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，而鋼管內徑就是一個重要的指標參數(shù)，對內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）的主要產品為石油管材，在鋼管內徑檢查中，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范圍的內徑，以判定每支鋼管管端一定范圍內的內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)模生產需要，天津鋼管針對企業(yè)產品結構特點，研發(fā)出一種量具——適應多規(guī)格鋼管內徑測量的極限量規(guī)。目前，該適應多規(guī)格鋼管內徑測量的極限量規(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 技術背景

鋼管內徑檢查，基本原理上并不復雜。生產實踐中，在不同時期，對于不同產品，采用的檢查量具也不同。天津鋼管使用過的鋼管內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徑是最通用的一種方式，一般在低效率生產線生產小批量合同時采用。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左右的范圍內檢驗，很難實現(xiàn)距管端200 mm測量范圍內的檢驗。

（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的內徑質量，判斷是否符合相關標準很容易。存在的不足是：量規(guī)質量大，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)僅能用于同一個內徑規(guī)格、同一公差帶的鋼管內徑測量，對于需要生產多個規(guī)格多個公差帶的生產線來說，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)質量要小，操作相對容易。存在的不足是：僅能適用一個內徑規(guī)格、同公差的鋼管內徑測量，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，激光測內徑還不符合石油管材生產線的實際需求［9］。

現(xiàn)代化企業(yè)生產都是大規(guī)模、流水線生產。目前，天津鋼管生產的鋼管，其內徑規(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線上，要求檢驗人員在線快速判定鋼管產品內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徑檢驗量規(guī)。經(jīng)過多年的生產經(jīng)驗積累，天津鋼管研發(fā)出一種適應多規(guī)格鋼管內徑測量的極限量規(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，這是因為生產線上并不需要測量出鋼管內徑的具體數(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)格鋼管內徑測量的極限量規(guī)應盡量避免這些不足，在材料和結構上減輕質量、利用調節(jié)部件的方法滿足多規(guī)格鋼管內徑檢驗的需要［10］。適應多規(guī)格鋼管內徑測量的極限量規(guī)結構如圖1所示。

圖1 適應多規(guī)格鋼管內徑測量的極限量規(guī)結構示意

適應多規(guī)格鋼管內徑測量的極限量規(guī)，是集通規(guī)、止規(guī)于一身的設計結構，主要由量規(guī)基座、活動測量頭、固定測量頭、規(guī)格調節(jié)臂、加固支架、公差調節(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)部分調整為鋼管內徑標準下限值，止規(guī)部分調整為鋼管內徑標準上限值。

調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徑測量。鑒于該極限量規(guī)結構的特點，根據(jù)天津鋼管的產品結構，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，調節(jié)規(guī)格調節(jié)臂和公差調節(jié)臂，即可實現(xiàn)在該規(guī)格范圍內任何尺寸的內徑和內徑公差設定。

量規(guī)基座使用高輕度硬質鋁合金，以減輕量規(guī)質量。規(guī)格調節(jié)臂、公差調節(jié)臂上設置調節(jié)標線，以便測量不同規(guī)格鋼管內徑時便捷地選擇調節(jié)。通規(guī)部分和止規(guī)部分都是可以在一定范圍內調節(jié)尺寸大小的。為了保證調節(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構，便于在鋼管內壁上移動檢驗，圓弧結構較刃口結構更不容易卡死。

使用中，調節(jié)通規(guī)尺寸為當前檢驗鋼管的內徑下限，調節(jié)止規(guī)尺寸為當前檢驗鋼管的內徑上限。調節(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，按內徑區(qū)間劃分制作幾組（對）規(guī)格調節(jié)臂，每組（對）規(guī)格調節(jié)臂可以滿足一個內徑區(qū)間的檢驗。依所測量鋼管規(guī)格的需要適當調節(jié)量規(guī)，從兩個步驟實現(xiàn)：一是選用一組（對）適合的規(guī)格調節(jié)臂，進行整數(shù)位粗調；二是在規(guī)格調節(jié)臂固定后，調節(jié)規(guī)格標線，進行小數(shù)位細調。

3 使用方法

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

圖2 用極限量規(guī)測量管體內徑示意

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。將公差調節(jié)臂插入量規(guī)基座的燕尾槽中。在公差調節(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，不需要再進行調整。

（2）根據(jù)被檢鋼管規(guī)格的內徑尺寸，選擇適用的一組（對）調節(jié)臂，將規(guī)格調節(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)格調節(jié)臂上安裝加固支架，并用鎖緊螺栓緊固。

（3）在規(guī)格調節(jié)臂上安裝活動測量頭，調整活動測量頭位置，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)格調節(jié)臂上的調節(jié)標線指示，滑動規(guī)格調節(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徑標準下限，用鎖緊螺栓鎖緊規(guī)格調節(jié)臂。

3.3 止規(guī)部分的設定

根據(jù)公差調節(jié)臂上的調節(jié)標線指示，滑動公差調節(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徑公差，用鎖緊螺栓鎖緊公差調節(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，判定鋼管內徑不符合要求；如果符合要求，則進行下一步。

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

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

4 結 語

適應多規(guī)格鋼管內徑測量的極限量規(guī)，是天津鋼管在生產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)輕質的結構，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)生產實踐中，該適應多規(guī)格鋼管內徑測量的極限量規(guī)具有很好的推廣和實用價值。當然，綜合比較各種檢測內徑的方法，各有優(yōu)點，也各有缺點，各有其適用的生產環(huán)境。適應多規(guī)格鋼管內徑測量的極限量規(guī)是天津鋼管針對企業(yè)產品結構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品的適用性，合理選型，以保證使用效果。