國內外螺旋焊管管徑測量的幾種方法

代志健

（山東勝利鋼管有限公司，山東 淄博 255000）

國內外螺旋焊管管徑測量的幾種方法

代志健

（山東勝利鋼管有限公司，山東 淄博 255000）

Several measurement methods of spiral welded pipe diameter at home and abroad

在螺旋焊管的實際生產當中，許多廠家采用測徑卷尺或卡尺等幾何量具對螺旋焊管的周長或橫截面直徑進行人工測量。這種測量方法存在著測量數據不準確、不及時，而且測量速度慢，存在人為讀數及系統誤差等問題。國內外科研工作者就采用微電子技術、激光、計算機技術對螺旋焊管直徑進行測量方面做了大量的研究，并且取得了很大的進展。

螺旋焊管；管徑測量；方法

當前國內石油天然氣輸送管線建設的最主要用管是螺旋焊接鋼管。為了保證螺旋焊管成型的幾何質量，各種鋼管生產規范或標準都對鋼管的外徑偏差、橢圓度偏差等外觀幾何參數做出了非常嚴格的規定。尤其在高質量的國內外重點管線工程上，其幾何尺寸要求常常要超出中國國標GB9711.1—2011標準和美國API Spec 5L 標準。例如，“西氣東輸二線”Ф1 016×14.6 mm 鋼管，要求管體外徑允許偏差為+0.3%～-0.35% D，管端外徑允許偏差為+2.0～-0.5 mm，這些都比GB9711.1—2011 標準和美國API Spec 5L標準嚴格得多。

近年來，國內外焊接工作者就采用微電子技術對螺旋焊管直徑進行測量方面做了大量的研究，取得了很大的進展。對于不同直徑尤其是大口徑鋼管直徑在線測量方面，這些方法均有一定的局限性，有的可實施性還需完善。

1 螺旋焊管直徑測量方法概述

近年來，國內外的科研人員對螺旋焊管的直徑測量技術進行了大量的開發研究，已經形成了不同技術的多種測量方法，按著測量形式的不同可以分為接觸式測量和非接觸式測量兩種方法。

1.1 接觸式測量方法

接觸式測量方法是指通過某些測量工具對鋼管管徑進行直接測量的方法，主要包括機械法測量、周長法測量和滾輪法測量。

（1）機械法測量。機械法測量是指測量人員用外徑千分尺或測徑卡規測量鋼管的外徑，這也是目前焊管廠家廣泛應用的一種測量方法。環境溫度、量具的校準誤差、量具的間隙、量具長時間使用的磨損、人為讀數誤差等都直接影響著測量結果的準確度。而且該測量方法還存在著檢測速度慢，不能實現在線實時檢測和反饋，不能實現檢測數據的顯示和存儲。

（2）周長法測量。周長測量法，即先通過測徑卷尺測量出鋼管的周長而后計算出該鋼管直徑的數據。根據美國石油學會的標準API5L中的規定，對于直徑大于508 mm的鋼管可以采用周長法間接測量其直徑。周長法測量優點是量具結構簡單輕便，價格便宜，操作簡單易行，缺點是測量精度受測徑尺拉緊力大小影響，測徑尺長時間磨損的影響等。

（3）滾輪法測量。滾輪法即是利用周長法測量原理再通過換算測量出直徑。這種方法先使用滾輪測量出鋼管的圓周長度，即滾輪以一定的壓力與鋼管緊密接觸切無相對滑動。此時滾輪與鋼管的傳動關系為：D=d×n/N

式中：d為測量滾輪的直徑，D為鋼管的平均直徑。N為鋼管轉動圈數，n為滾輪轉動圈數。

該方法的優點是容易實現在線測量管徑，大、小管徑均可測量。缺點是滾輪和鋼管之間的相對滑動會影響測量精度。

1.2 非接觸式測量方法

非接觸測量方法是指利用光電、電磁等技術，在不直接接觸被測鋼管表面的情況下，通過圖像掃描、計算機對比分析得到鋼管表面幾何數據的測量方法。

（1）激光掃描測量法。激光掃描測量法工作原理，在被測鋼管一側設置發射端，發射端上安裝的半導體激光器發出激光，在鋼管的另一側設置激光接收端，在發射端和接收端中間激光覆蓋的測量區域形成了一道持續的激光光幕。由于鋼管遮蔽了發射端的激光，從而使部分激光不能到達接收端，即接收端的部分傳感器接收不到到激光信號。

（2）激光測距測量方法。圖1所示，在鋼管管端安裝激光卡規，且能實現激光卡規繞鋼管的中心軸旋轉，以此掃描管端的內圈和外圈，從而通過計算測得鋼管管端的內徑和外徑值。德國的Lap Laser公司和OMS公司基于該原理，開發了測量設備，但該設備同樣也存在安裝激光卡規定位難度大，實際可操作性差。

印度鋼鐵研究與開發中心同樣基于激光測距研發了管徑檢測裝置，圖2所示。

鋼管直徑d=D1-D2。式中：D1是激光傳感器底端至管下支座表面的距離，此距離取決于激光傳感器懸掛安裝機構的位置；D2是激光傳感器底端至被測管頂端的距離。

圖2 鋼管直徑測量裝置示意圖

（3）2D激光位移檢測管體直徑。日本JNS公司開發了一種2D位移激光傳感裝置，該裝置的圓柱形物鏡將激光束擴大為長條形狀，然后此條狀激光在被測鋼管表面產生漫射，產生的反射光則會被聚焦在E3-CMOS上，這樣就可以測量出鋼管的外形輪廓或者其位移量。不過，此裝置在定位安裝操作難度也很大。

2 結語

綜上所述，螺旋焊管管徑測量系統實際應用價值勿容置疑，近年來在國內外已進行了大量的開發和研究，取得了豐碩的成果，但是在國內對該項目的研究開發及推廣使用還相對薄弱，急需相關廠家和科研單位合作博采眾長，研制出更可靠、更實用的管徑測量系統。

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TG457.6

1009-797X(2016)06-0102-02

A

10.13520/j.cnki.rpte.2016.06.038

代志健（1973-），男，本科，重慶大學金屬壓力加工專業，1996年7月參加工作，中級職稱，工程師，研究方向鋼管生產相關技術，一直在山東勝利鋼管公司從事鋼管生產、技術研發和生產管理工作。

2016-01-28