一种替代人工放取X 射线探伤用标记袋的机械装置设计及应用

2022-04-22吴禹胜张慧明梁奉科

焊管 2022年4期

0 前言

在原油、成品油和天然气等输送用钢管的生产检测中，通常要求对焊缝进行100% X 射线拍片检测或灵敏度优于4%的X 射线工业电视检测。在GB/T 9711—2017 中规定，对埋弧焊（SAW）和组合焊（COW）钢管，应采用射线检验方法对每根钢管至少200 mm 管端范围内的焊缝进行检查，射线检验结果应记录在胶片或其他成像介质上

。在很多工程中，如蒙西煤制天然气外输管道一期工程、烟台港原油管道复线工程等，都要求对至少距管端250 mm 范围内焊缝进行X 射线拍片检查

。在实际钢管生产检测中，基本上都采用X 射线工业电视，对管端焊缝进行计算机静态抓图检测。

在对管端焊缝采用计算机静态抓图检测时，通常要求放置像质计、搭接标记、指示标记等，像质计横跨焊缝并紧密贴附于焊缝上

。以距管端200 mm 范围内的焊缝为例，对于直缝焊管，该焊缝长度即为200 mm；对于螺旋埋弧焊管，由于管径、工作板宽以及成型角的不同，则距管端200 mm 范围内螺旋焊缝长度可达250 ～700 mm，对于距管端250 mm 范围内的螺旋焊缝，焊缝长度会更长。在计算机静态抓图检测中，常用探测器的成像视野覆盖的焊缝长度一般为130～150 mm，要完成管端200 mm 范围内焊缝的抓图检测，至少需要抓取2 张甚至多张图像。当然，现在也有公司采用更大成像视野的探测器进行管端抓图检测。

1 射线探伤用标记袋放取装置设计思路

1.1 检测要求分析

在对管端焊缝采用计算机静态抓图检测时，通常将像质计、搭接标记、指示标记放置在条形标记袋上。标记袋上带有磁性金属片、标记插装位置以及磁铁，像质计通过自带磁铁沿垂直标记袋长度方向吸附在标记袋的磁性金属片上，标记插装在标记袋内。当标记袋紧密磁吸在钢管焊缝上时，像质计等也紧密贴附在钢管上。通常标记袋应放在射线源一侧，当不能放置射线源一侧时，在保证检测灵敏度的前提下，也可将标记袋放置在被检钢管的探测器一侧。在实际检测工作中，为了便于操作，通常将标记袋放置在被检钢管的探测器一侧。

对焊缝进行100% X 射线工业电视检测，同时对距管端200 mm 范围内焊缝采用X 射线静态抓图检测，工作流程为：将钢管运至防护室内的检查车上，检测人员将标记袋贴附在管端焊缝上，其长度方向沿螺旋焊缝布置，标记袋宽度与焊缝呈中心对称，两管端均应放置。放置好后，人员离开防护室，即可进行焊缝的X 射线检测，先进行钢管一端的管端抓图检测，然后进行钢管焊缝的100%检测，检查至钢管另一端焊缝处时，再进行该管端抓图检测。检测完毕后，检测人员进入防护室，将标记袋从钢管上取下，等待下一根钢管进入后再放置标记袋，如此循环往复。从这个操作流程上可以看出，在整个过程中，检测人员需要不断进出X 射线防护室来完成标记袋的取放操作，从而降低了工作效率。若采用机械替代人工方式，可大幅提高检测效率。

1.2 检测工况分析

在人工放置标记袋时，无论管端焊缝在任何位置，均可将标记袋贴附在需要检测的管端焊缝上。但要采用机械方式将标记袋准确贴附在管端焊缝的合适位置，则标记袋贴附前的位置与要贴附的管端焊缝位置相对固定，这样才能容易实现，否则将会因寻找贴附位置而使机构复杂或难于实现。

根据发射源透照方向的不同，探测器一般有上置式和侧置式两种布置形式。以探测器上置式为例，为保证机械机构的通用性，钢管外壁与探测器的距离按30 mm 考虑进行设计。通过分析，采用机械机构在0～30 mm 的有限空间内将标记袋放置到螺旋焊缝上，在抓图检测完毕后，将标记袋取回，然后再进行其余焊缝的检测，这种方式可行性较高。

与往年相比，今年下半年复合肥价格涨势较为明显。据了解，目前，45%硫基复合肥出厂报价在2400-2450元/吨；45%氯基复合肥出厂报价在2100-2250元/吨。虽然复合肥生产企业加大了营销攻势，但是经销商并未积极响应，观望态势较重。

在X 射线检测时（包括进行管端X 射线静态抓图检测），通常探测器接收平面与发射源发射方向垂直，且探测器接收中心与发射源发射中心正对，钢管被检测焊缝中心处于两中心的连线上，这样被检焊缝中心成像在检测屏幕的中心，且能有效保证检测灵敏度。在螺旋焊管的X 射线工业电视检测过程中，一般采用单壁透照方式，为保证X 射线检测灵敏度，钢管外壁与探测器的距离通常越小越好，综合各方面因素，这个距离一般控制在30～50 mm。由此可见，探测器的位置与钢管外壁的距离是相对固定的，同时探测器与需检测焊缝的位置也是相对固定的。

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本设计需满足Φ325 mm～Φ1 420 mm 螺旋焊管的X 射线管端焊缝计算机抓图检测，在针对不同规格钢管进行机构调整时，主要采用人工调整，在调整过程中大部分应为平移及锁定，为了提高工作效率，采用铝合金型材作为主材进行轻型化设计

，拟采用可调位紧定手柄实现无工具调整和锁定

。

1.3 射线探伤用标记袋放取装置需实现的动作及要求

针对不同规格钢管及不同成型角的螺旋焊缝，标记袋均能可靠地紧密贴附在螺旋焊缝上，则需要机构能够满足以下要求： ①应使标记袋在钢管外壁与探测器之间0～30 mm 的空间内完成检测前螺旋焊管两管端焊缝标记袋的放置和检测后标记袋的移除； ②标记袋应能柔性紧密贴附在钢管焊缝上，且在钢管旋转过程中不发生相对位移； ③标记袋贴附时，长度方向与螺旋焊缝一致，宽度方向与焊缝呈中心对称； ④标记袋的一次放置，能完成多张图像的抓取，且应保证每张图像均设有需要的像质计、搭接标记、指示标记等； ⑤适应不同规格及不同成型角的钢管； ⑥机构调整操作方便、省力和可靠。

2 总体设计方案

对于螺旋埋弧焊管，被检螺旋焊缝通过钢管的旋转和检查车的行走移动到探测器的正下方，由于寻找焊缝阶段钢管保持旋转，故要求在标记袋贴附到钢管螺旋焊缝后，标记袋在钢管旋转的过程中不发生位移和脱落。对于直缝焊管，焊缝标记袋沿直缝贴附在钢管曲面上，检测过程中，钢管不发生旋转，基本上不存在位移和脱落的问题。从机构能力而言，保证能够实现螺旋焊缝上标记袋的稳定贴附即可，故以下仅讨论螺旋缝标记袋的贴附设计。

①排水系统应与灌溉系统统一规划建设，排水系统健全，断面设计合理，排水出路通畅。排水沟应与同级渠道或生产路平行布置，形成一路一渠一沟格局。

升降机构用以完成对不同规格钢管进行多功能组合机构的高度调整。采用重型铝合金型材作为立柱，以保证立柱的刚性和龙门结构的稳定性；采用定滑轮与自锁式手摇绞盘卷扬机提升机组合，对挂接的多功能组合机构进行提升或降落，以实现在规格调整时省力、方便、到位自锁及防止意外下落

。升降机构如图1所示。

试验各处理施肥时间统一，水稻移栽前施底肥，施用尿素165 kg/hm2、复合肥285 kg/hm2；生育期内追肥，按照基肥：分蘖肥：穗肥=5∶2∶3的比例追肥。采用人工模拟淹水，淹水处理后，移到大田条件下生长。病虫害防治等田间管理采用常规田间管理方法。

2.1 升降机构

在钢管两侧检查车以外的适当位置固定设置两个相同的多功能组合机构，其中以立杆作为钢管规格调整的导向，采用固定连杆在两立杆顶部进行固定连接，形成稳定的龙门架结构，以保证整体结构的稳定性。在立杆上挂接多功能组合机构，组合机构可沿立杆升降以完成对不同规格钢管的调整，完成沿钢管轴向前后平移、沿成型角方向伸缩平移，根据钢管成型角度进行机构角度调整，能实现标记袋平进、平出、放置和收起等功能。

2.2 实现适应不同成型角进行机构布置的平移及转角机构

升降导向立柱固定布置在检查车两侧，平移及转角机构挂接在升降导向立柱上，平移及转角机构用于实现对不同钢管成型角的适应，一方面要完成机构的旋转，以实现伸缩机构能在垂直成型角方向水平伸缩平移（螺旋焊管的生产中，钢管的成型角比较合理的范围为40°～75°）

；另一方面要完成机构沿钢管轴向平移，以实现旋转后的两组机构能中心对称布置。

每套多功能组合机构均采用相同的两个三杆气缸

，分为下层气缸和上层气缸，下层气缸的伸缩可带动上层气缸缸体移动，上层气缸缸杆端部固定有立板，立板上安装两根钢丝绳，钢丝绳上设置标记袋，标记袋长度方向与焊缝方向平齐。为避免标记袋发生损坏，可将标记袋固定在载物袋内，将载物袋固定在两钢丝绳上，载物袋具有耐磨、耐温等特点，载物袋的移动等同于标记袋的移动。

2.3 水平伸缩机构

在转盘上设置导向槽，伸缩杆可在垂直成型角的水平方向导向槽中实现平移，以适应不同成型角的钢管，从而避免气缸伸出时触碰到钢管。水平伸缩机构如图3 所示。

2.4 实现标记袋平进、平出、放置、收起的组合机构

由于两侧立柱距离较远，同时要实现两侧机构的中心对称布置及对钢管成型角的适应，则机构的平移距离应达到2 m 左右。如果采用单侧悬臂梁的方式，平移横杆将达到2 m，则立柱、横杆及连接需要很强的刚性，受力状态也不理想。经过分析和结构优化，将导向立柱设置在位移区间的中点，采用两级平移，一级平移以固定在立柱上的导向槽为固定点，平移横杆可沿钢管轴线方向前后平移；二级平移为横杆上的组合机构，可在平移横杆上沿钢管轴线方向前后平移，这样平移横杆长度可减半，结构受力更合理。在二级平移滑块上设置转盘，可使转盘上附设的水平伸缩杆沿成型角的水平方向进行布置。平移及转角结构如图2 所示。

有研究显示，炎性标志物在哮喘的发生发展中发挥重要作用[16]。hs-CRP是主要由肝细胞分泌的非特异性炎症标志物，一旦受到免疫反应、炎症、感染等刺激，hs-CRP水平显著上升[17]。咳嗽变异性哮喘呼吸道的改变主要表现为炎性细胞浸润，小血管渗出、充血，支气管轴膜下肥大细胞被激活，支气管轴膜上皮受损及嗜酸性粒细胞聚集。本研究结果显示，治疗后B组hs-CRP与血嗜酸粒细胞水平显著下降，提示两种药物联合治疗能有效改善气道炎症。本研究结果显示，B组患者的临床有效率高于A组，且咳嗽缓解时间与消失时间均显著短于A组，提示两种药物联合治疗能有效改善患者临床症状。

两套多功能组合机构的上层气缸与钢丝绳和标记袋组成一个功能组，可实现标记袋的放置和收起。放置标记袋时两气缸同时伸出，收起时两气缸同时回缩。两气缸同时伸出时，标记袋落到需抓图的焊缝上，通过钢丝绳的柔性连接以及磁铁吸附的作用，标记袋在钢管旋转过程中不会发生位移或脱落，当抓图完毕后，两气缸同时回缩将标记袋收起。

两套多功能组合机构的下层气缸组成一个功能组，完成标记袋的平进和平出。此时下层气缸组一个气缸伸出，一个气缸回缩，由于行程相同和伸缩速度相近，可实现标记袋相对刚性的平进和平出，完成标记袋平稳移进和移出探测器正下方。组合机构如图4 所示。

3 机械装置总体装配

替代人工放取射线探伤用标记袋的机械装置由龙门立柱、升降机构和多功能组合机构组成，能够实现规格调整、平移调整、伸缩调整、转角调整及标记袋平进、平出、放置、收起等功能。该机械装置总装配图如图5 所示。

1. 由于车辆抖动明显，空气质量和节气门开度一直处于跳变状态，但数据看起来基本正常(奥迪2.0T发动机怠速时进气量为2.4g/s，节气门开度不大于3°)，暂时不予理睬。

4 应用效果

该装置在两套工检安装后，首先在Φ813 mm钢管X 射线检验中经过试用，紧接着在尼贝线项目Φ508 mm 钢管的X 射线检验中经过近三个月的实际使用，完全达到替代人工的预期目标。在对管端250 mm 范围内的焊缝进行3 张图像的抓图检验中，标记袋能可靠地固定在载物袋内，载物袋被拉入、放置、收起和拉出的动作稳定可靠，放置位置准确且重复性好，载物袋在钢管外表面能沿螺旋焊缝对称黏附，且在钢管旋转过程中不发生任何偏移，有效保证了在管端连续多处位置多张图像的顺利抓取，完全满足了X 射线检验中对钢管两端多张图像连续抓取的工作需求。