一种用于焊缝检测的探头贴合装置的制作方法

本发明涉及超声波装置无损检验领域，具体涉及一种用于焊缝检测的探头贴合装置。

背景技术：

核电站中的核反应在压力容器内部进行，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，接管与压力容器筒体是分开制造成型，然后在交贯面上通过一圈环形焊缝将两者牢固连接，此处的焊缝为与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。

新型的核电站由于其技术特点，无法从压力容器内部对马鞍面焊缝实施检测，需要设备从筒体外壁对焊缝实施检测；因马鞍面焊缝的空间曲面较为复杂，常见的设备工作方式为设备围绕接管的外圆作圆周运动，将扫查臂携带探头贴合在筒体外壁；随着设备围绕接管外圆作圆周运动，扫查臂及探头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。

因接管直径超过2米且焊缝周围空间较为紧凑，设备围绕水平走向的接管的外圆运动难以通过固定式的整圈导轨实现，目前常见的方式是以磁吸附的爬行小车为载体搭载探头贴合装置对马鞍面焊缝实施超声波检测；而焊缝焊接处材料厚度较厚，根据超声波检验的需求，探头的运动范围需要在焊缝直径方向上延筒体表现运动较长距，而压力容器筒体的直径超过5米，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，若单纯的依靠探头后方的弹簧自适应伸缩来适应这一段落差，则探头的伸缩行程过长，过长的悬臂会造成贴合的不稳定，长距离的弹性伸缩运动自身也存在不可控的情况，所以需要探头贴合装置自身具有较强的距离适应能力，以保证设备运动至水平位置时，探头能有效贴合在焊缝表面。

技术实现要素：

一、目的：

本发明的目的在于提供一种用于大直径马鞍面焊缝检测的探头贴合装置，避免探头的贴合效果因自身过长的弹性伸缩范围而受到影响甚至无法完成焊缝检测。

二、技术方案：

一种用于焊缝检测的探头贴合装置，包括：扫查臂，爬行小车，摆动部件，探头夹持器。爬行小车承载整个探头贴合装置，扫查臂与爬行小车铰接，探头夹持器固定安装在扫查臂上，靠近被检测焊缝一侧；摆臂部件的一端与爬行小车上的交接座b铰接，另一端与扫查臂上的铰接座a铰接；扫查臂、摆动部件与爬行小车相互铰接后形成一个连杆机构；

所述的摆臂部件中的摆动电机模块通过旋转轴a与铰接座b铰接，套筒通过旋转轴b与交接座a铰接；摆动电机模块直接驱动丝杆模块旋转，螺母与套筒连接，当丝杆模块旋转时，螺母及套筒无法旋转，故螺母沿着丝杆模块做直线运动，进而使得摆臂部件自身的长度可以增长或缩短。丝杆模块中使用的丝杆为带自锁功能的丝杆，当摆臂部件的长度调整完成后，不会因为外力的作用而产生长度变化。

所述的扫查臂具体结构包括：轴向驱动电机模块、平行传动副、丝杆、导轨、滑块、螺母座、导轨座、旋转座、铰接座a；导轨座与导轨连接成整体，是扫查臂的基础，轴向驱动电机模块安装在导轨座的背面，通过平行传动副将动力传递到丝杆上；丝杆推动螺母座在滑块的承载下，沿着导轨做直线运动；导轨安装座与旋转座之间可相对摆动，铰接座a安装在导轨的背面。

所述的探头夹持器具体包括：安装座、滑块、导轨、恒力弹簧、弹簧转轴、连接座、摆动轴、摆动座、限位柱、摆动叉、摆动销、限位销、探头框、压紧螺钉；安装座是探头夹持器的基础，和扫查臂上的螺母座连接；滑块共有2个，均安装在安装座上，导轨可在滑块的支撑下自由伸缩滑动；恒力弹簧在弹簧转轴的限制下嵌在安装座中，恒力弹簧的末端通过压紧螺钉与导轨的末端连接；当探头夹持器前端无阻碍时，恒力弹簧收缩，带动导轨向前伸出直到收到阻挡，当探头夹持器与焊缝表面的距离减小时，反作用力将导轨推回，恒力弹簧随之伸长。连接座安装在导轨上；摆动轴安装在连接座上，摆动座可围绕摆动轴旋转，摆动轴后方设置有限位柱，对摆动座的摆动幅度进行限制。

所述的摆动叉安装在摆动座两侧，每个摆动叉前端均安装有摆动销和限位销；探头框在两个摆动销的支撑下可围绕摆动销旋转，限位销可对探头框的转动幅度进行限制。探头框内安装有超声探头，探头框为塑料材质。

三、效果

本发明的效果在于：当检测设备围绕水平接管运动时，可实时调整扫查臂与马鞍面焊缝件的距离，显著减小对探头夹持器自身伸缩范围你的需求，同时使得探头夹持器在沿扫查臂做直线运动时与马鞍面焊缝表面的距离相对固定，无需大范围内伸缩，使得超声探头可以有效贴合在焊缝表面。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是扫查臂的结构示意图；

图3是摆臂部件的结构示意图；

图4是探头夹持器的结构示意图；

图5是本发明的实际安装状态示意图；

图6是本发明实施示意图。

图中1.扫查臂，2.摆臂部件，3.探头夹持器，4.爬行小车，5.压力容器筒体外壁，6.水平接管，7.马鞍面焊缝，1001.轴向驱动电机模块，1002.平行传动副，1003.丝杆，1004.导轨，1005.滑块，1006.螺母座，1007.导轨座，1008.旋转座，1009.铰接座a，2001.摆动电机模块，2002.旋转轴a，2003.丝杆模块，2004.螺母，2005.套筒，2006.旋转轴b，3001.安装座，3002.滑块，3003.导轨，3004.恒力弹簧，3005.弹簧转轴，3006.连接座，3007.摆动轴，3008.摆动座，3009.限位柱，3010.摆动叉，3011.摆动销，3012.限位销，3013.探头框，3014.超声探头，3015.压紧螺钉，4001.铰接座b。

具体实施方式

探头贴合装置由扫查臂、摆臂部件、探头夹持器组成，探头夹持器安装在扫查臂上，扫查臂、摆臂部件均安装在爬行小车上，摆臂部件自身可以伸缩，扫查臂、摆臂部件、爬行小车三者相互铰接，从而形成一个具有摆动功能的连杆机构；探头夹持器在恒力弹簧的驱动下可以在一定的范围内自适应伸缩，超声探头安装在探头夹持器前端的自适应摆动结构里，通过恒力弹簧的压紧以及探头夹持器前端的自适应摆动结构，可让超声探头适应马鞍面的复杂空间曲面并保持贴合；

设备位于水平接管顶端是，设备与焊缝的直线距离最近，此时扫查臂处于竖直状态，探头夹持器略微向前伸缩即可将超声探头与焊缝表面贴合；当设备从水平接管顶端逐渐向水平位置运动时，设备与焊缝表面之间的距离逐渐拉大，此时摆臂部件自身的长度逐渐伸长，推动扫查臂向焊缝方向倾斜，一方面可以在一定程度上弥补爬行小车与焊缝表面增大的距离，另一方面尽可能使得扫查臂与焊缝表面的弧面相切，这样当探头夹持器沿着扫查臂做直线运动时，探头与焊缝表面的距离相对稳定，不会出现明显的变化，有利于探头贴合。

具体实施过程如下：

图1中，探头贴合装置由扫查臂1、摆动部件2、探头夹持器3组成，爬行小车4承载着整个探头贴合装置，扫查臂1与爬行小车4铰接，摆臂部件2的一端与爬行小车4上的交接座b4001铰接，另一端与扫查臂1上的铰接座a1009铰接，扫查臂1、摆动部件2与爬行小车4相互铰接后形成一个连杆机构，当摆动部件2自身长度变长时，扫查臂1向前倾斜，当摆臂部件2自身长度变短时，扫查臂1向后仰。

图2中，导轨座1007与导轨1004连接成整体，是扫查臂1的基础，轴向驱动电机模块1001安装在导轨座1007的背面，通过平行传动副1002将动力传递到丝杆1003上；丝杆1003推动螺母座1006在滑块1005的承载下，沿着导轨1004做直线运动；导轨安装座1007与旋转座1008之间可相对摆动，铰接座a1009安装在导轨1004的背面。

图3中，摆臂部件2中的摆动电机模块2001通过旋转轴a2002与铰接座b4001铰接，套筒2005通过旋转轴b2006与交接座a1009铰接，摆动电机模块2001直接驱动丝杆模块2003旋转，螺母2004与套筒2005连接，当丝杆模块2003旋转时，螺母2004及套筒2005无法旋转，故螺母2003沿着丝杆模块2003做直线运动，进而使得摆臂部件2自身的长度可以增长或缩短，其中，丝杆模块2003中使用的丝杆为带自锁功能的丝杆，当摆臂部件2的长度调整到位后，不会因为外力的作用而产生长度变化。

图4中，安装座3001是探头夹持器3的基础，用于和扫查臂1上的螺母座1006连接，滑块3002安装在安装座3001上，为增大探头夹持器3伸缩的稳定性，布置了2个滑块3002，导轨3003可在滑块3002的支撑下自由伸缩滑动，恒力弹簧3004在弹簧转轴3005的限制下嵌在安装座3001中，恒力弹簧3004的末端通过压紧螺钉3015与导轨3003的末端连接，当探头夹持器3前端无阻碍时，恒力弹簧3004收缩，带动导轨3003向前伸出直到收到阻挡，当探头夹持器3与焊缝表面的距离减小时，反作用力将导轨3003推回，恒力弹簧3004随之伸长；

连接座3006安装在导轨3003上，可随导轨3003一起运动，摆动轴3007安装在连接座3006上，摆动座3008可围绕摆动轴3007旋转，摆动轴3007后方设置有限位柱3009，可对摆动座3008的摆动幅度进行限制，避免摆动座3008的摆动角度过大而使得超声探头3014无法贴合到焊缝表面，两个摆动叉3010安装在摆动座3008两侧，每个摆动叉3010前端均安装有摆动销3011和限位销3012，探头框3013在两个摆动销3011的支撑下可围绕摆动销3011旋转，限位销3012可对探头框3013的转动幅度进行限制，探头框3013内安装有超声探头3014，探头框3013为塑料材质，避免在贴合、摩擦的过程中损伤焊缝表面。

图5中，爬行小车4位于水平接管6的正上方，此时爬行小车4与压力容器筒体外壁6表面的直线距离最近，扫查臂1处于竖直状态，探头加持器3只需要略微伸出一端距离，即可将超声探头3014贴合到马鞍面焊缝7上。

图6为从正上方向下看的视角，图中爬行小车4运动到了水平位置，此时爬行小车4与压力容器筒体外壁5之间的距离显著增加，为弥补这一距离的增加，摆动部件2自身长度伸长，推动扫查臂1向压力容器筒体外壁5倾斜，并且与此处的压力容器筒体外壁5的圆弧大致相切，此时探头夹持器3中的导轨3003在恒力弹簧3004的作用下伸出直到前端的超声探头3014与压力容器筒体外壁5贴合，此时因导轨3003与压力容器筒体外壁5不是严格的垂直关系，有小幅的偏转角，所以摆动座3008此时偏转了一个角度，以适应偏转角，从图中也可以看出，当探头夹持器4在此角度验证扫查臂1做直线运动时，探头夹持器4的伸缩幅度不会出现大幅变化，有利于保持超声探头3014在压力容器筒体外壁5贴合的稳定性。