一种基于铁氧体涡流热成像的钻杆螺纹检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于铁氧体涡流热成像的钻杆螺纹检测装置，其包括固定钻杆的旋转固定装置，旋转固定装置旁设置有感应线圈，感应线圈内设置有锰锌铁氧棒，感应线圈的两端固定在交流加热装置上，感应线圈的两端与交流加热装置电连接；交流加热装置固定移动装置上；旋转固定装置的上方设置有红外热成像仪，控制器和红外热成像仪均与PC端电连接。采用检测装置的螺纹缺陷检测方法包括：设置各部件运动轨迹，感应线圈施加激励，红外热成像仪记录螺纹表面的温度变化，利用温度变化判断缺陷位置等步骤。本方案检测效率高，为螺纹剩余寿命的预测与安排螺纹的修缮工作提供数据支持。具有较强的通用性，自动化程度高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于铁氧体涡流热成像的钻杆螺纹检测装置及方法
本专利技术涉及无损检测
，具体涉及一种基于铁氧体涡流热成像的钻杆螺纹检测装置及方法。
技术介绍
钻杆是一种尾部带有螺纹的钢管，用于连接钻机地表设备和位于钻井底端钻磨设备或底孔装置。钻杆的用途是将钻探泥浆运送到钻头，并与钻头一起提高、降低或旋转底孔装置。钻杆必须能够承受巨大的内外压、扭曲、弯曲和振动。在油气的开采和提炼过程中，钻杆可以多次使用。钻杆分为方钻杆、钻杆和加重钻杆三类。我国各油田钻杆使用总量大约为23～25万吨，占全国油井管总需求量的1/4左右。钻杆螺纹在使用的过程中同样存在类似的问题，在长期承载受交变力、反复拧扣以及恶劣的工作环境下，同样会造成钻杆螺纹根部裂纹、断扣、脱扣、漏蚀以及螺纹区锥度的变化等各种各样的螺纹失效形式，严重的会导致钻杆断裂，给生产和作业带来了很大的经济损失与劳动力损失。特别是近几年来，随着石油专用管国产化进程的加快，钻杆的粘扣失效事故时有发生，大大缩短了钻杆的使用寿命，增加了油井的修井作业量，给油田的生产造成影响，同时也给油田带来巨大的经济损失。由此，开发行之有效的钻杆螺纹检测装置具有较大的工程意义与实用价值。针对钻杆螺纹的检测，目前主要有人工目测，磁粉检测，渗透检测，漏磁检测，超声检测等常用检测方法。人工目测适合于批量较小的钻杆螺纹检测；渗透检测与磁粉检测原理类似，都是采用渗透剂作为检测介质，将其添加在钻杆螺纹表面。待渗透完成以后，去除掉多余的渗透剂，再采用相应的显像方法便可通过残余在缺陷中的渗透剂来发现缺陷。由于渗透剂能够渗透进入尺寸较小的缺陷中，因此这两种方法对微小裂纹具有较好的检出效果；由于钻杆螺纹位于钻杆端部，常规的漏磁检测信号会淹没于较强的干扰磁场中，难以将其检出。在工程上采用弱磁检测法对钻杆螺纹进行检测，能够检测出部分缺陷；超声检测能够采用回波法对钻杆螺纹底部的缺陷进行检测，由于超声能够在钻杆螺纹中传播较长距离，因此对较深的缺陷或刺穿裂纹的检测具有较大的优势。人工检测的方法费时费力，且无法满足钻杆螺纹大批量的检测需求。渗透检测与磁粉检测虽然有较高的检测精度，但是由于渗透，成像与缺陷观察等过程都需要人工来完成，效率低下，且污染螺纹表面，而且会对环境造成一定的影响。漏磁检测由于端部效应，即使是采用弱磁检测也会存在较大的背景噪音，检出率不高。超声检测虽然能够检测出较深的缺陷，但是由于钻杆螺纹结构较复杂，只有底部的部分缺陷能够将超声波反射回探头，因此检出率不高。且超声检测需要耦合剂，在一定程度上也会影响到效率。由此可见，目前的钻杆螺纹检测方案都存在较大的问题。
技术实现思路
针对现有技术的上述不足，本专利技术提供了一种方便检测钻杆螺纹牙根位置缺陷的基于铁氧体涡流热成像的钻杆螺纹检测装置及方法。为达到上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案为：提供一种基于铁氧体涡流热成像的钻杆螺纹检测装置，其包括固定钻杆的旋转固定装置，旋转固定装置旁设置有感应线圈，感应线圈内设置有锰锌铁氧棒，感应线圈的两端固定在交流加热装置上，感应线圈的两端与交流加热装置电连接；交流加热装置固定在竖直的第一直线移动模组的滑块上，第一直线移动模组固定在水平的第二直线移动模组的滑块上；第一直线移动模组和第二直线移动模组的步进电机均与电机驱动器电连接，电机驱动器与控制器电连接；旋转固定装置的上方设置有红外热成像仪，控制器和红外热成像仪均与PC端电连接。一种采用基于铁氧体涡流热成像的钻杆螺纹检测装置的螺纹缺陷检测方法，其包括以下步骤：S1：向PC端输入需检测的钻杆的螺纹参数，螺纹参数包括螺距、螺径和牙型；S2：根据螺距、螺径和牙型生成第一直线移动模组、第二直线移动模组的移动路径和三相异步电机驱动滚轮的旋转速度，确保钻杆在旋转过程中，锰锌铁氧棒能贴合螺纹表面沿钻杆轴向移动移动；S3：钻杆放置在两对滚轮上，并确保锰锌铁氧棒与螺纹底部之间间隔一定间隙；S2：三相异步电机驱动滚轮旋转，带动钻杆绕轴线旋转，交流加热装置向感应线圈施加激励，红外热成像仪记录螺纹表面的温度变化；S5：将开始检测时未进入螺纹检测区域的温度作为对比温度；S6：进入检测区域后，红外热成像仪将每一帧检测出的温度与对比温度进行对比；S7：若检测出螺纹上某处的温度大于对比温度一定阈值H，则此处位置开始出现螺纹缺陷，此处位置为螺纹缺陷起始位置，反之则未出现螺纹缺陷；S8：若检测出螺纹上某处的温度小于对比温度一定阈值h，则此处位置为螺纹缺陷中间位置，反之则未出现螺纹缺陷；S8：将缺陷中间位置两侧相邻的两个缺陷起始位置作为一个完整缺陷的两端，两个缺陷起始位置之间的长度为该完整缺陷的长度，并标记出缺陷在螺纹表面的位置；S9：采用缺陷起始位置的温度与对比温度差值的大小，判断缺陷尺寸的大小，缺陷起始位置的温度与对比温度差值越大，缺陷尺寸越大，反之则缺陷尺寸越小。本专利技术的有益效果为：本方案与传统的钻杆螺纹检测装置相比，感应加热产生热量的速度快，能够在极短的时间内完成检测，且为非接触测量，无需耦合剂，不会影响螺纹表面，对环境无污染。这样可以使得检测过程以较快的速度进行，效率很高。由于感应加热的趋肤效应，涡流会沿螺纹的近表面分布，因此深度很小的裂纹也能够对温度场造成扰动，这使得热成像检测对表面的疲劳裂纹有很高的检出率。并且缺陷对涡流造成扰动从而产生的温度分布不均可以依靠红外热成像仪以数值矩阵的方式传输到电脑中。热成像检测方法不仅仅能够检测出缺陷，还能标定出缺陷的几何尺寸，这能够为螺纹剩余寿命的预测与安排螺纹的修缮工作提供数据支持。在采用热成像检测时采用了与螺纹面近似的形状，这样可以减小由于螺纹表面高低不平造成的提离的影响，使得螺纹的底面能够被均匀的加热，从而有利于缺陷的标定。旋转扫描热成像检测方法实现对螺纹表面的扫查检测。这样可以实现螺纹全周检测的需求。本方案针对不同型号的钻杆螺纹，可以通过设置电机的转速与感应线圈的运动轨迹来拟合螺纹表面的走势，具有较强的通用性，自动化程度高。附图说明图1为基于铁氧体涡流热成像的钻杆螺纹检测装置的结构图。图2为锰锌铁氧棒与螺纹的接触示意图。图3为红外热成像仪检测到缺陷时所显示出的温度分布图。其中，1、PC端，2、控制器，3、电机驱动器，4、步进电机，5、交流加热电源，6、循环水箱，7、支架，8、交流加热装置，9、空心铜管，10、螺纹，11、三相异步电机，12、钻杆，13、滚轮，14、锰锌铁氧棒，15、红外热成像仪，16、螺纹底部，17、被加热的温度场，18、缺陷。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。如图1所示，本方案的基于铁氧体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于铁氧体涡流热成像的钻杆螺纹检测装置，其特征在于，包括固定钻杆(12)的旋转固定装置，所述旋转固定装置旁设置有感应线圈，所述感应线圈内设置有锰锌铁氧棒(14)，所述感应线圈的两端固定在交流加热装置(8)上，所述感应线圈的两端与交流加热装置(8)电连接；所述交流加热装置(8)固定在竖直的第一直线移动模组的滑块上，所述第一直线移动模组固定在水平的第二直线移动模组的滑块上；所述第一直线移动模组和第二直线移动模组的步进电机(4)均与电机驱动器(3)电连接，所述电机驱动器(3)与控制器(2)电连接；所述旋转固定装置的上方设置有红外热成像仪(15)，所述控制器(2)和红外热成像仪(15)均与PC端(1)电连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于铁氧体涡流热成像的钻杆螺纹检测装置，其特征在于，包括固定钻杆(12)的旋转固定装置，所述旋转固定装置旁设置有感应线圈，所述感应线圈内设置有锰锌铁氧棒(14)，所述感应线圈的两端固定在交流加热装置(8)上，所述感应线圈的两端与交流加热装置(8)电连接；所述交流加热装置(8)固定在竖直的第一直线移动模组的滑块上，所述第一直线移动模组固定在水平的第二直线移动模组的滑块上；所述第一直线移动模组和第二直线移动模组的步进电机(4)均与电机驱动器(3)电连接，所述电机驱动器(3)与控制器(2)电连接；所述旋转固定装置的上方设置有红外热成像仪(15)，所述控制器(2)和红外热成像仪(15)均与PC端(1)电连接。


2.根据权利要求1所述的基于铁氧体涡流热成像的钻杆螺纹检测装置，其特征在于，所述旋转固定装置包括两对滚轮(13)，每对所述滚轮(13)相互啮合，两对所述滚轮(13)安装在同一直线上，每对所述滚轮(13)均通过三相异步电机(11)驱动，所述三相异步电机(11)与控制器(2)电连接。


3.根据权利要求1所述的基于铁氧体涡流热成像的钻杆螺纹检测装置，其特征在于，还包括循环水箱(6)，所述循环水箱(6)通过水泵与交流加热装置(8)连接，所述水泵与控制器(2)电连接，所述交流加热装置(8)与交流加热电源(5)电连接。


4.根据权利要求1所述的基于铁氧体涡流热成像的钻杆螺纹检测装置，其特征在于，所述感应线圈的两端通过空心铜管(9)与交流加热装置(8)电连接。


5.根据权利要求1所述的基于铁氧体涡流热成像的钻杆螺纹检测装置，其特征在于，所述感应线圈为均匀的多匝结构环绕在锰锌铁氧棒(14)外围。


6.根据权利要求1所述的基于铁氧体涡流热成像的钻杆螺纹检测装置，其特征在于，所述锰锌铁氧棒(14)的端部与钻杆(12)的螺纹(10)的边沿拟合。


7.一种采用权利要求1-6任一项所述的基于铁氧体涡流热成像的钻杆螺纹检测装置的螺纹缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：向PC端(1)输入需检测的钻杆(12)的螺纹参数，螺纹参数包括螺距、螺径和牙型；
S2：根据螺距、螺径和牙型生成第一直线移动模组、第二直线移动模组的移动路径和三相异步电机(11)驱动滚轮(13)的旋转速...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨炳坤，
申请(专利权)人：成都鳌峰机电设备有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川;51