(dǎo)磁加長(zhǎng)管內(nèi)，法蘭的臂通過(guò)延長(zhǎng)臂與探頭架相連，直線電機(jī)的軸與法蘭的軸心相連。
本實(shí)用新型根據(jù)漏磁檢測(cè)原理設(shè)計(jì)，克服了現(xiàn)有技術(shù)在使用過(guò)程中由于端部效應(yīng)、提離效應(yīng)所造成的局限，可以對(duì)油管、抽油桿、鉆桿內(nèi)外螺紋的缺陷進(jìn)行快速、準(zhǔn)確檢測(cè)。其次，本實(shí)用新型采用端部夾緊及磁化線圈磁場(chǎng)的吸力自動(dòng)定心定位的方式，使被測(cè)管桿、檢測(cè)探頭以及導(dǎo)磁桿同軸，很好地保證了檢測(cè)的精度與準(zhǔn)確性。此外，本實(shí)用新型采用直線掃描的方式，可實(shí)現(xiàn)對(duì)管桿螺紋部分的全面檢測(cè)，更加符合實(shí)際檢測(cè)的需要。本實(shí)用新型所能檢測(cè)的缺陷類型包括1螺紋斷扣；2絲扣磨損；3根部裂紋；4螺紋段錐度的變化?？傊緦?shí)用新型使漏磁檢測(cè)這種新型的無(wú)損檢測(cè)方法的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)展，解決了油田上一直以來(lái)所面臨的一項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)難題。


圖1為管桿螺紋漏磁檢測(cè)傳感器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為管桿螺紋漏磁檢測(cè)傳感器的元件分布示意圖圖3為整個(gè)管桿螺紋檢測(cè)儀的系統(tǒng)組成；
圖4為無(wú)缺陷油管螺紋的檢測(cè)信號(hào)波形圖；圖5為油管絲扣磨損的檢測(cè)信號(hào)波形圖；圖6為根部有深0.3mm寬0.10mm裂紋的油管螺紋檢測(cè)信號(hào)波形圖；圖7為螺紋根部鉆有Φ2.4mm通孔的油管螺紋的檢測(cè)波形。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，內(nèi)套15的左端裝有磁化線圈3，探頭架8位于內(nèi)套15的中部、并可沿其外表面滑行。八個(gè)探頭6(偶數(shù)個(gè)即可)采用浮動(dòng)式安裝在探頭架8上，且沿圓周方向均勻、對(duì)稱分布，內(nèi)套15的中部開(kāi)有與探頭個(gè)數(shù)相同、位置對(duì)應(yīng)的探頭導(dǎo)向槽18，各探頭伸入對(duì)應(yīng)的探頭導(dǎo)向槽內(nèi)，在探頭架8的帶動(dòng)下，各探頭在相應(yīng)的探頭導(dǎo)向槽18內(nèi)滑動(dòng)。每個(gè)探頭內(nèi)均裝有磁感應(yīng)元件21，磁感應(yīng)元件21可以是霍爾元件、磁感應(yīng)線圈等。上述兩個(gè)對(duì)稱分布的磁感應(yīng)元件之間兩兩做差分組合，從而輸出四路檢測(cè)信號(hào)。探頭架8、探頭6、內(nèi)套15以及磁感應(yīng)元件21之間的位置關(guān)系如圖2所示。
調(diào)節(jié)每個(gè)探頭6的徑向位置，使它們盡可能地貼近被測(cè)螺紋表面，以達(dá)到最佳的檢測(cè)效果。
導(dǎo)磁加長(zhǎng)管10伸入內(nèi)套15的右端內(nèi)，并通過(guò)螺釘與內(nèi)套15固定連接。導(dǎo)磁加長(zhǎng)管10采用高導(dǎo)磁材料，在螺紋部分形成一段相對(duì)均勻的磁化區(qū)。導(dǎo)磁加長(zhǎng)管10的中部開(kāi)有法蘭導(dǎo)向槽20，法蘭17位于導(dǎo)磁加長(zhǎng)管10內(nèi)并可沿法蘭導(dǎo)向槽20滑動(dòng)。法蘭17通過(guò)延長(zhǎng)臂16與探頭架8相連。法蘭17、內(nèi)套15、導(dǎo)磁加長(zhǎng)桿10之間的位置關(guān)系如圖3所示。直線電機(jī)14的軸與法蘭17的軸心相連，直線電機(jī)14帶動(dòng)法蘭17的臂在法蘭導(dǎo)向槽20中滑動(dòng)，同時(shí)通過(guò)隨之滑動(dòng)的探頭架8帶動(dòng)各探頭在探頭導(dǎo)向槽18中滑動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)探頭6對(duì)被測(cè)螺紋部分的掃描。
上述結(jié)構(gòu)中，探頭架8與內(nèi)套15采用的是間隙配合，以內(nèi)套15的外表面為滑行表面，探頭6在探頭導(dǎo)向槽中滑動(dòng)、法蘭17的臂在法蘭導(dǎo)向槽20中滑動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了掃描運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)，保證了檢測(cè)的精度。
為保證檢測(cè)傳感器各部件之間的同軸度，內(nèi)套15左端設(shè)有左擋板2，導(dǎo)磁加長(zhǎng)管10的右端設(shè)有右擋板12，兩檔板通過(guò)連接桿4相連，把整個(gè)檢測(cè)傳感器連為一體。由行程與被測(cè)螺紋9長(zhǎng)度相當(dāng)?shù)闹本€電機(jī)14通過(guò)固定在右擋板12上的后罩13定位，保證電機(jī)的軸心與整個(gè)檢測(cè)傳感器的軸心同軸，從而更一步提高了傳感器的檢測(cè)精度。
檢測(cè)傳感器在使用的過(guò)程中，既可以采用等時(shí)間采樣，也可以采用等空間采樣。在采用等空間采樣時(shí)，在探頭架8上安裝有光電編碼器7，它可隨探頭架一起移動(dòng)，光電編碼器7的軸上繞有皮帶11，皮帶11的兩端分別固定在左擋板2和右擋板12上。光電編碼器7隨著探頭架8一起作直線運(yùn)動(dòng)，光電編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)軸在皮帶11的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)編碼器的性能，轉(zhuǎn)動(dòng)軸每旋轉(zhuǎn)一周，發(fā)出N個(gè)脈沖信號(hào)，從而控制后續(xù)的計(jì)算機(jī)并口采集N個(gè)數(shù)據(jù)。采用等時(shí)間采樣時(shí)，不需要連接光電編碼器7的信號(hào)輸出端也可以不安裝光電編碼器。采集的數(shù)據(jù)進(jìn)入后續(xù)的電路，進(jìn)行相應(yīng)的處理，最終輸出檢測(cè)結(jié)果。
檢測(cè)過(guò)程中，檢測(cè)傳感器套到被測(cè)管桿螺紋9上，由內(nèi)套15與油管的桿體1表面定位，并使磁化線圈3位于被測(cè)管桿桿體靠近螺紋的位置。磁化線圈3通電后，在偏離螺紋的區(qū)域?qū)z測(cè)區(qū)域進(jìn)行磁化，在螺紋區(qū)域形成軸向的磁化場(chǎng)，周向分布的磁感應(yīng)元件對(duì)磁化后的螺紋區(qū)域進(jìn)行掃描，獲取漏磁場(chǎng)信號(hào)，送入后續(xù)的信號(hào)采集處理電路以及相應(yīng)的信號(hào)分析系統(tǒng)。導(dǎo)磁加長(zhǎng)桿10在勵(lì)磁場(chǎng)的作用下，與管桿螺紋端部緊密接觸，使勵(lì)磁場(chǎng)在端部不會(huì)泄漏，而是沿著導(dǎo)磁加長(zhǎng)桿繼續(xù)前進(jìn)，從而在螺紋區(qū)形成一段比較均勻的磁化區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)管桿螺紋部分的均勻磁化。
圖3為由上述管桿螺紋漏磁檢測(cè)傳感器所組成的一套管桿螺紋檢測(cè)儀，整個(gè)檢測(cè)儀由漏磁檢測(cè)傳感器I、信號(hào)處理器II、計(jì)算機(jī)信號(hào)分析系統(tǒng)III三部分組成。由檢測(cè)傳感器輸出的四路檢測(cè)信號(hào)A1，B1，C1，D1，分別經(jīng)過(guò)信號(hào)處理器里的放大電路A2，B2，C2，D2放大、經(jīng)濾波電路A3，B3，C3，D3濾波、經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路A4，B4，C4，D4對(duì)信號(hào)進(jìn)行增益調(diào)整、零點(diǎn)調(diào)節(jié)、溫度補(bǔ)償以及電平偏置等處理后進(jìn)入四通道信號(hào)采集板E，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)并口通信接口F進(jìn)入計(jì)算機(jī)信號(hào)分析系統(tǒng)G，對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)的分析、顯示、診斷與識(shí)別、輸出打印診斷結(jié)果。
圖4為該儀器檢測(cè)到的無(wú)缺陷油管螺紋的四通道信號(hào)波形圖，從圖中可以看出，無(wú)損螺紋的檢測(cè)信號(hào)是具有一定周期的周期信號(hào)，信號(hào)中除了由螺紋產(chǎn)生的漏磁信號(hào)外，基本上沒(méi)有別的奇異信號(hào)。
圖5為從左往右數(shù)第六扣處出現(xiàn)絲扣磨損的油管螺紋的檢測(cè)波形，從波形中可以看出，在第三通道第六個(gè)螺紋信號(hào)上有一個(gè)波峰比較大的奇異信號(hào)，這是絲扣磨損缺陷信號(hào)疊加到螺紋信號(hào)上的信號(hào)的波形，根據(jù)奇異信號(hào)的峰峰值、波寬等參數(shù)可以很明顯得分辨出螺紋缺陷的特征。
圖6為從右往左數(shù)第10個(gè)螺紋根部有一段用線切割成的0.1mm寬×0.3mm深的裂紋模擬缺陷的檢測(cè)信號(hào)波形。
圖7為螺紋根部鉆有Φ2.4mm通孔的油管螺紋的檢測(cè)波形。
以上缺陷都是根據(jù)磁性檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)以及用戶的使用要求制作的，基本上模擬了現(xiàn)場(chǎng)的一些缺陷類型，而且檢測(cè)靈敏度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中能造成管桿危害的缺陷類型。從這些缺陷以及其相應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)波形來(lái)看，該管桿螺紋檢測(cè)儀完全能夠滿足生產(chǎn)以及客戶的要求，方便適用，準(zhǔn)確可靠。
權(quán)利要求1.一種管桿螺紋缺陷檢測(cè)傳感器，包括探頭，其特征在于內(nèi)套(15)的左端裝有磁化線圈(3)，磁化線圈(3)的磁化位置偏離被檢測(cè)的螺紋區(qū)域并且位于靠近螺紋的桿體部分；內(nèi)套(15)的中部套有可沿其外表面滑行的探頭架(8)，探頭(6)采用可浮動(dòng)式安裝在探頭架(8)上，且沿圓周方向均勻、對(duì)稱分布，內(nèi)套(15)的中部開(kāi)有與探頭個(gè)數(shù)相同、位置對(duì)應(yīng)的探頭導(dǎo)向槽(18)，各探頭伸入對(duì)應(yīng)的探頭導(dǎo)向槽內(nèi)，在探頭架(8)的帶動(dòng)下，各探頭在相應(yīng)的探頭導(dǎo)向槽(18)內(nèi)滑動(dòng)，各探頭內(nèi)均裝有磁感應(yīng)元件(21)，兩個(gè)對(duì)稱分布的磁感應(yīng)元件之間兩兩做差分組合，并輸出檢測(cè)信號(hào)；內(nèi)套(15)的右端內(nèi)安裝有導(dǎo)磁加長(zhǎng)管(10)，導(dǎo)磁加長(zhǎng)管(10)位于被測(cè)螺紋的端部；導(dǎo)磁加長(zhǎng)管(10)的中部開(kāi)有法蘭導(dǎo)向槽(20)，法蘭(17)位于導(dǎo)磁加長(zhǎng)管(10)內(nèi)，法蘭(17)的臂通過(guò)延長(zhǎng)臂(16)與探頭架(8)相連，直線電機(jī)(14)的軸與法蘭(17)的軸心相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于內(nèi)套(15)左端設(shè)有左擋板(2)，導(dǎo)磁加長(zhǎng)管(10)的右端設(shè)有右擋板(12)，兩檔板通過(guò)連接桿(4)相連；直線電機(jī)(14)通過(guò)固定在右擋板(12)上的后罩(13)定位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的傳感器，其特征在于在探頭架(8)上安裝有光電編碼器(7)，其軸上繞有皮帶(11)，皮帶(11)的兩端分別固定在左擋板(2)和右擋板(12)上。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種管桿螺紋缺陷檢測(cè)傳感器。其內(nèi)套的左端裝有磁化線圈，內(nèi)套的中部套有可沿其外表面滑行的探頭架。探頭采用可浮動(dòng)式安裝在探頭架上，且沿圓周方向均勻、對(duì)稱分布。內(nèi)套的中部開(kāi)有探頭導(dǎo)向槽，各探頭伸入對(duì)應(yīng)的探頭導(dǎo)向槽內(nèi)，在探頭架的帶動(dòng)下，各探頭在相應(yīng)的探頭導(dǎo)向槽內(nèi)滑動(dòng)，各探頭內(nèi)均裝有磁感應(yīng)元件。內(nèi)套的右端內(nèi)安裝有導(dǎo)磁加長(zhǎng)管，其中部開(kāi)有法蘭導(dǎo)向槽，法蘭位于導(dǎo)磁加長(zhǎng)管內(nèi)，法蘭的臂通過(guò)延長(zhǎng)臂與探頭架相連，直線電機(jī)的軸與法蘭的軸心相連。采用該檢測(cè)傳感器可以精確檢測(cè)出管桿螺紋在生產(chǎn)過(guò)程中容易產(chǎn)生的各種主要缺陷，檢測(cè)精度高、效率高，從而解決了油田上一直以來(lái)所面臨的一項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)難題，有著廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G01N27/87GK2731449SQ20042007674
公開(kāi)日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2004年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月24日
發(fā)明者康宜華, 丁勁鋒, 武新軍 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)