专利名称：石油钻杆磁声发射检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种无损检测装置，主要用于检测石油钻杆管体损伤和 残余应力，为钻杆的评级提供依据，具体地说，是一种石油钻杆磁声发射检
背景技术：
钻杆是石油钻柱的重要组成部分，主要用于传递动力及和输送钻井液。在 钻井过程中，钻杆承受拉、压、弯、扭以及冲击振动引起的附加动载荷，其 外表面则受到局部磨损及介质腐蚀。经服役的钻杆，常有疲劳和腐蚀裂纹等 缺陷产生，如不及时发现，将导致刺穿、断裂等，引发严重的钻井事故。因 此，及时灵敏地检测出服役钻杆的疲劳损伤并对其技术状态做出准确评价， 有效防止钻杆破坏引发的钻井事故，是钻井生产中急需解决的重大技术问题。
现有用于钻杆检测的无损探伤技术(如超声、涡流、磁粉等)，只能检 测出已出现的缺陷，无法从钻杆发生疲劳损伤的根源(即微观缺陷或应力集中 区)上对其技术状态做出早期评定，预防在役钻杆发生意外疲劳损坏。
磁声发射检测技术基本原理是铁磁材料磁化中，磁畴的不可逆运动， 除了产生巴克豪森噪声外，同时还激发一系列弹性波脉冲，该弹性波脉冲类 似于机械声发射，称为磁致声发射或磁声发射。研究表明，磁声发射信号强 度与产生非弹性应变的体积成比例，当材料局部外磁场强度保持不变时，磁
声发射信号强度随所受应力的变化而变化，不管产生应力的原因是外加载荷 引起的还是本身残余应力。利用这一特性，可对无应力的工件进行加载过程 的磁声发射信号强度标定，又可据此对实际工件的应力进行无损测量。
工件残余应力的磁声发射检测技术，在国内外相关领域已经受到高度重 视，并已在焊接压力容器、火车轮、战车、炮筒、炮壳、导弹等热处理残留 应力检测和火车钢轨的疲劳寿命评估等方面得到应用，但未见有钻杆磁声发 射检测的研究成果发表。
发明内容
本实用新型的目的在于弥补现有钻杆管体无损监测装置的不足，提供一 种石油钻杆磁声发射检测仪，它可以有效检测石油钻杆残余应力和微观损伤 程度、准确定位缺陷的石油钻杆磁声发射检测仪。
本实用新型是这样实现的包括手柄、弹簧、钻杆管体、连接臂、传感器盒，在钻杆管体上装有连接臂、传感器盒，在该装置的中间弧顶部位装有 传感器盒，传感器盒两侧安装有连接臂，连接臂顶端装有手柄，传感器盒与 连接臂之间装有弹簧。
该传感器盒两侧分别设有铰支座，铰支座上安装有"V"形的连接臂。
连接臂的一端在传感器盒的两侧上翘安装。
连接臂的远端各连接有一个侧位的传感器盒。
在传感器盒两端铰支座的上侧的中间传感器盒与连接臂之间各装有一个 用于控制两侧传感器盒压紧钻杆管体的弹簧。
两个连接臂上的传感器盒呈180。相对位置。
所述传感器盒内部结构由线圈支架、线圈、铁芯、软弹性隔离层、磁声 发射探头组成，线圈支架固定在铁芯上，线圈缠绕在线圈支架上，软弹性隔 离层置于线圈与磁声发射探头间隙处。 铁芯为U型。
本实用新型的有益效果是可以实现对石油钻杆内部微观损伤和残余应 力的无损检测，从而为钻杆分级及疲劳寿命的预测提供依据。其主要特点是
(1) 在无需外界加载的情况下对钻杆进行磁声发射检测，
(2) 可得到钻杆残余应力的大小及疲劳损伤程度，
(3) 检测深度达15cm，较X射线衍射等无损检测方法要深的多
(4) 传感器装置针对钻杆管体圆柱状特征设计，能使声发射探头与管体 实行良好接触，实现多通道同时检测，可以减少应接触不良造成的检测误差。
附图1为本实用新型的结构示意图； 附图2为传感器盒5的结构示意图。
具体实施方式
如附图1所示，由手柄1、弹簧2、钻杆管体4、连接臂3、 传感器盒5 组成，在钻杆管体4上装有连接臂3、传感器盒5，在该装置的中间弧顶部位 装有传感器盒5，传感器盒5两侧安装有连接臂3，连接臂3顶端装有手柄1， 传感器盒5与连接臂3之间装有弹簧2。
该传感器盒5两侧分别设有铰支座，铰支座上安装有"V"形的连接臂3。
连接臂3的一端在传感器盒5位置两侧上翘安装。
连接臂3的远端各连接有一个侧位的传感器盒5。
在传感器盒5两端铰支座的上侧的中间传感器盒5与连接臂3之间各装 有一个用于控制两侧传感器盒压紧钻杆管体4的弹簧2。两个连接臂3上的传感器盒5呈180°相对位置。
如附图2所示，所述传感器盒5内部结构由线圈支架6、线圈7、铁芯8、 软弹性隔离层9、磁声发射探头10组成，线圈支架6固定在铁芯8上，线圈 7缠绕在线圈支架6上，线圈支架6与铁芯8是自交错安置，软弹性隔离层9 置于线圈7与磁声发射探头10间隙处。 铁芯8为U型。
该装置由激励源控制电路与U型磁化器组成，所述激励源控制电路为公 知技术，主要由波形发生电路和功率放大电路两部分构成，波形发生电路部 分产生频率可调的超低频(O. 5-10Hz)正弦波，然后通过功率放大后输出较大 功率的正弦信号。
该装置其总体形状呈半圆弧型，安装有三个传感器盒5，可同时对待测杆 体周向上的三个点进行磁声发射检测。
如附图1所示，由手柄l、弹簧2、连接臂3、传感器盒5等部件组成。 在中间弧顶部位的是中间传感器盒5，该传感器盒5两侧各有一个铰支座，每 个铰支座上安装有一个"V"形的连接臂3，连接臂3的远端各连接有一个侧 位的传感器盒5，连接臂3的另一端在中间传感器盒5的两侧上翘，顶端各装 有一个手柄1。在传感器盒5两个铰支座的上侧的中间，传感器盒5与连接臂 3之间各装有一个用于控制两侧传感器盒压紧钻杆管体的弹簧2。
因为手柄1和连接臂3可围绕一铰支座转动，利用杠杆原理，通过压紧 两手柄1可以将连接臂3张开便于将整个装置夹于钻杆管体4之上；松开手 柄1时，在弹簧2的作用下，通过连接臂3的杠杆作用可使用两侧的传感器 盒5压紧在检测的杆体上。
两个连接臂3上的传感器盒5呈180°相对位置，这样可以通过检测到的 管体相对位置的信号来判断钻杆受力情况。如果一侧承受压应力，另一侧承 受拉应力，则可通过计算确定杆体的弯曲应力大小。
如附图2所示，所述传感器盒5内部结构由线圈支架6、线圈7、铁芯8、 软弹性隔离层9、磁声发射探头10等部分组成，线圈支架6由塑性薄片依据 铁芯大小切割而成，通过强力胶水固定在铁芯8上，在线圈7缠绕线圈支架6 时起到挡板效果，使缠绕的线圈7磁化能力达到要求，从而保证线圈7的磁 化效果；铁芯8釆用铁基非晶材料并制作成U型，磁化后能够保证在较低的 激磁功率下获得较强的激励磁场，且性能长期稳定；软弹性隔离层9采用弹 性材料利用双面胶置于线圈7与磁声发射探头10间隙处，目的是对磁声发射 探头10有弹性作用从而使磁声发射探头10与管体有效接触。所述的磁声发 射探头IO采用公知技术，根据仪器需要，选用高灵敏度的磁声发射检测探头。
权利要求1. 石油钻杆磁声发射检测仪，包括手柄(1)、弹簧(2)、钻杆管体(4)、连接臂(3)、传感器盒(5)，其特征在于在该装置的中间弧顶部位装有传感器盒(5)，传感器盒(5)两侧安装有连接臂(3)，连接臂(3)顶端装有手柄(1)，传感器盒(5)与连接臂(3)之间装有弹簧(2)。
2. 根据权利要求1所述的石油钻杆磁声发射检测仪，其特征在于该传 感器盒(5)两侧分别设有铰支座，铰支座上安装有"V"形的连接臂(3)。
3. 根据权利要求1所述的石油钻杆磁声发射检测仪，其特征在于连接 臂(3)的一端在传感器盒(5)的两侧上翘安装。
4. 根据权利要求1所述的石油钻杆磁声发射检测仪，其特征在于连接 臂(3)的端部各连接有一个侧位的传感器盒(5)。
5. 根据权利要求1所述的石油钻杆磁声发射检测仪，其特征在于两个 连接臂(3)上的传感器盒(5)呈180°相对位置。
6.根据权利要求1所述的石油钻杆磁声发射检测仪，其特征在于所 述传感器盒(5)内部结构由线圈支架(6)、线圈(7)、铁芯(8)、软弹 性隔离层(9)、磁声发射探头(10)组成，线圈支架(6)固定在铁芯(8) 上，线圈(7)缠绕在线圈支架(6)上，软弹性隔离层(9)置于线圈(7) 与磁声发射探头(10)间隙处。
7.根据权利要求6所述的石油钻杆磁声发射检测仪，其特征在于铁芯 (8)为U型。
专利摘要一种用于检测石油钻杆管体损伤和残余应力并为钻杆的评级提供依据的石油钻杆磁声发射检测仪，包括手柄(1)、弹簧(2)、钻杆管体(4)、连接臂(3)、传感器盒(5)，在该装置的中间弧顶部位装有传感器盒(5)，传感器盒(5)两侧安装有连接臂(3)，连接臂(3)顶端装有手柄(1)，传感器盒(5)与连接臂(3)之间装有弹簧(2)，它可以有效检测石油钻杆残余应力和微观损伤程度、准确定位缺陷。
文档编号G01N29/04GK201242537SQ20082010864
公开日2009年5月20日 申请日期2008年6月4日 优先权日2008年6月4日
发明者储胜利, 强 卢, 杰 周, 盼 李, 杜修兵, 樊建春, 东 温, 王中胜, 强 祖, 苏建文, 葛保胜, 赵卫东, 马庆伟, 龚建文 申请人:中国石油天然气股份有限公司