朱 賀，李繼平

（遼陽(yáng)石油鋼管制造有限公司，遼寧 遼陽(yáng)111003）

直讀式焊管“噘嘴”測(cè)量工具設(shè)計(jì)

朱 賀，李繼平

（遼陽(yáng)石油鋼管制造有限公司，遼寧 遼陽(yáng)111003）

為了提高埋弧焊接鋼管在生產(chǎn)中對(duì)“噘嘴”缺欠的測(cè)量精度和效率，設(shè)計(jì)出一種新型鋼管“噘嘴”測(cè)量工具。該測(cè)量工具由測(cè)量基準(zhǔn)尺和數(shù)顯深度尺兩部分構(gòu)成，測(cè)量基準(zhǔn)尺在測(cè)量時(shí)實(shí)現(xiàn)測(cè)量基準(zhǔn)定位，數(shù)顯深度尺在滑動(dòng)測(cè)量中通過(guò)測(cè)量針的伸出長(zhǎng)度將測(cè)量值顯示在表盤(pán)上，可直接讀取。利用此工具對(duì)鋼管“噘嘴”缺欠進(jìn)行測(cè)量，使傳統(tǒng)的“噘嘴”定性測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)槎繙y(cè)量，測(cè)量精度和測(cè)量效率明顯提高，測(cè)量結(jié)果更加客觀、準(zhǔn)確。

埋弧焊接鋼管； “噘嘴”；測(cè)量工具；測(cè)量基準(zhǔn)；數(shù)顯

1 “噘嘴”缺欠的標(biāo)準(zhǔn)要求

“噘嘴”缺欠（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“噘嘴”）一般是指埋弧焊鋼管（以下簡(jiǎn)稱(chēng)鋼管）焊縫兩側(cè)各50 mm弧長(zhǎng)范圍內(nèi)局部區(qū)域與鋼管理想圓弧的最大徑向偏差。在API SPEC 5L（第45版）和GB/T 9711—2011等標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)“噘嘴”的規(guī)定為：“除摔坑外，由于鋼管成型工藝或制造操作造成鋼管實(shí)際輪廓相對(duì)于鋼管正常圓柱輪廓的幾何尺寸偏離，其極端點(diǎn)與鋼管正常輪廓延伸部分之間的距離，即深度超過(guò)3.2 mm的應(yīng)判為缺陷?！?/p>

鋼管的“噘嘴”缺欠不僅能造成鋼管管端圓度的局部超差，影響施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)焊縫對(duì)接，而且在鋼管“噘嘴”處易產(chǎn)生應(yīng)力集中，影響鋼管使用壽命。目前，長(zhǎng)輸管道現(xiàn)場(chǎng)施工中普遍對(duì)鋼管管端加工復(fù)合坡口，采用全自動(dòng)焊接，AUT檢測(cè)，這種施工工藝一方面提高了現(xiàn)場(chǎng)施工效率，另一方面也對(duì)鋼管的管端幾何尺寸提出了更高要求。2017年中俄東線Φ1 422 mm×21.4 mm螺旋埋弧焊鋼管的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中將焊縫“噘嘴”由“最大徑向偏差不得大于1.5 mm”修改為“最大徑向偏差不得大于1.3 mm”，并首次提出了“局部不圓度”的概念。由此可見(jiàn)，國(guó)內(nèi)外重大管線對(duì)鋼管“噘嘴”的要求越來(lái)越高，鋼管“噘嘴”缺欠也越來(lái)越被業(yè)主和鋼管制造廠家所重視。

為了加強(qiáng)對(duì)“噘嘴”的控制，首先必須實(shí)現(xiàn)對(duì)“噘嘴”的精確測(cè)量。在API SPEC 5L（第45版）和GB/T 9711—2011等標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)“噘嘴”測(cè)量方法和測(cè)量工具的規(guī)定為：“應(yīng)在埋弧焊管管端焊縫處，用模板測(cè)量噘嘴相對(duì)于鋼管理論輪廓的最大偏離，模板垂直于鋼管軸向，且長(zhǎng)度為0.25D或200 mm（取較小者）”，這一指標(biāo)規(guī)定的比較寬松，對(duì)“噘嘴”具體的測(cè)量工具和測(cè)量方法規(guī)定的并不十分明確，很難滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)管線對(duì)“噘嘴”高標(biāo)準(zhǔn)的控制要求。制管行業(yè)中對(duì)“噘嘴”常規(guī)的測(cè)量方法是使用“噘嘴”規(guī)和塞尺配合進(jìn)行測(cè)量，如圖1所示。具體測(cè)量方法是將“噘嘴”規(guī)垂直鋼管軸向放在成型縫上，并使“噘嘴”規(guī)中心與成型縫中心基本重合，用塞尺測(cè)得“噘嘴”規(guī)與鋼管輪廓之間的最大距離即為“噘嘴”值。這種測(cè)量方法操作起來(lái)比較繁瑣，測(cè)量效率較低，尤其在對(duì)管端“局部不圓度”進(jìn)行測(cè)量時(shí)，測(cè)量工作量較大。 另外，這種測(cè)量方法測(cè)量精度低，測(cè)量過(guò)程中受操作者的主觀因素影響較大，很難滿(mǎn)足在高標(biāo)準(zhǔn)下對(duì) “噘嘴”的測(cè)量頻次和測(cè)量精度的要求。

圖1 “噘嘴”常規(guī)測(cè)量方法

綜上所述，根據(jù)管道市場(chǎng)的實(shí)際要求和鋼管生產(chǎn)測(cè)量的實(shí)際需要，一種高精度、易操作、實(shí)用性強(qiáng)的“噘嘴”測(cè)量工具急需設(shè)計(jì)制作出來(lái)。

2 “噘嘴”測(cè)量工具設(shè)計(jì)

2.1 測(cè)量原理

通過(guò)對(duì)鋼管 “噘嘴”測(cè)量的研究，設(shè)計(jì)出一種新型的鋼管“噘嘴”測(cè)量工具—直讀式“噘嘴”測(cè)量規(guī)，如圖2所示。此測(cè)量規(guī)的主體結(jié)構(gòu)由測(cè)量基準(zhǔn)尺和數(shù)顯深度尺兩部分構(gòu)成。測(cè)量基準(zhǔn)尺外徑基準(zhǔn)面的加工弧度與所測(cè)鋼管外徑標(biāo)準(zhǔn)弧度相同，在測(cè)量過(guò)程中起到基準(zhǔn)定位的作用；而數(shù)顯深度尺的引入很好地解決了傳統(tǒng)“噘嘴”測(cè)量中不直觀、不精確的弊端。在測(cè)量過(guò)程中通過(guò)數(shù)顯深度尺在待測(cè)區(qū)域的滑動(dòng)測(cè)量，將測(cè)得的每點(diǎn)數(shù)值顯示在表盤(pán)上可直接讀取，通過(guò)簡(jiǎn)單處理即可獲得鋼管測(cè)量區(qū)域的“噘嘴值”。

圖2 直讀式“噘嘴”測(cè)量規(guī)

2.2 測(cè)量工具構(gòu)成

2.2.1 數(shù)顯深度尺

數(shù)顯深度尺如圖3所示，主要由導(dǎo)軌、電子數(shù)顯裝置、安裝固定座和測(cè)量針等幾部分構(gòu)成。電子數(shù)顯裝置和測(cè)量針能夠沿著導(dǎo)軌上下移動(dòng)，測(cè)量針能夠?qū)崿F(xiàn)與被測(cè)鋼管的滑動(dòng)接觸。表盤(pán)上有“校零”按鈕，測(cè)量針在基準(zhǔn)位處校零后，測(cè)量針移動(dòng)后相對(duì)于基準(zhǔn)位伸縮長(zhǎng)度數(shù)值便會(huì)顯示在表盤(pán)上，表盤(pán)數(shù)值顯示精度為0.01 mm。

圖3 數(shù)顯深度尺

2.2.2 測(cè)量基準(zhǔn)尺

測(cè)量基準(zhǔn)尺如圖4所示，其在測(cè)量中起到測(cè)量基準(zhǔn)定位作用。外徑基準(zhǔn)面的加工弧度與所測(cè)鋼管外徑弧度相同，在鋼管“噘嘴”影響區(qū)（成型縫兩側(cè)各50 mm弧長(zhǎng)）以外的管體弧度可認(rèn)為是理想圓弧。測(cè)量基準(zhǔn)尺上的中間槽居中對(duì)稱(chēng)開(kāi)設(shè)，寬度為100 mm，中間槽的開(kāi)設(shè)避免了鋼管“噘嘴”影響區(qū)的非理想圓弧和外焊縫高度對(duì)測(cè)量規(guī)基準(zhǔn)面定位的影響。在測(cè)量時(shí)，測(cè)量基準(zhǔn)尺的外徑基準(zhǔn)面便可與鋼管“噘嘴”影響區(qū)以外的標(biāo)準(zhǔn)圓弧重合，實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)定位。測(cè)量基準(zhǔn)尺上的滑動(dòng)槽與外徑基準(zhǔn)面平行布置，使數(shù)顯深度尺可在滑動(dòng)槽上方便地滑動(dòng)。

圖4 測(cè)量基準(zhǔn)尺

2.3 測(cè)量步驟

（1）首先，將直讀式“噘嘴”測(cè)量規(guī)垂直鋼管軸向放置在待測(cè)位置，使測(cè)量規(guī)中心與焊縫中心基本重合，將測(cè)量規(guī)外徑基準(zhǔn)面與鋼管理想圓弧基準(zhǔn)重合，實(shí)現(xiàn)測(cè)量的基準(zhǔn)定位，如圖5所示；

（2）移動(dòng)數(shù)顯深度尺，將測(cè)量針與鋼管理想圓弧上的點(diǎn)接觸，此時(shí)按下數(shù)顯裝置上的“開(kāi)啟”按鈕，然后再按下“校零”按鈕，對(duì)測(cè)量規(guī)進(jìn)行校零。此時(shí)儀表盤(pán)讀數(shù)為0.00 mm；

（3）移動(dòng)數(shù)顯深度尺至“噘嘴”影響區(qū)域進(jìn)行滑動(dòng)測(cè)量（如圖6中由B點(diǎn)至C點(diǎn)），觀察并記錄儀表盤(pán)的讀數(shù)變化，讀數(shù)絕對(duì)值最大的點(diǎn)（除去焊縫區(qū)域）就是與鋼管理想圓弧最大徑向偏差點(diǎn)，根據(jù)“噘嘴”的定義可知，此讀數(shù)的絕對(duì)值便是所要測(cè)量的“噘嘴”值。

圖5 測(cè)量規(guī)基準(zhǔn)定位示意圖

圖6 測(cè)量規(guī)滑動(dòng)測(cè)量示意圖

3 測(cè)量誤差分析

3.1 測(cè)量規(guī)加工和裝配精度

測(cè)量規(guī)的加工和裝配精度將直接影響測(cè)量規(guī)的測(cè)量精度。作為量規(guī)，外徑基準(zhǔn)面和滑動(dòng)槽的加工精度公差等級(jí)規(guī)定為IT6級(jí)，查標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值表可知，加工基本尺寸對(duì)應(yīng)的加工精度要達(dá)到0.04~0.078 mm。為了滿(mǎn)足這一加工精度要求，對(duì)測(cè)量基準(zhǔn)尺采用線切割加工工藝，線切割加工精度可以達(dá)到0.01 mm，可以滿(mǎn)足規(guī)定的加工精度要求。

在測(cè)量規(guī)的裝配中，通過(guò)兩根螺栓軸將數(shù)顯深度尺安裝在測(cè)量基準(zhǔn)尺的滑動(dòng)槽上，配合表面粗糙度設(shè)計(jì)為3.2，以滿(mǎn)足配合表面質(zhì)量要求。螺栓軸較滑動(dòng)槽易于加工，且數(shù)顯深度尺需在滑動(dòng)槽上精密滑動(dòng)，因此數(shù)顯深度尺和測(cè)量基準(zhǔn)尺的裝配采用基孔制間隙配合，基本配合尺寸為則滑動(dòng)槽的尺寸公差為0.016 mm，螺栓軸的尺寸公差為0.011 mm，兩者配合的最大間隙為0.027 mm，滿(mǎn)足測(cè)量使用要求。

3.2 測(cè)量基準(zhǔn)定位誤差

直讀式“噘嘴”測(cè)量規(guī)在使用中需要將測(cè)量規(guī)外徑基準(zhǔn)面與鋼管理想圓弧重合，實(shí)現(xiàn)測(cè)量的基準(zhǔn)定位，若基準(zhǔn)定位不準(zhǔn)確，測(cè)量中必然引起較大測(cè)量誤差。除去人為操作因素造成的基準(zhǔn)定位誤差外，要保證測(cè)量基準(zhǔn)定位準(zhǔn)確，必須保證焊縫兩側(cè)各50 mm弧長(zhǎng)以外的管體是標(biāo)準(zhǔn)圓弧。然而在實(shí)際生產(chǎn)中有可能出現(xiàn)“噘嘴”影響區(qū)超出成型縫兩側(cè)50 mm弧長(zhǎng)的情況，這就使測(cè)量規(guī)外徑基準(zhǔn)面無(wú)法與鋼管圓弧完全重合。還有在對(duì)焊縫區(qū)域以外的“局部不圓度”進(jìn)行測(cè)量時(shí)，也會(huì)影響到測(cè)量的基準(zhǔn)定位，這就要求測(cè)量者在測(cè)量前對(duì)待測(cè)量區(qū)進(jìn)行初步判斷，正確選擇測(cè)量規(guī)的基準(zhǔn)定位位置，以減小因測(cè)量規(guī)的基準(zhǔn)定位不準(zhǔn)而造成的誤差。

其次，測(cè)量規(guī)外徑基準(zhǔn)面的弧度尺寸是按照待測(cè)鋼管的目標(biāo)管徑來(lái)加工的，生產(chǎn)中不同合同批的鋼管管徑有可能會(huì)偏離目標(biāo)管徑，在對(duì)偏離目標(biāo)管徑的鋼管進(jìn)行測(cè)量時(shí)，測(cè)量規(guī)的基準(zhǔn)定位也會(huì)受到影響。但在焊管生產(chǎn)中，對(duì)鋼管管徑控制標(biāo)準(zhǔn)比較嚴(yán)格，鋼管周長(zhǎng)在幾毫米范圍內(nèi)的變化折算到鋼管直徑上，與測(cè)量規(guī)外徑基準(zhǔn)面弧度尺寸差值很小。因此，待測(cè)鋼管管徑偏離目標(biāo)管徑對(duì)測(cè)量規(guī)基準(zhǔn)定位的影響可忽略不計(jì)。

4 實(shí)際應(yīng)用

2017年4月，在遼陽(yáng)石油鋼管制造有限公司生產(chǎn)國(guó)家重點(diǎn)管線“中俄東線天然氣管道工程用Φ1 422 mm×21.4 mm螺旋埋弧焊接鋼管”時(shí)，首次將直讀式“噘嘴”測(cè)量規(guī)進(jìn)行試應(yīng)用。工藝要求對(duì)鋼管“噘嘴”至少每5根測(cè)量一次，“噘嘴”值不得大于1.3 mm。直讀式“噘嘴”測(cè)量規(guī)在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中表現(xiàn)出測(cè)量精度高、使用操作方便等特點(diǎn)，不僅達(dá)到了對(duì)“噘嘴”測(cè)量精度的要求，而且測(cè)量效率大大提高，可滿(mǎn)足中俄東線高頻次的測(cè)量需要。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前，市場(chǎng)上出現(xiàn)一種鋼管管端幾何尺寸自動(dòng)測(cè)量?jī)x，此儀器能夠自主采集鋼管管端幾何輪廓，并通過(guò)計(jì)算機(jī)處理技術(shù)對(duì)采集數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)圓數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。利用此儀器對(duì)鋼管管端“噘嘴”進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量精度較高。但這種測(cè)量?jī)x器無(wú)法在制管車(chē)間的不同工位之間實(shí)現(xiàn)便攜式的測(cè)量，也無(wú)法在鋼管成型過(guò)程中對(duì)鋼管“噘嘴”值進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，且該測(cè)量?jī)x造價(jià)較高，使用成本較大。

與自動(dòng)測(cè)量?jī)x相比，利用直讀式“噘嘴”測(cè)量規(guī)對(duì)鋼管“噘嘴”進(jìn)行測(cè)量更加經(jīng)濟(jì)、方便，大大提高了焊管廠家對(duì)鋼管“噘嘴”的測(cè)量監(jiān)控能力。此外，利用此測(cè)量工具還可以對(duì)焊接鋼管的凹坑、焊縫余高等幾何外形參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。隨著焊管行業(yè)對(duì)鋼管幾何外形質(zhì)量的不斷重視，直讀式 “噘嘴”測(cè)量規(guī)具有廣泛的應(yīng)用前景。

[1]API SPEC 5L，管線鋼管規(guī)范（第45版）[S].

[2]GB/T9711—2011，石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管[S].

[3]姚長(zhǎng)友，李建明，張曉東，等.螺旋縫埋弧焊管“噘嘴”缺陷測(cè)量方法探討[J].鋼管，2014，43（1）：54-58.

[4]CDP－S－NGP－PL－006－2014－3，天然氣管道工程用鋼管技術(shù)規(guī)格書(shū)[S].

[5]Q/SYGD0503.2—2016，X80級(jí)螺旋縫埋弧焊管技術(shù)條件[S].

[6]蔡光起，原所先，高航，等.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社，2002.

[7]白忠泉.螺旋焊管成型工藝[M].北京：石油工業(yè)出版社，2011.

[8]盧玉明.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，1998.

[9]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第五版第1卷）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[10]GB/T 1800.3—1998，標(biāo)準(zhǔn)公差和基本偏差數(shù)值表[S].

[11]保承軍.機(jī)械零件設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析[J].裝備制造技術(shù)，2007（1）：75-76.

Design of Direct Reading Tool for Measuring Welded Pipe Peaking Defect

ZHU He，LI Jiping
（Liaoyang Petroleum Steel Pipe Manufacturing Co.， Ltd.， Liaoyang 111003， Liaoning， China）

In order to improve the accuracy and efficiency of measuring peaking defect in submerged arc welded pipe production，the new tool for measuring peaking defect was designed.The tool consisted of benchmark scale measurement and digital display of depth gauge，the benchmark scale measurement could realize datum positioning，and the digital display of depth gauge measured by the extended length of the needle could read the results directly on the dial.Using the tool for measuring peaking defect could translate traditional qualitative measurement to quantitative measurement，significantly improved measurement accuracy and efficiency，and made the measuring result more objective and accurate.

submerged arc welded pipe； peaking；measurement tool； measurement datum；digital display

TG335.75

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.10.007

朱 賀（1988—），男，大學(xué)本科，助理工程師，主要從事螺旋埋弧焊鋼管成型工藝研究及技術(shù)工作。

2017-08-02

李紅麗