徐峰 林春文 張先龍

目前，儲罐焊縫的焊接質量檢測主要采用X射線膠片照相法，由于現(xiàn)場施工條件惡劣，一般通過簡易吊籠將X射線探傷機掛在罐壁上，并由人力牽引移動，人工貼片，進行照相探傷。由于大型儲罐周長幾百米，X射線探傷機每次只能曝光一張膠片（片長300mm），要完成全部焊縫檢測工作，貼片和評片工作量巨大，每次貼片需要高空作業(yè)，勞動強度高，操作不便。后期洗片工序繁瑣，實時性差，一旦膠片被污染或出現(xiàn)廢片，只能重新進行檢測，影響檢測效率和檢測質量。

為了解決現(xiàn)有射線檢測方法存在的缺陷，隨著DR檢測技術的日益成熟，業(yè)內人士開始研究這項技術在工業(yè)上的應用，我們率先開展了直接數(shù)字成像技術在儲罐焊縫無損檢測方面的應用研究。為此，在沒有可借鑒的技術情況下，我們自行研制儲罐焊縫數(shù)字檢測驅動裝置，帶動X射線探傷機和DR成像板周向運動和縱向升降，實現(xiàn)儲罐焊縫現(xiàn)場檢測直接數(shù)字成像。該裝置已獲得了國家實用新型專利，專利號為ZL 201420094380.5，利用該裝置實現(xiàn)的儲罐焊縫檢測方法已獲國家發(fā)明專利，專利號為201310098439.8。

1. 功能設計

設計一種儲罐焊縫數(shù)字檢測驅動裝置，適用于儲罐焊縫單壁單影法檢測工藝。將X射線探傷機和DR成像板安裝就位后，由驅動裝置帶動探傷機和成像板同步運動，實現(xiàn)5萬~15萬m3大型浮頂儲罐（板幅變化2.4~3m）橫焊縫和立焊縫現(xiàn)場檢測直接數(shù)字成像。

2. 結構設計

（1）總體結構設計 進行結構設計時，重點要解決以下幾方面的問題：第一，裝置沿罐壁板上緣平穩(wěn)行走。設計門型機架，由內、外機架組成，通過安裝在外機架上端的橫向運動機構騎坐在罐壁板上緣，機構兩側行走輪之間的角度可調，行走輪表面進行壓花處理，保證裝置沿罐壁上緣運動平穩(wěn)，無打滑、憋卡等現(xiàn)象。

第二，X射線探傷機和DR成像板能夠快速裝卸。采用抽拉方式，設計X射線探傷機快速裝卡專用機構，沿兩條重型工業(yè)抽屜滑軌滑出，打開夾具上蓋后，就可以快速取出、放入探傷機；設計DR成像板的夾具機構，通過快裝螺栓，從檢測裝置的內機架背面將DR成像板與夾具裝配或分離。

第三，X射線探傷機和DR成像板與不同壁厚罐壁板間距的調整。不同容積儲罐罐壁板厚度不同，為獲取最佳檢測圖像，探傷機、成像板與罐壁板間的距離需要調整。設計探傷機水平位置調節(jié)裝置，根據待檢儲罐罐壁板厚度手動調節(jié)手輪，使探傷機射線孔到罐壁的距離為最優(yōu)值；成像板水平距離調整采用電動方式，使成像板能夠實現(xiàn)水平方向前后距離的自動調整，滿足檢測現(xiàn)場的實際需求。

第四，利用一臺裝置實現(xiàn)不同容積儲罐立焊縫的檢測。設計矩形拉伸層架，兩側加裝導向輪，沿鑲嵌在內、外機架內側的導軌上下運動，增加DR成像板和X射線探傷機的縱向運動行程，滿足5萬~15萬m3儲罐不同板幅焊縫檢測的技術要求。

第五，X射線探傷機和DR成像板的縱向同步運動。采用鏈傳動加配重和同軸驅動方式，由一臺雙輸出軸減速裝置和縱向運動電動機作為動力源，通過鏈傳動機構同步驅動DR成像板和X射線機上下運動，滿足探傷機和成像板縱向同步運動的技術要求。

驅動裝置的總體結構如圖1所示。

（2）主要部件設計 橫向運動機構：它是儲罐焊縫數(shù)字檢測驅動裝置周向運動的驅動及行走機構，通過螺栓安裝在外機架的上端。由于行走軌跡為曲線，并且要適應不同容積儲罐周向曲線變化，所以兩個行走輪之間必須有一定角度，且角度可調。依據上述技術條件，在行走輪與行走梁的連接板上設計長圓孔，根據不同容積儲罐的曲率半徑調整兩個行走輪之間的角度后，用緊定螺栓和定位銷軸與行走梁連接固定。橫向運動機構結構如圖2所示。在行走輪兩側設計卡槽板，形成相對封閉的空間，有利于對行走輪的保護。同時，為了保證裝置沿罐壁上緣運動平穩(wěn)，無打滑、憋卡等現(xiàn)象，行走輪表面進行壓花處理。

X射線探傷機機座：它是探傷機的安裝部件，與升降小車組對在一起。一是要保證探傷機裝卡拆卸快速方便，二是便于探傷機距離罐壁板間距調整，三是同時適應橫縫和立縫檢測探傷機可旋轉90°。根據上述技術條件的要求，采用開合式快裝卡箍作為探傷機裝卡部件，通過支座與工業(yè)抽屜相連，沿兩條重型工業(yè)抽屜滑軌從驅動裝置側面滑出，打開夾具上蓋后，就可以快速取出、放入探傷機；支座背面設計有轉盤，可帶動探傷機繞射線發(fā)射孔中心線旋轉90°；設計水平位置調解裝置，沿鑲嵌在升降小車的滑軌水平運動，采用手動絲杠控制方式調整探傷機與罐壁板間的距離。X射線探傷機機座結構如圖3所示。

圖1 檢測驅動裝置示意

圖2 橫向運動機構示意

DR數(shù)字成像板機座：它是成像板的安裝部件。首先要方便在高空調整成像板與罐壁板間距離，防止成像板與罐內壁工藝連接件發(fā)生碰撞，同時檢測時成像板可靠近罐壁板；其次要保證成像板能夠快速裝卸，每日檢測工作完成后可拆卸下來妥善保管。依據上述要求，設計成像板的門式夾具機構，通過松、緊快速螺栓裝、卸成像板；設計水平位置調解裝置，沿鑲嵌在升降小車的滑軌水平運動，采用電控絲杠方式調整成像板與罐壁板間的距離。DR數(shù)字成像板機座結構如圖4所示。

3. 功能試驗

儲罐焊縫數(shù)字檢測驅動裝置設計加工完成后，吊裝到培訓中心焊接試驗室內模擬罐壁板上進行各項功能測試。

橫向運動機構帶動整個裝置在模擬罐板上緣往復行走，速度控制在2m/min，運行勻速平穩(wěn)，斷電即停，未出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。

啟動縱向運動同步驅動機構，雙輸出軸減速裝置和縱向運動電動機通過鏈傳動帶動位于內外機架的升降小車一起上下運動，速度控制在2m/min，兩側升降小車運動同步，能夠滿足立縫檢測時X射線探傷機和DR數(shù)字成像板縱向位置同步要求。拉伸層架隨著升降小車運動，運行穩(wěn)定平緩，實現(xiàn)檢測裝置縱向增程，能夠滿足不同容積儲罐罐壁板版幅變化的檢測要求。

將X射線探傷機和DR數(shù)字成像板安裝到機座上或拆卸下來僅需2~3min，操作簡單，快捷方便。

試驗表明，設計的儲罐焊縫數(shù)字檢測驅動裝置方案合理，結構緊湊，功能齊全，能夠滿足儲罐橫縫和立縫檢測的技術要求。

4. 應用效果

儲罐焊縫數(shù)字檢測驅動裝置（見圖5）在工程建設公司石油石化設備廠現(xiàn)場焊接罐板中應用，檢測罐板厚度為20mm、30mm，檢測立縫高度3m。檢測過程中，人在檢測工程車上遠端控制，檢測設備按步長200mm（成像板檢測有效范圍）自動進行檢測位置切換，一次成像曝光時間只需20s, 每次成像位置切換需要6s（行走速度2m/min），完成一條立縫檢測時間不超過10min， 檢測圖像實時顯示。如果采用膠片照相法，一條焊縫需要貼片10次（按片長300mm計），一張膠片曝光時間4min左右，檢測至少需要50min，并且需要進行后期洗片，顯影液也會對環(huán)境造成污染，還有可能出現(xiàn)廢片，影響檢測質量。

通過以上數(shù)據及分析可以看出，與膠片照相法相比，采用儲罐焊縫數(shù)字檢測驅動裝置進行焊縫數(shù)字檢測，不需高空作業(yè)，而且可提高焊縫無損檢測效率5倍以上，大幅度降低了檢測人員的勞動強度。同時，減小現(xiàn)場輻射劑量及其影響范圍，有利于人員安全和環(huán)境保護，技術優(yōu)勢明顯。

5. 結語

儲罐焊縫數(shù)字檢測驅動裝置可裝載射線機和成像板實現(xiàn)儲罐焊縫現(xiàn)場檢測直接數(shù)字成像，從而解決膠片照相法存在的檢測周期長、高空作業(yè)勞動強度大，貼片和洗片工序繁瑣，實時性差等缺陷，因此具有較好的推廣應用價值。

圖3 X射線探傷機機座

圖4 DR數(shù)字成像板機座

圖5