陳厚龍 于忠海 崔廣鵬 鄭佳銘 張啟航

摘要：隨著國(guó)內(nèi)重型工業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)產(chǎn)品安全也尤為重視。在重機(jī)工業(yè)中，每一個(gè)步驟都顯得尤為重要，工件的檢測(cè)也不例外。目前，某些廠商管材的檢測(cè)探傷還是依靠人工進(jìn)行檢測(cè)，操作極為不方便，而且覆蓋面不全，檢測(cè)質(zhì)量低下，效率更低。而且對(duì)于一些小內(nèi)徑的管材來說，檢測(cè)尤為不便，沒有小的工具能夠進(jìn)入管材內(nèi)部進(jìn)行檢測(cè)。因此，研發(fā)一臺(tái)智能化自動(dòng)探傷檢測(cè)設(shè)備對(duì)我國(guó)重型工業(yè)的發(fā)展意義深遠(yuǎn)。本文主要研究并提出一套全自動(dòng)化的智能探傷設(shè)備的設(shè)計(jì)方案及應(yīng)用研究，通過PLC進(jìn)行控制，旋轉(zhuǎn)分度部件、支撐部件、X射線移動(dòng)部件、取放膠片部件、輸送膠片頂起部件、數(shù)字標(biāo)簽像質(zhì)計(jì)擺放部件等六大部分協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了管焊縫探傷的高效率、高質(zhì)量，而且提高了安全系數(shù)，并基于3D打印技術(shù)以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的和理性與有效性。

關(guān)鍵詞：智能;柱焊縫;X射線;探傷;裝置

中圖分類號(hào)：TG441.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??文章編號(hào)：1671-2064（2019）16-0000-00

0 引言

目前國(guó)內(nèi)采用的探傷機(jī)大多為電子檢測(cè)，手持設(shè)備，簡(jiǎn)易的工裝工具，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，檢測(cè)質(zhì)量和效率都非常低下。國(guó)內(nèi)對(duì)于需要保留膠片的探傷設(shè)備的研發(fā)暫時(shí)處于空白狀態(tài)。需要保留底片的探傷工藝中，都是依靠人工完成，為了防止膠片在探傷室中曝光，每次只能將一片膠片帶進(jìn)探傷室，經(jīng)過復(fù)雜的工藝流程，最后調(diào)整好X射線機(jī)的位置，走出探傷室，開機(jī)進(jìn)行拍攝，然后以此類推。這樣的探傷工藝存在以下問題：（1）檢測(cè)效率低下，檢測(cè)一條焊縫（需拍攝16次）大約需要90分鐘。（2）靠人工調(diào)整待檢測(cè)件到所要求位置，膠片送至到要求位置均存在較大誤差，影響檢測(cè)質(zhì)量，大約有40%需要重新拍照。（3）操作比較復(fù)雜，對(duì)操作工人操作技術(shù)要求較高。（4）拍攝質(zhì)量在一定程度上依賴于操作人員的責(zé)任心和工作態(tài)度。（5）因需多次往返操作間和控制室，勞動(dòng)強(qiáng)度較大。

所以國(guó)內(nèi)外保留膠片探傷檢測(cè)一直是困擾許多廠家的技術(shù)難題。急需探索，尋找研發(fā)一套成熟的智能化探傷檢測(cè)設(shè)備。

1總體設(shè)計(jì)方案

本文基于SolidWorks虛擬樣機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)了一套全自動(dòng)智能化射線探傷檢測(cè)設(shè)備（見圖1），并通過零件的設(shè)計(jì)加工、標(biāo)準(zhǔn)件的選型，制造出原理樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)拍照研究。

全自動(dòng)智能化射線檢測(cè)裝置主要通過PLC進(jìn)行控制，由旋轉(zhuǎn)分度部件、支撐部件、X射線移動(dòng)部件、取放膠片部件、輸送膠片頂起部件、數(shù)字標(biāo)簽像質(zhì)計(jì)擺放部件等六部分組成。通過焊接剛性結(jié)構(gòu)支架和鋼板作為整體承載平臺(tái)，六部分配合工作，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化管材探傷工作。

2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1旋轉(zhuǎn)分度部件

管類零件焊接完成后，需要對(duì)焊縫一周進(jìn)行探傷檢測(cè)，總共需要完成16～18次的拍照，這就需要及其精確地分度，拍照區(qū)域不能疊加過多，也不能出現(xiàn)空缺。

為了實(shí)現(xiàn)上述操作，本文提出設(shè)計(jì)一個(gè)主軸箱，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在主軸的一端安裝有氣動(dòng)卡盤，當(dāng)工件安裝到卡盤上時(shí)，氣動(dòng)卡盤鎖緊，并旋轉(zhuǎn)一周，配合感應(yīng)探頭，找到零件的零點(diǎn)。隨后就按照輸入設(shè)定，每次轉(zhuǎn)過相應(yīng)的角度。

2.2支撐部件

某些設(shè)備的管材相對(duì)體積較大，質(zhì)量大，因此在只靠氣動(dòng)卡盤是無法完成夾裝的。

為了實(shí)現(xiàn)上述操作，本文提出一種手搖式支撐部件，主要依靠雙螺旋絲桿，通過手搖，使得支撐架向中運(yùn)動(dòng)，支撐架上端裝有滾子，從而使放在滾子上的零件向上移動(dòng)，達(dá)到調(diào)節(jié)高度的目的，使之完成與卡盤對(duì)心，同時(shí)也在旋轉(zhuǎn)過程中起到了支撐作用。

2.3X射線移動(dòng)部件

對(duì)零件探傷的方式有很多，本文采用的是X射線探傷機(jī)。一個(gè)零件往往有2～3條焊縫，而且拍照過程中，射線機(jī)的探頭要始終位于零件的正上方，且離零件表面有一定的焦距要求，這就使得X射線機(jī)具備X、Y、Z三個(gè)方向上的移動(dòng)。

為實(shí)現(xiàn)上述操作，本文提出一種三坐標(biāo)可移動(dòng)的X射線機(jī)平臺(tái)。X方向?yàn)橹鬟\(yùn)動(dòng)，主要是對(duì)準(zhǔn)要拍攝的焊縫;Z方向?yàn)楦边\(yùn)動(dòng)，主要用來調(diào)節(jié)焦距;Y方向?yàn)槲⒄{(diào)，使探頭位于零件焊縫的正上方。

2.4自動(dòng)取放膠片部件

在現(xiàn)有的工藝中，膠片都是人工擺放，而且防止曝光，每次只能拿一片膠片進(jìn)入探傷室，這就大大增加了人的負(fù)擔(dān)，而且效率低下。

為解決上述問題，本文提出一種負(fù)壓式自動(dòng)取放膠片部件。該部件主要由兩個(gè)膠片存儲(chǔ)盒（防曝光材料制成），兩個(gè)氣動(dòng)吸爪，三個(gè)絲杠模組構(gòu)成。工作原理為：橫向絲杠模組可以使兩個(gè)氣動(dòng)吸爪同時(shí)左右移動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)到一端時(shí)，一個(gè)吸爪深入膠片盒中，將膠片吸起，放到輸送膠片頭（詳見2.5）上，當(dāng)完成拍照，下次取膠片時(shí)，另外一個(gè)將拍好的膠片同時(shí)吸起，放到指定的膠片盒中。

2.5膠片輸送頂起部件

在拍攝過程中，膠片必須位于管材內(nèi)部，而且需要緊貼于管內(nèi)壁?，F(xiàn)有的工藝是黑布將膠片裹在木棒的一端，人工伸進(jìn)管內(nèi)，因?yàn)橐o貼內(nèi)壁，所以有一定的過盈量，過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

為解決上述問題，本文提出一種膠片輸送頂起部件，輸送機(jī)構(gòu)主要由絲杠模組、輸送桿、連桿頂起機(jī)構(gòu)、支撐輪、推桿電機(jī)組成。由絲杠模組驅(qū)動(dòng)輸送桿進(jìn)入管內(nèi)，到達(dá)指定位置后，推桿電機(jī)拉動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)（裝在輸送桿的前端）張開，將膠片頂起，緊貼于工件內(nèi)壁。

2.6數(shù)字標(biāo)簽像質(zhì)計(jì)擺放部件

在探傷拍照過程中，每張膠片都需要進(jìn)行記錄拍攝位置序號(hào)和零件編碼，這就需要將數(shù)字標(biāo)簽和像質(zhì)計(jì)在拍照之前擺放到焊縫的正上方。

為了解決上述問題，本文提出一種拉帶式數(shù)字標(biāo)簽部件，在部件上集成像質(zhì)計(jì)卡片，采用絲杠模組使該部件上下移動(dòng)，要拍照時(shí)，該部件下降，使標(biāo)簽緊貼于零件的上表面。

3關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)研究

（1）基于3D打印對(duì)膠片殼、連桿頂起部件等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了前期預(yù)實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)能夠良好的完成相應(yīng)的動(dòng)作，能夠達(dá)到我們所要的目標(biāo)要求，說明設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理可靠。（見圖2）

（2）基于氣動(dòng)負(fù)壓部件，選型蝶形吸嘴，對(duì)取放膠片進(jìn)行了預(yù)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，該設(shè)計(jì)以及選型的吸嘴能夠很好地將膠片殼吸附，并人為進(jìn)行甩動(dòng)，并未脫落，能夠達(dá)到實(shí)際要求，說明該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理可靠。（見圖3）

4 結(jié)語

該設(shè)備與現(xiàn)有技術(shù)的相比較，能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)，并能夠根據(jù)輸入零件的型號(hào)自動(dòng)判斷探傷焊縫的數(shù)目、位置以及拍片數(shù)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的智能化。而且在拍完照片后，會(huì)將所有的參數(shù)以表格的形式記錄下來，形成數(shù)據(jù)庫，為后期的檢查提供了極為有利的條件與便利，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化。

該設(shè)備操作簡(jiǎn)單，易上手，效率高，而且在行業(yè)中暫無該設(shè)備，充分體現(xiàn)了設(shè)備的先進(jìn)性。

參考文獻(xiàn)

[1]?曾祥照，羅佩.X射線實(shí)時(shí)成像在焊縫探傷中的應(yīng)用[J].焊接，2000（01）：29-30.

[2] 葉明，孫法遠(yuǎn).管內(nèi)自動(dòng)爬行X射線焊縫探傷機(jī)[J].石油工程建設(shè)，1999（03）：40-42+58.

[3] 徐永波.X射線數(shù)字成像（DR）在天然氣管道焊縫探傷中的研究應(yīng)用[J].化學(xué)工程與裝備，2018（06）：240-241.

收稿日期：2019-06-25

作者簡(jiǎn)介：陳厚龍（1995—），男，漢族，河南信陽人，本科在讀，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)。