CN209673004U - 测量钢管管端噘嘴或管体外壁径向偏差的组合工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型主要用于测量钢管的表面缺陷，具体涉及一种测量钢管管端噘嘴或管体外壁径向偏差的组合工具，该组合工具包括参照圆模板、测量长度工具和相对零点标定构件。本实用新型通过参照圆模板以及相对零点标定构件将理想圆轮廓线标定为相对零点并以此为基础来测量钢管管端噘嘴尺寸或管体外壁径向偏差，这样在测量时，理想圆轮廓线不与钢管外壁有实体上的接触，从而能够更加准确的测量出管端噘嘴尺寸或管体外壁径向偏差，同时相比与常规测量方法，能够避免制作大量的理想圆标定模块，而且适用范围广，经济实用。因参照圆模板的两端支腿具有调节功能，使整体测量工具具有很大的适应性，可用于多种规格钢管的管端噘嘴或者管体外壁径向偏差的测量。

Description

测量钢管管端噘嘴或管体外壁径向偏差的组合工具

技术领域

本实用新型涉及一种测量钢管管端噘嘴或管体外壁径向偏差的组合工具，用于测量钢管的表面缺陷。

背景技术

焊缝噘嘴是输送管道用焊接钢管制造中普遍存在的一种几何缺陷，其严重程度取决于钢管制造技术工艺水平。当管道承受内压作用时，焊缝噘嘴会产生附加弯曲应力，附加弯曲应力和内压产生的薄膜应力叠加，在管道内表面噘嘴部位产生应力集中，从而导致管道承载能力下降，并增加应力腐蚀开裂敏感性，降低疲劳寿命。同时该缺陷的存在也不利于现场施工的管端对接，并有可能增加环焊缝对接的焊接缺陷。随着国内外对高压输送管道质量要求的提高，焊缝的噘嘴问题越来越为现场钢管对焊单位、钢管制造厂、业主及标准制定者所重视。

关于焊接钢管外表面轮廓的几何尺寸偏差(包括噘嘴)的指标要求，各标准制定方已经逐步加严要求。原美国石油学会标准APISpec5L2013版《管线钢管规范》(第45版)及我国GB/T9711-2017《石油天然气工业管线输送系统用钢管》等标准规定：在钢管成型或制造操作过程中造成的、钢管实际轮廓相对于钢管正常圆柱形轮廓的几何偏离(如噘嘴)，偏离值(测量偏差极点和钢管正常轮廓延伸部分之间的距离)超过3.2mm，应判为缺陷，并应按C.3.b)或C.3.c)的规定处置(也即切除存在缺陷的部分或整根拒收)。现美国石油学会标准APISpec5L2018版《管线钢管规范》(第46版)，将该要求进一步加严：当偏离值(测量偏差极点和钢管正常轮廓延伸部分之间的距离)超过0.005D(D为钢管直径)或其深度超过2mm(以较小的为准)，应判为缺陷，处置方法同上。

在公司新近执行的《青宁输气管道工程》中出现了新的加严规定：焊缝两侧各50mm弧长范围内局部区域与钢管理想圆的最大径向偏差不大于1.5mm。管端任意1/3弧长范围内局部区域与钢管理想圆的最大径向偏差不应大于2.5mm。这实际上将焊缝噘嘴从常规要求进行了加严，同时将噘嘴的概念延伸到管端的管体区域。可以看做是把“管端焊缝噘嘴”的测量区域进行了扩大，其目的是提高管端几何尺寸偏差要求，方便施工现场的管道对焊，提高施工效率，减少焊接缺陷，提高对焊质量。

如何对管端噘嘴进行测量，在相关标准中并未给出明确的测量方法和所采用的测量工具，已有文献对焊缝两侧各50mm弧长范围内局部区域范围内的噘嘴测量方法进行研究，但解决方案还是存在一定的问题。而对管端更大范围噘嘴测量的研究，如1/3弧长范围内的噘嘴，则未见文献表述。现就目前测量噘嘴的以下几种方法进行分析探讨：

(一)垂直轴线测量方法

目前的噘嘴测量方法一般都是针对“焊缝两侧各50mm弧长范围内”的噘嘴进行测量的，基本上分为垂直轴线测量法和水平测量法，其中垂直轴线测量法又分为模板法和测量工具法，水平测量法分为直尺测量法和测量工具法。对于“1/3弧长范围”的噘嘴测量目前仅见模板法。由于钢管(包括螺旋缝焊管和直缝焊管)通常采用钢管外径和周长作为生产和验收的依据，故噘嘴的测量宜在钢管外圆上进行。

1、现有垂直轴线模板法：

该模板法是根据噘嘴的验收标准中理想圆的概念来设计的。针对不同的钢管周长制作不同的理想圆模板，可分为内模板和外模板两种，目前因钢管尺寸验收通常在钢管外圆上，因此内模板较少采用。外模板的使用方法如图9所示。选择与实测钢管周长等周长的理想圆模板，将模板垂直于焊管轴线，跨过焊缝紧贴在螺旋缝焊管外壁上，通过测量模板中部槽底面与管体表面的间隙来确定噘嘴的大小(需去除中心点处理想圆的点与槽底面的距离)，间隙一般用深度尺或百分表进行测量，也有用塞尺的(由于受测量空间的限制，使用塞尺会产生很大误差或直接难以测量)。在测量区域内的其他各点的噘嘴时，则需移动模板使模板中心对准需测点进行测量。对于不同管径的钢管管端，如实测周长不同，则焊缝噘嘴测量时所用的理想圆也就不同，因此需制作一系列的理想圆模板来满足对不同钢管管端噘嘴进行测量的要求。

因此，该模板法测量存在以下问题：

(1)实际钢管外壁相对于理想圆圆周存在径向的正负偏差。由于该方法的原理是假定了该工具的圆弧部分与钢管外壁完全紧密贴合，贴合部分钢管外壁圆弧是理想圆弧，这样才能通过模板中部槽底面与焊缝焊趾间的间隙判断噘嘴的大小，但实际情况下，在钢管的生产中，由于钢管制造工艺的限制，钢管圆周截面并不是一个理想的圆，甚至不是一个规则的形状，任意位置测量时均无法使贴合模板与钢管外壁圆弧进行理想贴合，因此，钢管外壁圆弧很难与理想圆弧保持一致，故使用模板法的前提条件与实际基本不符，测量准确性无法保证。

(2)根据该方法的测量原理，在测量焊缝两侧50mm内任意一点的噘嘴时，则需要将模板中心移动到该点直径方向的正上方，则模板的位置变化，会造成模板与钢管外壁贴合的变化，那么任意两个点的噘嘴测量结果都没有可比较性，相对准确性也就存在问题。

(3)根据钢管生产制造的工艺特点，钢管管端周长不是唯一的，而是存在大量的不同的管端周长，同时有可能差异较大。因此根据该方法需要制作大量的理想圆模板来满足测量的要求，这是非常不经济的。

对于“管端1/3弧长范围”的噘嘴测量目前仅见模板法。该模板法实质上是测量“焊缝两侧50mm范围”模板的放大版，即模板内弧圆周长度扩展到1/3弧长，只是模板外侧由直线变成了弧线，如图10所示。其同样存在模板法测量的固有问题，并且影响测量结果准确性和可比性更差。

2、现有垂直轴线测量工具法：

该工具法对垂直轴线测量模板法作了改进，如图11所示。在测量支座上开槽以适应不同半径弧度的位置变化，支座两端支点采用线接触，测量支座有一定的宽度，保证测量时支座可以平稳放置，支座中心处固定安装有百分表。使用前，先利用校准圆弧模块(理想圆弧模块)在百分表上标定出基准半径圆弧的位置。然后将测量支座垂直于螺旋缝焊管轴线放置，百分表对准测量位置，直接读取百分表数值，并与标定数值比较，就可得出噘嘴的数值。移动测量工具，可测量焊缝另一侧的噘嘴。

现有垂直轴线工具法存在以下问题：

(1)该工具法采用标准圆弧(理想圆弧)模块进行校准，即原理为三点共圆，形成空间上的理想圆圆弧，然后测定出噘嘴大小，但在实际测量时，两支点处的半径基本上都是不同于理想圆弧半径的，所以测量基础发生了变化，那么测量结果也就不准确了。

(2)由于该方法同样是采用支座中心位置的测量来判断噘嘴的大小，所以测量焊缝两侧50mm内任意一点的噘嘴都需要进行测量工具的移动，则支座两端支点的位置变化，支点处管径的不同则会导致测量的准确性降低，任意两点的噘嘴的测量结果不具有可比性。

(3)同样需要制作大量的校准用标准圆弧模块，同样非常不经济。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术中的不足，提供一种能够提高测量准确度的测量钢管管端噘嘴或管体外壁径向偏差的组合工具，无需制作大量的理想圆标定模板即可满足测量的要求，适用范围广，经济实用。

本实用新型所述的测量钢管管端噘嘴或管体外壁径向偏差的组合工具，包括参照圆模板、测量长度工具和相对零点标定构件，参照圆模板为具有一定厚度的扇环形板(即参照圆模板的上表面和下表面均为圆弧面，参照圆模板上下两圆弧面的中轴线相同)且其两侧板面相互平行，沿参照圆模板的圆弧方向，在参照圆模板的两端部设置可沿参照圆的半径方向伸缩的支腿；测量长度工具通过贴附构件贴附在参照圆模板的一侧板面上，贴附构件包括贴附平板、两支撑滚轮以及固定块，贴附平板为轴对称形状，固定块设置在贴附平板的对称轴上，固定块以及左右两支撑滚轮均与贴附平板的对称轴呈轴对称布置，两支撑滚轮固定在贴附平板的一侧，支撑滚轮垂直于贴附平板设置，将两支撑滚轮置于参照圆模板的上方圆弧面上，使贴附平板贴附在参照圆模板上，测量长度工具安装在固定块上(即测量长度工具通过固定块固定在贴附平板的另一侧)。

采用本实用新型所述组合工具测量钢管管端噘嘴或管体外壁径向偏差的具体方法如下：

①先测量待测钢管圆周的实际周长L(待测钢管圆周为管端圆周或者管体外壁上某圆周)，计算出待测钢管圆周相应的理想圆半径R_理想，R_理想＝L/2π；

之后，选择参照圆模板，并将参照圆模板的下圆弧面定义为参照圆弧面，以参照圆弧面上的任一圆弧所在圆作为参照圆，参照圆的半径R_参照≥R_理想+Δ，计算出参照圆与理想圆的半径差值t，t＝R_参照-R_理想，以参照圆弧面上任意一点为基准并结合t值，并采用相对零点标定构件标定理想圆的相对零点。在实际应用时，根据钢管的制造工艺水平(钢管周长、不圆度和噘嘴的变化范围)来定Δ大小为最好，在保证测量不接触的前提下，尽可能小。这样有利于观察间隙，确定间隙极大值和极小值。

②将参照圆模板垂直于钢管轴线放置在钢管上，并调节两支腿的伸出长度，使得参照圆的圆心与理想圆的圆心同心共点，具体步骤如下：

将参照圆模板垂直钢管轴线放置在钢管上，以参照圆圆弧为基准调整支腿的伸出长度 d＝R_参照-R_支钢，其中，R_支钢为该支腿与钢管接触处的钢管半径，R_支钢为支腿处实测钢管直径的一半，当两个支腿调整完毕后，参照圆模板的位置确定，参照圆相对于钢管外壁的位置也确定完毕。此时，通过两个支腿的支撑，能够使参照圆圆弧上的任意一点与钢管圆心的距离都相等，均等于参照圆半径R_参照，因此参照圆与钢管圆心共点，而工程上把钢管圆周的圆心确定为其理想圆的圆心，因此，参照圆、理想圆和钢管三圆心共点。理想圆半径可通过钢管实际周长确定，则理想圆轮廓线相对于钢管外壁的空间位置也就确定，并被标定为比较基准零点。因参照圆模板的两端支腿具有调节功能，因此能够适应一定管径范围的钢管的径向偏差的测量，使整体测量工具具有很大的适应性，通过一个参照圆模板可以用于多种规格钢管的管端噘嘴或者管体外壁径向偏差的测量。

上述步骤①和步骤②无先后顺序，互不影响。

③将贴附平板上的两支撑滚轮贴附于参照圆模板上沿，并将贴附平板的板面贴附于参照圆模板板面放置，采用测量长度工具测量钢管管端的噘嘴尺寸或管体外壁的径向偏差尺寸即可，参照圆模板在测量过程中不与钢管外壁接触，所述Δ为保证测量时参照圆模板与钢管不接触的余量。

通过上述组合工具及方法来测量管端噘嘴或管体外壁径向偏差，相比传统方法，提出了将理想圆轮廓线标定为相对零点、并以理想圆轮廓线作为测量管端噘嘴或管体外壁径向偏差的测量比较基准的理论和思路；本实用新型还以此引入了参照理想圆(简称“参照圆”) 的概念，当参照圆模板确定，即可确定参照圆半径，而理想圆的半径可以通过实际测量的钢管外壁某圆周(简称“钢管圆周”)的周长计算得出，因此，参照圆与理想圆的半径差值t确定，这样根据已标定好的参照圆的相对零点，即可标定出理想圆的相对零点，即能够建立一个理想圆轮廓线。通过理想圆轮廓线作为测量比较基准有以下两方面的优势：

1、提出了在钢管外壁以外的空间上建立参照圆，继而建立一个可以作为测量比较基准的理想圆轮廓线的概念，从而能够更加准确的测量出管端噘嘴尺寸或管体外壁径向偏差。

具体分析原因如下：

当采用实体测量工具时，如果实体工具上有两点与钢管外壁接触，则此时实体工具与钢管外壁的相对位置就完全确定。当测量工具的实体内轮廓与理想圆轮廓线一致时，并且测量工具与钢管外壁对应圆周想接触的两个点处的钢管半径均等同于理想圆半径，才能够进行测量管端噘嘴尺寸或管体外壁径向偏差，否则测量结果的准确性无法保证，但由于目前钢管制造工艺的限制，钢管圆周截面并不是一个标准的圆，即不是理想圆，因此任意两个点的噘嘴尺寸或径向偏差的测量结果都没有可比较性，相对准确性也就存在问题。

因钢管的理想圆轮廓线实际为空间上存在的虚拟轮廓线，非实体存在，因此实际测量中不能用实体轮廓线来替代空间上的理想圆轮廓线，即按照传统通过理想圆模板与钢管外壁贴合来进行焊缝噘嘴测量的方法是不准确的，而本实用新型通过在钢管外壁以外的空间上建立参照圆，继而建立一个可以作为测量比较基准的理想圆轮廓线，则能够更加准确的测量钢管的管端噘嘴尺寸或管体外壁径向偏差。

2、提出了将理想圆轮廓线标定为相对零点并以此为基础测量管端噘嘴尺寸或管体外壁径向偏差的方法，避免了制作大量的理想圆标定模块。

本实用新型中理想圆圆心位置的确定方法基于以下分析：

所谓理想圆就是圆心到圆上任意一点的距离都相等，该距离即为圆的半径。在一个平面内，当圆心确定，半径确定，圆的周长也就确定，圆的位置也就完全确定。反之，要确定圆在一个平面空间内的位置，只要确定圆心位置以及圆的半径或周长即可。对于钢管而言，在工程上把钢管圆周的圆心确定为其理想圆的圆心，实测钢管圆周的周长就是其理想圆的周长。周长可以通过实测来确定的，问题是圆心的位置要如何确定，只有圆心确定了才能确定钢管的半径长度，才能确定对应的径向偏差。

在钢管的生产中，由于钢管制造工艺的限制，钢管圆周截面并不是一个理想的圆，甚至不是一个规则的形状，任意位置测量的钢管直径的中点也不会严格重合在一点，也即在截面上很难找到一个唯一的点作为钢管圆周的圆心和理想圆的圆心。理论上我们可以通过建立一个平面坐标系，均匀的采集钢管外壁圆周上的大量数据点来拟合一个理想圆心和理想半径，继而拟合一个理想圆。将圆周上的任意一点与圆心的距离与理想圆半径相比较，就获得了管端噘嘴尺寸或者管体外壁径向偏差。在实际的钢管生产制造中或现场施工中，我们通常需要在现场方便快速的确定径向偏差，从而快速的进行相应的工艺调整或者进行是否符合标准的判定，那么通过拟合理想圆来测定径向偏差这种方法在实际应用上基本是不可行的。但我们可以借助拟合理想圆的思想，来实现工程上实际圆与理想圆的径向偏差的近似测量，那么我们可以进行如下假设：

钢管的圆周截面虽然不是一个理想的圆，但在工程上，无论是从制造工艺还是从现场施工中，基本上都可以将钢管的外壁轮廓线看成是由无数个长短轴差异微小的椭圆外轮廓的微小线段累积连接而形成，这些椭圆的中心近似的汇聚为一点，并将该点定为钢管某圆周的圆心。由于椭圆是一个以圆心为对称中心的中心对称图形，则任何穿过椭圆圆心的直线在椭圆上的交点，就构成了钢管的直径，该直径被椭圆的圆心(也即钢管的圆心)平分为两个长度相等的钢管的半径。

基于上述假设，要测量管端噘嘴尺寸或管体外壁径向偏差，即钢管外壁上的点与理想圆的径向偏差，我们仅需要测量从圆心点出发的射线交于钢管外壁和理想圆外径的两个交点之间的距离，此距离即径向偏差，也即为管端噘嘴尺寸或管体外壁径向偏差。其中，圆心点与钢管外壁交点之间的距离为钢管的半径，等于实测钢管直径的一半；圆心点到理想圆的交点之间的距离为理想圆的半径。

由上述可知，本实用新型中有关理想圆圆心的确定方法是合理可行的。

本实用新型中，支腿紧贴参照圆模板的两端部端面设置，支腿具有一定的宽度，支腿的宽度方向等同于参照圆模板的厚度方向(即垂直于参照圆模板的板面)，支腿紧贴参照圆模板端面侧的底部具有直线型刃口，保证支腿与钢管外壁的接触为线接触，并保证了放正和放稳。本实用新型中优选以下结构形式将支腿安装在参照圆模板上：支腿通过安装座装配在参照圆模板的端部，安装座上开有装配孔，支腿安装在所述装配孔中且能够通过锁紧件一实现锁紧定位(如：在安装座的侧面开有与装配孔相通的螺纹孔，锁紧件一采用锁紧螺栓，将锁紧螺栓旋入该螺纹孔中，通过锁紧螺栓抵紧支腿、并将支腿的位置锁定)，安装座的端面上开有模板安装槽，模板安装槽与装配孔相通，参照圆模板的端部装配在所述模板安装槽中且与支腿贴紧，并通过锁紧件二(可直接采用锁紧螺钉)将参照圆模板固定在模板安装槽中。进一步优选的，支腿的上端设有便于伸缩调节操作的外沿。

本实用新型中的相对零点标定构件可以采用直角零点标定块，直角零点标定块类同于直角尺的结构形式，其由两个相互垂直的直角端组成，一个直角端为平行于参照圆模板且能够沿参照圆的半径方向与参照圆模板发生相对位移的滑移块，另一个直角端为圆柱体，圆柱体的外端(即远离滑移块一端)具有标记块，标记块的顶面为标定平面且该平面与圆柱体的圆柱面顶端相切；参照圆模板的一侧板面上设置有装配块，沿径向在装配块上开有通孔，直角零点标定块的滑移块装配在所述通孔中且能够通过锁紧件三实现锁紧定位(如：在装配块的侧面开有与通孔相通的螺纹孔，锁紧件三采用锁紧螺栓，将锁紧螺栓旋入该螺纹孔中，通过锁紧螺栓抵紧滑移块、并将滑移块的位置锁定)。

采用上述直角零点标定块标定理想圆的相对零点的具体步骤如下：

①标定参照圆的相对零点：将直角零点标定块沿参照圆半径方向与参照圆模板发生相对位移，直至圆柱体与参照圆模板的参照圆弧面实现线接触贴合，将表式长度测量工具的探针触头落于标记块上，将此位置标定为参照圆的相对零点；

②根据R_理想＝R_参照-t，将直角零点标定块沿参照圆半径方向、向远离参照圆模板的方向移动，移动距离为t，将表式长度测量工具的探针触头再次落于标记块上，将此位置标定为新的相对零点，该相对零点即为理想圆的相对零点；

理想圆的相对零点标定完毕后，收起直角零点标定块即可。

为方便标定时的对中定位，可以采用以下优选方案：直角零点标定块上，标记块的顶面具有一条中心标记线，表式长度测量工具的探针触头正对该中心标记线。使用时(无论是标定参照圆的相对零点，还是标定理想圆的相对零点)，应确保表式长度测量工具的探针触头落在中心标记线上。

为方便直角零点标定的收起，可以采用以下优选方案：将滑移块设计成截面为正方形的长方体，滑移块远离圆柱体的一端呈圆柱状，并定义该端为圆柱段，圆柱段的圆柱为滑移块的内切圆柱的向外延伸圆柱。在理想圆的相对零点标定完毕后，继续向下移动直角零点标定块，直至完全由滑移块外端的圆柱段接触装配块，将直角零点标定块旋转90°，向上收起直角零点标定块至不影响测量的位置后，锁定放置，操作简便易行。

实际应用过程中，也可以采用非固定的直角零点标定块(即直角零点标定块并非固定在参照圆模板上)来实现相对零点的标定，直角零点标定块的样式相同，标定原理也相同，只是操作起来不像以上固定的直角零点标定块那么方便。

本实用新型的相对零点标定构件还可以采用以下结构形式：相对零点标定构件包括相对零点标定块和升降装置，相对零点标定块设置在升降装置上，升降装置的上表面设有能够与参照圆模板的参照圆弧面点接触或者线接触的外凸端，外凸端与相对零点标定块同步位移，相对零点标定块的上表面为标定面，外凸端的顶端与所述标定面位于同一平面上且其能够沿参照圆的半径方向与参照圆模板发生相对位移，当外凸端的顶端与参照圆模板的参照圆弧面接触时，表式长度测量工具的探针触头垂直落在相对零点标定块的标定面上。

上述的相对零点标定构件的具体标定原理与以上直角零点标定块的标定原理相同，采用相对零点标定块标定理想圆的相对零点的具体步骤如下：

①将参照圆模板的位置固定，参照圆模板板面垂直于相对零点标定块的标定面；

②调整升降装置，使外凸端与相对零点标定块沿参照圆的半径方向与参照圆模板发生相对位移，直至外凸端的顶端与参照圆模板的参照圆弧面实现接触贴合，将表式长度测量工具的探针触头落于相对零点标定块的标定面上，将此位置标定为参照圆的相对零点；

③根据R_理想＝R_参照-t，将相对零点标定块沿参照圆半径方向、向远离参照圆模板的方向移动，移动距离为t，将表式长度测量工具的探针触头再次落于相对零点标定块的标定面上，将此位置标定为新的相对零点，该相对零点即为理想圆的相对零点；

理想圆的相对零点标定完毕后，将升降装置收起即可。

本实用新型中的测量长度工具可以为尺式长度测量工具(如测量直尺、游标深度尺等)，也可以为表式长度测量工具(如百分表、千分表等)，当然还可以采用激光测距仪、红外线测距仪等非接触式长度测量工具。

当测量长度工具采用尺式长度测量工具时，用尺式长度测量工具测得钢管外壁接触点与参照圆模板的参照圆弧面之间的距离值L，则管端的噘嘴尺寸或管体外壁的径向偏差尺寸为L-(R_参照-Δ)，测量时应确保垂直管壁测量。

当测量长度工具采用激光测距仪和红外线测距仪等非接触式长度测量工具时，用非接触式长度测量工具测得测量点与参照圆模板的参照圆弧面之间的距离值L即可，则管端的噘嘴尺寸或管体外壁的径向偏差尺寸为L-(R_参照-Δ)。

当测量长度工具采用表式长度测量工具时，使用时，确保表式长度测量工具相对于参照圆模板的径向位置不变，表式长度测量工具的探针伸缩方向垂直穿过参照圆模板的参照圆圆心轴线，在理想圆的相对零点标定完毕后，使表式长度测量工具的探针的轴线平行于参照圆模板板面发生相对位移，探针沿参照圆模板的径向伸长或缩短，则当探针触头与钢管外壁接触时，表式长度测量工具上读取的数据就是接触点处的钢管外圆相对于理想圆的径向变化，也就是管端的噘嘴尺寸或管体外壁的径向偏差尺寸。实际采用的百分表(或千分表)可以是目前常规使用的数显百分表(或数显千分表)，也可以在满足测量精度的前提下，采用其他测量长度或深度的测量工具，关键点在于测长方向与钢管径向方向一致。

本实用新型所述组合工具既能够对钢管的管端噘嘴(包括焊缝区域及管体区域)进行测量，以满足管端噘嘴的要求，也可以对非管端管体区域相对于理想圆的径向偏差进行测量，以便对切管位置进行有效控制。在实际应用时，根据钢管的制造工艺水平(钢管周长、不圆度和噘嘴的变化范围)来定Δ大小为最好，在保证测量不接触的前提下，尽可能小。这样有利于观察间隙，确定间隙极大值和极小值。

除上述外，本实用新型中的参照圆模板为一定管径范围内的通用性构件，有一定的管径范围限制，仅适用于R_理想≤R_参照-Δ，其中Δ为保证测量时不接触的余量，但管径不要差异太大，否则通过观察法确定要测量的极值点则不太方便。当被测钢管外径与参照圆模板的参照圆直径相差较大时，只需要更换相应构件，如支腿、直角零点标定块等，即可完成更大范围管径的噘嘴测量的需求。

本实用新型与现有技术相比所具有的有益效果是：

1、本实用新型通过参照圆模板以及相对零点标定构件将理想圆轮廓线标定为相对零点并以此为基础来测量钢管管端噘嘴尺寸或管体外壁径向偏差，这样在测量过程中，理想圆轮廓线不与钢管外壁有实体上的接触，从而能够更加准确的测量出管端噘嘴尺寸或管体外壁径向偏差，同时相比与常规测量方法，能够避免制作大量的理想圆标定模块，而且适用范围广，经济实用；

2、因参照圆模板的两端支腿具有调节功能，因此能够适应一定管径范围的钢管的径向偏差的测量，使整体测量工具具有很大的适应性，通过一个参照圆模板可以用于多种规格钢管的管端噘嘴或者管体外壁径向偏差的测量。

附图说明

图1是管端噘嘴的测量示意图；

图2是本实用新型中所用测量工具的整体结构示意图之一；

图3是本实用新型中所用测量工具的整体结构示意图之二

图4是图3中I部位的局部放大图；

图5是图3中II部位的局部放大图；

图6是支腿及安装座的结构示意图之一；

图7是支腿及安装座的结构示意图之二；

图8是采用相对零点标定块标定理想圆相对零点的示意图；

图9是现有外模板的使用方法示意图；

图10是现有“管端1/3弧长范围”的噘嘴测量方法示意图；

图11是现有垂直轴线测量工具法的使用方法示意图。

图中：1、百分表；2、固定块；3、贴附平板；4、探针；5、参照圆模板；6、待测钢管；7、安装座；8、支腿；9、锁紧件一；10、直线型刃口；11、支撑滚轮；12、锁紧件三；13、直角零点标定块；14、装配块；15、锁紧件二；16、模板安装槽；17、限位外沿；18、升降装置；19、外凸端；20、相对零点标定块；

13.1、滑移块；13.2、圆柱体；13.3、标记块；13.4、圆柱段。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例做进一步描述：

首先，结合图1-图7对测量钢管管端噘嘴或管体外壁径向偏差的组合工具做一下描述：

组合测量工具包括参照圆模板5、测量长度工具、相对零点标定构件，其中：

测量长度工具采用目前常规使用的数显百分表1，实际也可以在满足测量精度的前提下，采用其他测量长度或深度的测量工具，关键点在于测长方向与钢管径向方向一致。

参照圆模板5选用具有一定厚度的扇环形板且其两侧板面相互平行，并在参照圆模板 5两端部设置可沿参照圆的半径方向伸缩的支腿8，两支腿8分别通过安装座7装配在参照圆模板5的两端，且支腿8紧贴参照圆模板5的两端部端面设置；支腿8具有一定的宽度，支腿8的宽度方向等同于参照圆模板5的厚度方向(即垂直于参照圆模板5的板面)，支腿8的宽度方向的一个端点与数显百分表1的探针探测点在同一平面上，且该平面垂直于钢管轴线。支腿8的上端设有便于伸缩调节的把手17，其紧贴参照圆模板5端面侧的底部具有直线型刃口10，保证支腿8与钢管外壁的接触支点为线接触；安装座7上开有装配孔，支腿8安装在所述装配孔中且能够通过锁紧件一9实现锁紧定位(本实施例中，在安装座 7的侧面开有与装配孔相通的螺纹孔，锁紧件一9采用锁紧螺栓，将锁紧螺栓旋入该螺纹孔中，通过锁紧螺栓抵紧支腿8、并将支腿8的位置锁定)，安装座7的端面上开有模板安装槽16，模板安装槽16与装配孔相通，参照圆模板5的端部装配在所述模板安装槽16 中且与支腿8贴紧，并通过锁紧件二15将参照圆模板5固定在模板安装槽16中(锁紧件二15可直接采用锁紧螺钉，锁紧螺钉穿过安装座7及参照圆模板5，实现固定装配)。

本实施例中的相对零点标定构件采用直角零点标定块13，直角零点标定块13类同于直角尺的结构形式，其由两个相互垂直的直角端组成，一个直角端为平行于参照圆模板5且能够沿参照圆的半径方向与参照圆模板5发生相对位移的滑移块13.1，另一个直角端为圆柱体13.2，圆柱体13.2的外端(即远离滑移块13.1一端)具有标记块13.3，标记块13.3 的顶面为标定平面且该平面与圆柱体13.2的圆柱面顶端相切，为方便标定时的对中定位，可在标记块13.3的顶面设置一条中心标记线，数显百分表1的探针触头正对该中心标记线，使用时(无论是标定参照圆的相对零点，还是标定理想圆的相对零点)，确保数显百分表 1的探针触头落在中心标记线上。本实施例中的参照圆模板5的一侧板面上设置有装配块 14；沿径向在装配块14上开有通孔，直角零点标定块13的滑移块13.1装配在所述通孔中且能够通过锁紧件三12实现锁紧定位(如在装配块14的侧面开有与通孔相通的螺纹孔，锁紧件三12采用锁紧螺栓，将锁紧螺栓旋入该螺纹孔中，通过锁紧螺栓将滑移块13.1的位置锁定)。

本实施例中，为了使标定操作后滑移块13.1继续放置在参照圆模板5上且放置位置不影响检测，将滑移块13.1设计为截面为正方形的长方体，并将滑移块13.1的外端(即滑移块13.1远离圆柱体13.2的一端)设计为圆柱状，并定义该端为圆柱段13.4，圆柱段13.4的圆柱为滑移块13.1的内切圆柱的向外延伸圆柱，在理想圆的相对零点标定完毕后，继续向下移动直角零点标定块13，直至完全由滑移块13.1外端的圆柱段13.4接触装配块14，将直角零点标定块13旋转90°，向上收起直角零点标定块13至不影响测量的位置后，锁定放置。

数显百分表1通过贴附构件贴附在参照圆模板5的另一侧板面上，因参照圆模板5的形状为扇环形，因此其上下两圆弧面的中轴线相同，为了便于描述，将参照圆模板5的上表面的圆弧面定义为外圆弧面，将参照圆模板5的下表面的圆弧面定义为参照圆弧面；本实施例中的贴附构件包括贴附平板3、左右两直径相同的支撑滚轮11以及固定块2。贴附平板3为轴对称形状，固定块2设置在贴附平板3的对称轴上，固定块2以及左右两支撑滚轮11均与贴附平板3的对称轴呈轴对称布置，两支撑滚轮11固定在贴附平板3的一侧，支撑滚轮11垂直于贴附平板3设置，将两支撑滚轮11置于参照圆模板5的上方圆弧面上，使贴附平板3贴附(而非固定)在参照圆模板5上，数显百分表1通过固定块2固定在贴附平板3的另一侧，数显百分表1的探针4伸缩方向平行于贴附平板3。这样，在使用时，贴附平板3贴附在参照圆模板5上——即贴附平板3平行于参照圆模板5，又因数显百分表1的探针4伸缩方向平行于贴附平板3且贴附构件为轴对称结构，因此数显百分表1的探针4伸缩方向平行且沿参照圆模板5径向方向伸缩。当参照圆模板5垂直钢管圆心轴线放置在钢管上时，数显百分表1的探针4伸缩方向则垂直穿过参照圆圆心轴线，即也垂直穿过钢管圆心轴线。当然数显百分表1的还可以直接固定在参照圆模板5上，本实施例中不再细述。

现以《青宁线管道工程》Φ1016*17.5钢管为例来说明通过所述组合工具测量管端噘嘴的方法。

标准对管端噘嘴的要求为：“焊缝两侧各50mm弧长范围内局部区域与钢管理想圆的最大径向偏差不得于弧长范围内局部区域与钢管理想圆的最大径向偏差不大于1.5mm。管端任意1/3弧长范围内局部区域与钢管理想圆的最大径向偏差不大于2.5mm”。同时标准还对管径大小和圆度偏差提出要求：“管端直径的允许偏差为-1.0mm～+1.5mm；管体直径的最大允许偏差为-3.0mm～+3.0mm”，“管端圆度为≤6.0mm；除管端外，管体圆度允许偏差为≤12.1mm”。

以下是实际测量钢管管端噘嘴的操作方法：

①先测得待测钢管6管端的实际周长L，L为3185.6mm，计算可得理想圆半径R_理想＝L/2π≈507mm；

之后，选择参照圆模板5，由于标准要求对管端近焊缝区域和1/3弧长范围的局部区域的噘嘴进行测量，那么只要设计出满足大范围区域的噘嘴测量工具则也可满足接近焊缝的小范围区域的噘嘴测量(当然也可以采用该设计原理，设计相对小型的专用于焊缝区域噘嘴测量的工具)。参照圆模板5的参照圆弧面的半径尺寸需要能保证任何符合标准要求的钢管的参照圆均位于实际钢管外壁以外的空间即可。

根据实际使用经验表明，对于一个间隙的偏差，如果间隙较大，偏差尺寸与间隙尺寸相差较大，则肉眼不易识别区分最大和最小偏差位置。如果间隙较小，偏差尺寸与间隙尺寸则肉眼容易识别最大和最小偏差位置。由于参照圆的半径R_参照≥R_理想+Δ，其中Δ为保证测量时不接触的余量，结合这一概念，Δ越小越有利于肉眼区分识别最大和最小偏差位置。因此综合考虑钢管管端直径、管端圆度的最大允许值、管端噘嘴的最大正偏差以及钢管制造厂的能力水平来综合设计参照圆半径。

在本实施例中，应首先同时考虑管端圆度和管端直径的限制，当钢管直径最大半径为 509.5mm时，如按最大圆度为6mm考虑，则按椭圆累积成圆的理论，如椭圆长边最大直径为511mm，短边最小直径为508mm。通常制管厂为避免出现管径超标通常将最大半径严格控制在509mm以下，则按椭圆累积成圆的理论，如椭圆长边最大直径为510.5mm，短边最小直径为507.5mm。通过与实际情况比较，本实施例中参照圆模板5的参照圆弧面的半径选择511mm是可行的。考虑到数显百分表1测量时所占用的空间，参照圆模板5沿圆弧方向的长度应大于1/3弧长，以保证钢管上任意1/3弧长范围的所有位置均被测量到，现根据具体情况，将参照圆模板5的内圆弧长度增加到140°圆心角所对应的弧长。测量管体的参照圆模板5的内圆弧半径选择同理。

当钢管理想圆半径为507mm，钢管噘嘴为极值2.5mm时，若噘嘴为正偏差时，半径为509.5mm，与参照圆模板5的参照圆弧面半径511mm比较，相当于间隙由4mm变为1.5mm，若噘嘴为负偏差时，半径为504.5mm，与参照圆模板5的参照圆弧面半径511mm比较，相当于间隙由4mm变为6.5mm。这个变化是完全能够用肉眼确定的。故不会出现超标噘嘴被漏测的情况。如果不采用观察法确定极值位置，则可通过连续进行多点测量来确定测量区域内任意点处的噘嘴尺寸。

之后以参照圆模板5的参照圆弧面上任意圆为参照圆(参照圆半径R_参照为511mm)，即以参照圆模板5的参照圆弧面作为参照基准面，将直角零点标定块13平行于参照圆模板5板面并沿参照圆半径方向外移，使直角零点标定块13的圆柱体13.2与参照圆模板5的参照圆弧面呈线接触贴合，将数显百分表1的探针触头落于标记块13.3的中心标记线上，将此位置标定为参照圆的相对零点(即参照圆零点)；然后将直角零点标定块13平行参照圆模板5板面并沿参照圆半径方向内移，移动距离t＝R_参照-R_理想＝511-507＝4mm，将数显百分表1的探针触头再次落于标记块13.3的中心标记线上，将此位置(理想圆的圆弧线上的点) 标定为新的相对零点，即理想圆的相对零点(也是比较基准零点)，然后继续向下移动直角零点标定块13，直至完全由滑移块13.1的外端圆柱13.4接触装配块14，将直角零点标定块13旋转90°，向上收起直角零点标定块13至不影响测量的位置后，锁定放置。

②将参照圆模板5垂直钢管轴线放置在钢管上。测量一端接触支点(即支腿8与钢管接触处，且该接触支点为线型接触))的钢管直径，假设测得直径为1018mm，则半径R_支钢1为509mm，调整该支腿8伸出长度d₁＝R_参照-R_支钢1为511-509＝2mm，锁定该支腿；测量另一端接触支点的钢管直径，假设测得直径为1013mm，则半径R_支钢2为506.5mm，调整该支腿8伸出长度d₂＝R_参照-R_支钢2为511-506.5＝4.5mm，锁定该支腿。当两个接触支点的支腿长度均调整完毕后，参照圆的圆心、理想圆的圆心以及钢管管端的圆心三者共点，参照圆的位置就调整完毕，即参照圆模板5的位置确定，参照圆相对于钢管外壁的位置也已确定好。

上述步骤①和步骤②无先后顺序，互不影响。

③将贴附平板3上的两支撑滚轮11贴附于参照圆模板5上沿，并将贴附平板3的板面贴附于参照圆模板5板面放置，此时探针4垂直于钢管，且探针4伸缩方向穿过参照圆圆心，放下探针4，使数显百分表1的探针4的轴线平行于参照圆模板5板面发生相对位移，探针4沿参照圆模板5的径向伸长或缩短，直至探针触头与钢管外壁接触，此时，读取数显百分表1上显示的数据，该数据即为钢管外壁上该点相对于理想圆的径向变化，也就是管端噘嘴尺寸。

通过上述组合工具及方法来测量管端噘嘴或管体外壁径向偏差的方法，相比传统方法，引入参照理想圆(简称“参照圆”)的概念，从而提出了将理想圆轮廓线标定为相对零点、并以理想圆轮廓线作为测量管端噘嘴或管体外壁径向偏差的测量比较基准的理论和思路；当参照圆模板5确定，则参照圆半径确定，而理想圆的半径能够根据实际测量的钢管外壁某圆周(简称“钢管圆周”)的周长计算得出，因此，参照圆与理想圆的半径差值t则确定，这样根据已标定好的参照圆的相对零点，即可标定出理想圆的相对零点，即可建立一个理想圆轮廓线。通过理想圆轮廓线作为测量比较基准有以下两方面的优势：

1、提出了在钢管外壁以外的空间上建立参照圆，继而建立理想圆的概念，从而能够更加准确的测量出管端噘嘴尺寸或管体外壁径向偏差。具体分析原因如下：

当采用实体测量工具时，如果实体工具上有两点与钢管外壁接触，则此时实体工具与钢管外壁的相对位置就完全确定。当测量工具的实体内轮廓与理想圆轮廓线一致时，并且测量工具与钢管外壁对应圆周想接触的两个点处的钢管半径均等同于理想圆半径，才能够进行测量管端噘嘴尺寸或管体外壁径向偏差，否则测量结果的准确性无法保证，但由于目前钢管制造工艺的限制，钢管圆周截面并不是一个标准的圆，即不是理想圆，因此任意两个点的噘嘴尺寸或径向偏差的测量结果都没有可比较性，相对准确性也就存在问题。

因此，为了更加准确的测量钢管的管端噘嘴尺寸或管体外壁径向偏差，在测量范围区域内，参照圆不能与钢管外壁有实体上的接触，理想圆轮廓线不是实体存在，实体测量工具与钢管接触的点或线应落在要求测量的弧线区域之外，且测量工具与钢管接触点的支撑能够保证参照圆的圆心与钢管圆心共点，即应通过两接触点的支撑，在钢管外壁以外的空间上建立一个可以作为参考基准的参考圆轮廓线，继而建立测量比较基准的理想圆轮廓线，此时参考圆圆心、理想圆圆心与钢管圆心三心共点。

2、提出了将理想圆轮廓线标定为相对零点并以此为基础测量管端噘嘴尺寸或管体外壁径向偏差的方法，避免了制作大量的理想圆标定模块。

3、因参照圆模板5的两端支腿8具有调节功能，因此能够适应一定管径范围的钢管的径向偏差的测量，使整体测量工具具有很大的适应性，通过一个参照圆模板5可以用于多种规格钢管的管端噘嘴或者管体外壁径向偏差的测量。

若要测量非管端管体区域相对于理想圆的径向偏差(即管体外壁的径向偏差)，测量方法同上，不再列举实施例细述。

除上述外，本实施例所述组合工具中，还可以采用另一种结构形式的相对零点标定构件，具体如图8所示，该相对零点标定构件包括相对零点标定块20和升降装置18，相对零点标定块20设置在升降装置18上，升降装置18的上表面设有能够与参照圆模板5的参照圆弧面点接触或者线接触的外凸端19，外凸端19与相对零点标定块20同步位移，相对零点标定块20的上表面为标定面，外凸端19的顶端与所述标定面位于同一平面上且其能够沿参照圆的半径方向与参照圆模板5发生相对位移，当外凸端19的顶端与参照圆模板5 的参照圆弧面接触时，数显百分表1的探针触头垂直落在相对零点标定块20的标定面上。该结构形式的相对零点标定构件的具体标定原理与上述固定的直角零点标定块的标定原理相同，采用相对零点标定块20标定理想圆的相对零点的具体步骤如下：

①将参照圆模板5的位置固定，参照圆模板5板面垂直于相对零点标定块20的标定面；

②调整升降装置18，使外凸端19与相对零点标定块20沿参照圆的半径方向与参照圆模板5发生相对位移，直至外凸端19的顶端与参照圆模板5的参照圆弧面实现接触贴合，将数显百分表1的探针触头落于相对零点标定块20的标定面上，将此位置标定为参照圆的相对零点；

③根据R_理想＝R_参照-t，将相对零点标定块20沿参照圆半径方向、向远离参照圆模板5的方向移动，移动距离为t，将数显百分表1的探针触头再次落于相对零点标定块20的标定面上，将此位置标定为新的相对零点，该相对零点即为理想圆的相对零点；

理想圆的相对零点标定完毕后，将升降装置18收起即可。

Claims (10)

1.一种测量钢管管端噘嘴或管体外壁径向偏差的组合工具，其特征在于：包括参照圆模板(5)、测量长度工具和相对零点标定构件，参照圆模板(5)为具有一定厚度的扇环形板且其两侧板面相互平行，沿参照圆模板(5)的圆弧方向，在参照圆模板(5)的两端部设置可沿参照圆的半径方向伸缩的支腿(8)；测量长度工具通过贴附构件贴附在参照圆模板(5)的一侧板面上，贴附构件包括贴附平板(3)、两支撑滚轮(11)以及固定块(2)，贴附平板(3)为轴对称形状，固定块(2)设置在贴附平板(3)的对称轴上，固定块(2)以及左右两支撑滚轮(11)均与贴附平板(3)的对称轴呈轴对称布置，两支撑滚轮(11)固定在贴附平板(3)的一侧，支撑滚轮(11)垂直于贴附平板(3)设置，将两支撑滚轮(11)置于参照圆模板(5)的上方圆弧面上，使贴附平板(3)贴附在参照圆模板(5)上，测量长度工具安装在固定块(2)上。

2.根据权利要求1所述的测量钢管管端噘嘴或管体外壁径向偏差的组合工具，其特征在于：支腿(8)紧贴参照圆模板(5)的两端部端面设置，支腿(8)具有一定的宽度，支腿(8)的宽度方向等同于参照圆模板(5)的厚度方向，支腿(8)紧贴参照圆模板(5)端面侧的底部具有直线型刃口(10)。

3.根据权利要求2所述的测量钢管管端噘嘴或管体外壁径向偏差的组合工具，其特征在于：支腿(8)通过安装座(7)装配在参照圆模板(5)的端部，安装座(7)上开有装配孔，支腿(8)安装在所述装配孔中且能够通过锁紧件一(9)实现锁紧定位，安装座(7)的端面上开有模板安装槽(16)，模板安装槽(16)与装配孔相通，参照圆模板(5)的端部装配在所述模板安装槽(16)中且与支腿(8)贴紧，并通过锁紧件二(15)将参照圆模板(5)固定在模板安装槽(16)中。

4.根据权利要求1～3中任一所述的测量钢管管端噘嘴或管体外壁径向偏差的组合工具，其特征在于：测量长度工具采用尺式长度测量工具。

5.根据权利要求1～3中任一所述的测量钢管管端噘嘴或管体外壁径向偏差的组合工具，其特征在于：测量长度工具采用非接触式长度测量工具。

6.根据权利要求1～3中任一所述的测量钢管管端噘嘴或管体外壁径向偏差的组合工具，其特征在于：测量长度工具采用表式长度测量工具。

7.根据权利要求6所述的测量钢管管端噘嘴或管体外壁径向偏差的组合工具，其特征在于：相对零点标定构件采用直角零点标定块(13)，直角零点标定块(13)由两个相互垂直的直角端组成，一个直角端为平行于参照圆模板(5)且能够沿参照圆的半径方向与参照圆模板(5)发生相对位移的滑移块(13.1)，另一个直角端为圆柱体(13.2)，圆柱体(13.2)的外端具有标记块(13.3)，标记块(13.3)顶面为标定平面且该标定平面与圆柱体(13.2)的圆柱面顶端相切；参照圆模板(5)的一侧板面上设置有装配块(14)，沿径向在装配块(14)上开有通孔，直角零点标定块(13)的滑移块(13.1)装配在所述通孔中且能够通过锁紧件三(12)实现锁紧定位。

8.根据权利要求7所述的测量钢管管端噘嘴或管体外壁径向偏差的组合工具，其特征在于：直角零点标定块(13)上，标记块(13.3)的顶面具有一条中心标记线，表式长度测量工具的探针触头正对该中心标记线。

9.根据权利要求7所述的测量钢管管端噘嘴或管体外壁径向偏差的组合工具，其特征在于：滑移块(13.1)是截面为正方形的长方体，滑移块(13.1)远离圆柱体(13.2)的一端呈圆柱状，并定义该端为圆柱段(13.4)，圆柱段(13.4)的圆柱为滑移块(13.1)的内切圆柱的向外延伸圆柱。

10.根据权利要求6所述的测量钢管管端噘嘴或管体外壁径向偏差的组合工具，其特征在于：相对零点标定构件包括相对零点标定块(20)和升降装置(18)，相对零点标定块(20)设置在升降装置(18)上，升降装置(18)的上表面设有能够与参照圆模板(5)的参照圆弧面点接触或者线接触的外凸端(19)，外凸端(19)与相对零点标定块(20)同步位移，相对零点标定块(20)的上表面为标定面，外凸端(19)的顶端与所述标定面位于同一平面上且其能够沿参照圆的半径方向与参照圆模板(5)发生相对位移，当外凸端(19)的顶端与参照圆模板(5)的参照圆弧面接触时，表式长度测量工具的探针触头垂直落在相对零点标定块(20)的标定面上。