摘要：无缝钢管作用广泛，在油田钻井，输送物料等方面起着至关重要的作用。由于在油田钻井、物料的开采以及运输中，钢管的工作环境恶劣，巨大的外部压力，加上钢管内部输送的油液具有一定的腐蚀性，会对钢管的结构产生破坏，形成裂缝。由于钢管管端处于连接位置，出现裂缝的可能性比管体大得多，一旦出现裂缝，便会造成巨大的安全事故，甚至可能造成经济损失和人员伤亡。为了避免这种情况的发生，钢管的无损检测，尤其是管端的无损检测非常重要。本课题针对钢管管端的无损检测需求，设计了一套浮动芯棒式管端无损检测主机，能够对中等管径的钢管管端进行稳定可靠的纵伤、横伤和壁厚检测。其中浮动芯棒用来减小钢管管端由于旋转产生的甩尾效应，稳定检测环境。

本论文的具体内容如下：

第一章，介绍了我国无缝钢管的产量占据世界第一的现状，充分表明了无缝钢管在我国的工业部门中占有重大地位。自此引出无损检测概念，对无损检测进行了阐述，介绍了无损检测的方法，其各自的特点以及适用范围。对于本课题采用的检测方法——超声波无损检测技术进行了着重的介绍。另外对于管端盲区存在的原因、为什么要进行管端盲区检测、检测难点以及目前管端检测的方式进行了阐述。

第二章，在了解课题背景的情况下对总体方案进行了介绍，对于检测系统的工作原理及各个功能部件进行了简要的叙述。

第三章，重点对检测系统中的检测主机进行了分析，对于各个组成部件的工作情况进行了单独分析与设计，对传动方式、探伤方法进行了确定。

第四章，完成了对检测主机的总体设计，对于传动系统中的滚珠丝杠副的各个参数进行了分析计算与校核，完成了对于电机的选型。简述了滚珠丝杠副的使用注意事项，根据《机械设计手册》弹簧部分进行了对圆柱压缩弹簧的选型与计算。

第五章，在前几章的基础下，对于管端无损检测主机的控制系统进行了简要的分析与设计，确定了控制系统的控制流程。

关键词 无缝钢管；管端；浮动芯棒；无损检测

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1 引言-1

1.2无损检测的概述-2

1.3 无缝钢管的超声波检测-3

1.3.1 超声波无损检测技术的优点及应用范围-3

1.3.2我国超声波探伤技术发展的现状-3

1.4钢管管端产生检测盲区的原因-4

1.5盲区检测的原因-4

1.6管端检测的难点-4

1.7现有的管端检测方式-5

2检测系统布局-7

2.1检测系统布局简图-7

2.2检测系统组成表-7

2.3检测系统的工作过程-8

3.检测主机设计-9

3.1检测主机主体-9

3.2主机的工作原理-9

3.3检测主机机械组成部分的设计-10

3.3.1横移台架的设计-10

3.3.2探伤盒的设计-10

3.3.3芯棒的设计-11

3.3.4机座的设计-12

3.4局部水浸法-12

3.5探伤盒的扫查方式-13

4. 管端无损检测主机关键部分的选型与计算-16

4.1生产大纲的确定-16

4.2滚珠丝杠副的导程计算-16

4.2.1探伤盒前后移动部分-17

4.2.2横移台架及芯棒上下升降部分-18

4.3滚珠丝杠副的当量载荷、当量转速计算-19

4.3.1探伤盒前后移动部分-19

4.3.2横移台架及芯棒上下升降部分-20

4.4 滚珠丝杠副的最大动载荷计算-21

4.4.1探伤盒前后移动部分-21

4.4.2横移台架及芯棒上下移动部分-22

4.5 滚珠丝杠副的最大轴向变形量计算-23

4.5.1探伤盒前后移动部分-23

4.5.2横移台架及芯棒上下移动部分-23

4.6对滚珠丝杠副的螺纹底径的估计计算-23

4.6.1探伤盒前后移动部分-23

4.6.2横移台架及芯棒上下移动部分-24

4.7确定滚珠丝杠副的导程精度-24

4.7.1探伤盒前后移动部分-24

4.7.2横移台架及芯棒上下移动部分-24

4.8滚珠丝杠副的规格、代号选择-24

4.8.1探伤盒前后移动部分-24

4.8.2横移台架及芯棒上下移动部分-25

4.9电机选择-25

4.9.1探伤盒前后移动部分-25

4.9.2横移台架及芯棒上下移动部分-26

4.10芯棒选用的圆柱螺旋压缩弹簧的设计-28

4.10.1确定许用应力和制造材料-28

4.10.2弹簧钢丝直径计算-28

4.10.3弹簧的有效圈数计算-29

4.10.4弹簧刚度、载荷和变形量的校核-29

4.10.5自由高度、压并高度和压并变形量-30

4.10.6试验载荷和试验载荷下变形量-30

4.10.7校核弹簧特性-30

4.10.8弹簧的其他尺寸、参数计算-31

4.10.9验算疲劳强度-31

4.10.10压缩弹簧的验算稳定性-31

4.11立柱的分析计算-32

5控制部分总体设计-33

5.1控制系统的设计-33

5.2管端控制流程图-33

结论-35

致谢-36

参考文献-37