钻杆焊缝自动磁粉探伤设备

李志昊，岳 鹏，韩 旭，侯培勇

（渤海能克钻杆有限公司，河北沧州 062658）

0 引言

石油钻杆是石油钻井系统最重要的机械零件，其直接与钻头连接，在动力装置的带动下，长期高速旋转，钻井过程中钻杆的主要作用是传递扭矩，加深井眼。钻杆通常要深入到几千米的地层中工作。工作条件极为复杂，钻杆承受拉、压、弯曲、扭转和不均衡冲击载荷等应力作用。而在钻杆加工过程中工具接头与管体通过焊接的方式连接到一起，因此焊缝区域的质量控制是钻杆生产中的重点。

钻杆在钻井过程中长期处于高压状态，当焊缝存在裂纹等缺陷时，非常容易导致钻杆发生断裂、刺穿等问题。使用磁粉探伤检查石油钻杆的表面缺陷无疑是无损检测中最好的技术方案。对铁磁性材料的表面缺陷，磁粉探伤检查是有效的检查手段[1]，因此焊缝磁粉探伤是焊接后质量检验的关键工序。

多年来钻杆焊缝磁粉探伤大多采用人工手持磁轭的方式进行，然而，荧光必须在暗室内才能看到，工作人员在黑暗的环境中紧张、持久、单调地操作，很容易疲劳，以至会造成人为的漏探[2]。因此，研制一种自动磁粉探伤设备不仅可以改善工作条件、减轻劳动强度、提高生产效率，同时配套专业的视频、图像采集设备，还可以进一步强化产品质量追溯能力。

1 自动化控制设计

根据石油钻杆生产工艺标准要求，摩擦焊接后焊缝处应进行磁粉探伤，以检测焊缝表面和近表面缺陷，并要求周向、纵向两个方向均进行检测。为实现磁粉探伤检测自动运行，首先要通过线圈结构设计来实现周向、纵向检测。其设计磁化线圈结构如图1 所示。

图1 线圈结构及设备

在确定线圈结构后，其他配套辅机设计也可完成。线圈通过电机带动前、后行走，利用光电开关检测接头管端以便于线圈对焊缝区域的定位。外围配置磁粉液循环系统，在磁环中进行磁粉喷淋。探伤设备与外围搬送设备进行信号交互，实现钻杆上料完成→磁化线圈进入→磁悬液喷淋→复合磁化→复合退磁→转动观察检查→视频监控→磁化线圈返回整个流程，根据观察检查情况，对缺陷处进行人工标识等一系列动作的自动化控制。一个流程结束后自动回到初始状态，以备下次再执行，实现除缺陷判定外的全流程自动化控制。

2 质量追溯设计

钻杆焊缝检测过程中除配备监控视频外，还辅助人工观察，同时配置高清摄像头进行探伤图像拍摄。在进行旋转观察检测的同时，通过PLC 控制系统控制钻杆旋转电机启停，根据钻杆管径不同，调整电机旋转时间，利用上位机控制摄像头，当钻杆停止旋转后进行图像拍摄存储，当钻杆旋转一周后即可将当前钻杆的检测图像全部留存。

公司在钻杆加工流程中已经实现生产跟踪，每根钻杆加工均有唯一标识信息，同时下线钻杆顺序固定。在本次磁粉探伤上位机的开发中，将读取钻杆下线生产标识信息，并在该工序建立数据列表，确保每根探伤的钻杆可以与相应的标识信息一一对应。在探伤设备进行图像拍摄的同时将该标识数据作为图片名称留存，检测图像即可以与钻杆标识对应，实现产品磁粉探伤质量追溯。检测及数据追溯流程如图2 所示。

图2 检测及数据追溯流程

3 未来展望

加工过程数字化、信息化是企业未来发展的趋势，生产线大量的工艺、质量过程是产品全面质量管理、质量追溯、钻杆全生命周期管理等技术应用的基础。项目作为钻杆生产流程数字化发展的一个组成部分，为实现对钻杆生产加工数字化、智能化发展打下基础。

该项目的钻杆焊缝磁粉探伤设备仅实现作业过程自动化运行，其探伤缺陷判定仍需要通过人工进行，通过研究虽然大幅下降岗位操作工的工作强度，也可以利用远程监控等方式改善工作环境，但仍存在人为漏检的风险。全自动荧光磁粉探伤技术是磁粉探伤技术发展的最终方向，采集缺陷磁痕，应用计算机技术对缺陷磁痕进行图像处理与模式识别，实现全自动化检验的探伤方法。该法取代操作者目视观察，减少人为因素产生的漏检[3]。

4 结束语

目前国内相关图像识别技术的应用已经十分广泛，但在钻杆缺陷探伤方面仍未有实际应用案例，其主要原因还是在缺陷识别的准确性上无法满足钻杆生产检验的需求。通过现场探伤检测图像不断积累，建立缺陷图像数据库，以数据库为基础提高识别准确性，同时随着图像识别技术的不断发展，向着磁粉探伤过程全自动化运行不断发展。