CN111595942A - 一种大直径马鞍面焊缝外壁自动超声检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及超声检测领域，具体涉及一种大直径马鞍面焊缝外壁自动超声检测装置。本发明包括磁吸附小车，扫查臂，摆臂部件，探头伸缩部件，整圈式安全防护部件，磁吸附模块；磁吸附模块安装于磁吸附小车上，整圈式安全防护部件与磁吸附小车连接形成一个封闭的环形，磁吸附小车用于驱动设备整体实现圆周运动，扫查臂、摆臂部件与磁吸附小车三者相互连接，探头伸缩部件安装在扫查臂上。本发明携带超声探头沿着空间分布复杂的曲面运动，实现对该焊缝的自动超声检测。

Description

一种大直径马鞍面焊缝外壁自动超声检测装置
技术领域
本发明涉及超声检测领域，具体涉及一种大直径马鞍面焊缝外壁自动超声检测装置。
背景技术
核电站中的核反应在反应堆压力容器内部进行，形成的高温高压的气体或液体需要利用与反应堆压力容器相贯的接管输送到一回路的其它设备中，由于制造工艺的限制，接管与反应堆压力容器筒体分开制造成型，然后在交贯面上通过一圈环形焊缝将两者牢固连接，此处的焊缝在交贯面上沿着一个较为复杂的曲面分布，称之为马鞍面焊缝，核电站运行期间需要对其进行定期检测，以便实施老化管理，超声检测是对此类焊缝的一种有效检测方式。
新型的核电站由于其技术特点，无法从反应堆压力容器内部对马鞍面焊缝实施检测，需要从筒体外壁对焊缝实施检测。反应堆压力容器筒体的直径超过5米，接管直径超过2米，由此产生的马鞍面焊缝在空间上的分布曲面复杂，沿接管轴线方向上的落差较大，而焊缝焊接处材料厚度较厚，根据超声检测的需求，探头的运动范围需要在焊缝直径方向上沿筒体表面运动较长距，人工检测无法对如此大范围的检测区域进行有效覆盖，检测质量也无法保证，所以需要通过检测装置携带超声探头来实施自动超声检测。
检测装置需要面对三方面的问题：
(1)根据装置的运动需求，设备无法安装在筒体壁上，而接管直径较大，难以布置整圈的封闭型导轨来支持设备运动，使得设备安装困难；
(2)扫查臂携带探头检测时，需要随着焊缝所在区域曲面的走势变化进行跟随调整，保证探头时刻与焊缝区域贴合，以便实施超声波检测，但马鞍面焊缝在空间上的分布曲面复杂，沿接管轴线方向上的落差较大，给装置的调整结构设计带来困难；
(3)装置的运动空间有限，需要在有限的尺寸空间条件下实现大范围伸缩。
发明内容
1.目的：
本发明的目的在于提供一种用于大直径马鞍面焊缝自动超声检测装置，来携带超声探头沿着空间分布复杂的曲面运动，实现对该焊缝的自动超声检测。
2.技术方案：
一种大直径马鞍面焊缝外壁自动超声检测装置，包括磁吸附小车，扫查臂，摆臂部件，探头伸缩部件，整圈式安全防护部件，磁吸附模块；磁吸附模块安装于磁吸附小车上，整圈式安全防护部件与磁吸附小车连接形成一个封闭的环形，磁吸附小车用于驱动设备整体实现圆周运动，扫查臂、摆臂部件与磁吸附小车三者相互连接，探头伸缩部件安装在扫查臂上。
所述的扫查臂通过与扫查臂旋转轴铰接来实现与磁吸附小车连接，扫查臂围绕扫查臂旋转轴旋转；摆臂部件通过旋转轴A与磁吸附小车铰接连接，摆臂部件围绕旋转轴A旋转；摆臂部件通过旋转轴B铰接与扫查臂连接，扫查臂和摆臂部件围绕旋转轴B来实现相互旋转。
所述的摆臂部件内部设置有电机，通电后控制摆臂部件的长度变长或缩短。
所述的探头伸缩部件包括安装板，滑块，伸缩导轨A，恒力弹簧A，侧板，横梁，滑块B，伸缩导轨B，恒力弹簧B，探头夹具，超声探头，弹簧安装座；探头伸缩部件可双极自适应伸缩；两个安装板相对布置，探头伸缩部件通过安装板和滑块连接，安装板外侧安装有滑块，伸缩导轨A在滑块的支撑下自由伸缩滑动，恒力弹簧A固定在弹簧安装座和安装板上并将末端引出与伸缩导轨A的末端固定；伸缩导轨A前段固定有侧板，横梁与两侧的侧板连接成为整体；横梁安装有滑块B，伸缩导轨B可在滑块B的支撑下自由伸缩滑动；恒力弹簧B安装在横梁内并将末端引出与伸缩导轨B的末端固定；伸缩导轨B的前端安装有探头夹具，探头夹具上安装有超声探头，探头夹具可在两个方向上自由转动。
所述的磁吸附模块包括磁铁安装座，磁铁，螺钉A，螺钉B，螺钉C；磁铁通过螺钉A安装在磁铁安装座的下方，磁铁具有强磁性，螺钉B穿过沉头通孔，用于将磁吸附模块固定在磁吸附小车上，螺钉C拧入到螺孔中并能向下伸出一段长度。
所述的磁吸附小车包括小车车架，驱动电机模块，平行传动链，转动轴，磁性驱动轮，辅助驱动轮，连接座，锁紧杆，扫查臂旋转轴，摆臂安装座；连接座套在转动轴上且可以与转动轴发生相对转动，锁紧杆一端与连接座相连，另一端与整圈式安全防护部件相连；扫查臂旋转轴用于与扫查臂铰接，摆臂安装座用于与旋转轴A铰接。
所述的小车车架是磁吸附小车的基础零件，磁性驱动轮芯部为永磁铁，外圈包裹有橡胶；辅助驱动轮芯部为金属，外圈包裹有橡胶。
所述的小车车架上带有安装面，安装面上安装磁吸附模块，螺钉C向下伸出顶在顶紧台阶内；螺钉B拧入到安装螺孔中。
所述的磁吸附小车两侧对称分布。
本装置主要是通过将一个带有较大磁吸附力的小车作为检测装置的基础部件，通过磁吸附的方式安装在接管外圆上，磁吸附小车与扫查臂、摆臂部件三者铰接，通过摆臂部件的伸长、缩短，可实现对扫查臂前倾幅度的调节。扫查臂可带动滑块作直线运动，滑块上安装有探头伸缩部件，探头伸缩部件末端布置有超声探头，将磁吸附小车与扫查臂、摆臂部件三者进行联动控制，可使得探头沿着马鞍面焊缝的空间负载曲线表面运动。其中，周向小车通过前后两个电机分别驱动前、后排转动轴，进而使驱动轮旋转，带动设备沿着环形导向结构围绕接管外圆整圈环绕运动；驱动轮芯部为永磁铁，用于吸附在接管外圆，永磁铁上均包裹有橡胶，增大摩擦力，同时为保证设备具有足够的吸附力，在磁吸附小车上还布置有若干个磁吸附模块且磁吸附模块的安装高度可小幅调整，使得磁吸附模块与接管外圆非常接近但留有微小的间隙而保证不接触，这样既可以给设备提供足够的吸附力，也不会对设备的运动造成干涉；探头伸缩部件为双级伸缩结构，保证在伸缩方向上原始尺寸尽可能小的情况下获得较大的伸缩行程，以适应空间曲面的变化。
同时，为保证检测装置在检测过程中的安全性，检测装置配套设计有整圈式和局部式两种安全防护结构，整圈式安全防护结构是用一个具有安全防护功能的部件与磁吸附小车两端连接，使装置成为一个封闭结构套在接管外圆上，且该部件可随着检测装置一起围绕安装表面圆周运动；局部式安全防护结构为一段闭合防护导轨，可根据需要任意安装在圆周上的某个区域，使扫查装置在该段闭合防护导轨内进行局部运动，不会坠落，可用于无法安装整圈式安全防护结构的检查区域，导轨内均匀嵌入有可控磁力吸盘，可通过电路控制器磁力的有无，且不需要持续通入电流，具有较好的安全性。
3.效果
本发明的效果在于：能适应大直径马鞍面焊缝所处的复杂空间曲面并在接管外圆上实现检测装置的安装，最终实现对大直径马鞍面焊缝的自动超声检测。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是磁吸附模块的结构示意图；
图3是本发明未安装安全防护部件的结构示意图；
图4是磁吸附模块安装方式示意图；
图5是磁吸附小车的结构示意图；
图6是探头伸缩部件结构示意图；
图7是局部式安全防护部件的结构示意图；
图8是本发明安装有整圈式安全防护部件的实际安装状态示意；
图9是本发明安装有局部式安全防护部件的实际安装状态示意；
图10是本发明的一个实施例。
图中：1.磁吸附小车，2.扫查臂，3.摆臂部件，4.探头伸缩部件，5.整圈式安全防护部件，6.磁吸附模块，7.水平接管，8.马鞍面焊缝，9.大直径筒体，10.环形导向结构，11.局部式安全防护部件，1001.小车车架，1002.驱动电机模块，1003.平行传动链，1004.转动轴，1005.磁性驱动轮，1006.辅助驱动轮，1007.连接座，1008.锁紧杆，1009.扫查臂旋转轴，1010.摆臂安装座，2001.滑块，3001.旋转轴A，3002.旋转轴B，4001.安装板，4002.滑块，4003.伸缩导轨A，4004.恒力弹簧A，4005.侧板，4006.横梁，4007.滑块B，4008.伸缩导轨B，4009.恒力弹簧B，4010.探头夹具，4011.超声探头，4012.弹簧安装座，6001.磁铁安装座，6002.磁铁，6003.螺钉A，6004.螺钉B，6005，螺钉C，1001001.安装面，1001002.安装螺孔，1001003.顶紧台阶，11001.局部环形导轨，11002.可控磁力吸盘，11003.挡板，11004.挡板螺钉，6001001.沉头通孔，6001002.螺孔，11001001.导轨内环面，11001002.导轨封闭限位台阶面
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作具体说明。
图1中，设备整体由六部分组成，磁吸附模块6安装于磁吸附小车1上，整圈式安全防护部件5与磁吸附小车1连接形成一个封闭的环形，磁吸附小车1用于驱动设备整体实现圆周运动，扫查臂2、摆臂部件3与磁吸附小车1三者相互连接，探头伸缩部件4安装在扫查臂2上。
图2中，磁铁6002通过螺钉A6003安装在磁铁安装座6001的下方，磁铁6002具有强磁性，螺钉B6004穿过沉头通孔6001001，用于将磁吸附模块6固定在磁吸附小车1上，螺钉C6005拧入到螺孔6001002中并能向下伸出一段长度，用于调整磁吸附模块6与磁吸附小车1之间的间距。
图3中，扫查臂2通过与扫查臂旋转轴1009铰接来实现与磁吸附小车1连接，扫查臂2可围绕扫查臂旋转轴1009旋转；通过旋转轴A3001与磁吸附小车1铰接来实现摆臂部件3与磁吸附小车1连接，摆臂部件3可围绕旋转轴A3001旋转；通过旋转轴B3002与扫查臂2铰接来实现摆臂部件3与扫查臂2连接，扫查臂2和摆臂部件3可围绕旋转轴B3002来实现相互旋转；滑块2001可沿着扫查臂2作直线运动，探头伸缩部件4安装在滑块2001上，随着滑块2001一起在扫查臂2上作直线运动，摆臂部件3内部设置有电机，通电后可控制摆臂部件3的长度变长或缩短。
图4中，磁吸附模块6在磁吸附小车1上安装时，小车车架1001上设计有若干个安装面1001001用于安装磁吸附模块6，螺钉C6005向下伸出顶在顶紧台阶1001003内，螺钉C6005向下伸出的多少决定了磁吸附模块6与磁吸附小车1之间的距离，螺钉C6005伸出合适的长度后，螺钉B6004拧入到安装螺孔1001002中，将磁吸附模块6向下拉，直到螺钉C6005与顶紧台阶1001003顶紧，此时磁吸附模块6与磁吸附小车1之间形成确定的位置关系，螺钉C6005伸出的少，则磁吸附模块6与磁吸附小车1距离近，进而使得磁铁6002与水平接管7的间距小，吸附效果增强，若螺钉C6005伸出的多，则磁吸附模块6与磁吸附小车1距离远，进而使得磁铁6002与水平接管7的间距大，吸附效果减弱；通过调节多个磁吸附模块6与磁吸附小车1的间距，可以将设备整体的吸附效果调节至一个合适的状态。
图5中，小车车架1001是磁吸附小车1的基础零件，驱动电机模块1002通电后会产生动力，驱动电机模块1002通过平行传动链1003将动力传递给转动轴1004，转动轴1004带动磁性驱动轮1005和辅助驱动轮1006转动，磁性驱动轮1005芯部为永磁铁，外圈包裹有橡胶，用于增大设备运动的摩擦力，辅助驱动轮1006芯部为金属，外圈包裹有橡胶，用于增大设备运动的摩擦力，连接座1007套在转动轴1004上且可以与转动轴1004发生相对转动，锁紧杆1008一端与连接座1007相连，另一端与整圈式安全防护部件5相连；磁吸附小车1的两端均布置有一组驱动电机模块1002、平行传动链1003、转动轴1004、磁性驱动轮1005、辅助驱动轮1006、连接座1007、锁紧杆1008，同时驱动设备前进、后退，可起到更好的驱动效果；扫查臂旋转轴1009用于与扫查臂2铰接，摆臂安装座1010用于与旋转轴A3001铰接。
图6中，2个安装板4001相对布置，探头伸缩部件4通过安装板4001和滑块2001连接，安装板4001外侧安装有滑块4002，伸缩导轨A4003可在滑块4002的支撑下自由伸缩滑动，恒力弹簧A4004固定在弹簧安装座4012和安装板4001上并将末端引出与4003的末端固定，因为恒力弹簧A4004始终处于收缩状态，所以伸缩导轨A4003始终受到恒力弹簧A4004的拉力向前伸出，伸缩导轨A4003前段固定有侧板4005，横梁4006与两侧的侧板4005连接成为整体，当伸缩导轨A4003伸出时，横梁4006也随之向前伸出，横梁4006安装有滑块B4007，伸缩导轨B4008可在滑块B4007的支撑下自由伸缩滑动，恒力弹簧B4009安装在横梁4006内并将末端引出与伸缩导轨B4008的末端固定，因为恒力弹簧B4009始终处于收缩状态，所以伸缩导轨B4008始终受到恒力弹簧B4009的拉力向前伸出，伸缩导轨B4008的前端安装有探头夹具4010，探头夹具4010上安装有超声探头4011，探头夹具4010可在两个方向上自由转动，配合伸缩导轨B4008的伸缩效果，可适应大直径筒体9的表面的起伏变化，使得超声探头4011始终紧贴大直径筒体9的表面；
在设计时，可将所有恒力弹簧B4009合计产生的拉力设计成小于所有伸缩导轨A4003合计产生的拉力，当安装板4001与大直径筒体9的间距变小时，因所有恒力弹簧B4009合计产生的拉力设计成小于所有伸缩导轨A4003合计产生的拉力，所以恒力弹簧B4009先被拉长，使得伸缩导轨B4008收回，当伸缩导轨B4008收回到极限位置时，恒力弹簧A4004开始被拉长，伸缩导轨A4003带动横梁4006收缩；当安装板4001与大直径筒体9的间距变大时，因所有恒力弹簧B4009合计产生的拉力设计成小于所有伸缩导轨A4003合计产生的拉力，所以恒力弹簧A4004先缩短，伸缩导轨A4003带动横梁4006伸出，直到伸缩导轨A4003伸长到极限位无法再伸长，恒力弹簧A4004开始收缩，使得伸缩导轨B4008伸出，在此过程中，始终保证超声探头4011与大直径筒体9表面贴合；
探头伸缩部件4可实现双级自适应伸缩，使得伸缩结构尺寸在不超过磁吸附小车1的外形的情况下实现更大的伸缩形成，以适应大直径筒体9的表面起伏，同时避免设备整体在圆周运动过程中与周围的结构产生干涉。
图7中，设备位于水平接管7的顶端，设备整体在磁性驱动轮、磁铁6002的吸附作用下吸附在水平接管7的外圆上，整圈式安全防护部件5与磁吸附小车1连接成完整的、封闭的圆环，同时磁吸附小车1骑在环形导向结构10上，在环形导向结构10的导向作用下，磁吸附小车1可在一个确定的竖直截面上沿着水平接管7的外圆作圆周运动；摆臂部件3伸长时，可使得扫查臂2前倾，进而使得滑块2001与大直径筒体9的距离变短，摆臂部件3缩短时，可使得扫查臂2后仰，进而使得滑块2001的距离与大直径筒体9的距离变大，在探头伸缩部件4的作用下，超声探头4011时刻贴在大直径筒体9的表面，对马鞍面焊缝8实施超声检测。
图8中，设备位于水平接管7的中部，扫查臂2位于通过水平接管7圆心的说平面上，此时滑块2001与大直径筒体9表面的距离显著增大，已超出探头伸缩部件4的伸长范围，需要摆臂部件3边长，扫查臂2前倾，使得滑块2001与大直径筒体9的距离变短，然后通过探头伸缩部件4的伸长，使得超声探头4011紧密贴合在大直径筒体9的表面；
当设备从图7所示状态运动到图8所示状态时，滑块2001与大直径筒体9的距离逐渐变大，需要摆臂部件3逐渐变长，扫查臂2逐渐前倾，才能使得设备通过探头伸缩部件4始终保证超声探头4011贴在大直径筒体9表面；
当设备从图8所示状态运动到图7所示状态时，滑块2001与大直径筒体9的距离逐渐变小，需要摆臂部件3逐渐缩短，扫查臂2逐渐后仰，才不会因为滑块2001与大直径筒体9的距离过小而超出探头伸缩部件4的收缩极限使得设备被顶死，进而影响探头检测。

Claims (9)

1.一种大直径马鞍面焊缝外壁自动超声检测装置，其特征在于：包括磁吸附小车(1)，扫查臂(2)，摆臂部件(3)，探头伸缩部件(4)，整圈式安全防护部件(5)，磁吸附模块(6)；磁吸附模块(6)安装于磁吸附小车(1)上，整圈式安全防护部件(5)与磁吸附小车(1)连接形成一个封闭的环形，磁吸附小车(1)用于驱动超声检测装置设备整体实现圆周运动，扫查臂(2)、摆臂部件(3)与磁吸附小车(1)三者相互连接，探头伸缩部件(4)安装在扫查臂(2)上。
2.根据权利要求1所述的一种大直径马鞍面焊缝外壁自动超声检测装置，其特征在于：所述的扫查臂(2)通过与扫查臂旋转轴(1009)铰接来实现与磁吸附小车(1)连接，扫查臂(2)围绕扫查臂旋转轴(1009)旋转；摆臂部件(3)通过旋转轴A(3001)与磁吸附小车(1)铰接连接，摆臂部件(3)围绕旋转轴A(3001)旋转；摆臂部件(3)通过旋转轴B(3002)铰接与扫查臂(2)连接，扫查臂(2)和摆臂部件(3)围绕旋转轴B(3002)来实现相互旋转。
3.根据权利要求2所述的一种大直径马鞍面焊缝外壁自动超声检测装置，其特征在于：所述的摆臂部件(3)内部设置有电机，通电后控制摆臂部件(3)的长度变长或缩短。
4.根据权利要求1所述的一种大直径马鞍面焊缝外壁自动超声检测装置，其特征在于：所述的探头伸缩部件(4)包括安装板(4001)，滑块(4002)，伸缩导轨A(4003)，恒力弹簧A(4004)，侧板(4005)，横梁(4006)，滑块B(4007)，伸缩导轨B(4008)，恒力弹簧B(4009)，探头夹具(4010)，超声探头(4011)，弹簧安装座(4012)；探头伸缩部件(4)可双极自适应伸缩；两个安装板(4001)相对布置，探头伸缩部件(4)通过安装板(4001)和滑块(2001)连接，安装板(4001)外侧安装有滑块(4002)，伸缩导轨A(4003)在滑块(4002)的支撑下自由伸缩滑动，恒力弹簧A(4004)固定在弹簧安装座(4012)和安装板(4001)上并将末端引出与伸缩导轨A(4003)的末端固定；伸缩导轨A(4003)前段固定有侧板(4005)，横梁(4006)与两侧的侧板(4005)连接成为整体；横梁(4006)安装有滑块B(4007)，伸缩导轨B(4008)可在滑块B(4007)的支撑下自由伸缩滑动；恒力弹簧B(4009)安装在横梁(4006)内并将末端引出与伸缩导轨B(4008)的末端固定；伸缩导轨B(4008)的前端安装有探头夹具(4010)，探头夹具(4010)上安装有超声探头(4011)，探头夹具(4010)可在两个方向上自由转动。
5.根据权利要求1所述的一种大直径马鞍面焊缝外壁自动超声检测装置，其特征在于：所述的磁吸附模块(6)包括磁铁安装座(6001)，磁铁(6002)，螺钉A(6003)，螺钉B(6004)，螺钉C(6005)；磁铁(6002)通过螺钉A(6003)安装在磁铁安装座(6001)的下方，磁铁(6002)具有强磁性，螺钉B(6004)穿过沉头通孔(6001001)，用于将磁吸附模块(6)固定在磁吸附小车(1)上，螺钉C(6005)拧入到螺孔(6001002)中并能向下伸出一段长度。
6.根据权利要求1所述的一种大直径马鞍面焊缝外壁自动超声检测装置，其特征在于：所述的磁吸附小车(1)包括小车车架(1001)，驱动电机模块(1002)，平行传动链(1003)，转动轴(1004)，磁性驱动轮(1005)，辅助驱动轮(1006)，连接座(1007)，锁紧杆(1008)，扫查臂旋转轴(1009)，摆臂安装座(1010)；连接座(1007)套在转动轴(1004)上且可以与转动轴(1004)发生相对转动，锁紧杆(1008)一端与连接座(1007)相连，另一端与整圈式安全防护部件(5)相连；扫查臂旋转轴(1009)用于与扫查臂(2)铰接，摆臂安装座用于与旋转轴A(3001)铰接。
7.根据权利要求6所述的一种大直径马鞍面焊缝外壁自动超声检测装置，其特征在于：所述的小车车架(1001)是磁吸附小车(1)的基础零件，磁性驱动轮(1005)芯部为永磁铁，外圈包裹有橡胶；辅助驱动轮(1006)芯部为金属，外圈包裹有橡胶。
8.根据权利要求6所述的一种大直径马鞍面焊缝外壁自动超声检测装置，其特征在于：所述的小车车架(1001)上带有安装面(1001001)，安装面(1001001)上安装磁吸附模块(6)，螺钉C(6005)向下伸出顶在顶紧台阶(1001003)内；螺钉B(6004)拧入到安装螺孔(1001002)中。
9.根据权利要求1所述的一种大直径马鞍面焊缝外壁自动超声检测装置，其特征在于：所述的磁吸附小车(1)两侧对称分布。
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