一种测试焊接残余应力的自动调节钻孔装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种测试焊接残余应力的自动调节钻孔装置，X向驱动机构包括两个辅助滑块，Y向驱动机构包括一个辅助滑块；固定装置用于将整套钻孔装置固定于待测试焊接残余应力的区域内；两个X向导轨沿X方向相互平行的设置于固定装置之上，X向驱动机构设置于X向导轨之上，Y向驱动机构固定连接在X向驱动机构的两个辅助滑块之上，钻孔总成与Y向驱动机构的辅助滑块连接；X向驱动机构能够在X向导轨上沿着X方向移动，Y向驱动机构能够驱动设置在其上的辅助滑块沿着Y方向移动，钻孔总成能够相对与其连接的辅助滑块在YZ平面内移动。本实用新型克服了现有的钻孔装置需要多次固定、工作量大、效率低的技术缺陷。
【专利说明】
一种测试焊接残余应力的自动调节钻孔装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种钻孔装置，更详细地说是一种用于水轮机转轮焊接残余应力测试的自动调节钻孔装置。
【【背景技术】】
[0002]水轮机转轮通常由上冠、下环和叶片通过焊接工艺制造而成，经过焊接后的金属结构内部存在较大的残余应力，该应力不仅对水轮机转轮的结构工作寿命有直接影响，而且还是诱发转轮叶片裂纹的主要原因之一。因此，水轮机转轮的焊接残余应力测试具有重要的工程实际意义。
[0003]残余应力测试方法众多，通常可分为机械测定法和物理测定法。机械测定法通常是指局部破坏构件，构件内部应力得以释放，通过测量布置在测点的应变片应变得到残余应力的大小，主要有截条法、切铣环槽法、盲孔法等。物理测定法则是指通过物理手段，不对构件进行破坏，通过各种不同方法的相关物理量与残余应力变化的关系测定残余应力的大小，如磁测法、X射线衍射法、超声波法等。水轮机转轮的残余应力测试方法主要有X射线法、电测盲孔法、压痕法等，其中尤以电测盲孔法应用最为广泛和成熟，该方法对构件损伤小、操作简单、精确度高，且该方法已成为现场实测的标准试验方法(详见ASTM E837-99)。
[0004]在实际水轮机转轮残余应力测试中，由于转轮的结构复杂、容易出现应力集中的部位空间较狭窄，现有的电测盲孔法钻孔装置需要一定的操作空间，不能适用于全部转轮焊接位置。并且，每个测点的测试都需要重新固定装置、调整对中，工作量大，效率低。
【【实用新型内容】】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种测试焊接残余应力的自动调节钻孔装置，以解决上述【背景技术】中提出的钻孔装置需要多次固定、工作量大、效率低的技术缺陷。
[0006]为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案:
[0007]—种测试焊接残余应力的自动调节钻孔装置，包括两个X向导轨、固定装置、X向驱动机构、Y向驱动机构以及钻孔总成，所述X向驱动机构包括两个辅助滑块，所述Y向驱动机构包括一个辅助滑块；
[0008]所述固定装置用于将整套所述钻孔装置固定于待测试焊接残余应力的区域内；
[0009]两个所述X向导轨沿X方向相互平行的设置于所述固定装置之上，所述X向驱动机构设置于所述X向导轨之上，所述Y向驱动机构固定连接在所述X向驱动机构的两个辅助滑块之上，所述钻孔总成与所述Y向驱动机构的辅助滑块连接；
[0010 ]所述X向驱动机构能够在所述X向导轨上沿着X方向移动，所述Y向驱动机构能够驱动设置在其上的辅助滑块沿着Y方向移动，所述钻孔总成能够相对与其连接的辅助滑块在YZ平面内移动。
[0011]进一步地，所述X向驱动机构还包括X向电机、传动装置和挡板;所述挡板的数量为四块，每两块所述挡板互为一对，每对所述挡板相互平行的设置在一个所述X向导轨的两端，所述X向电机驱动所述传动装置转动，所述X向电机和所述传动装置均架设在任一对所述挡板上，两个所述辅助滑块均与所述传动装置传动连接，且受所述传动装置的驱动在所述X向导轨上移动。
[0012]更进一步地，所述传动装置包括联轴器和丝杠;所述X向电机通过所述联轴器与所述丝杠传动连接，所述联轴器位于所述挡板的外侧，所述丝杠的一端与所述联轴器连接，所述丝杠的另一端穿过一个所述挡板后通过轴承与另一个所述挡板连接。
[0013]进一步地，所述Y向驱动机构包括挡板、Y向导轨、Y向电机、联轴器和丝杠;所述挡板的数量为两个，两个所述挡板相互平行的分别设置在所述X向驱动机构的辅助滑块上，所述Y向导轨连接两个所述挡板，所述Y向电机通过所述联轴器与所述丝杠连接，所述Y向电机和所述联轴器位于所述挡板的外侧，所述丝杠贯穿两个所述挡板中间开的孔，所述辅助滑块与所述丝杠螺纹过渡配合连接，且所述辅助滑块可在所述Y向导轨上移动。
[0014]更进一步地，所述X向电机和所述Y向电机均为行星减速步进电机。
[0015]进一步地，所述钻孔总成包括中心滑块、钻架、钻具、钻架电机和钻架丝杠;所述中心滑块内部采用直流电机驱动涡轮-蜗杆机构中的蜗杆转动，所述涡轮与所述钻架通过螺栓固定连接，所述钻架上固定连接所述钻架电机，所述钻架电机与所述钻架丝杠连接，所述钻架丝杠与所述钻具螺纹传动连接，所述钻架丝杠转动时可上下提升所述钻具移动。
[0016]需要说明的是，所述钻架丝杠转动带动钻具上下移动以及涡轮-蜗杆旋转的方向组合实现了钻孔总成在YZ平面内转动的效果。所述钻架与所述中心滑块通过螺栓连接，所述钻具固定在所述钻架上，所述钻架电机采用大推力直流电机，提供钻孔所需的持续、平稳推力；直流电机驱动蜗杆转动，蜗杆带动涡轮周向旋转，从而带动与涡轮连接的钻架转动，能够调节到钻具到合适的曲向角度，然后再通过钻架电机驱动钻架丝杠带动与钻架丝杠连接的钻具上下移动，最终到达需要测试焊接残余应力的位置，通过钻架电机对钻具中的钻头(麻花钻头)施压，完成钻孔过程。
[0017]进一步地，所述钻架上还设有窥镜导向套，所述窥镜导向套内设置有窥镜，所述窥镜用于对准需要钻孔的位置。
[0018]更进一步地改进的技术方案是，所述钻具包括钻头，所述窥镜导向套的数量是三个，每个所述窥镜导向套之间相隔90°布置，三个设置在所述窥镜导向套内的所述窥镜的焦点均与所述钻具中的钻头或者钻头的延长线重合。
[0019]进一步地，所述固定装置包括底部支架和电磁吸盘，所述底部支架通过螺栓铰接在所述X向导轨的底端，所述电磁吸盘通过螺栓铰接在所述底部支架的底端。
[0020]更进一步地，每个所述X向导轨的两端分别通过螺栓铰接一个所述底部支架，每个所述底部支架的底端均通过螺栓铰接两个所述电磁吸盘。
[0021]本实用新型的有益效果是:针对水轮机转轮焊缝测试区域曲面的曲率，能够通过调节电磁吸盘的角度，将所述测试焊接残余应力的自动调节钻孔装置固定到水轮机转轮焊缝测试区域的曲面上，适应性更强；且在一次固定后，可通过调节X向驱动机构、Y向驱动机构、中心滑块内的涡轮-蜗杆机构以及钻架电机实现多次精准定位，对测试焊接残余应力的自动调节钻孔装置固定范围内的不同测点位置进行自动调节，完成对中、钻孔，不需要人为操作。根据目前残余应力测试的常规布置，通常每个测试区域在焊缝中心线的垂直线上布置4-5个测点，本装置保证一次安装后即可完成整个测试区域内的全部测点测试，大大提高了工作效率。本实用新型解决了现有技术对水轮机转轮某些空间狭窄部位不能进行残余应力测试的问题，并实现了钻孔过程的自动调节功能，提高效率。
【【附图说明】】
[0022]图1是本实用新型的一个实施例的轴侧图；
[0023]图2是图1的主视不意图；
[0024]图3是图1的俯视不意图；
[0025]图4是钻孔总成的内部结构示意图；
[0026]图5是窥镜导向套的俯视图。
[0027]附图标记说明如下:
[0028]1-X向导轨；2-固定装置;3-X向驱动机构；4-Y向驱动机构；5_钻孔总成；201-底部支架；202-电磁吸盘;301-X向电机;401-Y向导轨;402-Y向电机;501-中心滑块；502-钻架；503-钻具；504-钻架电机；505-钻架丝杠；506-钻头;6-辅助滑块;7-挡板;8-联轴器;9-丝杠;10-窥镜导向套。
【【具体实施方式】】
[0029]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。
[0030]为了便于理解本实用新型，下文将结合说明书附图和实施例对本实用新型做更全面、细致地描述，但本实用新型的保护范围并不限于以下具体的实施例。需要特别说明的是，当某一元件被描述为“与……固定/固定于、与……连接/连接于”另一元件时，它可以是直接固定、连接在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、连接在另一元件上。除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本使用新型的保护范围。
[0031]如图1所示，本实用新型提供了一种测试焊接残余应力的自动调节钻孔装置，包括两个X向导轨1、固定装置2、X向驱动机构3、Y向驱动机构4以及钻孔总成5，所述X向驱动机构3包括两个辅助滑块6，所述Y向驱动机构4包括一个辅助滑块6;
[0032]所述固定装置2用于将整套所述钻孔装置固定于待测试焊接残余应力的区域内；
[0033]两个所述X向导轨I沿X方向相互平行的设置于所述固定装置2之上，所述X向驱动机构3设置于所述X向导轨I之上，所述Y向驱动机构4固定连接在所述X向驱动机构3的两个辅助滑块6之上，所述钻孔总成5与所述Y向驱动机构4的辅助滑块6连接；
[0034]所述X向驱动机构3能够在所述X向导轨I上沿着X方向移动，所述Y向驱动机构4能够驱动设置在其上的辅助滑块6沿着Y方向移动，所述钻孔总成5能够相对与其连接的辅助滑块6在YZ平面内移动。
[0035]所述X向驱动机构3包括X向电机301、传动装置、挡板7以及辅助滑块6;所述挡板7的数量为四块，每两块所述挡板7互为一对，每对所述挡板7相互平行的设置在一个所述X向导轨I的两端，所述X向电机301驱动所述传动装置转动，所述X向电机301和所述传动装置均架设在任一对所述挡板7上，所述辅助滑块6与所述传动装置传动连接，所述传动装置可驱动所述辅助滑块6在X向导轨I上移动。
[0036]所述传动装置包括联轴器8和丝杠9;所述X向电机301通过所述联轴器8与所述丝杠9传动连接，所述联轴器8位于所述挡板7的外侧，所述丝杠9的一端与所述联轴器8连接，所述丝杠9的另一端穿过一个所述挡板7后通过轴承与另一个所述挡板7连接。
[0037]所述Y向驱动机构4包括挡板7、Y向导轨401、Y向电机402、联轴器8、丝杠9和辅助滑块6;所述挡板7的数量为两个，两个所述挡板7相互平行的分别设置在所述X向驱动机构3的辅助滑块6上，所述Y向导轨401连接两个所述挡板7，所述Y向电机402通过所述联轴器8与所述丝杠9连接，所述Y向电机402和所述联轴器8位于所述挡板7的外侧，所述丝杠9穿过两个所述挡板7中间开的孔，所述辅助滑块6与所述丝杠9螺纹过渡配合连接，且所述辅助滑块6可在所述Y向导轨401上移动。
[0038]所述X向电机301以及所述Y向电机402均为行星减速步进电机。
[0039]如图2至图4所示，所述钻孔总成5包括中心滑块501、钻架502、钻具503、钻架电机504和钻架丝杠505;所述中心滑块501内部采用直流电机驱动涡轮-蜗杆机构中的蜗杆转动，所述涡轮与所述钻架502通过螺栓固定连接，所述钻架502上固定连接所述钻架电机504，所述钻架电机504与所述钻架丝杠505连接，所述钻架丝杠505与所述钻具503螺纹传动连接，所述钻架丝杠505转动时可上下提升所述钻具503移动。
[0040]如图2、图3以及图5所示，所述钻架502上还设有窥镜导向套10，所述窥镜导向套10内设置有窥镜，所述窥镜用于对准需要钻孔的位置。所述钻具503包括钻头506，所述窥镜导向套10的数量是三个，每个所述窥镜导向套10之间相隔90°布置，三个设置在所述窥镜导向套10内的所述窥镜的焦点均与所述钻具503中的钻头506或者钻头506的延长线重合。
[0041 ] 如图2和图3所示，所述固定装置2包括底部支架201和电磁吸盘202，所述底部支架201通过螺栓铰接在所述X向导轨I的底端，所述电磁吸盘202通过螺栓铰接在所述底部支架201的底端。每个所述X向导轨I的两端分别通过螺栓铰接一个所述底部支架201，每个所述底部支架201的底端均通过螺栓铰接两个所述电磁吸盘202。
[0042]实施例:
[0043]首先根据测试区域位置，调整各底部支架201及电磁吸盘202的角度，通电后，电磁吸盘202产生吸力，附着于测试表面，锁紧螺栓(用于固定住底部支架201和电磁吸盘202)，使整个钻孔装置调节范围能够覆盖测试区域。
[0044]将窥镜安装在窥镜导向套10中，钻具503夹持钻头506，安装在钻架502上，通过窥镜可在计算机上看到钻具503与测点的位置关系。X向电机和Y向电机分别驱动与其相连接的丝杠9转动，从而带动相应的辅助滑块6在相应的X向导轨或者Y向导轨内，沿着X向和/或Y向移动，Y向的辅助滑块6带动中心滑块501移动，将中心滑块501调节至测点的大致范围内，完成粗调节。
[0045]继续控制钻架电机504驱动钻架丝杠505，带动钻架502沿Z向移动，使钻头506趋近于测点；控制中心滑块内部设置的直流电机(图中未示出)，驱动中心滑块501内的蜗轮-蜗杆机构，使中心滑块501连同钻架502实现角度调节;反复交替调节钻架502的上下移动和角度转动，进行精调，最终完成钻头506与测点的对中。驱动钻具503完成钻孔工作。
[0046]本实用新型不局限于上述最佳实施方式，本领域普通技术人员在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种测试焊接残余应力的自动调节钻孔装置，其特征在于，包括两个X向导轨、固定装置、X向驱动机构、Y向驱动机构以及钻孔总成，所述X向驱动机构包括两个辅助滑块，所述Y向驱动机构包括一个辅助滑块； 所述固定装置用于将整套所述钻孔装置固定于待测试焊接残余应力的区域内； 两个所述X向导轨沿X方向相互平行的设置于所述固定装置之上，所述X向驱动机构设置于所述X向导轨之上，所述Y向驱动机构固定连接在所述X向驱动机构的两个辅助滑块之上，所述钻孔总成与所述Y向驱动机构的辅助滑块连接； 所述X向驱动机构能够在所述X向导轨上沿着X方向移动，所述Y向驱动机构能够驱动设置在其上的辅助滑块沿着Y方向移动，所述钻孔总成能够相对与其连接的辅助滑块在YZ平面内移动。2.根据权利要求1所述的测试焊接残余应力的自动调节钻孔装置，其特征在于，所述X向驱动机构还包括X向电机、传动装置和挡板;所述挡板的数量为四块，每两块所述挡板互为一对，每对所述挡板相互平行的设置在一个所述X向导轨的两端，所述X向电机驱动所述传动装置转动，所述X向电机和所述传动装置均架设在任一对所述挡板上，两个所述辅助滑块均与所述传动装置传动连接，且受所述传动装置的驱动在所述X向导轨上移动。3.根据权利要求2所述的测试焊接残余应力的自动调节钻孔装置，其特征在于，所述传动装置包括联轴器和丝杠;所述X向电机通过所述联轴器与所述丝杠传动连接，所述联轴器位于所述挡板的外侧，所述丝杠的一端与所述联轴器连接，所述丝杠的另一端穿过一个所述挡板后通过轴承与另一个所述挡板连接。4.根据权利要求1所述的测试焊接残余应力的自动调节钻孔装置，其特征在于，所述Y向驱动机构包括挡板、Y向导轨、Y向电机、联轴器和丝杠;所述挡板的数量为两个，两个所述挡板相互平行的分别设置在所述X向驱动机构的辅助滑块上，所述Y向导轨连接两个所述挡板，所述Y向电机通过所述联轴器与所述丝杠连接，所述Y向电机和所述联轴器位于所述挡板的外侧，所述丝杠贯穿两个所述挡板中间开的孔，所述辅助滑块与所述丝杠螺纹过渡配合连接，且所述辅助滑块可在所述Y向导轨上移动。5.根据权利要求2-4任一项所述的测试焊接残余应力的自动调节钻孔装置，其特征在于，所述X向电机和所述Y向电机均为行星减速步进电机。6.根据权利要求1所述的测试焊接残余应力的自动调节钻孔装置，其特征在于，所述钻孔总成包括中心滑块、钻架、钻具、钻架电机和钻架丝杠;所述中心滑块内部采用直流电机驱动涡轮-蜗杆机构中的蜗杆转动，所述涡轮与所述钻架通过螺栓固定连接，所述钻架上固定连接所述钻架电机，所述钻架电机与所述钻架丝杠连接，所述钻架丝杠与所述钻具螺纹传动连接，所述钻架丝杠转动时可上下提升所述钻具移动。7.根据权利要求6所述的测试焊接残余应力的自动调节钻孔装置，其特征在于，所述钻架上还设有窥镜导向套，所述窥镜导向套内设置有窥镜，所述窥镜用于对准需要钻孔的位置。8.根据权利要求7所述的测试焊接残余应力的自动调节钻孔装置，其特征在于，所述钻具包括钻头，所述窥镜导向套的数量是三个，每个所述窥镜导向套之间相隔90°布置，三个设置在所述窥镜导向套内的所述窥镜的焦点均与所述钻具中的钻头或者钻头的延长线重入口 ο9.根据权利要求1所述的测试焊接残余应力的自动调节钻孔装置，其特征在于，所述固定装置包括底部支架和电磁吸盘，所述底部支架通过螺栓铰接在所述X向导轨的底端，所述电磁吸盘通过螺栓铰接在所述底部支架的底端。10.根据权利要求9所述的测试焊接残余应力的自动调节钻孔装置，其特征在于，每个所述X向导轨的两端分别通过螺栓铰接一个所述底部支架，每个所述底部支架的底端均通过螺栓铰接两个所述电磁吸盘。
【文档编号】B23Q3/154GK205496622SQ201620217941
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年3月21日
【发明人】杨跃超, 陈柳, 于纪幸, 任绍成, 姜明利, 李海玲, 李金伟, 孙铭君
【申请人】北京中水科工程总公司