用于相控阵探头运动路线控制的装置及管板堆焊层相控阵超声检测方法与流程

1.本发明涉及一种在进行超声波相控阵检测时使用的辅助装置。


背景技术：

2.管板作为换热器的重要组成部件，母材为低合金钢材质，堆焊不锈钢堆焊层，堆焊后机加密集管孔，并在堆焊面进行管板与换热管的焊接。为保证换热管与管板焊接角缝的质量，避免失效泄漏，必须对管板堆焊层进行严格的质量控制。一般设计要求管板堆焊层采用常规脉冲超声波检测，用直探头和斜探头在不同方向进行多次扫查，检测强度大、效率低、重现性差，且长时间操作易出现手臂及视觉疲劳导致探头耦合不足，造成缺陷漏检、漏判。
3.目前所见相控阵自动扫查装置多用于管道环形对接焊缝的检测，也有用于管道内壁或外壁的自动扫查装置。但目前还没有针对圆盘状工件设计的易于使用的超声波相控阵检测辅助装置。公告号为cn208621561u的专利文献中公开了一种“风电叶片自动超声无损检测扫查装置”，包括叶片扫查器端、工作车端和主缆，叶片扫查器端包括纵梁、行走装置、横梁、支撑架和气动吸盘等，能适用于两维平面部件的无损探伤检测，但该装置也不能直接应用于管板堆焊层的自动检测。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种稳定、易操作的用于相控阵探头运动路线控制的装置，以达到对圆形管板上堆焊层进行超声波相控阵检测自动扫查的目的。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：用于相控阵探头运动路线控制的装置，包括设置有第一直行轨道的主动梁，和垂直连接于第一直行轨道上的从动梁，从动梁在主动梁上的位置可滑动固定，从动梁上设置有第二直行轨道，第二直行轨道垂直于第一直行轨道，第一直行轨道所在平面和第二直行轨道所在平面相互平行，主动梁上连接有位置固定的驱动轮，邻近驱动轮设置有第一支撑轮，第二直行轨道上滑动连接有一对从动轮，两个从动轮相对于第一直行轨道对称设置且两个从动轮与第一直行轨道之间的距离可调，驱动轮和从动轮的转动中心线相互平行且均垂直于所述第一直行轨道所在平面，第二直行轨道上还布置有一对位置可调节的第二支撑轮，第二支撑轮位于从动轮的内侧，各个支撑轮的底部位于同一支撑平面，该支撑平面平行于第一直行轨道所在平面，各个支撑轮采用万向轮；在第一直行轨道上连接有可沿第一直行轨道往复运动的探头安装座；在其中一个从动轮上安装有用于探头周向定位的角位移传感器，在主动梁上安装有用于探头径向定位的直线位移传感器。该装置结构简便，能适应工件一定范围的尺寸变化，能带动探头实现周向和径向运动，从而代替人力调整探头位置，既省力又准确且不会遗漏。
6.在主动梁上，还分别设有周向限位传感器和径向限位传感器，周向限位传感器控制驱动轮的正反转触发，方便实现自动控制，径向限位传感器控制探头的扫查半径的极大
值，避免因探头碰到工件而损伤探头。
7.所述主动梁的第一直行轨道上还连接有第三支撑轮，第三支撑轮与第一支撑轮分别位于从动梁的两侧，这样可以利用一对主动梁支撑轮先对装置进行支撑，再调节从动梁上支撑轮位置，方便装置操作。
8.所述从动梁通过连接装置与主动梁连接，所述连接装置可滑动固定地连接在第一直行轨道上，从动梁相对于连接装置可转动固定。通过设计连接装置来连接主动梁和从动梁，可以在工作状态下才调整从动梁位置上轨道垂直于主动梁上轨道，而非工作状态下，可将从动梁转动到与主动梁有小夹角的状态，方便装置收纳。
9.所述从动轮安装在从动轮安装座上，从动轮安装座可滑动固定地连接在第二直行轨道上，所述连接装置上安装有从动轮间距调节装置，通过从动轮间距调节装置来调整从动轮与第一直行轨道之间的间距，方便操作。
10.所述从动轮间距调节装置包括同轴布置的卷筒和齿轮，及与齿轮啮合的丝杠，丝杠上连接有可限位的摇把，卷筒通过对称缠绕的两根拉索同时与两个从动轮安装座连接，卷筒的轴线平行于第二直行轨道所在平面但垂直于第二直行轨道，卷筒向一个方向转动时，从动轮间距增大，卷筒向反方向转动时，从动轮间距缩小，方便从动轮间距的快速调节。
11.所述从动轮安装座上设有锁紧螺杆，用于从动轮位置的固定，以准确地适应工件尺寸变化，从而尽量保证装置沿工件的圆周壁顺畅的转动。在调节从动轮间距时，应当松开所述的锁紧螺杆。
12.所述从动轮、一对摆杆和从动轮安装座连接形成平行四边形机构，所述从动轮安装座上设有压紧弹簧，压紧弹簧的两端分别固定在从动轮安装座和其中一根摆杆的中间位置，从而可保证从动轮贴紧压靠在圆周壁上，在驱动轮的作用下转动。
13.所述主动梁上还设有接线支撑杆插座，接线支撑杆插座兼作从动梁相对于连接装置的转动限位结构，安装在接线支撑杆插座上的接线支撑杆基本与主动梁、从动梁两两垂直，避免接线阻碍到探头安装座的运动。
14.本发明还提供了一种管板堆焊层相控阵超声检测方法，所述管板包括圆周壁、凸台和具有堆焊层的扫查面，采用上述的用于相控阵探头运动路线控制的装置，还采用了与所述装置电连接的电控系统，检测方法包括以下步骤：根据管板尺寸，调整各个支撑轮的位置，使支撑轮均位于管板的凸台上，调整驱动轮和各个从动轮的位置，并通过从动轮锁紧装置，使其驱动轮和各个从动轮贴紧所述的圆周壁；在探头安装座上安装好探头，调整探头安装座位于扫查面的扫查半径的其中一个极限位置，并完成检测设备接线；在管板上安装与周向限位传感器配合的周向限位触点，设置探头安装座的步进长度，设置扫查模式为到达所述周向限位触点点时控制驱动轮反转同时探头安装座沿第一直行轨道移动一个步进长度，启动驱动轮直至完成扫查。以上检测方法可实现对扫查面不漏不重复的高效检测。
15.本发明的有益效果是：可实现管板堆焊层相控阵检测的自动检测扫查，减少检测劳动强度，提高检测效率和检测的稳定性。
附图说明
16.图1是常见的换热器管板的示意图。
17.图2是本发明实施例装置的轴测图。
18.图3是图2中a部的局部放大示意图。
19.图4是图2中b部的局部放大示意图。
20.图5是图2中c部的局部放大示意图。
21.图6是图2中d部的局部放大示意图。
22.图7是是本发明实施例装置的主视图。
23.图8是图7中e部的局部放大示意图。
24.图中标记为：1-主动梁，2-从动梁，3-连接装置，4-驱动轮，5-从动轮，6-从动轮安装座，7-第二锁紧螺杆，8-探头安装座，9-角位移传感器，10-直线位移传感器，11-第一直行轨道，12-第二直行轨道，13-第三支撑轮，14-第一支撑轮，15-第二支撑轮，16-周向限位传感器，17-径向限位传感器，18-摆杆，19-压紧弹簧，20-接线支撑杆插座，21-接线支撑杆，22-急停按钮，23-控制箱，24-滑台，25-第一电机，26-第二电机，31-摇把，32-丝杠，33-齿轮，34-卷筒，35-定位插销，61-锁紧螺杆，100-管板，101-凸台，102-圆周壁，103-扫查面，106-周向限位触点。
具体实施方式
25.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
26.如图1～图8所示，本发明提供了一种用于相控阵探头运动路线控制的装置，其包括设置有第一直行轨道11的主动梁1，和垂直连接于第一直行轨道11上的从动梁2，从动梁2在主动梁1上的位置可滑动固定，从动梁2上设置有第二直行轨道12，第二直行轨道12垂直于第一直行轨道11，第一直行轨道所在平面和第二直行轨道所在平面相互平行，主动梁1上连接有位置固定的驱动轮4，邻近驱动轮4设置有第一支撑轮14，第二直行轨道12上滑动连接有一对从动轮5，两个从动轮5相对于第一直行轨道11对称设置且两个从动轮5与第一直行轨道11之间的距离可调，驱动轮4和从动轮5的转动中心线相互平行且均垂直于所述直行轨道所在平面，第二直行轨道12上还布置有一对位置可调节的第二支撑轮15，第二支撑轮15位于从动轮5的内侧，各个支撑轮13、14、15的底部位于同一支撑平面，该支撑平面平行于第一直行轨道所在平面，各个支撑轮13、14、15采用万向轮；在第一直行轨道11上连接有可沿第一直行轨道11往复运动的探头安装座8；在其中一个从动轮5上安装有用于探头周向定位的角位移传感器9，在主动梁1上安装有用于探头径向定位的直线位移传感器10。
27.该装置使用状态下，支撑平面垂直于管板轴线，调整从动梁2相对于驱动轮4的位置及从动轮5在从动梁2上的位置，则驱动轮4、从动轮5可由不同直径的圆周壁支撑，同理可调整各支撑轮的位置，使装置具备一定的通用性，对一定尺寸范围内的工件均可进行检测，驱动轮4转动，则整个装置可绕管板100的轴线转动，探头安装座8上携带的探头也随之转动形成圆环形的扫查面，当完成一圈扫查后，驱动轮4暂停，探头安装座8沿第一直行轨道11步进一定距离后相对于主动梁1再次固定位置，驱动轮4再次启动，如此，多个叠加的圆环面就可覆盖整个扫查面103，完成检测。当驱动轮4意外停止时，由于有直线位移传感器10和角位移传感器9，也能及时确定已完成的扫查区域。选择将角位移传感器9布置在从动轮5上是为
了避免因驱动轮打滑等情况影响测量的准确性。
28.该装置相对于现有的扫查架而言，结构简单新颖，用于管板等圆盘类工件上堆焊层检测十分便捷。
29.实施例：如图1～图8所示，用于管板堆焊层相控阵超声检测的装置包括机械部分和电控部分，机械部分包括主动梁1、从动梁2、连接装置3、驱动轮4、从动轮5、支撑轮、从动轮锁紧装置、探头夹持装置、作为角位移传感器9使用的周向编码器、作为直线位移传感器10使用的径向编码器、周向限位感应器16、径向限位感应器17、接线支撑杆21，电控部分包括控制箱23、急停按钮22等，控制箱23内置有软件模块，用于必要的参数设定和扫查过程的自动化控制。
30.主动梁1选用成品直线模组，便于实现电控，包括电机、链条、同步带、滑台和直行轨道，直行轨道即位于主动梁1中间位置的第一直行轨道11，从动梁2的材质为不易变形的铝合金型材组装成的架体，在从动梁2中间位置形成有第二直行轨道12，方便其他部件在梁上的固定和安装，主动梁1和从动梁2通过连接装置3相互连接，连接后第一直行轨道所在平面和第二直行轨道所在平面相互平行，连接装置3可滑动固定地连接在第一直行轨道11上，从动梁2相对于连接装置3可转动固定，连接装置3设置有定位插销结构，当从动梁2转动至与主动梁1垂直时，第一直行轨道11和第二直行轨道12也相互垂直，此时进行定位锁定，方便使用，使用后，旋转从动梁2使之与主动梁1呈小夹角，方便进行收纳。连接装置的具体结构可参考多种现有的回转定位结构设计。
31.如图2和图3所示，驱动轮4安装在主动梁2的一端，由与电控部分电连接的第一电机25驱动，提供装置的运动动力。
32.如图2和图5所示，从动轮5通过从动轮安装座6对称布置在从动梁2的两端，从动轮安装座6可滑动固定地连接在第二直行轨道12上，所述从动轮间距调节装置包括同轴布置的卷筒34和齿轮33，及与齿轮33啮合的丝杠32，丝杠32上连接有可限位的摇把31，卷筒34通过对称缠绕的两根拉索（图中省略）同时与两个从动轮安装座6连接，卷筒34的轴线平行于第二直行轨道所在平面但垂直于第二直行轨道12，转动摇把31可收紧或松开从动轮5。从动轮安装座6上设有锁紧螺杆61，从动轮5可通过锁紧螺杆61固定在工件圆周外壁。系统运行时，可依据工件规格调整两个从动轮5之间的距离，使驱动轮4、从动轮5均与所述的圆周壁102相切：如图7和图8所示，从动轮5与一对摆杆18和从动轮安装座6连接形成平行四边形机构，所述从动轮安装座6上设有压紧弹簧19，压紧弹簧19的两端分别固定在从动轮安装座6和其中一根摆杆18的中间位置，使其从动轮5可以压靠在工件表面。
33.驱动轮4和从动轮5的转动中心线相互平行且均垂直于所述第一直行轨道所在平面。
34.如图2和图4所示，主动梁1上还设有接线支撑杆插座20，接线支撑杆插座20兼作从动梁2相对于连接装置3的转动限位结构。
35.如图2、图3和图5所示，第一支撑轮14和第三支撑轮13分别安装在主动梁1的两个端头附近，用于支撑整个系统，工作状态下，第三支撑轮13与第一支撑轮14分别位于从动梁2的两侧，其中第一支撑轮14与驱动轮4的安装座固定连接，第三支撑轮13与第一直行轨道11滑动可固定连接，并可通过第二锁紧螺杆7固定位置，两个第二支撑轮15则安装在从动梁
2上的两个从动轮5的内侧，第二支撑轮15的位置可设计为独立调节，各支撑轮均采用万向轮，各个支撑轮的底部位于同一支撑平面，该支撑平面平行于第一直行轨道所在平面，本实施例中，将第二支撑轮15安装在从动轮安装座6上，第二支撑轮15和相邻的从动轮5可通过尺寸合适的卡扣固定连接，则调整好从动轮5的间距后，第二支撑轮15恰好可落于凸台101上，不必单独调节第二支撑轮15的位置，所述的支撑平面即为凸台101的圆环形端面。
36.如图2和图6所示，探头安装座8连接在与第一直行轨道11滑动连接的滑台24上，滑台24通过链条及同步带实现在第一直行轨道11上的复运动，链条25由与电控部分电连接的第二电机26驱动，滑台24、链条、同步带和第二电机26均为直线模组的既有结构，图中未予详细标示，探头以被夹持的方式固定在探头安装座8上，并可被弹簧压紧在工件上，保证工件与探头的接触，该探头的弹性压触结构可参考cn111551632a所公开的同类结构，不予详细描述。
37.如图3和图5所示，在其中一个从动轮5上安装有用于探头周向定位的周向编码器，作为角位移传感器9使用，可利用该角位移传感器9控制探头的运动弧度范围。在主动梁1上安装有用于探头径向定位的径向编码器，作为直线位移传感器10使用，也可利用该直线位移传感器10控制探头的运动半径范围。
38.如图1和图3所示，在主动梁1上还设有周向限位传感器16，在管板100上则安装有与周向限位传感器16配合的周向限位触点106，周向限位传感器16控制第一电机25的正反转触发，完成对探头的周向运动限位并给出对应操作信号：让第一电机25反转。
39.如图2所示，在主动梁1的同步带上还设有径向限位传感器17，径向限位传感器17控制探头的扫查半径的极大值，完成对探头的径向运动限位并给出对应操作信号：切断第二电机26的供电。
40.如图2和图4所示，使用接线支撑杆21对探头线和系统的电源线及控制线进行支起和收纳，接线支撑杆21插接在主动梁1上设置的接线支撑杆插座20上，接线支撑杆插座20兼作从动梁2相对于连接装置3的转动限位结构，配合定位插销结构固定从动梁2的位置。
41.如图2所示，控制箱23为另外配置，集合了装置的所有电源接线和控制线（图中省略），安装有运动控制按键、程序和显示模块，实现系统的运动控制。
42.如图3所示，急停按钮22与主动梁1上的第一电机25电连接，用于系统运动过程中的急停操作，瞬间切断第一电机25的供电。
43.应用上述装置用于管板堆焊层的检测。管板高度600mm，直径2m，材质20mnmonbiv锻件，堆焊层厚度≥6mm，检测要求：100%堆焊层相控阵检测。具体操作步骤如下。
44.根据管板直径，调整主动梁1上第三支撑轮13相对于第一支撑轮14的距离，将装置放置于管板100上，锁紧第二锁紧螺杆7，使所述两个支撑轮位于管板的凸台101上，而驱动轮4贴紧管板100的圆周壁102。
45.根据管板直径，调整从动梁2在第一直行轨道11上的位置，转动从动梁2至其与主动梁1相垂直，插入定位插销35，锁定从动梁2，在管板100上安装与周向限位传感器16配合的周向限位触点106。
46.调节从动梁2上的第二支撑轮15和从动轮5的间距，使其两第二支撑轮15均位于管板边缘的凸台101上，并通过锁紧螺栓61使其从动轮5，贴紧管板100的圆周壁102。
47.根据凸台101的宽度调节径向限位传感器17的位置，将探头用探头安装座8固定在
主动梁1上，调整探头安装座8的位置，使其探头能够扫查到扫查面103的最大直径处，且探头与管板100的扫查面103良好接触。
48.插入接线支撑杆21至接线支撑杆插座20，将所有探头线、电源线、控制线等架设、连接到位。
49.在控制箱23中设置扫查面半径参数，设置探头安装座8的步进长度，启动装置，从周向限位触点106处开始扫查，扫查模式为驱动轮4再次到达周向限位触点106时控制驱动轮4反转同时探头安装座8沿第一直行轨道11向圆心方向移动一个步进长度。
50.扫查结束后，松开从动轮5的锁紧螺杆61，移走检测装置。
51.以上为堆焊层全面扫查的处理方式。如果是堆焊层存在缺陷，对缺陷进行补焊处理后的再次扫查，可根据缺陷和补焊位置设置两个周向限位触点106，及调整探头安装座8的初始位置，节省检测时间。
52.即该装置也可对设定尺寸的扇形区域完成扫查。
53.用于大尺寸管板的检测时，可通过吊装方式将检测装置移动至检测工件上或移除。