国内外螺旋焊管管径测量的几种方法

代志健

（山东胜利钢管有限公司，山东 淄博 255000）

国内外螺旋焊管管径测量的几种方法

代志健

（山东胜利钢管有限公司，山东 淄博 255000）

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

在螺旋焊管的实际生产当中，许多厂家采用测径卷尺或卡尺等几何量具对螺旋焊管的周长或横截面直径进行人工测量。这种测量方法存在着测量数据不准确、不及时，而且测量速度慢，存在人为读数及系统误差等问题。国内外科研工作者就采用微电子技术、激光、计算机技术对螺旋焊管直径进行测量方面做了大量的研究，并且取得了很大的进展。

螺旋焊管；管径测量；方法

当前国内石油天然气输送管线建设的最主要用管是螺旋焊接钢管。为了保证螺旋焊管成型的几何质量，各种钢管生产规范或标准都对钢管的外径偏差、椭圆度偏差等外观几何参数做出了非常严格的规定。尤其在高质量的国内外重点管线工程上，其几何尺寸要求常常要超出中国国标GB9711.1—2011标准和美国API Spec 5L 标准。例如，“西气东输二线”Ф1 016×14.6 mm 钢管，要求管体外径允许偏差为+0.3%～-0.35% D，管端外径允许偏差为+2.0～-0.5 mm，这些都比GB9711.1—2011 标准和美国API Spec 5L标准严格得多。

近年来，国内外焊接工作者就采用微电子技术对螺旋焊管直径进行测量方面做了大量的研究，取得了很大的进展。对于不同直径尤其是大口径钢管直径在线测量方面，这些方法均有一定的局限性，有的可实施性还需完善。

1 螺旋焊管直径测量方法概述

近年来，国内外的科研人员对螺旋焊管的直径测量技术进行了大量的开发研究，已经形成了不同技术的多种测量方法，按着测量形式的不同可以分为接触式测量和非接触式测量两种方法。

1.1 接触式测量方法

接触式测量方法是指通过某些测量工具对钢管管径进行直接测量的方法，主要包括机械法测量、周长法测量和滚轮法测量。

（1）机械法测量。机械法测量是指测量人员用外径千分尺或测径卡规测量钢管的外径，这也是目前焊管厂家广泛应用的一种测量方法。环境温度、量具的校准误差、量具的间隙、量具长时间使用的磨损、人为读数误差等都直接影响着测量结果的准确度。而且该测量方法还存在着检测速度慢，不能实现在线实时检测和反馈，不能实现检测数据的显示和存储。

（2）周长法测量。周长测量法，即先通过测径卷尺测量出钢管的周长而后计算出该钢管直径的数据。根据美国石油学会的标准API5L中的规定，对于直径大于508 mm的钢管可以采用周长法间接测量其直径。周长法测量优点是量具结构简单轻便，价格便宜，操作简单易行，缺点是测量精度受测径尺拉紧力大小影响，测径尺长时间磨损的影响等。

（3）滚轮法测量。滚轮法即是利用周长法测量原理再通过换算测量出直径。这种方法先使用滚轮测量出钢管的圆周长度，即滚轮以一定的压力与钢管紧密接触切无相对滑动。此时滚轮与钢管的传动关系为：D=d×n/N

式中：d为测量滚轮的直径，D为钢管的平均直径。N为钢管转动圈数，n为滚轮转动圈数。

该方法的优点是容易实现在线测量管径，大、小管径均可测量。缺点是滚轮和钢管之间的相对滑动会影响测量精度。

1.2 非接触式测量方法

非接触测量方法是指利用光电、电磁等技术，在不直接接触被测钢管表面的情况下，通过图像扫描、计算机对比分析得到钢管表面几何数据的测量方法。

（1）激光扫描测量法。激光扫描测量法工作原理，在被测钢管一侧设置发射端，发射端上安装的半导体激光器发出激光，在钢管的另一侧设置激光接收端，在发射端和接收端中间激光覆盖的测量区域形成了一道持续的激光光幕。由于钢管遮蔽了发射端的激光，从而使部分激光不能到达接收端，即接收端的部分传感器接收不到到激光信号。

（2）激光测距测量方法。图1所示，在钢管管端安装激光卡规，且能实现激光卡规绕钢管的中心轴旋转，以此扫描管端的内圈和外圈，从而通过计算测得钢管管端的内径和外径值。德国的Lap Laser公司和OMS公司基于该原理，开发了测量设备，但该设备同样也存在安装激光卡规定位难度大，实际可操作性差。

印度钢铁研究与开发中心同样基于激光测距研发了管径检测装置，图2所示。

钢管直径d=D1-D2。式中：D1是激光传感器底端至管下支座表面的距离，此距离取决于激光传感器悬挂安装机构的位置；D2是激光传感器底端至被测管顶端的距离。

图2 钢管直径测量装置示意图

（3）2D激光位移检测管体直径。日本JNS公司开发了一种2D位移激光传感装置，该装置的圆柱形物镜将激光束扩大为长条形状，然后此条状激光在被测钢管表面产生漫射，产生的反射光则会被聚焦在E3-CMOS上，这样就可以测量出钢管的外形轮廓或者其位移量。不过，此装置在定位安装操作难度也很大。

2 结语

综上所述，螺旋焊管管径测量系统实际应用价值勿容置疑，近年来在国内外已进行了大量的开发和研究，取得了丰硕的成果，但是在国内对该项目的研究开发及推广使用还相对薄弱，急需相关厂家和科研单位合作博采众长，研制出更可靠、更实用的管径测量系统。

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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，重庆大学金属压力加工专业，1996年7月参加工作，中级职称，工程师，研究方向钢管生产相关技术，一直在山东胜利钢管公司从事钢管生产、技术研发和生产管理工作。

2016-01-28