儲(chǔ)罐焊縫數(shù)字檢測(cè)驅(qū)動(dòng)裝置的研制與應(yīng)用

徐峰 林春文 張先龍

目前，儲(chǔ)罐焊縫的焊接質(zhì)量檢測(cè)主要采用X射線膠片照相法，由于現(xiàn)場(chǎng)施工條件惡劣，一般通過簡(jiǎn)易吊籠將X射線探傷機(jī)掛在罐壁上，并由人力牽引移動(dòng)，人工貼片，進(jìn)行照相探傷。由于大型儲(chǔ)罐周長(zhǎng)幾百米，X射線探傷機(jī)每次只能曝光一張膠片（片長(zhǎng)300mm），要完成全部焊縫檢測(cè)工作，貼片和評(píng)片工作量巨大，每次貼片需要高空作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度高，操作不便。后期洗片工序繁瑣，實(shí)時(shí)性差，一旦膠片被污染或出現(xiàn)廢片，只能重新進(jìn)行檢測(cè)，影響檢測(cè)效率和檢測(cè)質(zhì)量。

為了解決現(xiàn)有射線檢測(cè)方法存在的缺陷，隨著DR檢測(cè)技術(shù)的日益成熟，業(yè)內(nèi)人士開始研究這項(xiàng)技術(shù)在工業(yè)上的應(yīng)用，我們率先開展了直接數(shù)字成像技術(shù)在儲(chǔ)罐焊縫無損檢測(cè)方面的應(yīng)用研究。為此，在沒有可借鑒的技術(shù)情況下，我們自行研制儲(chǔ)罐焊縫數(shù)字檢測(cè)驅(qū)動(dòng)裝置，帶動(dòng)X射線探傷機(jī)和DR成像板周向運(yùn)動(dòng)和縱向升降，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)罐焊縫現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)直接數(shù)字成像。該裝置已獲得了國家實(shí)用新型專利，專利號(hào)為ZL 201420094380.5，利用該裝置實(shí)現(xiàn)的儲(chǔ)罐焊縫檢測(cè)方法已獲國家發(fā)明專利，專利號(hào)為201310098439.8。

1. 功能設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一種儲(chǔ)罐焊縫數(shù)字檢測(cè)驅(qū)動(dòng)裝置，適用于儲(chǔ)罐焊縫單壁單影法檢測(cè)工藝。將X射線探傷機(jī)和DR成像板安裝就位后，由驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)探傷機(jī)和成像板同步運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)5萬~15萬m3大型浮頂儲(chǔ)罐（板幅變化2.4~3m）橫焊縫和立焊縫現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)直接數(shù)字成像。

2. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，重點(diǎn)要解決以下幾方面的問題：第一，裝置沿罐壁板上緣平穩(wěn)行走。設(shè)計(jì)門型機(jī)架，由內(nèi)、外機(jī)架組成，通過安裝在外機(jī)架上端的橫向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)騎坐在罐壁板上緣，機(jī)構(gòu)兩側(cè)行走輪之間的角度可調(diào)，行走輪表面進(jìn)行壓花處理，保證裝置沿罐壁上緣運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無打滑、憋卡等現(xiàn)象。

第二，X射線探傷機(jī)和DR成像板能夠快速裝卸。采用抽拉方式，設(shè)計(jì)X射線探傷機(jī)快速裝卡專用機(jī)構(gòu)，沿兩條重型工業(yè)抽屜滑軌滑出，打開夾具上蓋后，就可以快速取出、放入探傷機(jī)；設(shè)計(jì)DR成像板的夾具機(jī)構(gòu)，通過快裝螺栓，從檢測(cè)裝置的內(nèi)機(jī)架背面將DR成像板與夾具裝配或分離。

第三，X射線探傷機(jī)和DR成像板與不同壁厚罐壁板間距的調(diào)整。不同容積儲(chǔ)罐罐壁板厚度不同，為獲取最佳檢測(cè)圖像，探傷機(jī)、成像板與罐壁板間的距離需要調(diào)整。設(shè)計(jì)探傷機(jī)水平位置調(diào)節(jié)裝置，根據(jù)待檢儲(chǔ)罐罐壁板厚度手動(dòng)調(diào)節(jié)手輪，使探傷機(jī)射線孔到罐壁的距離為最優(yōu)值；成像板水平距離調(diào)整采用電動(dòng)方式，使成像板能夠?qū)崿F(xiàn)水平方向前后距離的自動(dòng)調(diào)整，滿足檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求。

第四，利用一臺(tái)裝置實(shí)現(xiàn)不同容積儲(chǔ)罐立焊縫的檢測(cè)。設(shè)計(jì)矩形拉伸層架，兩側(cè)加裝導(dǎo)向輪，沿鑲嵌在內(nèi)、外機(jī)架內(nèi)側(cè)的導(dǎo)軌上下運(yùn)動(dòng)，增加DR成像板和X射線探傷機(jī)的縱向運(yùn)動(dòng)行程，滿足5萬~15萬m3儲(chǔ)罐不同板幅焊縫檢測(cè)的技術(shù)要求。

第五，X射線探傷機(jī)和DR成像板的縱向同步運(yùn)動(dòng)。采用鏈傳動(dòng)加配重和同軸驅(qū)動(dòng)方式，由一臺(tái)雙輸出軸減速裝置和縱向運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，通過鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)同步驅(qū)動(dòng)DR成像板和X射線機(jī)上下運(yùn)動(dòng)，滿足探傷機(jī)和成像板縱向同步運(yùn)動(dòng)的技術(shù)要求。

驅(qū)動(dòng)裝置的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（2）主要部件設(shè)計(jì) 橫向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)：它是儲(chǔ)罐焊縫數(shù)字檢測(cè)驅(qū)動(dòng)裝置周向運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)及行走機(jī)構(gòu)，通過螺栓安裝在外機(jī)架的上端。由于行走軌跡為曲線，并且要適應(yīng)不同容積儲(chǔ)罐周向曲線變化，所以兩個(gè)行走輪之間必須有一定角度，且角度可調(diào)。依據(jù)上述技術(shù)條件，在行走輪與行走梁的連接板上設(shè)計(jì)長(zhǎng)圓孔，根據(jù)不同容積儲(chǔ)罐的曲率半徑調(diào)整兩個(gè)行走輪之間的角度后，用緊定螺栓和定位銷軸與行走梁連接固定。橫向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖2所示。在行走輪兩側(cè)設(shè)計(jì)卡槽板，形成相對(duì)封閉的空間，有利于對(duì)行走輪的保護(hù)。同時(shí)，為了保證裝置沿罐壁上緣運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無打滑、憋卡等現(xiàn)象，行走輪表面進(jìn)行壓花處理。

X射線探傷機(jī)機(jī)座：它是探傷機(jī)的安裝部件，與升降小車組對(duì)在一起。一是要保證探傷機(jī)裝卡拆卸快速方便，二是便于探傷機(jī)距離罐壁板間距調(diào)整，三是同時(shí)適應(yīng)橫縫和立縫檢測(cè)探傷機(jī)可旋轉(zhuǎn)90°。根據(jù)上述技術(shù)條件的要求，采用開合式快裝卡箍作為探傷機(jī)裝卡部件，通過支座與工業(yè)抽屜相連，沿兩條重型工業(yè)抽屜滑軌從驅(qū)動(dòng)裝置側(cè)面滑出，打開夾具上蓋后，就可以快速取出、放入探傷機(jī)；支座背面設(shè)計(jì)有轉(zhuǎn)盤，可帶動(dòng)探傷機(jī)繞射線發(fā)射孔中心線旋轉(zhuǎn)90°；設(shè)計(jì)水平位置調(diào)解裝置，沿鑲嵌在升降小車的滑軌水平運(yùn)動(dòng)，采用手動(dòng)絲杠控制方式調(diào)整探傷機(jī)與罐壁板間的距離。X射線探傷機(jī)機(jī)座結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖1 檢測(cè)驅(qū)動(dòng)裝置示意

圖2 橫向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意

DR數(shù)字成像板機(jī)座：它是成像板的安裝部件。首先要方便在高空調(diào)整成像板與罐壁板間距離，防止成像板與罐內(nèi)壁工藝連接件發(fā)生碰撞，同時(shí)檢測(cè)時(shí)成像板可靠近罐壁板；其次要保證成像板能夠快速裝卸，每日檢測(cè)工作完成后可拆卸下來妥善保管。依據(jù)上述要求，設(shè)計(jì)成像板的門式夾具機(jī)構(gòu)，通過松、緊快速螺栓裝、卸成像板；設(shè)計(jì)水平位置調(diào)解裝置，沿鑲嵌在升降小車的滑軌水平運(yùn)動(dòng)，采用電控絲杠方式調(diào)整成像板與罐壁板間的距離。DR數(shù)字成像板機(jī)座結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3. 功能試驗(yàn)

儲(chǔ)罐焊縫數(shù)字檢測(cè)驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)加工完成后，吊裝到培訓(xùn)中心焊接試驗(yàn)室內(nèi)模擬罐壁板上進(jìn)行各項(xiàng)功能測(cè)試。

橫向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)整個(gè)裝置在模擬罐板上緣往復(fù)行走，速度控制在2m/min，運(yùn)行勻速平穩(wěn)，斷電即停，未出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。

啟動(dòng)縱向運(yùn)動(dòng)同步驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，雙輸出軸減速裝置和縱向運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)通過鏈傳動(dòng)帶動(dòng)位于內(nèi)外機(jī)架的升降小車一起上下運(yùn)動(dòng)，速度控制在2m/min，兩側(cè)升降小車運(yùn)動(dòng)同步，能夠滿足立縫檢測(cè)時(shí)X射線探傷機(jī)和DR數(shù)字成像板縱向位置同步要求。拉伸層架隨著升降小車運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行穩(wěn)定平緩，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)裝置縱向增程，能夠滿足不同容積儲(chǔ)罐罐壁板版幅變化的檢測(cè)要求。

將X射線探傷機(jī)和DR數(shù)字成像板安裝到機(jī)座上或拆卸下來僅需2~3min，操作簡(jiǎn)單，快捷方便。

試驗(yàn)表明，設(shè)計(jì)的儲(chǔ)罐焊縫數(shù)字檢測(cè)驅(qū)動(dòng)裝置方案合理，結(jié)構(gòu)緊湊，功能齊全，能夠滿足儲(chǔ)罐橫縫和立縫檢測(cè)的技術(shù)要求。

4. 應(yīng)用效果

儲(chǔ)罐焊縫數(shù)字檢測(cè)驅(qū)動(dòng)裝置（見圖5）在工程建設(shè)公司石油石化設(shè)備廠現(xiàn)場(chǎng)焊接罐板中應(yīng)用，檢測(cè)罐板厚度為20mm、30mm，檢測(cè)立縫高度3m。檢測(cè)過程中，人在檢測(cè)工程車上遠(yuǎn)端控制，檢測(cè)設(shè)備按步長(zhǎng)200mm（成像板檢測(cè)有效范圍）自動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)位置切換，一次成像曝光時(shí)間只需20s, 每次成像位置切換需要6s（行走速度2m/min），完成一條立縫檢測(cè)時(shí)間不超過10min， 檢測(cè)圖像實(shí)時(shí)顯示。如果采用膠片照相法，一條焊縫需要貼片10次（按片長(zhǎng)300mm計(jì)），一張膠片曝光時(shí)間4min左右，檢測(cè)至少需要50min，并且需要進(jìn)行后期洗片，顯影液也會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，還有可能出現(xiàn)廢片，影響檢測(cè)質(zhì)量。

通過以上數(shù)據(jù)及分析可以看出，與膠片照相法相比，采用儲(chǔ)罐焊縫數(shù)字檢測(cè)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行焊縫數(shù)字檢測(cè)，不需高空作業(yè)，而且可提高焊縫無損檢測(cè)效率5倍以上，大幅度降低了檢測(cè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)，減小現(xiàn)場(chǎng)輻射劑量及其影響范圍，有利于人員安全和環(huán)境保護(hù)，技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯。

5. 結(jié)語

儲(chǔ)罐焊縫數(shù)字檢測(cè)驅(qū)動(dòng)裝置可裝載射線機(jī)和成像板實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)罐焊縫現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)直接數(shù)字成像，從而解決膠片照相法存在的檢測(cè)周期長(zhǎng)、高空作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大，貼片和洗片工序繁瑣，實(shí)時(shí)性差等缺陷，因此具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

圖3 X射線探傷機(jī)機(jī)座

圖4 DR數(shù)字成像板機(jī)座

圖5