張晶，隋風(fēng)麗，張華

（丹東奧龍射線儀器有限公司，遼寧丹東 118009）

1 引言

石油行業(yè)的油氣輸送鋼管用量很大，形狀比較單一，只是尺寸大小有所變化，鋼管的焊縫一般分為兩種：一種是直縫焊管；一種是螺旋焊管。油氣輸送鋼管的實(shí)時(shí)成像檢測(cè)主要檢查螺旋埋弧焊管焊縫及熱影響區(qū)橫向、縱向等氣孔、夾渣、未焊透、未熔合、裂紋、結(jié)疤等缺陷。

2 檢測(cè)裝置組成

針對(duì)油氣輸送鋼管的實(shí)時(shí)成像檢測(cè)裝置主要由6 部分組成。

（1）X 射線發(fā)生器：主要為X 探傷機(jī)、高壓電纜、高壓發(fā)生器系統(tǒng)、控制器、冷卻器等。

（2）射線成像系統(tǒng)：可分為線陣列掃描成像技術(shù)、數(shù)字平板技術(shù)及圖像增強(qiáng)器加CCD 攝像機(jī)技術(shù)。一般使用圖像增強(qiáng)器加CCD 攝像機(jī)技術(shù)，它包括圖像增強(qiáng)器、高分辨率攝像機(jī)、遠(yuǎn)程線控三可變目鏡光學(xué)成像系統(tǒng)、磁場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)及外景監(jiān)視器等。

（3）計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)：包括對(duì)比度增強(qiáng)，圖像平滑、圖像銳化和偽彩色顯示等。

（4）內(nèi)焊縫及外景監(jiān)視系統(tǒng)：包括內(nèi)焊縫黑白攝像機(jī)、內(nèi)焊縫黑白監(jiān)視器、外景攝像機(jī)及監(jiān)視器。

（5）機(jī)械傳動(dòng)及控制系統(tǒng)：為保障檢測(cè)進(jìn)行所需的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這里指探臂升降裝置、圖像增強(qiáng)器升降裝置、運(yùn)管車、打標(biāo)記裝置、操作臺(tái)、配電柜及控制系統(tǒng)等。

（6）防護(hù)系統(tǒng)：為了保障工作人員的人身安全，需要將X 射線進(jìn)行屏蔽，一般為鉛房或混凝土澆注的探傷室。鋼管檢測(cè)防護(hù)系統(tǒng)包括混凝土澆注而成的探傷室、鉛門、通風(fēng)用鉛防護(hù)罩，電纜溝上的鉛防護(hù)蓋板等。

3 檢測(cè)方法

不同的檢測(cè)技術(shù)都具有各自不同的優(yōu)點(diǎn)和使用局限性，在檢測(cè)方法選擇時(shí)，應(yīng)綜合考慮結(jié)構(gòu)材料尺寸、形狀、制造工藝、結(jié)合方式，以及缺陷的類型、位置、取向和檢測(cè)方法的有效性、檢測(cè)儀器的可達(dá)（及）性、要求的靈敏度、檢測(cè)效率、檢測(cè)成本等各方面的因素［1］。

對(duì)于油氣輸送鋼管的檢測(cè)，目前大都采用單壁透照內(nèi)透法。單壁透照內(nèi)透法又分為內(nèi)透中心法透照工藝和內(nèi)透偏心法透照工藝兩種。內(nèi)透中心法透照工藝即射線焦點(diǎn)到工件表面的距離等于鋼管的內(nèi)半徑。對(duì)于大直徑筒體焊縫則采用內(nèi)透偏心（L1

油氣輸送鋼管的直徑在219～2000mm 之間，壁厚一般在6～50mm 之間，單壁厚度小于18mm的鋼管可用160kV的射線管，壁厚在30mm 以下可用225kV的射線管，壁厚在50mm 以下的可用320kV 射線管進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于直徑大于219mm，長(zhǎng)度不超過13m的鋼管，160kV和225kV的射線管都能順利進(jìn)入。雖然射線管能夠進(jìn)入鋼管內(nèi)部，但由于射線管的焦距過小，在顯示屏上的成像效果并不理想，分辨率及靈敏度都不能達(dá)到基本要求，因此，使用單壁透照內(nèi)透法進(jìn)行檢測(cè)的鋼管直徑至少在φ500mm 以上。對(duì)于長(zhǎng)度超過13mm的鋼管或使用320kV射線管的檢測(cè)鋼管，由于鋼管本身存在的撓度、鋼管形狀的偏差以及安裝射線管的探臂過長(zhǎng)所產(chǎn)生的撓度等原因，能進(jìn)入的最小鋼管直徑還要相應(yīng)大一些。

4 總體布局

油氣輸送鋼管實(shí)時(shí)成像檢測(cè)裝置的總體布局一般是X 射線管探入鋼管內(nèi)部，圖像增強(qiáng)器安裝在鋼管外部，按檢測(cè)的方向可分為上照式和側(cè)照式。由于鋼管的直徑相差很大，比如有的鋼管直徑為406～3050mm，利用內(nèi)透偏心法透照工藝，側(cè)照式檢測(cè)時(shí)射線管和圖像接收系統(tǒng)不但要上下移動(dòng)，還需要多一個(gè)左右橫移的動(dòng)作。所以，近幾年基本上都是采用上照式檢測(cè)，即將圖像增強(qiáng)器安裝在鋼管的正中心的上方，這樣布置可使檢測(cè)動(dòng)作簡(jiǎn)單化，便于操作，提高工效。裝有射線管的探臂與圖像接收系統(tǒng)只需做上、下升降這一個(gè)動(dòng)作，就可滿足檢測(cè)不同直徑的鋼管的要求，減少了左右橫向移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。

由于X 射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)分辨率要求不小于3.01p/mm［3］，因此要求在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)要首先考慮其速度不能太快，速度太快則圖像來不及處理，太慢又影響檢測(cè)效率，一般檢測(cè)速度不能大于4m/min。若檢測(cè)12m 鋼管時(shí)，X 射線管的探臂要懸空伸出約12.7m，這種形式的探臂一定要在裝配好以后，根據(jù)所裝X 射線管的重量調(diào)整好撓度，具體操作是在探臂的頭部裝上與X 射線管相同重量的配重，盡量將探臂調(diào)整成水平狀態(tài)。例如，160kV 射線管需在探臂頭部加重約8kg 做調(diào)整，225kV 射線管頭需在探臂頭部加重約12kg 做調(diào)整。

5 檢測(cè)方式

油氣輸送鋼管實(shí)時(shí)成像檢測(cè)方式按運(yùn)管車的行走可分為出探傷室和不出探傷室的檢測(cè)。這兩種檢測(cè)方式的運(yùn)管車所執(zhí)行的動(dòng)作是不同的。

5.1 運(yùn)管車不出探傷室的檢測(cè)方式

檢測(cè)鋼管由外輥線的輸送輥輸送到探傷室內(nèi)的運(yùn)管車上，運(yùn)管車上分別布置有輸送輥和旋轉(zhuǎn)輥，以直徑406～1460mm、管長(zhǎng)8～12m 為例，運(yùn)管車上的輸送輥需3組，輥形與外輸送輥的輥形要一致，高度也要保證與外輥線一致，這樣才能確保鋼管順利地輸送到運(yùn)管車上。3組輸送輥的布置要考慮到最短鋼管的長(zhǎng)度，3 組輸送輥之間的距離要小于最短鋼管的長(zhǎng)度，否則要出現(xiàn)鋼管掉道現(xiàn)象。比如，最短鋼管為8m 長(zhǎng)時(shí)，兩組輸送輥之間的間距可設(shè)在3～3.5m 之間。在這3 組輸送輥之間要固定兩組旋轉(zhuǎn)輥。

鋼管在運(yùn)管車上的檢測(cè)時(shí)目前可分為兩種形式：（1）一種是輸送輥升降，旋轉(zhuǎn)輥固定不動(dòng)。鋼管由探傷室外的輸送輥線完全運(yùn)送到探傷室中的運(yùn)管車的輸送輥上后，運(yùn)管車上的輸送輥下降，將鋼管落在旋轉(zhuǎn)輥上，運(yùn)送到檢測(cè)位置。開始探傷，由旋轉(zhuǎn)輥旋轉(zhuǎn)鋼管和檢測(cè)車行走擬合螺旋焊縫射線探傷。輸送輥升降可以是電動(dòng)推桿和液壓兩種方式實(shí)現(xiàn)，但是采用液壓升降，3 組輸送輥升降的同步性很難控制；（2）第二種形式是輸送輥固定不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)輥實(shí)現(xiàn)鋼管的升降功能。旋轉(zhuǎn)輥升降若是使用液壓傳動(dòng)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)輥旋轉(zhuǎn)時(shí)，其上的鋼管也隨之旋轉(zhuǎn)，如果液壓部分安裝不好，將會(huì)對(duì)成像效果產(chǎn)生影響，造成圖像的不清晰。

某公司采用旋轉(zhuǎn)輥對(duì)稱開合來實(shí)現(xiàn)鋼管的升降，如圖1所示，運(yùn)管車上由兩組旋轉(zhuǎn)輥帶動(dòng)鋼管旋轉(zhuǎn)，由于鋼管的直徑相差較大，每組旋轉(zhuǎn)輥分別由兩對(duì)可以左右開合的旋轉(zhuǎn)輥輪組成，一對(duì)旋轉(zhuǎn)輥輪中心略高，兩個(gè)輥輪之間的間距相對(duì)大一些，用于直徑稍大的鋼管的旋轉(zhuǎn)；另一對(duì)旋轉(zhuǎn)輥輪中心略低，兩個(gè)輥輪之間的間距也要小一些，適用于稍小一些直徑的鋼管旋轉(zhuǎn)，這兩對(duì)旋轉(zhuǎn)輥固定在一組線性滑軌上，由電機(jī)帶動(dòng)絲杠實(shí)現(xiàn)左右對(duì)稱開合，合起時(shí)，鋼管中心隨之升高，開合的距離一般只需100～200mm 左右即可。這種結(jié)構(gòu)在鋼管升起時(shí)較省力，旋轉(zhuǎn)時(shí)平穩(wěn)、可靠，圖像清晰。這種方法實(shí)現(xiàn)鋼管在旋轉(zhuǎn)輥上的升降，雖然旋轉(zhuǎn)輥輪的個(gè)數(shù)增加了，成本加大，但運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，容易實(shí)現(xiàn)。

圖1 不出探傷室的運(yùn)管車

5.2 運(yùn)管車出探傷室的檢測(cè)方式

鋼管在運(yùn)管車上下料由橫移車完成，橫移車行駛到輸送輥線位置后，橫移車上的輥輪升起將鋼管從輸送輥線上取下，然后行駛到等待在探傷室外的運(yùn)管車位置上。這種運(yùn)管車分為兩段，每段上分別固定一組旋轉(zhuǎn)輥輪，這兩段的中間由連桿連接，此連桿低于運(yùn)管車的導(dǎo)軌上平面。如圖2所示，橫移車可以直接插入運(yùn)管車的中間，到達(dá)位置后，橫移車上的輥輪下降，將鋼管放在運(yùn)管車的旋轉(zhuǎn)輥上。橫移車開走后，運(yùn)管車將鋼管載入探傷室的探傷位置，旋轉(zhuǎn)焊縫定位，開始探傷，由旋轉(zhuǎn)輥旋轉(zhuǎn)鋼管和檢測(cè)車行走擬合螺旋焊縫射線探傷。探傷結(jié)束后，旋轉(zhuǎn)輥停止轉(zhuǎn)動(dòng)，運(yùn)管車快速駛出探傷室外的指定位置，再由橫移車移走。

圖2 出探傷室的運(yùn)管車

以上兩種方式中，第一種檢測(cè)方式的所有動(dòng)作由一臺(tái)運(yùn)管車執(zhí)行，運(yùn)管車的控制較復(fù)雜，鋼管形位公差太大時(shí)，從外輥線的輸送輥上到運(yùn)管車的輸送輥容易產(chǎn)生碰撞現(xiàn)象。優(yōu)點(diǎn)是整體控制較容易，探傷室外布置較簡(jiǎn)單，鉛門處容易防護(hù)，鉛門相對(duì)較小，上料所需時(shí)間較多。

第二種檢測(cè)方式多了一個(gè)橫移車，將升降與旋轉(zhuǎn)兩個(gè)動(dòng)作分別由兩臺(tái)車執(zhí)行。兩臺(tái)車的各自分別控制，相對(duì)較簡(jiǎn)單。但整體操作較繁瑣，由于存在運(yùn)管車與橫移車的交互動(dòng)作及運(yùn)管車需駛出探傷室的因素，因此，探傷室外布局較復(fù)雜，鉛門處設(shè)計(jì)及防護(hù)較復(fù)雜，鉛門相對(duì)較大，上料所需時(shí)間較短。

6 結(jié)論

采用內(nèi)透法透照工藝檢測(cè)油氣輸送鋼管，上照式布置，利用運(yùn)管車上的旋轉(zhuǎn)輥對(duì)稱開合來實(shí)現(xiàn)鋼管的升降，以達(dá)到檢測(cè)不同直徑的鋼管的要求，使用這種檢測(cè)方法能確保成像效果好，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠，動(dòng)作簡(jiǎn)單，提高工效，在油氣輸送鋼管檢測(cè)中具有推廣價(jià)值。

［1］王小永.錢華.先進(jìn)復(fù)合材料中的缺陷與無損檢測(cè)技術(shù)評(píng)價(jià)［J］.無損探傷，2006（4）：1-6.

［2］曾祥照.射線探傷中的環(huán)焊縫周向曝光技術(shù)［J］.西北工業(yè)鍋爐，1988（4）：15-17.

［3］GB/T 19293-2003，對(duì)接焊縫X 射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)法［S］.