張國政

(陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程學(xué)院,陜西 西安 710300)

大數(shù)據(jù)工業(yè)分析是一個檢查、清理、轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)建模的復(fù)合過程,關(guān)于大數(shù)據(jù)分析的研究有很多。如張夢瑤將大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用到環(huán)境的監(jiān)測領(lǐng)域,通過收集到的大量大氣顆粒物,利用數(shù)據(jù)模型將具有相似性質(zhì)的顆粒物聚集到一個分組中,以此來判斷某地區(qū)內(nèi)主要大氣污染物的成分,并根據(jù)成分判斷污染物可能的來源,為大氣污染防治治理提供參考依據(jù)[1];徐蔓青將大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用于交通領(lǐng)域,通過獲取到的海量交通數(shù)據(jù)來比對各個路段的實(shí)時交通運(yùn)行狀態(tài),為緩解交通運(yùn)輸狀況和人民生產(chǎn)生活提供了有效的幫助[2-4]。

隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn),全自動超聲波在線檢測技術(shù)在海底管線等長距離管道檢驗(yàn)中得到了廣泛的應(yīng)用,超聲波檢測技術(shù)檢測能力強(qiáng)、效率高、環(huán)保性能好等優(yōu)勢明顯,在海底管線鋪設(shè)過程中發(fā)揮了重要作用,已成為海底管線鋪設(shè)檢驗(yàn)首選方法之一[5]。LNG儲罐內(nèi)罐目前國內(nèi)主要采用9%Ni鋼制造,該鋼種焊接性能要求較高。9Ni鋼是一種磁化性較強(qiáng)的材料,在材料加工、運(yùn)輸過程中都可能被磁化。當(dāng)采用直流電源機(jī)焊接時,會導(dǎo)致母材進(jìn)一步被磁化,產(chǎn)生電弧磁偏吹,無法正常施焊[6]。這也給后續(xù)的無損檢測增加了難度,加之儲罐結(jié)構(gòu)一般都較大,人工檢測無法實(shí)現(xiàn),能夠?qū)崿F(xiàn)自動化的無損檢測系統(tǒng)是很好的選擇[7]。

超聲波探傷是應(yīng)用最廣泛的無損探傷方法之一,尤其適合LNG儲罐,是輪船焊縫檢測的首選檢測手段[8]。超聲波是一種機(jī)械波,只要有振動的介質(zhì),就可以進(jìn)行檢測,而且機(jī)械波容易控制,易于實(shí)現(xiàn)自動化。超聲波在線檢測技術(shù)具有傳輸距離遠(yuǎn)、應(yīng)用材料種類及范圍廣的優(yōu)點(diǎn),常用于火車鐵軌、海底管道及一些特種設(shè)備的無損檢測和探傷,利用特殊材料和超聲波技術(shù)結(jié)合可以用于高溫測量和探傷[9]。

目前,在美國、俄羅斯、加拿大等國家的核燃料元件廠均采用超聲波探傷方法在線檢測焊縫質(zhì)量,運(yùn)用超聲波成像技術(shù),結(jié)合數(shù)字化處理手段,將焊縫缺陷,如裂紋、未熔合、夾渣等用二維平面展開成像,記錄缺陷的形狀和尺寸,自動測量記錄,用不同的顏色標(biāo)示缺陷的類型和性質(zhì),智能繪制圖像,可以全部實(shí)現(xiàn)自動化、智能化,并將檢測信息迅速反饋給技術(shù)人員,優(yōu)化焊接工藝過程,進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量,減少廢品率,且檢測結(jié)果準(zhǔn)確可靠[10-14]。經(jīng)過大量的研究和試驗(yàn)工作,目前,無損檢測人員對9Ni鋼焊縫的超聲檢測難點(diǎn)和盲點(diǎn)已有一定的解決方法,為了將經(jīng)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際的壓力容器制造中,經(jīng)過幾年的研究,國內(nèi)初步形成了關(guān)于奧氏體不銹鋼焊縫的推薦性標(biāo)準(zhǔn)JB/T4730.3-2005[15]。

1 超聲波檢測系統(tǒng)總體設(shè)計方案

研究發(fā)現(xiàn)焊接質(zhì)量檢測時常使用人工手持檢測儀檢測,人工檢測時需要手持儀器不斷變換位置,較為消耗體力,所需檢測空間要求高,且檢測效率低,當(dāng)被檢測的焊接板厚較大時,翻轉(zhuǎn)麻煩,針對以上問題,本文設(shè)計研發(fā)一種全自動焊縫焊接質(zhì)量檢測系統(tǒng),該系統(tǒng)不需要人工翻轉(zhuǎn),檢測效率能達(dá)到目前傳統(tǒng)檢測儀器的3倍以上,設(shè)計的系統(tǒng)應(yīng)用范圍廣,尤其適合海底管道的檢測和故障診斷。

本文根據(jù)所設(shè)計系統(tǒng)的特點(diǎn)和應(yīng)用場所,提出的總體技術(shù)方案為:首先解決超聲波檢測系統(tǒng)在應(yīng)用中的情況和存在問題的整理分析,其次完成檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計,設(shè)計滑座,并在上面設(shè)計調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、限位機(jī)構(gòu)、檢測機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu),將大數(shù)據(jù)技術(shù)手段應(yīng)用于系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和檢測調(diào)整,最后結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際優(yōu)化并完成結(jié)構(gòu)設(shè)計,系統(tǒng)可以利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)單元進(jìn)行檢測數(shù)據(jù)采集和分析,以保證檢測的精確性和數(shù)據(jù)的可追溯性(見圖1)。

圖1 超聲波在線檢測系統(tǒng)機(jī)構(gòu)關(guān)系圖

2 超聲波檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

本文設(shè)計的基于大數(shù)據(jù)的超聲波在線檢測系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)如圖2所示,包含滑座,滑座上設(shè)有:調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由支撐塊、L型滑塊、第一連接塊、第二連接塊組成,支撐塊固定連接在滑座頂部左側(cè),L型滑塊與滑座滑動連接,第一連接塊與第二連接塊分別固定連接在支撐塊與L型滑塊頂部。驅(qū)動機(jī)構(gòu)由螺紋桿、限位支撐塊、電機(jī)組成,螺紋桿螺紋連接在第二連接塊右側(cè),螺紋桿遠(yuǎn)離第二連接塊的一端貫穿限位支撐塊且與電機(jī)轉(zhuǎn)軸固定連接,電機(jī)與限位支撐塊固定連接,限位支撐塊固定連接在滑座頂部右側(cè)。第一連接塊與第二連接塊之間配合設(shè)有用于進(jìn)行焊縫質(zhì)量檢測的檢測機(jī)構(gòu),檢測機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)動件、矩形滑桿、矩形滑筒、伸縮桿、檢測儀組成,轉(zhuǎn)動件由圓形板塊,轉(zhuǎn)動環(huán)塊、U型夾塊、螺紋栓組成,轉(zhuǎn)動環(huán)塊內(nèi)壁上設(shè)有環(huán)形凸起,圓形板塊配合環(huán)形凸起設(shè)有環(huán)形槽,轉(zhuǎn)動環(huán)塊通過環(huán)形凸起與環(huán)形槽配合轉(zhuǎn)動連接在圓形板塊上,U型夾塊固定連接在圓形板塊中心,螺紋栓貫穿U型夾塊一端且與U型夾塊螺紋連接,兩組轉(zhuǎn)動件的圓形板塊分別與第一連接塊與第二連接塊固定連接,矩形滑桿一端與靠近第一連接塊的一組圓形板塊固定連接,矩形滑桿遠(yuǎn)離第一連接塊的一端貫穿另一組圓形板塊,矩形滑筒與矩形滑桿滑動連接且位于兩組轉(zhuǎn)動件之間,伸縮桿兩端分別與檢測儀和矩形滑筒固定連接。支撐塊與靠近支撐塊的一組轉(zhuǎn)動件配合設(shè)有用于限制轉(zhuǎn)動件轉(zhuǎn)動的限位機(jī)構(gòu),限位機(jī)構(gòu)由限位銷和復(fù)位彈簧組成,轉(zhuǎn)動環(huán)塊配合限位銷設(shè)有兩組對稱的限位槽,限位銷貫穿支撐塊延伸至限位槽中,復(fù)位彈簧兩端分別與支撐塊和限位銷固定連接,限位機(jī)構(gòu)如圖3所示。

圖2 超聲波在線檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 限位機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

工作時,啟動電機(jī),電機(jī)帶動螺紋桿轉(zhuǎn)動,螺紋桿轉(zhuǎn)動連接在滑座上的帶動L型滑塊滑動,使兩組轉(zhuǎn)動件的間距改變,當(dāng)間距合適時,停止電機(jī),使待測焊接板焊縫與檢測儀對正后將焊接板兩端卡在兩組U型夾塊間并轉(zhuǎn)動螺紋栓,將焊接板固定,通過伸縮桿調(diào)節(jié)檢測儀高度至合適位置,通過矩形滑筒使檢測儀在矩形滑桿上滑動,對焊接質(zhì)量進(jìn)行檢測,檢測焊接塊另一側(cè)時,拔動限位銷,使限位銷遠(yuǎn)離限位槽,可轉(zhuǎn)動環(huán)塊,將檢測儀位置倒轉(zhuǎn)至焊接板下方,松開限位銷,復(fù)位彈簧使限位銷再次卡入限位槽,系統(tǒng)固定,可對焊接板反面進(jìn)行檢測。

3 超聲波檢測系統(tǒng)測試結(jié)果分析

啟動電機(jī)檢測系統(tǒng)開始工作,電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動螺紋桿轉(zhuǎn)動,螺紋桿轉(zhuǎn)動又帶動連接在滑座上的L型滑塊滑動,這樣兩組轉(zhuǎn)動件的間距改變,根據(jù)檢測工件的實(shí)際尺寸,當(dāng)間距合適時,電機(jī)停止轉(zhuǎn)動,使待測工件焊縫與檢測儀對正后將焊接板兩端卡在兩組U型夾塊間并轉(zhuǎn)動螺紋栓,將焊接管道固定,通過伸縮桿調(diào)節(jié)檢測儀的高度至合適位置,轉(zhuǎn)動矩形滑筒使檢測儀在矩形滑桿上滑動一定距離,對焊接質(zhì)量進(jìn)行檢測,檢測結(jié)果通過控制系統(tǒng)顯示在電腦上,結(jié)果如表1所示。檢測管道另一側(cè)時,拔動限位銷,使限位銷遠(yuǎn)離限位槽,再轉(zhuǎn)動環(huán)塊,將檢測儀的位置倒轉(zhuǎn)至焊接板下方,限位銷松開,復(fù)位彈簧可以使限位銷再次卡入限位槽,工件被重新固定,可對焊接板反面進(jìn)行檢測,檢測后的數(shù)據(jù)與前面數(shù)據(jù)由計算機(jī)進(jìn)行匯總,檢測結(jié)果準(zhǔn)確,還可以檢測不同厚度的管道焊縫情況。

表1 不同厚度的管道檢測結(jié)果對比

4 結(jié) 論

與現(xiàn)有在線檢測系統(tǒng)相比,本文設(shè)計的超聲波在線檢測系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn):

(1)通過設(shè)計的檢測系統(tǒng)進(jìn)行檢測,節(jié)省人力,提高檢測效率,改變了人工檢測時需要手持檢測儀不斷變換位置,較為消耗體力,使檢測效率不高的問題。

(2)通過固定板轉(zhuǎn)動檢測儀的方式對焊接板兩側(cè)進(jìn)行檢測,檢測方便,節(jié)省時間,檢測效率可以達(dá)到傳統(tǒng)檢測儀器的3倍以上。

(3)可以實(shí)現(xiàn)全自動在線檢測,并且能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,還可以準(zhǔn)確定位缺欠位置。

(4)從測試結(jié)果可以看到,檢測準(zhǔn)確且耗時少,可檢測不同厚度的管道。