國內(nèi)外螺旋焊管管徑測(cè)量的幾種方法

代志健

（山東勝利鋼管有限公司，山東 淄博 255000）

國內(nèi)外螺旋焊管管徑測(cè)量的幾種方法

代志健

（山東勝利鋼管有限公司，山東 淄博 255000）

Several measurement methods of spiral welded pipe diameter at home and abroad

在螺旋焊管的實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，許多廠家采用測(cè)徑卷尺或卡尺等幾何量具對(duì)螺旋焊管的周長(zhǎng)或橫截面直徑進(jìn)行人工測(cè)量。這種測(cè)量方法存在著測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、不及時(shí)，而且測(cè)量速度慢，存在人為讀數(shù)及系統(tǒng)誤差等問題。國內(nèi)外科研工作者就采用微電子技術(shù)、激光、計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)螺旋焊管直徑進(jìn)行測(cè)量方面做了大量的研究，并且取得了很大的進(jìn)展。

螺旋焊管；管徑測(cè)量；方法

當(dāng)前國內(nèi)石油天然氣輸送管線建設(shè)的最主要用管是螺旋焊接鋼管。為了保證螺旋焊管成型的幾何質(zhì)量，各種鋼管生產(chǎn)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)鋼管的外徑偏差、橢圓度偏差等外觀幾何參數(shù)做出了非常嚴(yán)格的規(guī)定。尤其在高質(zhì)量的國內(nèi)外重點(diǎn)管線工程上，其幾何尺寸要求常常要超出中國國標(biāo)GB9711.1—2011標(biāo)準(zhǔn)和美國API Spec 5L 標(biāo)準(zhǔn)。例如，“西氣東輸二線”Ф1 016×14.6 mm 鋼管，要求管體外徑允許偏差為+0.3%～-0.35% D，管端外徑允許偏差為+2.0～-0.5 mm，這些都比GB9711.1—2011 標(biāo)準(zhǔn)和美國API Spec 5L標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格得多。

近年來，國內(nèi)外焊接工作者就采用微電子技術(shù)對(duì)螺旋焊管直徑進(jìn)行測(cè)量方面做了大量的研究，取得了很大的進(jìn)展。對(duì)于不同直徑尤其是大口徑鋼管直徑在線測(cè)量方面，這些方法均有一定的局限性，有的可實(shí)施性還需完善。

1 螺旋焊管直徑測(cè)量方法概述

近年來，國內(nèi)外的科研人員對(duì)螺旋焊管的直徑測(cè)量技術(shù)進(jìn)行了大量的開發(fā)研究，已經(jīng)形成了不同技術(shù)的多種測(cè)量方法，按著測(cè)量形式的不同可以分為接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量?jī)煞N方法。

1.1 接觸式測(cè)量方法

接觸式測(cè)量方法是指通過某些測(cè)量工具對(duì)鋼管管徑進(jìn)行直接測(cè)量的方法，主要包括機(jī)械法測(cè)量、周長(zhǎng)法測(cè)量和滾輪法測(cè)量。

（1）機(jī)械法測(cè)量。機(jī)械法測(cè)量是指測(cè)量人員用外徑千分尺或測(cè)徑卡規(guī)測(cè)量鋼管的外徑，這也是目前焊管廠家廣泛應(yīng)用的一種測(cè)量方法。環(huán)境溫度、量具的校準(zhǔn)誤差、量具的間隙、量具長(zhǎng)時(shí)間使用的磨損、人為讀數(shù)誤差等都直接影響著測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度。而且該測(cè)量方法還存在著檢測(cè)速度慢，不能實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)檢測(cè)和反饋，不能實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的顯示和存儲(chǔ)。

（2）周長(zhǎng)法測(cè)量。周長(zhǎng)測(cè)量法，即先通過測(cè)徑卷尺測(cè)量出鋼管的周長(zhǎng)而后計(jì)算出該鋼管直徑的數(shù)據(jù)。根據(jù)美國石油學(xué)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)API5L中的規(guī)定，對(duì)于直徑大于508 mm的鋼管可以采用周長(zhǎng)法間接測(cè)量其直徑。周長(zhǎng)法測(cè)量?jī)?yōu)點(diǎn)是量具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕便，價(jià)格便宜，操作簡(jiǎn)單易行，缺點(diǎn)是測(cè)量精度受測(cè)徑尺拉緊力大小影響，測(cè)徑尺長(zhǎng)時(shí)間磨損的影響等。

（3）滾輪法測(cè)量。滾輪法即是利用周長(zhǎng)法測(cè)量原理再通過換算測(cè)量出直徑。這種方法先使用滾輪測(cè)量出鋼管的圓周長(zhǎng)度，即滾輪以一定的壓力與鋼管緊密接觸切無相對(duì)滑動(dòng)。此時(shí)滾輪與鋼管的傳動(dòng)關(guān)系為：D=d×n/N

式中：d為測(cè)量滾輪的直徑，D為鋼管的平均直徑。N為鋼管轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，n為滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)。

該方法的優(yōu)點(diǎn)是容易實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量管徑，大、小管徑均可測(cè)量。缺點(diǎn)是滾輪和鋼管之間的相對(duì)滑動(dòng)會(huì)影響測(cè)量精度。

1.2 非接觸式測(cè)量方法

非接觸測(cè)量方法是指利用光電、電磁等技術(shù)，在不直接接觸被測(cè)鋼管表面的情況下，通過圖像掃描、計(jì)算機(jī)對(duì)比分析得到鋼管表面幾何數(shù)據(jù)的測(cè)量方法。

（1）激光掃描測(cè)量法。激光掃描測(cè)量法工作原理，在被測(cè)鋼管一側(cè)設(shè)置發(fā)射端，發(fā)射端上安裝的半導(dǎo)體激光器發(fā)出激光，在鋼管的另一側(cè)設(shè)置激光接收端，在發(fā)射端和接收端中間激光覆蓋的測(cè)量區(qū)域形成了一道持續(xù)的激光光幕。由于鋼管遮蔽了發(fā)射端的激光，從而使部分激光不能到達(dá)接收端，即接收端的部分傳感器接收不到到激光信號(hào)。

（2）激光測(cè)距測(cè)量方法。圖1所示，在鋼管管端安裝激光卡規(guī)，且能實(shí)現(xiàn)激光卡規(guī)繞鋼管的中心軸旋轉(zhuǎn)，以此掃描管端的內(nèi)圈和外圈，從而通過計(jì)算測(cè)得鋼管管端的內(nèi)徑和外徑值。德國的Lap Laser公司和OMS公司基于該原理，開發(fā)了測(cè)量設(shè)備，但該設(shè)備同樣也存在安裝激光卡規(guī)定位難度大，實(shí)際可操作性差。

印度鋼鐵研究與開發(fā)中心同樣基于激光測(cè)距研發(fā)了管徑檢測(cè)裝置，圖2所示。

鋼管直徑d=D1-D2。式中：D1是激光傳感器底端至管下支座表面的距離，此距離取決于激光傳感器懸掛安裝機(jī)構(gòu)的位置；D2是激光傳感器底端至被測(cè)管頂端的距離。

圖2 鋼管直徑測(cè)量裝置示意圖

（3）2D激光位移檢測(cè)管體直徑。日本JNS公司開發(fā)了一種2D位移激光傳感裝置，該裝置的圓柱形物鏡將激光束擴(kuò)大為長(zhǎng)條形狀，然后此條狀激光在被測(cè)鋼管表面產(chǎn)生漫射，產(chǎn)生的反射光則會(huì)被聚焦在E3-CMOS上，這樣就可以測(cè)量出鋼管的外形輪廓或者其位移量。不過，此裝置在定位安裝操作難度也很大。

2 結(jié)語

綜上所述，螺旋焊管管徑測(cè)量系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用價(jià)值勿容置疑，近年來在國內(nèi)外已進(jìn)行了大量的開發(fā)和研究，取得了豐碩的成果，但是在國內(nèi)對(duì)該項(xiàng)目的研究開發(fā)及推廣使用還相對(duì)薄弱，急需相關(guān)廠家和科研單位合作博采眾長(zhǎng)，研制出更可靠、更實(shí)用的管徑測(cè)量系統(tǒng)。

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TG457.6

1009-797X(2016)06-0102-02

A

10.13520/j.cnki.rpte.2016.06.038

代志?。?973-），男，本科，重慶大學(xué)金屬壓力加工專業(yè)，1996年7月參加工作，中級(jí)職稱，工程師，研究方向鋼管生產(chǎn)相關(guān)技術(shù)，一直在山東勝利鋼管公司從事鋼管生產(chǎn)、技術(shù)研發(fā)和生產(chǎn)管理工作。

2016-01-28