鉆桿焊縫自動磁粉探傷設(shè)備

李志昊，岳 鵬，韓 旭，侯培勇

（渤海能克鉆桿有限公司，河北滄州 062658）

0 引言

石油鉆桿是石油鉆井系統(tǒng)最重要的機(jī)械零件，其直接與鉆頭連接，在動力裝置的帶動下，長期高速旋轉(zhuǎn)，鉆井過程中鉆桿的主要作用是傳遞扭矩，加深井眼。鉆桿通常要深入到幾千米的地層中工作。工作條件極為復(fù)雜，鉆桿承受拉、壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)和不均衡沖擊載荷等應(yīng)力作用。而在鉆桿加工過程中工具接頭與管體通過焊接的方式連接到一起，因此焊縫區(qū)域的質(zhì)量控制是鉆桿生產(chǎn)中的重點(diǎn)。

鉆桿在鉆井過程中長期處于高壓狀態(tài)，當(dāng)焊縫存在裂紋等缺陷時，非常容易導(dǎo)致鉆桿發(fā)生斷裂、刺穿等問題。使用磁粉探傷檢查石油鉆桿的表面缺陷無疑是無損檢測中最好的技術(shù)方案。對鐵磁性材料的表面缺陷，磁粉探傷檢查是有效的檢查手段[1]，因此焊縫磁粉探傷是焊接后質(zhì)量檢驗(yàn)的關(guān)鍵工序。

多年來鉆桿焊縫磁粉探傷大多采用人工手持磁軛的方式進(jìn)行，然而，熒光必須在暗室內(nèi)才能看到，工作人員在黑暗的環(huán)境中緊張、持久、單調(diào)地操作，很容易疲勞，以至?xí)斐扇藶榈穆┨絒2]。因此，研制一種自動磁粉探傷設(shè)備不僅可以改善工作條件、減輕勞動強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率，同時配套專業(yè)的視頻、圖像采集設(shè)備，還可以進(jìn)一步強(qiáng)化產(chǎn)品質(zhì)量追溯能力。

1 自動化控制設(shè)計(jì)

根據(jù)石油鉆桿生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)要求，摩擦焊接后焊縫處應(yīng)進(jìn)行磁粉探傷，以檢測焊縫表面和近表面缺陷，并要求周向、縱向兩個方向均進(jìn)行檢測。為實(shí)現(xiàn)磁粉探傷檢測自動運(yùn)行，首先要通過線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)周向、縱向檢測。其設(shè)計(jì)磁化線圈結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 線圈結(jié)構(gòu)及設(shè)備

在確定線圈結(jié)構(gòu)后，其他配套輔機(jī)設(shè)計(jì)也可完成。線圈通過電機(jī)帶動前、后行走，利用光電開關(guān)檢測接頭管端以便于線圈對焊縫區(qū)域的定位。外圍配置磁粉液循環(huán)系統(tǒng)，在磁環(huán)中進(jìn)行磁粉噴淋。探傷設(shè)備與外圍搬送設(shè)備進(jìn)行信號交互，實(shí)現(xiàn)鉆桿上料完成→磁化線圈進(jìn)入→磁懸液噴淋→復(fù)合磁化→復(fù)合退磁→轉(zhuǎn)動觀察檢查→視頻監(jiān)控→磁化線圈返回整個流程，根據(jù)觀察檢查情況，對缺陷處進(jìn)行人工標(biāo)識等一系列動作的自動化控制。一個流程結(jié)束后自動回到初始狀態(tài)，以備下次再執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)除缺陷判定外的全流程自動化控制。

2 質(zhì)量追溯設(shè)計(jì)

鉆桿焊縫檢測過程中除配備監(jiān)控視頻外，還輔助人工觀察，同時配置高清攝像頭進(jìn)行探傷圖像拍攝。在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)觀察檢測的同時，通過PLC 控制系統(tǒng)控制鉆桿旋轉(zhuǎn)電機(jī)啟停，根據(jù)鉆桿管徑不同，調(diào)整電機(jī)旋轉(zhuǎn)時間，利用上位機(jī)控制攝像頭，當(dāng)鉆桿停止旋轉(zhuǎn)后進(jìn)行圖像拍攝存儲，當(dāng)鉆桿旋轉(zhuǎn)一周后即可將當(dāng)前鉆桿的檢測圖像全部留存。

公司在鉆桿加工流程中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)跟蹤，每根鉆桿加工均有唯一標(biāo)識信息，同時下線鉆桿順序固定。在本次磁粉探傷上位機(jī)的開發(fā)中，將讀取鉆桿下線生產(chǎn)標(biāo)識信息，并在該工序建立數(shù)據(jù)列表，確保每根探傷的鉆桿可以與相應(yīng)的標(biāo)識信息一一對應(yīng)。在探傷設(shè)備進(jìn)行圖像拍攝的同時將該標(biāo)識數(shù)據(jù)作為圖片名稱留存，檢測圖像即可以與鉆桿標(biāo)識對應(yīng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品磁粉探傷質(zhì)量追溯。檢測及數(shù)據(jù)追溯流程如圖2 所示。

圖2 檢測及數(shù)據(jù)追溯流程

3 未來展望

加工過程數(shù)字化、信息化是企業(yè)未來發(fā)展的趨勢，生產(chǎn)線大量的工藝、質(zhì)量過程是產(chǎn)品全面質(zhì)量管理、質(zhì)量追溯、鉆桿全生命周期管理等技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。項(xiàng)目作為鉆桿生產(chǎn)流程數(shù)字化發(fā)展的一個組成部分，為實(shí)現(xiàn)對鉆桿生產(chǎn)加工數(shù)字化、智能化發(fā)展打下基礎(chǔ)。

該項(xiàng)目的鉆桿焊縫磁粉探傷設(shè)備僅實(shí)現(xiàn)作業(yè)過程自動化運(yùn)行，其探傷缺陷判定仍需要通過人工進(jìn)行，通過研究雖然大幅下降崗位操作工的工作強(qiáng)度，也可以利用遠(yuǎn)程監(jiān)控等方式改善工作環(huán)境，但仍存在人為漏檢的風(fēng)險(xiǎn)。全自動熒光磁粉探傷技術(shù)是磁粉探傷技術(shù)發(fā)展的最終方向，采集缺陷磁痕，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對缺陷磁痕進(jìn)行圖像處理與模式識別，實(shí)現(xiàn)全自動化檢驗(yàn)的探傷方法。該法取代操作者目視觀察，減少人為因素產(chǎn)生的漏檢[3]。

4 結(jié)束語

目前國內(nèi)相關(guān)圖像識別技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，但在鉆桿缺陷探傷方面仍未有實(shí)際應(yīng)用案例，其主要原因還是在缺陷識別的準(zhǔn)確性上無法滿足鉆桿生產(chǎn)檢驗(yàn)的需求。通過現(xiàn)場探傷檢測圖像不斷積累，建立缺陷圖像數(shù)據(jù)庫，以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)提高識別準(zhǔn)確性，同時隨著圖像識別技術(shù)的不斷發(fā)展，向著磁粉探傷過程全自動化運(yùn)行不斷發(fā)展。