直讀式焊管“噘嘴”測量工具設計

朱 賀，李繼平

（遼陽石油鋼管制造有限公司，遼寧 遼陽111003）

直讀式焊管“噘嘴”測量工具設計

朱 賀，李繼平

（遼陽石油鋼管制造有限公司，遼寧 遼陽111003）

為了提高埋弧焊接鋼管在生產中對“噘嘴”缺欠的測量精度和效率，設計出一種新型鋼管“噘嘴”測量工具。該測量工具由測量基準尺和數顯深度尺兩部分構成，測量基準尺在測量時實現測量基準定位，數顯深度尺在滑動測量中通過測量針的伸出長度將測量值顯示在表盤上，可直接讀取。利用此工具對鋼管“噘嘴”缺欠進行測量，使傳統的“噘嘴”定性測量轉變為定量測量，測量精度和測量效率明顯提高，測量結果更加客觀、準確。

埋弧焊接鋼管； “噘嘴”；測量工具；測量基準；數顯

1 “噘嘴”缺欠的標準要求

“噘嘴”缺欠（以下簡稱“噘嘴”）一般是指埋弧焊鋼管（以下簡稱鋼管）焊縫兩側各50 mm弧長范圍內局部區域與鋼管理想圓弧的最大徑向偏差。在API SPEC 5L（第45版）和GB/T 9711—2011等標準中對“噘嘴”的規定為：“除摔坑外，由于鋼管成型工藝或制造操作造成鋼管實際輪廓相對于鋼管正常圓柱輪廓的幾何尺寸偏離，其極端點與鋼管正常輪廓延伸部分之間的距離，即深度超過3.2 mm的應判為缺陷?！?/p>

鋼管的“噘嘴”缺欠不僅能造成鋼管管端圓度的局部超差，影響施工現場環焊縫對接，而且在鋼管“噘嘴”處易產生應力集中，影響鋼管使用壽命。目前，長輸管道現場施工中普遍對鋼管管端加工復合坡口，采用全自動焊接，AUT檢測，這種施工工藝一方面提高了現場施工效率，另一方面也對鋼管的管端幾何尺寸提出了更高要求。2017年中俄東線Φ1 422 mm×21.4 mm螺旋埋弧焊鋼管的技術標準中將焊縫“噘嘴”由“最大徑向偏差不得大于1.5 mm”修改為“最大徑向偏差不得大于1.3 mm”，并首次提出了“局部不圓度”的概念。由此可見，國內外重大管線對鋼管“噘嘴”的要求越來越高，鋼管“噘嘴”缺欠也越來越被業主和鋼管制造廠家所重視。

為了加強對“噘嘴”的控制，首先必須實現對“噘嘴”的精確測量。在API SPEC 5L（第45版）和GB/T 9711—2011等標準中對“噘嘴”測量方法和測量工具的規定為：“應在埋弧焊管管端焊縫處，用模板測量噘嘴相對于鋼管理論輪廓的最大偏離，模板垂直于鋼管軸向，且長度為0.25D或200 mm（取較小者）”，這一指標規定的比較寬松，對“噘嘴”具體的測量工具和測量方法規定的并不十分明確，很難滿足國內外重點管線對“噘嘴”高標準的控制要求。制管行業中對“噘嘴”常規的測量方法是使用“噘嘴”規和塞尺配合進行測量，如圖1所示。具體測量方法是將“噘嘴”規垂直鋼管軸向放在成型縫上，并使“噘嘴”規中心與成型縫中心基本重合，用塞尺測得“噘嘴”規與鋼管輪廓之間的最大距離即為“噘嘴”值。這種測量方法操作起來比較繁瑣，測量效率較低，尤其在對管端“局部不圓度”進行測量時，測量工作量較大。 另外，這種測量方法測量精度低，測量過程中受操作者的主觀因素影響較大，很難滿足在高標準下對 “噘嘴”的測量頻次和測量精度的要求。

圖1 “噘嘴”常規測量方法

綜上所述，根據管道市場的實際要求和鋼管生產測量的實際需要，一種高精度、易操作、實用性強的“噘嘴”測量工具急需設計制作出來。

2 “噘嘴”測量工具設計

2.1 測量原理

通過對鋼管 “噘嘴”測量的研究，設計出一種新型的鋼管“噘嘴”測量工具—直讀式“噘嘴”測量規，如圖2所示。此測量規的主體結構由測量基準尺和數顯深度尺兩部分構成。測量基準尺外徑基準面的加工弧度與所測鋼管外徑標準弧度相同，在測量過程中起到基準定位的作用；而數顯深度尺的引入很好地解決了傳統“噘嘴”測量中不直觀、不精確的弊端。在測量過程中通過數顯深度尺在待測區域的滑動測量，將測得的每點數值顯示在表盤上可直接讀取，通過簡單處理即可獲得鋼管測量區域的“噘嘴值”。

圖2 直讀式“噘嘴”測量規

2.2 測量工具構成

2.2.1 數顯深度尺

數顯深度尺如圖3所示，主要由導軌、電子數顯裝置、安裝固定座和測量針等幾部分構成。電子數顯裝置和測量針能夠沿著導軌上下移動，測量針能夠實現與被測鋼管的滑動接觸。表盤上有“校零”按鈕，測量針在基準位處校零后，測量針移動后相對于基準位伸縮長度數值便會顯示在表盤上，表盤數值顯示精度為0.01 mm。

圖3 數顯深度尺

2.2.2 測量基準尺

測量基準尺如圖4所示，其在測量中起到測量基準定位作用。外徑基準面的加工弧度與所測鋼管外徑弧度相同，在鋼管“噘嘴”影響區（成型縫兩側各50 mm弧長）以外的管體弧度可認為是理想圓弧。測量基準尺上的中間槽居中對稱開設，寬度為100 mm，中間槽的開設避免了鋼管“噘嘴”影響區的非理想圓弧和外焊縫高度對測量規基準面定位的影響。在測量時，測量基準尺的外徑基準面便可與鋼管“噘嘴”影響區以外的標準圓弧重合，實現基準定位。測量基準尺上的滑動槽與外徑基準面平行布置，使數顯深度尺可在滑動槽上方便地滑動。

圖4 測量基準尺

2.3 測量步驟

（1）首先，將直讀式“噘嘴”測量規垂直鋼管軸向放置在待測位置，使測量規中心與焊縫中心基本重合，將測量規外徑基準面與鋼管理想圓弧基準重合，實現測量的基準定位，如圖5所示；

（2）移動數顯深度尺，將測量針與鋼管理想圓弧上的點接觸，此時按下數顯裝置上的“開啟”按鈕，然后再按下“校零”按鈕，對測量規進行校零。此時儀表盤讀數為0.00 mm；

（3）移動數顯深度尺至“噘嘴”影響區域進行滑動測量（如圖6中由B點至C點），觀察并記錄儀表盤的讀數變化，讀數絕對值最大的點（除去焊縫區域）就是與鋼管理想圓弧最大徑向偏差點，根據“噘嘴”的定義可知，此讀數的絕對值便是所要測量的“噘嘴”值。

圖5 測量規基準定位示意圖

圖6 測量規滑動測量示意圖

3 測量誤差分析

3.1 測量規加工和裝配精度

測量規的加工和裝配精度將直接影響測量規的測量精度。作為量規，外徑基準面和滑動槽的加工精度公差等級規定為IT6級，查標準公差數值表可知，加工基本尺寸對應的加工精度要達到0.04~0.078 mm。為了滿足這一加工精度要求，對測量基準尺采用線切割加工工藝，線切割加工精度可以達到0.01 mm，可以滿足規定的加工精度要求。

在測量規的裝配中，通過兩根螺栓軸將數顯深度尺安裝在測量基準尺的滑動槽上，配合表面粗糙度設計為3.2，以滿足配合表面質量要求。螺栓軸較滑動槽易于加工，且數顯深度尺需在滑動槽上精密滑動，因此數顯深度尺和測量基準尺的裝配采用基孔制間隙配合，基本配合尺寸為則滑動槽的尺寸公差為0.016 mm，螺栓軸的尺寸公差為0.011 mm，兩者配合的最大間隙為0.027 mm，滿足測量使用要求。

3.2 測量基準定位誤差

直讀式“噘嘴”測量規在使用中需要將測量規外徑基準面與鋼管理想圓弧重合，實現測量的基準定位，若基準定位不準確，測量中必然引起較大測量誤差。除去人為操作因素造成的基準定位誤差外，要保證測量基準定位準確，必須保證焊縫兩側各50 mm弧長以外的管體是標準圓弧。然而在實際生產中有可能出現“噘嘴”影響區超出成型縫兩側50 mm弧長的情況，這就使測量規外徑基準面無法與鋼管圓弧完全重合。還有在對焊縫區域以外的“局部不圓度”進行測量時，也會影響到測量的基準定位，這就要求測量者在測量前對待測量區進行初步判斷，正確選擇測量規的基準定位位置，以減小因測量規的基準定位不準而造成的誤差。

其次，測量規外徑基準面的弧度尺寸是按照待測鋼管的目標管徑來加工的，生產中不同合同批的鋼管管徑有可能會偏離目標管徑，在對偏離目標管徑的鋼管進行測量時，測量規的基準定位也會受到影響。但在焊管生產中，對鋼管管徑控制標準比較嚴格，鋼管周長在幾毫米范圍內的變化折算到鋼管直徑上，與測量規外徑基準面弧度尺寸差值很小。因此，待測鋼管管徑偏離目標管徑對測量規基準定位的影響可忽略不計。

4 實際應用

2017年4月，在遼陽石油鋼管制造有限公司生產國家重點管線“中俄東線天然氣管道工程用Φ1 422 mm×21.4 mm螺旋埋弧焊接鋼管”時，首次將直讀式“噘嘴”測量規進行試應用。工藝要求對鋼管“噘嘴”至少每5根測量一次，“噘嘴”值不得大于1.3 mm。直讀式“噘嘴”測量規在實際測量過程中表現出測量精度高、使用操作方便等特點，不僅達到了對“噘嘴”測量精度的要求，而且測量效率大大提高，可滿足中俄東線高頻次的測量需要。

5 結束語

目前，市場上出現一種鋼管管端幾何尺寸自動測量儀，此儀器能夠自主采集鋼管管端幾何輪廓，并通過計算機處理技術對采集數據與標準圓數據進行對比分析。利用此儀器對鋼管管端“噘嘴”進行測量，測量精度較高。但這種測量儀器無法在制管車間的不同工位之間實現便攜式的測量，也無法在鋼管成型過程中對鋼管“噘嘴”值進行實時監控，且該測量儀造價較高，使用成本較大。

與自動測量儀相比，利用直讀式“噘嘴”測量規對鋼管“噘嘴”進行測量更加經濟、方便，大大提高了焊管廠家對鋼管“噘嘴”的測量監控能力。此外，利用此測量工具還可以對焊接鋼管的凹坑、焊縫余高等幾何外形參數進行測量。隨著焊管行業對鋼管幾何外形質量的不斷重視，直讀式 “噘嘴”測量規具有廣泛的應用前景。

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Design of Direct Reading Tool for Measuring Welded Pipe Peaking Defect

ZHU He，LI Jiping
（Liaoyang Petroleum Steel Pipe Manufacturing Co.， Ltd.， Liaoyang 111003， Liaoning， China）

In order to improve the accuracy and efficiency of measuring peaking defect in submerged arc welded pipe production，the new tool for measuring peaking defect was designed.The tool consisted of benchmark scale measurement and digital display of depth gauge，the benchmark scale measurement could realize datum positioning，and the digital display of depth gauge measured by the extended length of the needle could read the results directly on the dial.Using the tool for measuring peaking defect could translate traditional qualitative measurement to quantitative measurement，significantly improved measurement accuracy and efficiency，and made the measuring result more objective and accurate.

submerged arc welded pipe； peaking；measurement tool； measurement datum；digital display

TG335.75

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.10.007

朱 賀（1988—），男，大學本科，助理工程師，主要從事螺旋埋弧焊鋼管成型工藝研究及技術工作。

2017-08-02

李紅麗