一種用于小徑管環(huán)焊縫射線檢測的偏心距圖

安保華,孫明森,呂春松,李 侃

(中原油田分公司技術(shù)監(jiān)測中心,濮陽 457001)

在對承壓類特種設(shè)備進行制造、安裝、維修、檢驗的過程中，小徑管環(huán)焊縫的射線檢測較為常見。為了保證成像效果，往往采用傾斜透照橢圓成像，這就需要計算探傷機焦點相對焊縫中心所在平面的偏心距。如果現(xiàn)場沒有或者因故無法使用計算器等計算工具，就需要人工計算，從而造成不便，且易出錯?？讘椈鄣萚1]嘗試使用坐標法確定偏心距，該方法具有一定的可操作性，但坐標圖需要根據(jù)檢測對象量身定制，通用性不足。為此，筆者設(shè)計了一種通用的計算圖，只要依據(jù)給定參數(shù)，使用直尺即可快速準確獲取計算值。

1 設(shè)計思路

計算偏心距L0的公式[2]為

(1)

式中：L0為偏心距；b為焊縫寬度；q為橢圓開口寬度，依據(jù)標準NB/T 47013.2—2015 《承壓設(shè)備無損檢測 第2部分：射線檢測》取1倍焊縫寬度；F為焦距；Do為小徑管外徑；Δh為焊縫余高。

因為Do+Δh計算簡單，可將其視為1個變量。故式(1)共有4個變量。一個基本的二維圖可以表示3個變量，故至少需要兩個圖。

將式(1)分解為式(2)和式(3)，可得

L0=nb

(2)

(3)

式中：n為公用變量。

式(2)是兩個積的函數(shù)，這種函數(shù)關(guān)系適合用諾模圖實現(xiàn)，可以采用最為常見的三平行線諾模圖繪制。對式(3)的函數(shù)關(guān)系，可以采用曲線圖繪制。最后，這兩個圖通過n來整合。

2 設(shè)計過程

2.1 參數(shù)范圍的確定

首先根據(jù)實際經(jīng)驗確定參數(shù)范圍：小徑管外徑Do為30～100 mm；焊縫余高Δh為0～10 mm；焦距F為300～1 000 mm；焊縫寬度b為5～15 mm。

計算其余參數(shù)范圍：Do+Δh為30～110 mm；系數(shù)nmin=3.5，考慮透照清晰度因素，n不宜過小，故向上取整為5；系數(shù)nmax=64.7，取整為65;系數(shù)n為5～65；偏心距L0為25～975 mm。

2.2 諾模圖的設(shè)計

對式(2)兩邊取對數(shù)，將函數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)換為和的形式，如式(4)所示。

lgL0=lg(nb)=lgn+lgb

(4)

取各圖尺長均為15 cm，則各圖尺的圖尺系數(shù)分別為mn=13.47，mL0=9.43，mb=31.44。

各圖尺的標值方程為

(5)

根據(jù)標值方程組(5)，計算n、L0、b3個圖尺刻度點的標值長度(見表1)。

表1 圖尺刻度標值長度

設(shè)n尺與L0尺間距為an，L0尺與b尺間距為ab，an+ab=10 cm，則根據(jù)式(6)計算可得，an=3 cm，ab=7 cm。

(6)

繪制表示式(2)函數(shù)關(guān)系的n-b諾模圖(見圖1)。

圖1 n-b諾模圖

2.3 曲線圖的設(shè)計

(1) 確定計算圖的坐標軸。

取Do+Δh為橫軸，n為縱軸，圖中曲線為F值。

(2) 繪制曲線圖

根據(jù)式(3)，將n按間距1，F(xiàn)按間距50 mm計算Do+Δh，結(jié)果如表2所示。

表2 Do+Δh值計算結(jié)果 mm

將表中的每行數(shù)據(jù)作為橫坐標，為與諾模圖中的n坐標軸一致，便于表格整合，數(shù)據(jù)相應(yīng)的n值取對數(shù)作為縱坐標，用CAD(計算機輔助設(shè)計)軟件繪制曲線，形成(Do+Δh)-n曲線圖(見圖2)。

圖2 (Do+Δh)-n曲線圖

2.4 繪制偏心距圖

由于系數(shù)n為兩個圖的公用變量。將圖1置于圖2下方，并對其進行調(diào)整優(yōu)化，完成小徑管透照偏心距圖(見圖3)的繪制。

圖3 小徑管透照偏心距圖

(1) 對于L0的取值，由圖3可知，對某一焦距，n與外徑Do負相關(guān)，而外徑Do與焊縫寬度b正相關(guān)，故n與b不會同時取大值。所以，按實際經(jīng)驗取L0最大值為600 mm。

(2) 增加6條Do+Δh輔助線。焊縫余高取常用值2 mm，外徑依據(jù)標準GB/T 17395—2008 《無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》取常用值34，42，48，60，76，89 mm。

(3)系數(shù)n作為公用變量，無需讀數(shù)，可不顯示刻度，但為了便于作圖時觀察參照，將其標記為0～30。

3 使用示例及核驗

小徑管外徑為65 mm，焊縫余高為2 mm，透照焦距F=800 mm，焊縫寬度為8 mm。以此工件為使用示例，核驗透照偏心距值(見圖3)。

(1) 計算Do+Δh=67 mm，過(Do+Δh)圖尺的67刻度點做垂線，與F曲線交于點A。

(2) 過A點做n圖尺的垂線，并與其交于B點。

(3) 連接B點和b圖尺的8刻度點，與L0圖尺的交點即為所求偏心距，讀數(shù)為17.5 cm，與理論計算值相同。

4 誤差分析

實際操作中，解算L0存在誤差，會引起橢圓開口寬度q的誤差。影響解算結(jié)果精度的因素如表3所示。

表3 精度影響因素及措施

根據(jù)表3采取措施并正確操作，則讀數(shù)誤差不會超過L0圖尺最小分度值的1/2，也就是ΔL0=±5 mm。為了簡化，設(shè)D=(Do+Δh)，按式(7)可反算橢圓開口寬度q。式(8)為橢圓開口寬度誤差Δq的公式。

(7)

(8)

由式(9)可知，誤差Δq與F負相關(guān)，與D正相關(guān)。取圖中極限值，F(xiàn)=350 mm，D=100 mm，則Δq=1.0 mm。

由圖3可以看出，F(xiàn)值越小則對應(yīng)L0圖尺的單位顯示長度越大，讀數(shù)時的ΔL0會顯著降低，相應(yīng)減小Δq。實際操作中，ΔL0可控制在±2.5 mm內(nèi)，Δq誤差值一般不會超過±0.5 mm。文中按ΔL0=5 mm計算，Δq=0.23 mm，完全可以滿足射線檢測精度的要求。

5 結(jié)語

(1) 繪制的小徑管環(huán)焊縫射線檢測用偏心距圖由曲線圖和諾模圖兩部分組成。使用直尺只需3個步驟即可讀數(shù)，使用簡便，易于操作。該圖既可用于現(xiàn)場偏心距的計算，也可作為操作指導書中已知偏心距的驗證工具。

(2) 通過誤差分析，使用該圖解算的結(jié)果較為準確，滿足射線檢測要求。在使用中，可以通過加大圖幅、使用標準的直尺工具、規(guī)范操作、仔細讀數(shù)等來確保解算結(jié)果的準確性。