代志健

（山東勝利鋼管有限公司，山東 淄博 255000）

國內(nèi)外螺旋焊管管徑測量的幾種方法

代志健

（山東勝利鋼管有限公司，山東 淄博 255000）

Several measurement methods of spiral welded pipe diameter at home and abroad

在螺旋焊管的實際生產(chǎn)當(dāng)中，許多廠家采用測徑卷尺或卡尺等幾何量具對螺旋焊管的周長或橫截面直徑進行人工測量。這種測量方法存在著測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、不及時，而且測量速度慢，存在人為讀數(shù)及系統(tǒng)誤差等問題。國內(nèi)外科研工作者就采用微電子技術(shù)、激光、計算機技術(shù)對螺旋焊管直徑進行測量方面做了大量的研究，并且取得了很大的進展。

螺旋焊管；管徑測量；方法

當(dāng)前國內(nèi)石油天然氣輸送管線建設(shè)的最主要用管是螺旋焊接鋼管。為了保證螺旋焊管成型的幾何質(zhì)量，各種鋼管生產(chǎn)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)都對鋼管的外徑偏差、橢圓度偏差等外觀幾何參數(shù)做出了非常嚴(yán)格的規(guī)定。尤其在高質(zhì)量的國內(nèi)外重點管線工程上，其幾何尺寸要求常常要超出中國國標(biāo)GB9711.1—2011標(biāo)準(zhǔn)和美國API Spec 5L 標(biāo)準(zhǔn)。例如，“西氣東輸二線”Ф1 016×14.6 mm 鋼管，要求管體外徑允許偏差為+0.3%～-0.35% D，管端外徑允許偏差為+2.0～-0.5 mm，這些都比GB9711.1—2011 標(biāo)準(zhǔn)和美國API Spec 5L標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格得多。

近年來，國內(nèi)外焊接工作者就采用微電子技術(shù)對螺旋焊管直徑進行測量方面做了大量的研究，取得了很大的進展。對于不同直徑尤其是大口徑鋼管直徑在線測量方面，這些方法均有一定的局限性，有的可實施性還需完善。

1 螺旋焊管直徑測量方法概述

近年來，國內(nèi)外的科研人員對螺旋焊管的直徑測量技術(shù)進行了大量的開發(fā)研究，已經(jīng)形成了不同技術(shù)的多種測量方法，按著測量形式的不同可以分為接觸式測量和非接觸式測量兩種方法。

1.1 接觸式測量方法

接觸式測量方法是指通過某些測量工具對鋼管管徑進行直接測量的方法，主要包括機械法測量、周長法測量和滾輪法測量。

（1）機械法測量。機械法測量是指測量人員用外徑千分尺或測徑卡規(guī)測量鋼管的外徑，這也是目前焊管廠家廣泛應(yīng)用的一種測量方法。環(huán)境溫度、量具的校準(zhǔn)誤差、量具的間隙、量具長時間使用的磨損、人為讀數(shù)誤差等都直接影響著測量結(jié)果的準(zhǔn)確度。而且該測量方法還存在著檢測速度慢，不能實現(xiàn)在線實時檢測和反饋，不能實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的顯示和存儲。

（2）周長法測量。周長測量法，即先通過測徑卷尺測量出鋼管的周長而后計算出該鋼管直徑的數(shù)據(jù)。根據(jù)美國石油學(xué)會的標(biāo)準(zhǔn)API5L中的規(guī)定，對于直徑大于508 mm的鋼管可以采用周長法間接測量其直徑。周長法測量優(yōu)點是量具結(jié)構(gòu)簡單輕便，價格便宜，操作簡單易行，缺點是測量精度受測徑尺拉緊力大小影響，測徑尺長時間磨損的影響等。

（3）滾輪法測量。滾輪法即是利用周長法測量原理再通過換算測量出直徑。這種方法先使用滾輪測量出鋼管的圓周長度，即滾輪以一定的壓力與鋼管緊密接觸切無相對滑動。此時滾輪與鋼管的傳動關(guān)系為：D=d×n/N

式中：d為測量滾輪的直徑，D為鋼管的平均直徑。N為鋼管轉(zhuǎn)動圈數(shù)，n為滾輪轉(zhuǎn)動圈數(shù)。

該方法的優(yōu)點是容易實現(xiàn)在線測量管徑，大、小管徑均可測量。缺點是滾輪和鋼管之間的相對滑動會影響測量精度。

1.2 非接觸式測量方法

非接觸測量方法是指利用光電、電磁等技術(shù)，在不直接接觸被測鋼管表面的情況下，通過圖像掃描、計算機對比分析得到鋼管表面幾何數(shù)據(jù)的測量方法。

（1）激光掃描測量法。激光掃描測量法工作原理，在被測鋼管一側(cè)設(shè)置發(fā)射端，發(fā)射端上安裝的半導(dǎo)體激光器發(fā)出激光，在鋼管的另一側(cè)設(shè)置激光接收端，在發(fā)射端和接收端中間激光覆蓋的測量區(qū)域形成了一道持續(xù)的激光光幕。由于鋼管遮蔽了發(fā)射端的激光，從而使部分激光不能到達接收端，即接收端的部分傳感器接收不到到激光信號。

（2）激光測距測量方法。圖1所示，在鋼管管端安裝激光卡規(guī)，且能實現(xiàn)激光卡規(guī)繞鋼管的中心軸旋轉(zhuǎn)，以此掃描管端的內(nèi)圈和外圈，從而通過計算測得鋼管管端的內(nèi)徑和外徑值。德國的Lap Laser公司和OMS公司基于該原理，開發(fā)了測量設(shè)備，但該設(shè)備同樣也存在安裝激光卡規(guī)定位難度大，實際可操作性差。

印度鋼鐵研究與開發(fā)中心同樣基于激光測距研發(fā)了管徑檢測裝置，圖2所示。

鋼管直徑d=D1-D2。式中：D1是激光傳感器底端至管下支座表面的距離，此距離取決于激光傳感器懸掛安裝機構(gòu)的位置；D2是激光傳感器底端至被測管頂端的距離。

圖2 鋼管直徑測量裝置示意圖

（3）2D激光位移檢測管體直徑。日本JNS公司開發(fā)了一種2D位移激光傳感裝置，該裝置的圓柱形物鏡將激光束擴大為長條形狀，然后此條狀激光在被測鋼管表面產(chǎn)生漫射，產(chǎn)生的反射光則會被聚焦在E3-CMOS上，這樣就可以測量出鋼管的外形輪廓或者其位移量。不過，此裝置在定位安裝操作難度也很大。

2 結(jié)語

綜上所述，螺旋焊管管徑測量系統(tǒng)實際應(yīng)用價值勿容置疑，近年來在國內(nèi)外已進行了大量的開發(fā)和研究，取得了豐碩的成果，但是在國內(nèi)對該項目的研究開發(fā)及推廣使用還相對薄弱，急需相關(guān)廠家和科研單位合作博采眾長，研制出更可靠、更實用的管徑測量系統(tǒng)。

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TG457.6

1009-797X(2016)06-0102-02

A

10.13520/j.cnki.rpte.2016.06.038

代志健（1973-），男，本科，重慶大學(xué)金屬壓力加工專業(yè)，1996年7月參加工作，中級職稱，工程師，研究方向鋼管生產(chǎn)相關(guān)技術(shù)，一直在山東勝利鋼管公司從事鋼管生產(chǎn)、技術(shù)研發(fā)和生產(chǎn)管理工作。

2016-01-28