射線探傷用管道爬行器介紹及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

楊杰　顧葉濤

摘? 要：該文簡(jiǎn)述了爬行器在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中的應(yīng)用，并對(duì)幾種不同接收方式的爬行器在使用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析比較，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工作情況選擇相對(duì)可靠的爬行器檢測(cè)儀;對(duì)定位方式、電池、輪轂等關(guān)鍵部件的選擇進(jìn)行分析總結(jié)，結(jié)合以往檢測(cè)時(shí)對(duì)定位影響的困素進(jìn)行參考，在后續(xù)工作中可選擇可靠性高的定位方式，保證爬行器的穩(wěn)定工作;簡(jiǎn)述現(xiàn)有膠片系統(tǒng)的局限性，利用現(xiàn)有CR技術(shù)研發(fā)新的檢測(cè)設(shè)備用以提高工作效率。

關(guān)鍵詞：爬行器? 定位? 接收方式

中圖分類號(hào)：TH878 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）11（b）-0027-04

Abstract： The application of the crawler in the actual detection process， and the analysis and comparison of the problems in the use of several different receiving methods of the crawler.It combined with the field work and select a relatively reliable crawler detector. The selection of key components such as positioning method， battery， and hub is analyzed， and the reference to the influence of positioning in the past detection is used for reference. In the subsequent work， a highly reliable positioning mode can be selected to ensure stable operation of the crawler. Briefly describe the limitations of existing film systems and use existing CR technology to develop new inspection equipment to increase work efficiency.

Key Words： Crawler; Location; Receiving mode

在長(zhǎng)輸管道施工過(guò)程中，無(wú)損檢測(cè)是保證焊接質(zhì)量的主要保證手段之一。由于利用X射線管道爬行器進(jìn)行中、大口徑射線檢測(cè)，效率高、成本低、中心曝光質(zhì)量好等原因，目前已被廣泛采用。但爬行器在檢測(cè)過(guò)程中存在的大角度爬坡能力有限，轉(zhuǎn)彎半徑大，定位偏差，爬行器管道內(nèi)故障救援難等局限性。因此對(duì)以下幾種不同型號(hào)的爬行器進(jìn)行介紹與分析，通過(guò)采取一些有針對(duì)性的工藝措施和施工方法，更好地選擇與實(shí)際相符的爬行器。

1? 爬行器簡(jiǎn)介

射線探傷用管道爬行器，是采用將X射線探傷機(jī)，安裝于帶驅(qū)動(dòng)爬行的小車上，通過(guò)無(wú)線控制的方式，驅(qū)動(dòng)并定位于待檢管道內(nèi)部的一種裝置。

大部分爬行器包含以下結(jié)構(gòu)：X射線機(jī)、帶驅(qū)動(dòng)爬車、定位裝置、接收裝置、救護(hù)車。其各結(jié)構(gòu)作用如下。

（1）X射線機(jī)：發(fā)出X射線;

（2）爬車：帶動(dòng)X射線機(jī)前進(jìn);

（3）定位裝置：檢測(cè)位置的確定;

（4）接收裝置：接收來(lái)自定位器控制爬車前進(jìn)后退以及放出射線的信號(hào);

（5）救護(hù)車：在爬行器在行進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)信號(hào)混亂及翻車的情況時(shí)起救援作用。

各類爬行器裝置及結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1～圖3。

2? 不同類型爬行器優(yōu)缺點(diǎn)分析

2.1 爬行器分類

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)爬行器種類繁多，如表1所示。不同類型的爬行器在現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

2.2 爬行器定位方式

（1）源定位：由于源定位（伽瑪射線）具有極強(qiáng)穿透力，它作為指令可以穿透金屬管壁被接收器接收，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)爬行器的整體控制。源定位爬行器優(yōu)點(diǎn)是不受干擾，定位準(zhǔn)確，配備人員相對(duì)較少，檢測(cè)速度快等，但伽瑪射線對(duì)人體和環(huán)境有害所以現(xiàn)在很少使用。

（2）磁定位：磁信號(hào)作為指令實(shí)現(xiàn)對(duì)爬行器的整體控制。有效避免了伽瑪射線對(duì)操作人員的傷害，是現(xiàn)在應(yīng)用較多的一種爬行器，配備人員相對(duì)較少，檢測(cè)速度快等，但是磁信號(hào)的穿透力相對(duì)來(lái)說(shuō)比較有限，而且在有高壓電線塔、磁場(chǎng)較大的地方、焊接過(guò)程中爬車從下面過(guò)的時(shí)候會(huì)使接收信號(hào)錯(cuò)亂，會(huì)導(dǎo)致爬車無(wú)法正常運(yùn)行。

（3）紅外線定位：紅外線信號(hào)作為指令實(shí)現(xiàn)對(duì)爬行器的整體控制。定位準(zhǔn)確，管壁厚度沒(méi)有影響，而且在有高壓電線塔、磁場(chǎng)較大的地方、焊接過(guò)程中爬車從下面過(guò)的時(shí)候都不會(huì)使接收信號(hào)錯(cuò)亂而導(dǎo)致爬車無(wú)法正常運(yùn)行。而且還能直觀觀察到焊縫，是現(xiàn)在常用的爬行器之一。但是配備人員相對(duì)較多，檢測(cè)速度相比源定位與磁定位慢，而且必須在管口放置控制器，如果管線有連續(xù)S型彎道還會(huì)出現(xiàn)信號(hào)接收不好，畫面模糊，信號(hào)線在爬車機(jī)上沒(méi)有得到很好的保護(hù)，導(dǎo)致信號(hào)線容易損壞。

2.3 電池選擇及爬坡輔助

除了接收信號(hào)上的優(yōu)越性能外，還要從電池選擇上區(qū)別爬行器的優(yōu)越性。

現(xiàn)在爬行器有酸堿電池與鋰電池兩種類型，酸堿電池比較重，鋰電池比較輕，都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，管道爬行器的爬坡能力有限，目前大多數(shù)爬行器的爬坡能力都在20°左右，但是在實(shí)際過(guò)程中長(zhǎng)輸管線都是多變的地形，酸堿電池的爬行器輪轂抓地能力大，能適合爬度大一些的管線和小角度彎道，但是在運(yùn)輸過(guò)程中往往比較費(fèi)力。鋰電池爬行器重量輕適合平緩的管線，人員運(yùn)輸過(guò)程比較省力，但是爬坡角度小，過(guò)彎角度大。

其次利用爬行器自身的爬坡能力是不可能時(shí)，只有采取外力幫助爬行器爬坡的辦法，其具體的做法如下。

（1）爬行器的控制部分進(jìn)行簡(jiǎn)單改造，把其中的自動(dòng)行走部分?jǐn)嚅_(kāi)，使之完全自由運(yùn)動(dòng)，但不影響指令源的聲控指令。

（2）采用小型卷?yè)P(yáng)機(jī)和足夠長(zhǎng)的細(xì)鋼纜連接爬行器的尾部（目前市面上很長(zhǎng)見(jiàn)的越野車自救絞盤系統(tǒng)稍加改造即可）。

（3）利用爬行器的自重和坡度使爬行器下行，并使用卷?yè)P(yáng)機(jī)控制其下滑速度。

（4）定位采用兩級(jí)定位，即：在快要到達(dá)預(yù)定定位點(diǎn)時(shí)提前使用指令源預(yù)警，并降低下滑速度，再在準(zhǔn)確定位點(diǎn)停止爬行器，進(jìn)行曝光。

（5）在接近垂直的角度，可在爬行器機(jī)頭的中間部分加裝星形彈性定位輪，以使機(jī)頭準(zhǔn)確定位于管道中心。

2.4 爬行器輪轂選擇

輪轂有錐型輪轂與圓形輪轂，錐型輪轂與管子曲域面結(jié)合嚴(yán)密、面積大、爬行破度大，而且在行進(jìn)過(guò)程中不會(huì)導(dǎo)致跑偏和側(cè)翻。但是錐型輪轂?zāi)p快而且加工成本較高，不易加工，往往備件要多出很多。圓形輪轂在行進(jìn)過(guò)程中容易側(cè)翻，特別是過(guò)彎道的時(shí)候容易卡住，所以圓形輪轂只適合平緩的直管道，但是圓形輪轂容易購(gòu)買，易于加工，更換也比較方便。

2.5 精準(zhǔn)定位措施

爬行器的定位原理：源定位-射線源裝入鉛屏蔽內(nèi)，底部留一小孔可以開(kāi)關(guān)，放置在管外壁，射線源穿透工件，爬行器上使用接收器接收來(lái)自管子表面穿透過(guò)來(lái)的射線，并根據(jù)接收器發(fā)出的聲音頻率控制爬行器的前進(jìn)、后退及曝光參數(shù);磁定位于源定位原理一樣，區(qū)別在于磁定位定位器是靠電磁鐵發(fā)出信號(hào)，而源是靠射線發(fā)出信號(hào);紅外線定位信號(hào)發(fā)出和接收需要把控制器放置在管口位置，紅外線信號(hào)傳輸在顯示屏上的方式體現(xiàn)。

在X射線管道爬行器施工過(guò)程中，由于爬行器自重較大、慣性較大，因此，在實(shí)際工作時(shí)其定位并不十分精確。對(duì)于大口徑厚壁管道而言，由于射線機(jī)輻射場(chǎng)足夠?qū)?，一般影響不大，還不容易見(jiàn)到白邊;但有時(shí)也多見(jiàn)到由于輻射場(chǎng)偏斜太大而造成的內(nèi)外表面焊縫邊緣影像錯(cuò)位嚴(yán)重，甚至有可能影響到縱向裂紋的檢出。而對(duì)于小口徑的管道則容易造成白邊，甚至白片。

因此，精確定位對(duì)于成片率及缺陷的檢出至關(guān)重要，為保證定位準(zhǔn)確，可采取以下針對(duì)措施。

（1）針對(duì)不同的管線內(nèi)表面狀況，更換不同摩擦阻力的爬車主動(dòng)輪。

（2）適當(dāng)降低爬器行走速度，以降低其慣性。

（3）改造爬行器停車定位程序，因?yàn)榻档团榔餍凶咚俣葘?lái)效率降低的問(wèn)題，尤其是大口徑長(zhǎng)輸管道，其單管長(zhǎng)度較長(zhǎng)長(zhǎng)，曝光時(shí)間也較長(zhǎng)，有時(shí)僅僅等爬器返回就需要兩個(gè)多小時(shí);因此在采用高速爬行時(shí)，采取將指令源接受器前移，使爬行器接收器在接受到定位信號(hào)后先減速到很慢，然后延時(shí)停車定位的做法。這樣可以做到極高的定位精度。

3? 管道爬行器的應(yīng)用及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

3.1 定位方式選擇的人員配置

定位選擇對(duì)檢測(cè)人員配置上有一定要求，如果選擇磁定位或者源定位，人員配置可以需要的少，因?yàn)?個(gè)人在布置膠片的同時(shí)可以指令爬行器跟隨人員往前爬行。

磁定位還存在焊接干擾問(wèn)題：在現(xiàn)場(chǎng)工作中磁定位爬行器在管道內(nèi)向前爬行，突然爬行器發(fā)出故障聲音，用定位器找到后消除故障。沒(méi)過(guò)多久還是發(fā)出同樣的故障音，觀察一段時(shí)間發(fā)現(xiàn)，焊接人員點(diǎn)焊的一瞬間爬行器就會(huì)發(fā)出故障報(bào)警，在后續(xù)的工作中還出現(xiàn)指令混亂，爬行器不接受指令等故障，所以在選擇磁定位時(shí)不能在施焊的管道上作業(yè)。

紅外定位則需要多配備一名檢測(cè)人員在管口指令爬行器，還需要配備通信設(shè)備方便布片人員與爬行器操作人員溝通，防止人員誤照射風(fēng)險(xiǎn)。

紅外定位還存在信號(hào)上的不穩(wěn)定性，在西氣東送項(xiàng)目上，管道比較長(zhǎng)并且還有一定的S型彎道，在操作爬行器，控制器屏幕上突然出現(xiàn)雪花條紋不斷滾動(dòng)，導(dǎo)致爬行距離及焊口無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別，因?yàn)楣艿郎蠠o(wú)焊接作業(yè)，所以排除施工干擾，關(guān)閉控制器電源一段時(shí)間，問(wèn)題還是同樣存在，不停檢查控制器并觀察屏幕，在手觸到控制器天線的時(shí)候屏幕稍微有點(diǎn)變化，所以應(yīng)該是信號(hào)上出現(xiàn)問(wèn)題，這時(shí)候抬起控制器放入管口位置的管道把天線靠近管壁，屏幕出現(xiàn)的問(wèn)題解決。

同一種型號(hào)的X射線管道爬行器一般是對(duì)應(yīng)單一的定位，如果磁定位想改為其他定位，必須返回廠家改變其定位模塊。不同定位適用的管道壁厚及現(xiàn)場(chǎng)條件見(jiàn)表2。

3.2 電池及輪轂的選擇建議

電池及輪轂需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行選擇，在原油管線檢測(cè)過(guò)程中，管線有一定的彎道，爬行器是圓形輪轂，接觸面積比較小，配鋰電池，在過(guò)彎的時(shí)候爬行器出現(xiàn)翻車，還有一次是爬行器在平緩段不往前走，當(dāng)進(jìn)入管道查看的時(shí)候發(fā)現(xiàn)管壁上有冰存在，爬行器在空轉(zhuǎn)。第二天換上另外一種型號(hào)的爬行器：錐形輪轂加酸堿電池，打滑、空轉(zhuǎn)、翻車的情況都沒(méi)有再出現(xiàn)。同型號(hào)的X管道爬行器一般配備不同管徑的軸，在檢測(cè)不同管徑時(shí)可以把輪廓軸加長(zhǎng)或換短，以便爬行器能把X射線機(jī)架到合適的位置;同類型爬行器可以選擇相同參數(shù)鋰電池或酸堿電池;電池及輪廓適用條件見(jiàn)表3。

3.3 未來(lái)射線爬行器的發(fā)展

現(xiàn)如今的射線檢驗(yàn)多用膠片系統(tǒng)檢測(cè)，存在檢測(cè)結(jié)果效率較慢，靈敏度受影響因素較多。在未來(lái)射線檢測(cè)的發(fā)展中，X射線計(jì)算機(jī)輔助成像檢測(cè)（CR技術(shù)）會(huì)作為主要檢測(cè)方法之一。使用CR技術(shù)檢測(cè)可以得到穩(wěn)定的圖像文件，配合預(yù)寫分析程序軟件的終端計(jì)算機(jī)，可以將現(xiàn)場(chǎng)所檢焊縫的評(píng)價(jià)結(jié)果生成初步報(bào)告，供檢測(cè)人員評(píng)定缺陷進(jìn)行參考。使用X射線爬行器配合CR技術(shù)組成的檢測(cè)系統(tǒng)，能大幅提高批量工件或連續(xù)檢測(cè)時(shí)的工作效率。

4? 結(jié)語(yǔ)

不同類型的管道爬行器在檢測(cè)過(guò)程中的局限性給目前的長(zhǎng)輸管道檢測(cè)帶來(lái)了一些不便，使得管道爬行器不能在所有的長(zhǎng)輸管道上發(fā)揮它的長(zhǎng)處和優(yōu)點(diǎn)，因此通過(guò)一些實(shí)踐分析出不同爬行器的各自優(yōu)越性，擴(kuò)展了爬行器在實(shí)踐過(guò)程中的選用范圍，提高了工作效率。希望能在實(shí)際檢測(cè)工作中需要用到爬行器的同行提供一個(gè)參考，并結(jié)合自身的檢測(cè)環(huán)境選擇合適的爬行器檢測(cè)儀。以上是筆者對(duì)目前主流射線檢測(cè)管道爬行器在工程應(yīng)參考用方面的總結(jié)，希望能夠?yàn)楹罄m(xù)使用管道爬行器射線項(xiàng)目提供參考。

參考文獻(xiàn)

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