安保華,孫明森,呂春松,李 侃

(中原油田分公司技術(shù)監(jiān)測(cè)中心,濮陽 457001)

在對(duì)承壓類特種設(shè)備進(jìn)行制造、安裝、維修、檢驗(yàn)的過程中，小徑管環(huán)焊縫的射線檢測(cè)較為常見。為了保證成像效果，往往采用傾斜透照橢圓成像，這就需要計(jì)算探傷機(jī)焦點(diǎn)相對(duì)焊縫中心所在平面的偏心距。如果現(xiàn)場(chǎng)沒有或者因故無法使用計(jì)算器等計(jì)算工具，就需要人工計(jì)算，從而造成不便，且易出錯(cuò)?？讘椈鄣萚1]嘗試使用坐標(biāo)法確定偏心距，該方法具有一定的可操作性，但坐標(biāo)圖需要根據(jù)檢測(cè)對(duì)象量身定制，通用性不足。為此，筆者設(shè)計(jì)了一種通用的計(jì)算圖，只要依據(jù)給定參數(shù)，使用直尺即可快速準(zhǔn)確獲取計(jì)算值。

1 設(shè)計(jì)思路

計(jì)算偏心距L0的公式[2]為

(1)

式中：L0為偏心距；b為焊縫寬度；q為橢圓開口寬度，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.2—2015 《承壓設(shè)備無損檢測(cè) 第2部分：射線檢測(cè)》取1倍焊縫寬度；F為焦距；Do為小徑管外徑；Δh為焊縫余高。

因?yàn)镈o+Δh計(jì)算簡(jiǎn)單，可將其視為1個(gè)變量。故式(1)共有4個(gè)變量。一個(gè)基本的二維圖可以表示3個(gè)變量，故至少需要兩個(gè)圖。

將式(1)分解為式(2)和式(3)，可得

L0=nb

(2)

(3)

式中：n為公用變量。

式(2)是兩個(gè)積的函數(shù)，這種函數(shù)關(guān)系適合用諾模圖實(shí)現(xiàn)，可以采用最為常見的三平行線諾模圖繪制。對(duì)式(3)的函數(shù)關(guān)系，可以采用曲線圖繪制。最后，這兩個(gè)圖通過n來整合。

2 設(shè)計(jì)過程

2.1 參數(shù)范圍的確定

首先根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)確定參數(shù)范圍：小徑管外徑Do為30～100 mm；焊縫余高Δh為0～10 mm；焦距F為300～1 000 mm；焊縫寬度b為5～15 mm。

計(jì)算其余參數(shù)范圍：Do+Δh為30～110 mm；系數(shù)nmin=3.5，考慮透照清晰度因素，n不宜過小，故向上取整為5；系數(shù)nmax=64.7，取整為65;系數(shù)n為5～65；偏心距L0為25～975 mm。

2.2 諾模圖的設(shè)計(jì)

對(duì)式(2)兩邊取對(duì)數(shù)，將函數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)換為和的形式，如式(4)所示。

lgL0=lg(nb)=lgn+lgb

(4)

取各圖尺長(zhǎng)均為15 cm，則各圖尺的圖尺系數(shù)分別為mn=13.47，mL0=9.43，mb=31.44。

各圖尺的標(biāo)值方程為

(5)

根據(jù)標(biāo)值方程組(5)，計(jì)算n、L0、b3個(gè)圖尺刻度點(diǎn)的標(biāo)值長(zhǎng)度(見表1)。

表1 圖尺刻度標(biāo)值長(zhǎng)度

設(shè)n尺與L0尺間距為an，L0尺與b尺間距為ab，an+ab=10 cm，則根據(jù)式(6)計(jì)算可得，an=3 cm，ab=7 cm。

(6)

繪制表示式(2)函數(shù)關(guān)系的n-b諾模圖(見圖1)。

圖1 n-b諾模圖

2.3 曲線圖的設(shè)計(jì)

(1) 確定計(jì)算圖的坐標(biāo)軸。

取Do+Δh為橫軸，n為縱軸，圖中曲線為F值。

(2) 繪制曲線圖

根據(jù)式(3)，將n按間距1，F(xiàn)按間距50 mm計(jì)算Do+Δh，結(jié)果如表2所示。

表2 Do+Δh值計(jì)算結(jié)果 mm

將表中的每行數(shù)據(jù)作為橫坐標(biāo)，為與諾模圖中的n坐標(biāo)軸一致，便于表格整合，數(shù)據(jù)相應(yīng)的n值取對(duì)數(shù)作為縱坐標(biāo)，用CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))軟件繪制曲線，形成(Do+Δh)-n曲線圖(見圖2)。

圖2 (Do+Δh)-n曲線圖

2.4 繪制偏心距圖

由于系數(shù)n為兩個(gè)圖的公用變量。將圖1置于圖2下方，并對(duì)其進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，完成小徑管透照偏心距圖(見圖3)的繪制。

圖3 小徑管透照偏心距圖

(1) 對(duì)于L0的取值，由圖3可知，對(duì)某一焦距，n與外徑Do負(fù)相關(guān)，而外徑Do與焊縫寬度b正相關(guān)，故n與b不會(huì)同時(shí)取大值。所以，按實(shí)際經(jīng)驗(yàn)取L0最大值為600 mm。

(2) 增加6條Do+Δh輔助線。焊縫余高取常用值2 mm，外徑依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17395—2008 《無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》取常用值34，42，48，60，76，89 mm。

(3)系數(shù)n作為公用變量，無需讀數(shù)，可不顯示刻度，但為了便于作圖時(shí)觀察參照，將其標(biāo)記為0～30。

3 使用示例及核驗(yàn)

小徑管外徑為65 mm，焊縫余高為2 mm，透照焦距F=800 mm，焊縫寬度為8 mm。以此工件為使用示例，核驗(yàn)透照偏心距值(見圖3)。

(1) 計(jì)算Do+Δh=67 mm，過(Do+Δh)圖尺的67刻度點(diǎn)做垂線，與F曲線交于點(diǎn)A。

(2) 過A點(diǎn)做n圖尺的垂線，并與其交于B點(diǎn)。

(3) 連接B點(diǎn)和b圖尺的8刻度點(diǎn)，與L0圖尺的交點(diǎn)即為所求偏心距，讀數(shù)為17.5 cm，與理論計(jì)算值相同。

4 誤差分析

實(shí)際操作中，解算L0存在誤差，會(huì)引起橢圓開口寬度q的誤差。影響解算結(jié)果精度的因素如表3所示。

表3 精度影響因素及措施

根據(jù)表3采取措施并正確操作，則讀數(shù)誤差不會(huì)超過L0圖尺最小分度值的1/2，也就是ΔL0=±5 mm。為了簡(jiǎn)化，設(shè)D=(Do+Δh)，按式(7)可反算橢圓開口寬度q。式(8)為橢圓開口寬度誤差Δq的公式。

(7)

(8)

由式(9)可知，誤差Δq與F負(fù)相關(guān)，與D正相關(guān)。取圖中極限值，F(xiàn)=350 mm，D=100 mm，則Δq=1.0 mm。

由圖3可以看出，F(xiàn)值越小則對(duì)應(yīng)L0圖尺的單位顯示長(zhǎng)度越大，讀數(shù)時(shí)的ΔL0會(huì)顯著降低，相應(yīng)減小Δq。實(shí)際操作中，ΔL0可控制在±2.5 mm內(nèi)，Δq誤差值一般不會(huì)超過±0.5 mm。文中按ΔL0=5 mm計(jì)算，Δq=0.23 mm，完全可以滿足射線檢測(cè)精度的要求。

5 結(jié)語

(1) 繪制的小徑管環(huán)焊縫射線檢測(cè)用偏心距圖由曲線圖和諾模圖兩部分組成。使用直尺只需3個(gè)步驟即可讀數(shù)，使用簡(jiǎn)便，易于操作。該圖既可用于現(xiàn)場(chǎng)偏心距的計(jì)算，也可作為操作指導(dǎo)書中已知偏心距的驗(yàn)證工具。

(2) 通過誤差分析，使用該圖解算的結(jié)果較為準(zhǔn)確，滿足射線檢測(cè)要求。在使用中，可以通過加大圖幅、使用標(biāo)準(zhǔn)的直尺工具、規(guī)范操作、仔細(xì)讀數(shù)等來確保解算結(jié)果的準(zhǔn)確性。