射線探傷用管道爬行器介紹及經驗總結

楊杰　顧葉濤

摘? 要：該文簡述了爬行器在實際檢測過程中的應用，并對幾種不同接收方式的爬行器在使用過程中出現的問題進行分析比較，結合現場工作情況選擇相對可靠的爬行器檢測儀;對定位方式、電池、輪轂等關鍵部件的選擇進行分析總結，結合以往檢測時對定位影響的困素進行參考，在后續工作中可選擇可靠性高的定位方式，保證爬行器的穩定工作;簡述現有膠片系統的局限性，利用現有CR技術研發新的檢測設備用以提高工作效率。

關鍵詞：爬行器? 定位? 接收方式

中圖分類號：TH878 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）11（b）-0027-04

Abstract： The application of the crawler in the actual detection process， and the analysis and comparison of the problems in the use of several different receiving methods of the crawler.It combined with the field work and select a relatively reliable crawler detector. The selection of key components such as positioning method， battery， and hub is analyzed， and the reference to the influence of positioning in the past detection is used for reference. In the subsequent work， a highly reliable positioning mode can be selected to ensure stable operation of the crawler. Briefly describe the limitations of existing film systems and use existing CR technology to develop new inspection equipment to increase work efficiency.

Key Words： Crawler; Location; Receiving mode

在長輸管道施工過程中，無損檢測是保證焊接質量的主要保證手段之一。由于利用X射線管道爬行器進行中、大口徑射線檢測，效率高、成本低、中心曝光質量好等原因，目前已被廣泛采用。但爬行器在檢測過程中存在的大角度爬坡能力有限，轉彎半徑大，定位偏差，爬行器管道內故障救援難等局限性。因此對以下幾種不同型號的爬行器進行介紹與分析，通過采取一些有針對性的工藝措施和施工方法，更好地選擇與實際相符的爬行器。

1? 爬行器簡介

射線探傷用管道爬行器，是采用將X射線探傷機，安裝于帶驅動爬行的小車上，通過無線控制的方式，驅動并定位于待檢管道內部的一種裝置。

大部分爬行器包含以下結構：X射線機、帶驅動爬車、定位裝置、接收裝置、救護車。其各結構作用如下。

（1）X射線機：發出X射線;

（2）爬車：帶動X射線機前進;

（3）定位裝置：檢測位置的確定;

（4）接收裝置：接收來自定位器控制爬車前進后退以及放出射線的信號;

（5）救護車：在爬行器在行進過程中出現信號混亂及翻車的情況時起救援作用。

各類爬行器裝置及結構示意圖見圖1～圖3。

2? 不同類型爬行器優缺點分析

2.1 爬行器分類

現在國內爬行器種類繁多，如表1所示。不同類型的爬行器在現場使用過程中存在各自的優缺點。

2.2 爬行器定位方式

（1）源定位：由于源定位（伽瑪射線）具有極強穿透力，它作為指令可以穿透金屬管壁被接收器接收，從而實現對爬行器的整體控制。源定位爬行器優點是不受干擾，定位準確，配備人員相對較少，檢測速度快等，但伽瑪射線對人體和環境有害所以現在很少使用。

（2）磁定位：磁信號作為指令實現對爬行器的整體控制。有效避免了伽瑪射線對操作人員的傷害，是現在應用較多的一種爬行器，配備人員相對較少，檢測速度快等，但是磁信號的穿透力相對來說比較有限，而且在有高壓電線塔、磁場較大的地方、焊接過程中爬車從下面過的時候會使接收信號錯亂，會導致爬車無法正常運行。

（3）紅外線定位：紅外線信號作為指令實現對爬行器的整體控制。定位準確，管壁厚度沒有影響，而且在有高壓電線塔、磁場較大的地方、焊接過程中爬車從下面過的時候都不會使接收信號錯亂而導致爬車無法正常運行。而且還能直觀觀察到焊縫，是現在常用的爬行器之一。但是配備人員相對較多，檢測速度相比源定位與磁定位慢，而且必須在管口放置控制器，如果管線有連續S型彎道還會出現信號接收不好，畫面模糊，信號線在爬車機上沒有得到很好的保護，導致信號線容易損壞。

2.3 電池選擇及爬坡輔助

除了接收信號上的優越性能外，還要從電池選擇上區別爬行器的優越性。

現在爬行器有酸堿電池與鋰電池兩種類型，酸堿電池比較重，鋰電池比較輕，都有各自的優缺點，管道爬行器的爬坡能力有限，目前大多數爬行器的爬坡能力都在20°左右，但是在實際過程中長輸管線都是多變的地形，酸堿電池的爬行器輪轂抓地能力大，能適合爬度大一些的管線和小角度彎道，但是在運輸過程中往往比較費力。鋰電池爬行器重量輕適合平緩的管線，人員運輸過程比較省力，但是爬坡角度小，過彎角度大。

其次利用爬行器自身的爬坡能力是不可能時，只有采取外力幫助爬行器爬坡的辦法，其具體的做法如下。

（1）爬行器的控制部分進行簡單改造，把其中的自動行走部分斷開，使之完全自由運動，但不影響指令源的聲控指令。

（2）采用小型卷揚機和足夠長的細鋼纜連接爬行器的尾部（目前市面上很長見的越野車自救絞盤系統稍加改造即可）。

（3）利用爬行器的自重和坡度使爬行器下行，并使用卷揚機控制其下滑速度。

（4）定位采用兩級定位，即：在快要到達預定定位點時提前使用指令源預警，并降低下滑速度，再在準確定位點停止爬行器，進行曝光。

（5）在接近垂直的角度，可在爬行器機頭的中間部分加裝星形彈性定位輪，以使機頭準確定位于管道中心。

2.4 爬行器輪轂選擇

輪轂有錐型輪轂與圓形輪轂，錐型輪轂與管子曲域面結合嚴密、面積大、爬行破度大，而且在行進過程中不會導致跑偏和側翻。但是錐型輪轂磨損快而且加工成本較高，不易加工，往往備件要多出很多。圓形輪轂在行進過程中容易側翻，特別是過彎道的時候容易卡住，所以圓形輪轂只適合平緩的直管道，但是圓形輪轂容易購買，易于加工，更換也比較方便。

2.5 精準定位措施

爬行器的定位原理：源定位-射線源裝入鉛屏蔽內，底部留一小孔可以開關，放置在管外壁，射線源穿透工件，爬行器上使用接收器接收來自管子表面穿透過來的射線，并根據接收器發出的聲音頻率控制爬行器的前進、后退及曝光參數;磁定位于源定位原理一樣，區別在于磁定位定位器是靠電磁鐵發出信號，而源是靠射線發出信號;紅外線定位信號發出和接收需要把控制器放置在管口位置，紅外線信號傳輸在顯示屏上的方式體現。

在X射線管道爬行器施工過程中，由于爬行器自重較大、慣性較大，因此，在實際工作時其定位并不十分精確。對于大口徑厚壁管道而言，由于射線機輻射場足夠寬，一般影響不大，還不容易見到白邊;但有時也多見到由于輻射場偏斜太大而造成的內外表面焊縫邊緣影像錯位嚴重，甚至有可能影響到縱向裂紋的檢出。而對于小口徑的管道則容易造成白邊，甚至白片。

因此，精確定位對于成片率及缺陷的檢出至關重要，為保證定位準確，可采取以下針對措施。

（1）針對不同的管線內表面狀況，更換不同摩擦阻力的爬車主動輪。

（2）適當降低爬器行走速度，以降低其慣性。

（3）改造爬行器停車定位程序，因為降低爬器行走速度將帶來效率降低的問題，尤其是大口徑長輸管道，其單管長度較長長，曝光時間也較長，有時僅僅等爬器返回就需要兩個多小時;因此在采用高速爬行時，采取將指令源接受器前移，使爬行器接收器在接受到定位信號后先減速到很慢，然后延時停車定位的做法。這樣可以做到極高的定位精度。

3? 管道爬行器的應用及經驗總結

3.1 定位方式選擇的人員配置

定位選擇對檢測人員配置上有一定要求，如果選擇磁定位或者源定位，人員配置可以需要的少，因為2個人在布置膠片的同時可以指令爬行器跟隨人員往前爬行。

磁定位還存在焊接干擾問題：在現場工作中磁定位爬行器在管道內向前爬行，突然爬行器發出故障聲音，用定位器找到后消除故障。沒過多久還是發出同樣的故障音，觀察一段時間發現，焊接人員點焊的一瞬間爬行器就會發出故障報警，在后續的工作中還出現指令混亂，爬行器不接受指令等故障，所以在選擇磁定位時不能在施焊的管道上作業。

紅外定位則需要多配備一名檢測人員在管口指令爬行器，還需要配備通信設備方便布片人員與爬行器操作人員溝通，防止人員誤照射風險。

紅外定位還存在信號上的不穩定性，在西氣東送項目上，管道比較長并且還有一定的S型彎道，在操作爬行器，控制器屏幕上突然出現雪花條紋不斷滾動，導致爬行距離及焊口無法準確識別，因為管道上無焊接作業，所以排除施工干擾，關閉控制器電源一段時間，問題還是同樣存在，不停檢查控制器并觀察屏幕，在手觸到控制器天線的時候屏幕稍微有點變化，所以應該是信號上出現問題，這時候抬起控制器放入管口位置的管道把天線靠近管壁，屏幕出現的問題解決。

同一種型號的X射線管道爬行器一般是對應單一的定位，如果磁定位想改為其他定位，必須返回廠家改變其定位模塊。不同定位適用的管道壁厚及現場條件見表2。

3.2 電池及輪轂的選擇建議

電池及輪轂需要根據現場環境進行選擇，在原油管線檢測過程中，管線有一定的彎道，爬行器是圓形輪轂，接觸面積比較小，配鋰電池，在過彎的時候爬行器出現翻車，還有一次是爬行器在平緩段不往前走，當進入管道查看的時候發現管壁上有冰存在，爬行器在空轉。第二天換上另外一種型號的爬行器：錐形輪轂加酸堿電池，打滑、空轉、翻車的情況都沒有再出現。同型號的X管道爬行器一般配備不同管徑的軸，在檢測不同管徑時可以把輪廓軸加長或換短，以便爬行器能把X射線機架到合適的位置;同類型爬行器可以選擇相同參數鋰電池或酸堿電池;電池及輪廓適用條件見表3。

3.3 未來射線爬行器的發展

現如今的射線檢驗多用膠片系統檢測，存在檢測結果效率較慢，靈敏度受影響因素較多。在未來射線檢測的發展中，X射線計算機輔助成像檢測（CR技術）會作為主要檢測方法之一。使用CR技術檢測可以得到穩定的圖像文件，配合預寫分析程序軟件的終端計算機，可以將現場所檢焊縫的評價結果生成初步報告，供檢測人員評定缺陷進行參考。使用X射線爬行器配合CR技術組成的檢測系統，能大幅提高批量工件或連續檢測時的工作效率。

4? 結語

不同類型的管道爬行器在檢測過程中的局限性給目前的長輸管道檢測帶來了一些不便，使得管道爬行器不能在所有的長輸管道上發揮它的長處和優點，因此通過一些實踐分析出不同爬行器的各自優越性，擴展了爬行器在實踐過程中的選用范圍，提高了工作效率。希望能在實際檢測工作中需要用到爬行器的同行提供一個參考，并結合自身的檢測環境選擇合適的爬行器檢測儀。以上是筆者對目前主流射線檢測管道爬行器在工程應參考用方面的總結，希望能夠為后續使用管道爬行器射線項目提供參考。

參考文獻

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