1 前 言 在现代化长距离油气管道建设中，对对接焊缝进行无损检测是保证工程质量的重要手段，其中射线照相又占据了十分重要的地位，射线检测具有缺陷检出率高、直观形象等优点。长期以来，射线检测主要依靠X射线机与γ射线源在管道外面通过双壁透射进行照相，在工作工程中，抬动机具、布置底片等劳动强度相当大，因焦距长而又必需增大射线功率或曝光时间，因此工作效率很低。 在管道射线检测过程中几种主要手段的对比： 1、X射线机：采用管外双壁透射照相，工作时需要工程车、发电机（5KW）等紧密配合，优点是底片质量高，可适应于复杂地段，缺点是某些地段难以工作，如山区、水田、沼泽等地段，在大比例检测中工效较低。 2、γ射线源：采用管外双壁透射照相，优点是附属机具简单，不需要发电机，适合于山区、水田、沼泽等地段，操作人员少，缺点是底片质量一般，曝光时间较长，曝光时间人为误差较大，操作人员人身接受的射线剂量较大。 3、X射线管道爬行器：它采用内曝光，具有底片质量好、速度快等优点，缺点是体积大、适应管径范围较窄，重量大，需要专用运输车（带吊车），需进口，日常维护工作量大，维修困难且价格昂贵。 因此，在工程中急需一种体积小，重量轻，操作维护简单，价格适宜的爬行器，所以我们进行了这方面的研制工作，研制出了γ射线管道爬行器，并成功地大范围的在陕京输气管道建设中投入了试运行，实践证明，定位精度满足使用要求，底片质量合格，底片质量稳定，操作人员人身所接受到的辐射剂量减少。 2 基本原理 γ射线管道爬行器是一种自动化射线产生装置，通过管道外部遥控装置的配合，它可以在金属管道内部完成前进、后退、休息、定位及射线曝光等一系列自动化无损检测过程。 本系统主要由机械行走部分、射线产生装置、辐射传感器、逻辑控制器部分、电源部分及管道外部的遥控定位用指令源等组成。 下面是整机原理方框图： （图略） 下面是整体结构示意图： （图略） 具体工作步骤：先在欲拍照的对接环形焊缝外面按照照相要求绕上专用的照相底片，然后，将遥控指令源放置于距离焊缝指定距离的位置上，用于指引爬行器到达焊缝下面指定位置，当爬行器运行到指令源下方时，辐射传感器将接收到指令源的信号，通过控制器的控制使爬行器停机定位，并发出警报声音，此时操作人员将指令源移开（可放置到下一道口位置上），从移开指令的时刻开始，经过20秒时间的延时自动执行出源动作，出源到位后开始启动定时器及强声警报，开始曝光底片，当定时结束后自动执行收源动作，并自动向下一个目标前进，重复执行上述动作即完成了射线照相的过程，用时间编码法可以自由遥控其前进、后退、曝光及休息等动作。 定位原理示意图： （图略） 3 设计与制作 3.1 硬件设计 为适应管道内部恶劣的工作环境，整机采用全密封结构，利用重力自纠偏原理，具有结构简单体积小、重量轻的优点。 其中射线产生装置由可更换的人工用γ射线源和藏于机体内部的电动收发源机构组成，在需要少量补片时，可取下射线源取下进行人工照相，射线源部分作到了人机两用，节省了投资。 射线传感器是整个研制过程中的难点，因为要采用全密封结构，传感器必须置于机体内，传感器于指令源之间的距离增大，对传感器的灵敏度、抗抖性以及定位方式都提出了较高的要求，在国内市场上又未见有出售，于是我们自行研制成功了专用的辐射传感器，实际试验证明其性能稳定可靠。 控制器部分：我们通过对比，采用了三菱公司的FX0-20MR型可编程控制器，具有编程简单，可靠性高的特点。 电源采用两只进口12V38Ah蓄电池串联组成24V电源。 整体布线：我们本着模块化、易升级、易维护的要求，而设计了专用的数据总线和电源总线结构，各部分通过接插件进行互相连接。 3.2软件设计 软件设计采用了梯形图语言编程，具有编程简单的特点。因γ射线源的不可关闭性，故本设计以人身安全为第一要求，因此要求在各种特殊情况下均应有较完善的保护措施。为此，我们特意在软件方面设计了容错能力，对于收发源受阻、定时器损坏、传感器损坏等均可在一定程度上自修复或保护退出管道，最大限度地保证人身安全及防止了割管事故的发生。 下面是系统运行流程图 （图略） 3.3 研制过程中遇到的一些难点问题及其解决办法 1、由于该机器工作环境的特殊性，故存在抗辐射干扰问题，这主要有两方面： （1）射线源对射线传感器的干扰问题 解决方法： 1）增大两者间距离 2）增加屏蔽层厚度 3）采用时间屏蔽法 （2）控制源、主射线源对微机控制器的干扰问题 通过试验的方法，发现影响并不严重，在物理结构上采用垂直安装以减少接受辐射部分的面积，增加适当的屏蔽材料。 电磁干扰问题：干扰源主要来自运动驱动电机和收发源电动机的启动、运行、制动过程中形成的延电源线传输的干扰信号，可以采用分线供电、电源分离、光电隔离等方法解决。 2、如何解决射线传感器寿命问题 主要问题是当主射线源出源之后，有强烈的γ射线散射线，将会照射到射线传感器上，一是影响传感器正常工作，二是将大大缩短其工作寿命（因采用盖革计数器），针对上述问题我们采用了如下解决方案： “按需供电”即当需要从传感器读取数据时才给其供电，使其在高强度辐射场中时管端无电压，形不成电离— 电子流，破坏了其雪崩条件，因此即解决了误触发问题又解决了计数管寿命问题。 4 结束语 通过自行开发研制成功γ射线管道爬行器，我们总结出了一套开发机电一体化科研项目的成功经验，对可编程控制器（PC）等新器件的应用达到了一定的水平。 随着经济的发展我国需要从国外引进的设备将越来越多，这些设备在技术上虽然很先进，但其价格却很昂贵，如果我们在引进某种设备之初，能对其进行深入的分析研究，对其性能加以改进，再由国内生产出来，则可以大大减轻对国外市场的依赖性，节省国家的外汇，为国家经济建设发展作贡献。 附录 爬行器技术指标数据 技术项目 技术指标 适用管道直径 Φ325mm— Φ720mm 运行速度 9.4m/min 爬坡能力 ±15° 转弯曲率半径 >500倍管道直径 连续爬行时间 20h 曝光时间范围 0— 10min 定位距离 300mm— 500mm可调 定位精度 <±2.5cm 收发源时间 1.2s 工作温度 -20℃— +50℃ 电源电压 24V 电池容量 38Ah 工作电流 1.5A 警报声音响度 100db 参考文献 1.美国无损检测学会，《美国无损检测手册》（射线卷），世界图书出版社，1992.7.1. 2.《三菱FX0-系列可编程控制器使用手册》