適用多種規(guī)格鋼管內(nèi)徑測量的極限量規(guī)的設計

穆從奇，謝 杰

（天津鋼管集團股份有限公司，天津 300301）

鋼管廣泛應用于石油、化工、鍋爐、電站等能源行業(yè)，作為高壓流體輸送用鋼管，對管體幾何尺寸要求很高，而鋼管內(nèi)徑就是一個重要的指標參數(shù)，對內(nèi)徑一致性和公差控制都有嚴格規(guī)定［1-3］。天津鋼管集團股份有限公司（簡稱天津鋼管）的主要產(chǎn)品為石油管材，在鋼管內(nèi)徑檢查中，根據(jù)相關標準和用戶要求，分別采取抽樣檢查、全部檢查等方式。此外，檢驗范圍也會有所不同，多數(shù)是檢查管端200 mm范圍的內(nèi)徑，以判定每支鋼管管端一定范圍內(nèi)的內(nèi)徑是否符合相關標準要求［4］。為了滿足現(xiàn)代化企業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)需要，天津鋼管針對企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點，研發(fā)出一種量具——適應多規(guī)格鋼管內(nèi)徑測量的極限量規(guī)。目前，該適應多規(guī)格鋼管內(nèi)徑測量的極限量規(guī)已經(jīng)分別申請了國家發(fā)明專利（公開號CN106352770A）和實用新型專利（公開號CN206113825U）。

1 技術(shù)背景

鋼管內(nèi)徑檢查，基本原理上并不復雜。生產(chǎn)實踐中，在不同時期，對于不同產(chǎn)品，采用的檢查量具也不同。天津鋼管使用過的鋼管內(nèi)徑檢測方法有游標卡尺檢驗、圓柱形通止規(guī)檢驗、板形通止規(guī)檢驗3種［5-8］。另外，現(xiàn)在也開發(fā)了一種非接觸式檢驗方法。在實際檢查過程中，會因為檢測量規(guī)的選型不同，產(chǎn)生各種各樣的問題。

（1）常規(guī)游標卡尺檢驗。常規(guī)游標卡尺檢驗管端內(nèi)徑是最通用的一種方式，一般在低效率生產(chǎn)線生產(chǎn)小批量合同時采用。該方法的優(yōu)點是：在檢驗的同時可以讀出數(shù)據(jù)，從而判斷鋼管內(nèi)徑的實際尺寸。存在的不足是：讀數(shù)檢驗，檢驗速度慢，嚴重制約生產(chǎn)效率；而且，受游標卡尺測量爪長度的限制，一般只能在距管端20 mm左右的范圍內(nèi)檢驗，很難實現(xiàn)距管端200 mm測量范圍內(nèi)的檢驗。

（2）圓柱形通止規(guī)檢驗。該方法的優(yōu)點是：一次插入使用就能檢驗整個鋼管管端徑向圓周范圍內(nèi)的內(nèi)徑質(zhì)量，判斷是否符合相關標準很容易。存在的不足是：量規(guī)質(zhì)量大，檢測工作勞動強度大，還存在撞損設備、砸傷操作人員的安全隱患。特別是大內(nèi)徑鋼管的檢驗，人力難以達到，需要配備專門的起吊設備才能完成，給檢驗工作造成極大不便。還有，每套圓柱形通止規(guī)僅能用于同一個內(nèi)徑規(guī)格、同一公差帶的鋼管內(nèi)徑測量，對于需要生產(chǎn)多個規(guī)格多個公差帶的生產(chǎn)線來說，通止規(guī)使用數(shù)量多，期間搬運、使用、保存都是很大的負擔。并且，因為圓柱形通止量規(guī)加工成本高，量具采購成本高。

（3）板形通止規(guī)檢驗。板形通止規(guī)檢驗管徑的優(yōu)點是：比圓柱形通止規(guī)質(zhì)量要小，操作相對容易。存在的不足是：僅能適用一個內(nèi)徑規(guī)格、同公差的鋼管內(nèi)徑測量，通止規(guī)配置數(shù)量非常大，而且因為不同規(guī)格板形通止規(guī)形狀各異，多個通止規(guī)放置一起時，在搬運、使用過程中容易磕碰測量面。

（4）非接觸式檢驗：對激光測徑項目展開研究后發(fā)現(xiàn)，在生產(chǎn)線上并不適合。這是因為激光測徑對鋼管光潔度要求很高，在生產(chǎn)線上運行的管材滿足不了這樣的要求。如加工過程出現(xiàn)的鐵屑、銹粉、乳液等，影響激光路徑，達不到應有的效果。另外，激光測徑系統(tǒng)對布置環(huán)境要求高，現(xiàn)有設備空間和條件很難妥善安裝、操作。目前來說，激光測內(nèi)徑還不符合石油管材生產(chǎn)線的實際需求［9］。

現(xiàn)代化企業(yè)生產(chǎn)都是大規(guī)模、流水線生產(chǎn)。目前，天津鋼管生產(chǎn)的鋼管，其內(nèi)徑規(guī)格和公差要求已經(jīng)達到一百多種。在快速移動的鋼管生產(chǎn)線上，要求檢驗人員在線快速判定鋼管產(chǎn)品內(nèi)徑是否符合相關標準要求。因此，迫切需要一種自身輕便、檢驗方法簡單、各種鋼管規(guī)格之間通用性好的內(nèi)徑檢驗量規(guī)。經(jīng)過多年的生產(chǎn)經(jīng)驗積累，天津鋼管研發(fā)出一種適應多規(guī)格鋼管內(nèi)徑測量的極限量規(guī)?，F(xiàn)對該極限量規(guī)的工作原理和使用方法等進行介紹。

2 工作原理

適應多規(guī)格鋼管內(nèi)徑測量的極限量規(guī)，還是遵循通止規(guī)檢驗的基本原理，這是因為生產(chǎn)線上并不需要測量出鋼管內(nèi)徑的具體數(shù)值，只要判斷它在允許的尺寸范圍即可。采用通止規(guī)測量較游標卡尺測量具有明顯的效率優(yōu)勢。在分析圓柱形通止規(guī)和板形通止規(guī)在檢驗中不足的基礎上，適應多規(guī)格鋼管內(nèi)徑測量的極限量規(guī)應盡量避免這些不足，在材料和結(jié)構(gòu)上減輕質(zhì)量、利用調(diào)節(jié)部件的方法滿足多規(guī)格鋼管內(nèi)徑檢驗的需要［10］。適應多規(guī)格鋼管內(nèi)徑測量的極限量規(guī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 適應多規(guī)格鋼管內(nèi)徑測量的極限量規(guī)結(jié)構(gòu)示意

適應多規(guī)格鋼管內(nèi)徑測量的極限量規(guī)，是集通規(guī)、止規(guī)于一身的設計結(jié)構(gòu)，主要由量規(guī)基座、活動測量頭、固定測量頭、規(guī)格調(diào)節(jié)臂、加固支架、公差調(diào)節(jié)臂、止規(guī)測量頭、鎖緊螺栓等部件組成。其中，活動測量頭與固定測量頭平行，其間距為通規(guī)尺寸；固定測量頭與止規(guī)測量頭平行，其間距為止規(guī)尺寸。實際檢測操作中，將通規(guī)部分調(diào)整為鋼管內(nèi)徑標準下限值，止規(guī)部分調(diào)整為鋼管內(nèi)徑標準上限值。

調(diào)整活動測量頭和止規(guī)測量頭的位置，或更換活動測量臂，可以實現(xiàn)多規(guī)格、不同公差要求的鋼管內(nèi)徑測量。鑒于該極限量規(guī)結(jié)構(gòu)的特點，根據(jù)天津鋼管的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，目前可以檢驗的鋼管規(guī)格為Φ88.9～508.0 mm?？紤]到檢驗空間的適應性、量規(guī)規(guī)體的穩(wěn)定性和操作的便捷性等因素，按鋼管直徑將極限量規(guī)設計為3個規(guī)格：Φ88.9～139.7 mm（小型極限量規(guī)），Φ139.70～273.05 mm（中型極限量規(guī)），Φ273.05～508.00 mm（大型極限量規(guī)）。在每一個規(guī)格范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)規(guī)格調(diào)節(jié)臂和公差調(diào)節(jié)臂，即可實現(xiàn)在該規(guī)格范圍內(nèi)任何尺寸的內(nèi)徑和內(nèi)徑公差設定。

量規(guī)基座使用高輕度硬質(zhì)鋁合金，以減輕量規(guī)質(zhì)量。規(guī)格調(diào)節(jié)臂、公差調(diào)節(jié)臂上設置調(diào)節(jié)標線，以便測量不同規(guī)格鋼管內(nèi)徑時便捷地選擇調(diào)節(jié)。通規(guī)部分和止規(guī)部分都是可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)尺寸大小的。為了保證調(diào)節(jié)和使用過程中的穩(wěn)定性，移動部位采用燕尾槽設計，并用鎖緊螺栓緊固。固定測量頭和活動測量頭都是可以更換的部件，長時間使用磨損后可以更換。測量頭設計為圓弧結(jié)構(gòu)，便于在鋼管內(nèi)壁上移動檢驗，圓弧結(jié)構(gòu)較刃口結(jié)構(gòu)更不容易卡死。

使用中，調(diào)節(jié)通規(guī)尺寸為當前檢驗鋼管的內(nèi)徑下限，調(diào)節(jié)止規(guī)尺寸為當前檢驗鋼管的內(nèi)徑上限。調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)符合標準并保持尺身各部分連接穩(wěn)定，即可進行檢驗工藝操作。

因為鋼管規(guī)格相差尺寸很大，不可能用一組（對）規(guī)格調(diào)節(jié)臂全部覆蓋測量；因此，要根據(jù)鋼管規(guī)格的范圍，按內(nèi)徑區(qū)間劃分制作幾組（對）規(guī)格調(diào)節(jié)臂，每組（對）規(guī)格調(diào)節(jié)臂可以滿足一個內(nèi)徑區(qū)間的檢驗。依所測量鋼管規(guī)格的需要適當調(diào)節(jié)量規(guī)，從兩個步驟實現(xiàn)：一是選用一組（對）適合的規(guī)格調(diào)節(jié)臂，進行整數(shù)位粗調(diào)；二是在規(guī)格調(diào)節(jié)臂固定后，調(diào)節(jié)規(guī)格標線，進行小數(shù)位細調(diào)。

3 使用方法

用極限量規(guī)測量管體內(nèi)徑如圖2所示。適用多規(guī)格鋼管內(nèi)徑測量的極限量規(guī)，其通規(guī)部分和止規(guī)部分不是固定的，可根據(jù)使用要求進行調(diào)整。

圖2 用極限量規(guī)測量管體內(nèi)徑示意

3.1 量規(guī)的安裝

（1）在量規(guī)基座上，安裝固定測量頭，用固定螺栓緊固。將公差調(diào)節(jié)臂插入量規(guī)基座的燕尾槽中。在公差調(diào)節(jié)臂上，安裝止規(guī)測量頭，使其測量面與固定測量面平行，用鎖緊螺栓緊固。此步安裝是在新量規(guī)投入使用前完成的，在后續(xù)使用過程中，不需要再進行調(diào)整。

（2）根據(jù)被檢鋼管規(guī)格的內(nèi)徑尺寸，選擇適用的一組（對）調(diào)節(jié)臂，將規(guī)格調(diào)節(jié)臂分別插入對應的量規(guī)基座的燕尾槽中，然后在兩條規(guī)格調(diào)節(jié)臂上安裝加固支架，并用鎖緊螺栓緊固。

（3）在規(guī)格調(diào)節(jié)臂上安裝活動測量頭，調(diào)整活動測量頭位置，使其活動測量面與固定測量頭的測量面平行，然后用鎖緊螺栓鎖緊活動測量頭。

3.2 通規(guī)部分的設定

根據(jù)規(guī)格調(diào)節(jié)臂上的調(diào)節(jié)標線指示，滑動規(guī)格調(diào)節(jié)臂，使活動測量頭和固定測量頭的兩個測量面間距等于鋼管內(nèi)徑標準下限，用鎖緊螺栓鎖緊規(guī)格調(diào)節(jié)臂。

3.3 止規(guī)部分的設定

根據(jù)公差調(diào)節(jié)臂上的調(diào)節(jié)標線指示，滑動公差調(diào)節(jié)臂，使固定測量頭和止規(guī)測量頭的測量面間距等于鋼管內(nèi)徑標準上限，即活動測量頭和止規(guī)測量頭的測量面間距等于鋼管內(nèi)徑公差，用鎖緊螺栓鎖緊公差調(diào)節(jié)臂。

3.4 通止兩部分的校驗

用千分尺或相同精度的量具，校驗量規(guī)的通規(guī)部分和止規(guī)部分的尺寸與標準要求的一致性，若通規(guī)部或止規(guī)部的尺寸與標準要求有偏差，則松開螺栓進行調(diào)整。

通止規(guī)校驗要在測量面全程校驗，保證對應測量面的平行性。

3.5 檢驗鋼管內(nèi)徑過程

（1）用手穩(wěn)定握住極限量規(guī)，盡量使測量面平行鋼管軸線方向。

（2）將極限量規(guī)通規(guī)部分全部插入鋼管管端，插入長度應不小于標準要求的管端檢驗的長度。若極限量規(guī)通規(guī)部分不能插入或不能全部插入，判定鋼管內(nèi)徑不符合要求；如果符合要求，則進行下一步。

（3）在生產(chǎn)檢驗線設備上，配置有轉(zhuǎn)動鋼管輔助裝置的，使固定測量面與鋼管內(nèi)壁緊密貼合，啟動開關，緩慢轉(zhuǎn)動鋼管（無輔助轉(zhuǎn)動裝置的，則保持鋼管不動，人工旋轉(zhuǎn)極限量規(guī)），使旋轉(zhuǎn)角度大于180°。在鋼管轉(zhuǎn)動過程中，始終使固定測量面與鋼管內(nèi)壁緊密貼合，若旋轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)量規(guī)卡在鋼管內(nèi)部，則判定鋼管內(nèi)徑不符合要求。如符合要求，則進行下一步。

（4）在鋼管旋轉(zhuǎn)（或人工旋轉(zhuǎn)極限量規(guī)）過程中，繼續(xù)沿水平方向向鋼管內(nèi)部推送量規(guī)，觀察止規(guī)測量面，若鋼管轉(zhuǎn)角∧180°，止規(guī)測量面不能進入鋼管內(nèi)部時，則判定被測鋼管內(nèi)徑符合要求。否則，判定被測鋼管不符合要求。

4 結(jié) 語

適應多規(guī)格鋼管內(nèi)徑測量的極限量規(guī)，是天津鋼管在生產(chǎn)實踐中摸索出來的新型量具，具有使用便快捷、適應性范圍廣、判斷準確的特點。

（1）極限量規(guī)的操作、更換規(guī)格換公差、保存維護便利，成倍地提高了檢測效率。

（2）原有量規(guī)為單一高精度數(shù)據(jù)，加工難度大，成品率低，而且每個規(guī)格、每個公差都要配置。初步測算，與過去使用的量規(guī)相比，極限量規(guī)至少可以減少60%以上的購置成本。

（3）極限量規(guī)輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)，避免了發(fā)生磕碰設備、砸傷腳面、壓壞手指等事故的發(fā)生，安全性好；同時還降低了勞動強度。

綜合極限量規(guī)的功能評價，筆者認為在同行業(yè)生產(chǎn)實踐中，該適應多規(guī)格鋼管內(nèi)徑測量的極限量規(guī)具有很好的推廣和實用價值。當然，綜合比較各種檢測內(nèi)徑的方法，各有優(yōu)點，也各有缺點，各有其適用的生產(chǎn)環(huán)境。適應多規(guī)格鋼管內(nèi)徑測量的極限量規(guī)是天津鋼管針對企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)摸索出的一種檢驗量具。在不同環(huán)境應用時，要評估不同量規(guī)自身的特性與對應產(chǎn)品的適用性，合理選型，以保證使用效果。