焊管X 射线检测设备的改进设计

杜健辉，黄杰生

（番禺珠江钢管有限公司，广东 广州 410450）

X 射线检测是焊管生产中广泛应用的一种无损检测方法，对于提高焊管质量及其可靠性起着重要作用。在焊管进行X 射线检测时，要求图像接收器和探臂前端的放射源垂直布置，运管小车运送焊管使焊缝通过放射源和图像接收器之间，实现焊缝的全长检测［1-2］。要获得清晰的焊缝图像，要求图像接收器位置和探臂前端的放射源位置稳定可调，故其设备的性能将直接决定检测质量的好坏［3-5］。

焊管的规格和长度覆盖范围很大，这就要求探臂和图像接收器的调整装置在高度和水平度具有较大的调整范围和较高的定位精度，探臂能顺利伸入焊管中，进行微量调整［6-8］。图像接收器能根据X射线检测需求，调整与焊缝的距离，从而获得良好的X 射线实时成像效果。现有的图像接收器升降装置为悬挂式，图像接收器通过辊筒铁链式结构悬挂于X 射线房中，通过辊筒旋转来提高或降低图像接收器高度，这种方式稳定性不足，图像接收器容易摆动，造成图像不清晰［9-13］。配重式手动丝杆调节探臂升降装置，前端安装射线管，后端连接配重块，中后部安装调整器和底座，调整调整器的转轴，调整探臂的高度和水平度，这种方式定位困难，依靠人工经验调节，其调节幅度受限且劳动强度大，不能实现检测设备的自动化。

为从根本上解决此问题，实现焊管X 射线检测设备的自动化，在番禺珠江钢管（连云港）有限公司COE 焊管生产线上对该装置重新进行了设计改进，收到了较好的使用效果。

1 X 射线检测系统的设备组成

焊管的X 射线检测系统一般包括实时成像系统和机械控制两部分，如图1 所示。

图1 焊管的X 射线检测系统示意

1.1 实时成像系统

焊管的X 射线实时成像系统包括射线源和图像接收器，当焊管焊缝通过射线源和图像接收器之间，X 射线透照焊管的焊缝，在图像接收器上生成可见光图像，通过显示屏上的图像，评定焊缝质量，发现焊缝缺陷［7］。

1.2 机械控制部分

机械控制部分负责实时成像系统的辅助动作，一般布置在X 射线房内。射线源安装于探臂前端，图像接收器安装于图像接收器升降装置上，焊管置于运管小车的旋转辊上，通过控制运管小车，实现焊管焊缝的全长动态或静态检测。根据焊管规格（直径、壁厚）的不同，图像接收器、焊管焊缝、放射源之间的间距不相同，要根据实际标准和规范进行操作，从而获得良好的图像，这就要求图像接收器和射线源的高度有较大的调整范围，以满足实际检测需要。

2 图像接收器升降装置的设计改进

2.1 悬挂式图像接收器升降装置

悬挂式图像接收器升降装置结构如图2 所示。其中，图像接收器安装平台用于安装固定图像接收器；滚筒负责收卷和开卷链条，从而实现图像接收器的升降；减速机负责提供滚筒旋转的动力。

该装置现存问题有：①由于通过链条悬挂，升降装置在升降过程中，容易造成图像接收器的晃动；②升降不平衡，由于滚筒收卷和开卷链条，容易造成图像接收器水平度较差；③维修困难，由于电机和辊筒都悬挂于半空，给维修带来不便。

采用侧立式垂直升降的结构，可以从根本上解决图像接收器升降不平衡和晃动的问题。

2.2 侧立式图像接收器升降装置

侧立式图像接收器升降装置由检测臂、连接座和升降装置组成，如图3 所示。

图2 悬挂式图像接收器升降装置结构示意

图3 侧立式图像接收器升降装置结构示意

其中，检测臂用于连接机架，安装图像接收器；升降装置包括直线导轨、链轮和直线导套副等部分，根据进管的直径和壁厚状况利用减速机带动链轮转动，通过链传动调整检测臂的高度位置。直线导轨和直线导套副起导向作用，使检测臂沿着垂直地面的方向上升下降，升降过程平稳，快速。但侧立式图像接收装置安装占用的空间相对较大，而且对于防护空间要求较大。

2.3 小 结

经过设备调试运行，改进后的装置主要有以下几个优点：

（1） 悬挂式改为侧立式的升降装置，加入配重块，因此图像接收器升降装置的稳定性得到提高，解决了图像接收器不平衡的问题。

（2） 调整简单方便，缩短了管径调整时的辅助时间，提高工作效率。

（3） 设备维修方便，由于侧立式占用的空间相对较大，设备维修可使用的空间亦较大。

3 探臂升降装置的设计改进

3.1 配重式手动丝杆调节探臂升降装置

配重式手动丝杆调节探臂升降装置结构如图4所示。通过调节手动调节丝杆，实现不同管径焊管的X 射线检测。

图4 配重式手动丝杆调节探臂升降装置结构示意

该装置现存问题有：①需要人工调整升降高度，劳动强度大，无法实现自动化；②定位困难。为解决这一问题，采用双螺旋升降器探臂升降装置，从根本上解决了图像接收器升降不平衡和晃动的问题。

3.2 双螺旋升降器探臂升降装置

双螺旋升降器探臂升降装置主要由探臂和升降平台两部分组成，结构如图5 所示。探臂前端装有射线发射器，与图像接收器升降装置上接收器平行。

图5 双螺旋升降器图像接收器升降装置结构示意

双螺旋升降器探臂升降装置的工作过程：根据现场探臂和制管规格的状况，通过调整前后两个螺旋升降器上升下降的高度实现上下调整，并配合调整探臂上的射线发射器的角度，获得清晰的画面。

3.3 小 结

经过设备调试运行，改进后的装置主要有以下几个优点：

（1） 加入减速机和螺旋升降器，设备能实现自动化；

（2） 结构设计合理，螺旋升降器升降平稳；

（3） 去除配重箱，减少了空间占用；

（4） 调节范围大，可满足不同规格焊管的探伤需求；

（5） 调整便利，降低劳动强度，提高工作效率。

4 改进设计后的焊管X 射线检测设备

4.1 工作过程

（1） 根据焊管的直径，调整双螺旋升降器探臂升降装置，快速调整X 射线机上升到合适位置。

（2） 横送小车横送焊管，把焊管放到运管小车的旋转辊上，此时位置为运管小车初始位置。

（3） 横送小车离开运管小车轨道位置后，运管小车沿着轨道快速进入X 射线房，此时检测门必须完全打开。

（4） 运管小车行进过程中，通过X 射线房内的视频监控合理调整运管小车上的旋转辊，使焊缝正对上方。

（5） 当传感器检测运管小车和焊管完全进入X射线房，检测门自动关闭。

（6） 图像接收器升降装置附近设置两个传感器，当运管小车被第一个传感器检测后，运管小车减速，然后到焊缝检测装置中的图像接收器下方由第二个传感器检测后停止，进入检测过程。

（7） 检测检测门是否完全关闭，若关闭，开始X 射线检测过程，运管小车以检测速度运行，直到焊管检测完成。

（8） 在X 射线检测的极限位置设有两个传感器，一个负责运管小车的减速，一个负责小车的停止，以防运管小车与双螺旋升降器探臂升降装置发生碰撞造成损坏。

（9） 当焊管检测完毕，关闭X 射线机，运管小车以高速往初始位置方向行走，同时检测门开始打开，当运管小车接近检测门附近的传感器时再次检测检测门是否完全打开，如果没有完全打开，运管小车缓慢停止，待检测门完全打开后，运管小车高速行走至初始位置，同时检测横送小车位置，确保两车不发生碰撞。

（10） 初始位置附近设置两个传感器，运管小车遇到第一个传感器后，开始减速，到达初始位置后，完全停止。

4.2 小 结

该焊管X 射线检测设备的运行过程具有以下优点：

（1） 稳定检测质量，自动化设计可以快速调节图像接收器升降装置和探臂升降装置，升降调节稳定，使检测在最佳工况下运行，保证检测质量。

（2） 减少辅助时间，提高工作效率。由于自动化生产，可以稳定运行工况，提高检测效率。

（3） 减少维修时间，提高设备运转率。采用自动化设计后，工况稳定，从而减少不正常的操作和事故停机，提高设备的运转率和有效运转周期。

5 结 语

X 射线实时成像检测设备的自动化设计，直接影响检测工位的工作质量和效率。通过对其中的图像接收器升降装置和探臂升降装置进行改进设计，重新设计焊管X 射线检测设备的运行流程，改进后的设计能根据管径和壁厚进行快速调整，调整便利，运行平稳，降低劳动强度，提高工作效率，具有良好的推广前景。

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