大型承压设备爬壁机器人角焊缝一体化作业装置及方法与流程

本发明涉及特种设备安全检测的，特别是大型承压设备爬壁机器人角焊缝一体化作业装置及方法。

背景技术：

1、大型承压设备在使用过程中容易产生各类缺陷，因此需对重型承压设备进行全方位的定期检验。以大型球罐为例，根据我国有关规程规定，每隔3-6年需对大型球罐定期检测一次。检测之前必须进行罐体设备停运、有毒气液置换、球罐内外脚手架搭建，检修人员登上脚手架进行携带检测设备对其进行检测，例如采用广泛使用的磁粉检测技术进行表面或近表面检测时，需喷洒合适配比的磁悬液，手持仪器检查并利用肉眼和黑光灯观察分辨缺陷。而目前对于大型承压设备的检修，已有大型承压设备爬壁机器人，分别可对表面缺陷进行磁粉检测，如果磁粉检测全部合格，则可完全实现了机器人全自动作业和检测，可省去搭建脚手架环节，大幅减少作业时间和成本，且能保证作业过程中人身安全。

2、在本发明之前，国内相关发明解决了对无行走障碍的对接焊缝的打磨作业和磁粉检测，目前国内已有爬壁机器人，可对无行走障碍干扰的对接焊缝内表面缺陷进行打磨作业和磁粉检测，然而，现有中的作业机器人在进行检测作业过程中存在以下技术问题：检测机器人只能对无行走障碍干扰的对接焊缝进行检测，对内外表面接管角焊缝和附近有障碍物（如喷淋管）等部位的对接焊缝无法检测，对大型承压设备的接管角焊缝，内外表面磁粉检测是必须进行的，因此检验时还是需要搭建脚手架、登上脚手架进行焊缝手工打磨，随后再次进行检测，这样使得前面省去的搭建脚手架环节失去了意义，难以实现大幅减少作业时间和成本且能保证作业过程中人身安全；此外，部分大型承压设备接管角焊缝，内外表面磁粉检测时通常会检出一些表面缺陷，从而产生了发现表面缺陷后依然需要人工进行焊缝返修的问题，还是需要搭建脚手架、登上脚手架进行焊缝手工打磨缺陷，随后再次进行检测。因此，为实现承压设备安全保障领域的机器换人，开创全新的作业模式，改变行业长期依赖人工的现状，必须解决大型承压设备接管角焊缝内外表面不进罐即可完成打磨、磁粉检测、缺陷返修与复探一体化作业的难题。

技术实现思路

1、本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出大型承压设备爬壁机器人角焊缝一体化作业装置及方法，通过爬壁机器人搭载打磨机械臂和磁粉检测机械臂，并在磁粉检测机械臂前端设置三磁轭直角三角形复合磁化装置，实现大型承压设备接管角焊缝内外表面的打磨、检测、返修与复探的一体化作业，无需搭建脚手架和进罐作业，提高检验效率与安全性。

2、为实现上述目的，本发明提出了大型承压设备爬壁机器人角焊缝一体化作业装置，包括爬壁机器人、自动跟踪云台，所述自动跟踪云台用于实时监控所述爬壁机器人行走和作业姿态，并将信号传至外部操作台，所述爬壁机器人包括通过磁力吸附于承压设备内外壁并可沿壁面移动的磁吸附爬壁车体及设于所述磁吸附爬壁车体上的打磨机械臂、磁粉检测机械臂、磁悬液供液机构，所述磁吸附爬壁车体上设有与所述磁悬液供液机构配合以将磁悬液喷涂到承压设备表面的喷嘴； 所述磁粉检测机械臂上设有用于待检测区域施加交直流复合磁化场的立体组合磁轭及视觉检测机构； 所述立体组合磁轭为三磁极铁芯结构，包括三个呈三角分布的磁极a、磁极b、磁极c，所述磁极a与所述磁极b、所述磁极c之间构成供承压设备接管进入的检测位，所述磁极a、磁极b、磁极c的绕线方式为同一电流等分为两路，一路单向全波整流，一路交流电，两者峰值与频率相同，两路分别连接不同磁极，使在一个交流电周期内交替产生纵向磁化和周向磁化。

3、作为优选，所述自动跟踪云台内置高分辨率摄像机和红外定位模块，所述爬壁机器人上设有与所述红外定位模块配合的红外光源标靶。

4、作为优选，所述视觉检测机构包括黑光灯、视频检测系统、白光灯，所述黑光灯和所述视频检测系统安装于所述立体组合磁轭前端下部。

5、作为优选，所述磁极a、所述磁极b和所述磁极c呈直角等腰三角形分布，所述磁极b和所述磁极c搭接在靠近角焊缝的一侧，所述磁极a布置在另一侧，形成向承压设备接管中心位置收缩的三角形布置，所述磁极a与所述磁极b、所述磁极c之间构成供承压设备接管进入的检测位，且检测位开口位于所述磁极b与所述磁极c之间。

6、作为优选，所述磁极b与所述磁极c磁通面积相等，所述磁极a有效磁通面积为所述磁极b或所述磁极c的两倍。

7、作为优选，两路电流中一路经全波整流后供给磁极a和磁极b，使磁极a恒为s极、磁极b恒为n极；另一路直接供给磁极a和磁极c，磁极c接交流电。

8、作为优选，所述打磨机械臂包括打磨组件、用于驱动所述打磨组件前后移动的前后移动组件、用于驱动所述打磨组件左右移动的左右移动组件，所述打磨组件包括打磨电机、通过夹头与所述打磨电机驱动轴连接的打磨头、移动升降板，所述打磨电机固定于所述移动升降板上，所述移动升降板通过升降电机与所述左右移动组件或所述前后移动组件连接，所述打磨头旁设有激光自动导航器。

9、作为优选，所述移动升降板上还设有悬挂弹簧系统，所述悬挂弹簧系统固定安装于所述移动升降板上、且其下端贯穿所述移动升降板后与所述打磨电机连接从而为所述打磨头提供下压力。

10、作为优选，所述打磨头包括用于打磨平面的磨平打磨头、用于打磨弧面的弧面打磨头和用于打磨凹坑的凹坑打磨头。

11、本发明的另一个目的在于提出使用以上任一项所述大型承压设备爬壁机器人角焊缝一体化作业装置的作业方法，包括以下步骤：

12、步骤s1，在模拟接管角焊缝试块上对磁粉检测机械臂进行灵敏度验证，确定一次检测的有效长度l；

13、步骤s2，通过爬壁机器人行驶至接管角焊缝附近定位，伸出打磨机械臂对焊缝及热影响区进行打磨作业，使其符合检测要求；

14、步骤s3，打磨完成后，收回打磨机械臂，伸出磁粉检测机械臂进行磁粉检测；

15、步骤s4，若发现缺陷，依据缺陷深度判断打磨机械臂上打磨头是否满足打磨需求，若满足则直接进行打磨，若不满足则将爬壁机器人移动至下人孔位置，将打磨机械臂上打磨头更换为专用消缺打磨头；

16、步骤s5，爬壁机器人再次行走至缺陷位置，操纵专用消缺打磨头进行局部消缺打磨

17、本发明大型承压设备爬壁机器人角焊缝一体化作业装置及方法的有益效果：

18、1、本发明实现了大型承压设备接管角焊缝内外表面不搭脚手架不进罐进行打磨、磁粉检测、缺陷返修与复探的一体化作业，提高了工作效率。

19、2、本发明根据三点确定一个平面原理，采用三磁极立体结构，保证磁极与容器壁面紧密接触。

20、3、相对于根据管座角焊缝的形状结构，组合磁轭铁芯不是通常的四方形而是向接管中心收缩的直角等腰三角形，使之在焊缝中段区域比较能得到较好的磁化效果；斜边段呈内凹结构，更能靠近接管。

21、4、本发明采用组合磁轭铁芯立体结构，利用三个磁极的空间布置及不同电流形态，通过瞬间变化的磁极同时实现纵向磁化和周向磁化，实现纵向磁化和周向磁化的快速轮换，相当于2个磁路同时作用，形成磁场叠加，保证磁化效果。

22、5、通过应力分析设计得到角焊缝应力状态最佳（应力集中最小）弧面结构，定制打磨头，使打磨后的焊缝形状与最佳弧面结构相吻合，在去除缺陷的同时，又减少角焊缝的应力集中。

23、6、本发明能够实现操作人员不需要贴近检测现场及机器人车体不易靠近的区域，利用灵活机动的机械臂到达无法行走的不平整区域（如内外角焊缝，喷淋管靠近的对接焊缝）检测，不用搭脚手架并登高，可以较好地完成大型承压设备接管角焊缝及其它常规机器人车体不易到达区域的作业任务

24、本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。