螺旋焊管焊縫X射線檢出缺陷位置定位測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

任顯新，李國(guó)松

（山東勝利鋼管有限公司，山東 淄博 255082）

0 前 言

X 射線檢驗(yàn)是螺旋焊管生產(chǎn)過(guò)程中一道必須的質(zhì)量檢驗(yàn)程序。檢驗(yàn)過(guò)程中對(duì)于有焊縫缺陷的地方會(huì)進(jìn)行彩色標(biāo)識(shí)，但仍有部分缺陷到達(dá)精整后無(wú)法準(zhǔn)確定位，需要再次進(jìn)入工檢工位進(jìn)行定位標(biāo)識(shí)，這就會(huì)降低工檢的有效工作效率，導(dǎo)致生產(chǎn)線上焊管擁堵甚至主機(jī)停車(chē)。在焊管工檢崗位如果能夠準(zhǔn)確定位缺陷距管端的距離，并與X 射線檢測(cè)的缺陷彩色標(biāo)識(shí)聯(lián)合使用，精整操作人員就能夠快速定位缺陷位置，按照缺陷類(lèi)型進(jìn)行相關(guān)的修補(bǔ)工作。這樣不僅可以提高主機(jī)生產(chǎn)效率，而且提高了相關(guān)崗位人員的工作效率。因此，針對(duì)以上問(wèn)題，本研究設(shè)計(jì)了一種焊縫缺陷定位測(cè)量裝置，主要包括智能計(jì)數(shù)器、編碼器、測(cè)量輥以及光電開(kāi)關(guān)，能夠準(zhǔn)確測(cè)量出焊縫缺陷距管端的距離，并能夠精確到毫米，為螺旋埋弧焊管的高效安全生產(chǎn)提供保障。

1 X射線檢出缺陷位置定位測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 電氣系統(tǒng)的組成與原理

焊縫缺陷定位測(cè)量系統(tǒng)由智能計(jì)數(shù)器、旋轉(zhuǎn)編碼器、光電開(kāi)關(guān)及控制電纜等構(gòu)成。智能計(jì)數(shù)器是通過(guò)讀取編碼器發(fā)出的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)處理而得到實(shí)際距離的數(shù)值，可以非常直觀地通過(guò)液晶面板顯示。同時(shí)，又具有長(zhǎng)度補(bǔ)償參數(shù)設(shè)定和報(bào)警值設(shè)定，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量需要。旋轉(zhuǎn)編碼器選用計(jì)數(shù)脈沖為2 000P/R 的增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，是一個(gè)被劃分成若干個(gè)交替透明和不透明扇區(qū)的圓盤(pán)，光源放在圓盤(pán)的一側(cè)，另一側(cè)放置光傳感器。圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，將測(cè)量輥旋轉(zhuǎn)一周的周長(zhǎng)轉(zhuǎn)換成脈沖光信號(hào)，由光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出到計(jì)數(shù)器相應(yīng)端子。光電開(kāi)關(guān)輸出回路有NPN 電流電壓輸出型、PNP 集電極開(kāi)路輸出型、繼電器輸出型和固態(tài)繼電器輸出型等多種形式。光電開(kāi)關(guān)的開(kāi)、閉分別是測(cè)量的開(kāi)始與停止信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)需安裝2 個(gè)光電開(kāi)關(guān)，一個(gè)控制距離測(cè)量的開(kāi)始，同時(shí)與另一個(gè)交替配合確保測(cè)量始終有效。焊縫缺陷距管端距離測(cè)量系統(tǒng)電氣原理如圖1 所示。

圖1 焊縫缺陷距管端距離測(cè)量系統(tǒng)電氣原理

1.2 工檢大車(chē)結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)分析

工檢大車(chē)主要由車(chē)身架構(gòu)、直傳托輥、旋轉(zhuǎn)托輥、測(cè)量輥及液壓站等組成，其結(jié)構(gòu)如圖2 所示。圖2 中工檢打車(chē)向右方運(yùn)行，托輥上的鋼管右側(cè)管端逐漸接近X 射線檢測(cè)位置，當(dāng)管端到達(dá)初始值時(shí) （本研究取-400 mm，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況設(shè)定），計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作，直到管端達(dá)到X 射線檢測(cè)中心位置時(shí)，計(jì)數(shù)器處于測(cè)量起始值（起始值為0）。通過(guò)啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)托輥找到焊縫位置，并配合大車(chē)運(yùn)行指令，完成對(duì)管端及焊縫的初始定位。當(dāng)完成管端抓圖后，工檢大車(chē)向右運(yùn)行，進(jìn)行鋼管整體焊縫的X 射線檢驗(yàn)，此時(shí)安裝在大車(chē)一側(cè)的測(cè)量輥隨其向右運(yùn)動(dòng)，測(cè)量輥與軌道接觸并同步旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)編碼器旋轉(zhuǎn)發(fā)出光電脈沖信號(hào)輸出到智能計(jì)數(shù)器的輸入端CP1和CP2，進(jìn)行焊縫缺陷定位測(cè)量。

圖2 工檢大車(chē)結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 測(cè)量工作原理與分析

焊縫缺陷位置測(cè)量系統(tǒng)計(jì)數(shù)波形圖如圖3 所示。REST 隨時(shí)對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行手動(dòng)歸零，安裝完成后利用該功能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，以便滿足測(cè)量要求。RST 由光電開(kāi)關(guān)常閉觸點(diǎn)進(jìn)行控制，用來(lái)保證計(jì)數(shù)器正常的計(jì)數(shù)測(cè)量工作。該測(cè)量系統(tǒng)需要進(jìn)行初始值設(shè)定ISET=-400 mm，也就是鋼管右端距X 光機(jī)頭中心的距離，數(shù)值可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定。鋼管在沒(méi)有進(jìn)入工檢測(cè)量位置時(shí)，兩個(gè)光電開(kāi)關(guān)始終閉合，計(jì)數(shù)初始值始終為-400 mm。當(dāng)大車(chē)運(yùn)送鋼管達(dá)到測(cè)量準(zhǔn)備位置時(shí)，觸發(fā)光電開(kāi)關(guān)，此時(shí)計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作。隨著管體運(yùn)行初始值逐漸遞增，直到管端到達(dá)X 光機(jī)頭中心時(shí)顯示為零。管體繼續(xù)運(yùn)行，此時(shí)計(jì)數(shù)器顯示的數(shù)值為X 光機(jī)頭中心距管端的實(shí)際長(zhǎng)度。當(dāng)鋼管運(yùn)出工檢工位時(shí)，兩個(gè)光電開(kāi)關(guān)同時(shí)閉合，對(duì)RST 進(jìn)行觸發(fā)，計(jì)數(shù)器重置初始值 （ISET=-400 mm），為下一次測(cè)量做好準(zhǔn)備。

圖3 焊縫缺陷位置測(cè)量系統(tǒng)計(jì)數(shù)波形圖

2 安裝與調(diào)試

按照設(shè)計(jì)對(duì)X 射線缺陷位置定位系統(tǒng)進(jìn)行安裝與調(diào)試，安裝過(guò)程中，測(cè)量輥軌道的水平度直接影響測(cè)量的精度，為保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，需要借助水準(zhǔn)儀進(jìn)行水平度監(jiān)測(cè)，保證測(cè)量精度。系統(tǒng)安裝完成后，要對(duì)實(shí)際距離和測(cè)量數(shù)值進(jìn)行確認(rèn)和修正，以便保證測(cè)量結(jié)果正確，滿足現(xiàn)場(chǎng)需求。首先，通過(guò)工檢大車(chē)運(yùn)行，保證旋轉(zhuǎn)托管上的鋼管運(yùn)行一定距離。然后，用鋼卷尺進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，將實(shí)際測(cè)量的結(jié)果與計(jì)數(shù)器顯示值進(jìn)行比較。起始階段調(diào)校時(shí)顯示值與實(shí)際值相差很大，根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果及實(shí)際使用情況對(duì)計(jì)數(shù)器倍率進(jìn)行設(shè)置，采用逼近式方法進(jìn)行調(diào)校，直到滿足測(cè)量要求為止。計(jì)數(shù)器倍率設(shè)定完成后，測(cè)量準(zhǔn)確的前提就是小數(shù)點(diǎn)及計(jì)數(shù)頻率選擇要正確，否則測(cè)量結(jié)果達(dá)不到預(yù)期效果。調(diào)試后的X 射線缺陷位置定位測(cè)量系統(tǒng)實(shí)際誤差為±1 mm，精度為 0.1 mm，完全滿足現(xiàn)場(chǎng)的需求。

3 結(jié)束語(yǔ)

在現(xiàn)場(chǎng)工檢設(shè)備的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種X射線缺陷位置定位測(cè)量系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)鋼管焊縫缺陷距管端距離的準(zhǔn)確測(cè)量，精確度也到達(dá)了預(yù)期的要求。經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行，測(cè)量裝置運(yùn)行可靠，提高了工檢崗位的工作效率。