大直径筒体搅拌摩擦焊环缝超声相控阵自动检测装置的制作方法

本发明涉及搅拌摩擦焊焊缝超声相控阵检测领域，具体地，涉及大直径筒体搅拌摩擦焊环缝超声相控阵自动检测装置。

背景技术：

超声相控阵检测技术使用不同形状的多阵元换能器产生和接收超声波束，通过控制换能器阵列中各阵元发射(或接收)脉冲的不同延迟时间，改变声波到达(或来自)物体内某点时的相位关系，实现焦点和声束方向的变化，从而实现超声波的波束扫描、偏转和聚焦，然后采用机械扫描和电子扫描相结合的方法来实现图像成像。超声相控阵检测技术已有近20多年的发展历史，初期主要应用于医疗领域，医学超声成像中用相控阵换能器快速移动声束对被检器官成像，根据得到的二维图像判断器官是否病变。随着电子技术和计算机技术的快速发展，超声相控阵检测技术逐渐应用于工业无损检测，特别是在核工业及航空航天工业等领域，如薄铝板摩擦焊缝热疲劳裂纹的检测。

针对大直径筒体搅拌摩擦焊环缝，目前超声相控阵检测工艺流程如下：1)大直径筒体焊接完后下架，对焊缝内外表面进行打磨，去除焊缝表面影响超声探头耦合和缺陷判定的毛刺、飞边；2)检测人员对焊缝进行手动相控阵超声检测，对超标缺陷进行标记并通知焊接工艺人员；3)对需要补焊的焊缝部位，将大直径筒体重新吊装至焊接工位进行装夹和二次搅拌补焊；4)检测人员对补焊部位进行相控阵超声检测并确认合格。不足的是：不仅工序繁琐、检测效率低，而且长时间操作易出现手臂及视觉疲劳导致探头耦合力不足、缺陷漏检、漏判等情况，使得检测结果的可靠性难以保证。因此，直接将超声相控阵检测探头安装到移动机构上，将移动机构推至待检筒体焊缝下，利用原工位焊接工装实现环缝的转动，进行现场检测和缺陷的及时处理，从而有效避免筒体来回下架场地周转重复装配工序繁琐、效率低的问题，同时解决手动扫查曲面焊缝存在的接触性差、缺陷漏检、漏判等问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种大直径筒体搅拌摩擦焊环缝超声相控阵自动检测装置。

本发明具体通过以下方案实现：

大直径筒体搅拌摩擦焊环缝超声相控阵自动检测装置，包括移动底座、高度可调支撑机构、探头夹持装置、耦合楔块、超声相控阵探头、位移编码器、喷水装置、移动式循环水泵、超声相控阵检测仪、控制计算机；所述高度可调支撑机构与移动底座导向配合用于调节超声相控阵探头上下高度；所述探头夹持装置用于夹持耦合楔块与喷水装置；所述位移编码器与耦合楔块固连，位移编码器的信号输出端与所述超声相控阵检测仪的位移信号输入端相连接，超声相控阵检测仪用于读取位移编码器记录的焊缝平面位置信息；所述喷水装置通过水管与移动式循环水泵连接；所述移动式循环水泵用于为所述超声相控阵探头提供耦合用水，耦合用水喷涂于被检筒体焊缝表面上；所述超声相控阵检测仪输出端与控制计算机输入端相连，控制计算机用于获取、记录超声相控阵探头自动扫查记录的图像信息及位移编码器记录的焊缝平面位置信息，并将二者关联起来，进而获得整条焊缝的C扫描图像。

优选地，所述高度可调支撑机构包括支撑块、导向滑块、锁紧装置，支撑块与探头夹持装置的连接块采用内六角螺钉连接，导向滑块与移动底座上的滑槽配合用于调节超声相控阵探头上下高度，锁紧装置用于在超声相控阵探头高度调好后固定高度可调支撑机构与移动底座位置。

优选地，所述探头夹持装置包括连接块、卡爪、卡槽，卡爪用于夹持耦合楔块，卡槽用于安装喷水装置。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明提供的大直径筒体搅拌摩擦焊环缝超声相控阵自动检测装置可以准确建立超声相控阵探头自动扫查记录的图像信息及位移编码器记录的焊缝平面位置信息关联关系，方法简单，自动化程度高。

2、本发明提供的大直径筒体搅拌摩擦焊环缝超声相控阵自动检测装置采用“固定角度的探头+线性自动扫查”的方式，利用位置编码器获得整条焊缝的C扫描图像，在整条焊缝扫查结束后进行图像调取和判读，与传统的“大偏转角度探头+锯齿形手动扫查”方式相比，本发明能够确保焊缝内部缺陷全覆盖、无漏检，且检测效率高。

3、本发明提供的大直径筒体搅拌摩擦焊环缝超声相控阵自动检测装置不需要依赖外部仪器和设备，实用性强，适合与多种场合的工业现场应用。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例大直径筒体搅拌摩擦焊环缝超声相控阵自动检测装置工作原理示意图；

图2为本发明实施例大直径筒体搅拌摩擦焊环缝超声相控阵自动检测装置结构示意图；

图3为实施例大直径筒体搅拌摩擦焊环缝超声相控阵自动检测装置中探头与焊缝表面喷水耦合示意图；

图4为实施例大直径筒体搅拌摩擦焊环缝超声相控阵自动检测装置中筒体环缝手动锯齿形及自动线性扫查示意图；

图5为实施例大直径筒体搅拌摩擦焊环缝超声相控阵自动检测装置中手动扫查焊缝内部A扫和S扫图像；

图6实施例大直径筒体搅拌摩擦焊环缝超声相控阵自动检测装置中为自动扫查时焊缝内部A、B、C扫图像。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细说明：以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图2所示，本发明实施例提供了一种大直径筒体搅拌摩擦焊环缝超声相控阵自动检测装置，包括移动底座、高度可调支撑机构、探头夹持装置、耦合楔块、超声相控阵探头、位移编码器、喷水装置、移动式循环水泵、超声相控阵检测仪、控制计算机；移动底座1实现将整个超声相控阵自动检测装置移动到被检筒体下；高度可调支撑机构2调节超声相控阵探头高度，实现探头与焊缝表面耦合接触；探头夹持装置3用于夹持耦合楔块与喷水装置5；超声相控阵探头4的探头端固定在耦合楔块上；位移编码器6与耦合楔块固连，位移编码器的信号输出端与所述超声相控阵检测仪的位移信号输入端相连接；喷水装置5通过水管与移动式循环水泵连接，水泵用于为所述超声相控阵探头提供耦合用水，耦合用水喷涂于被检筒体焊缝表面上；超声相控阵检测仪输出端与控制计算机输入端相连，控制计算机获取、记录检测数据及相应位置信息。

如图1所示，本具体实施工作时，移动超声相控阵自动检测装置2至大直径筒体1的下方，使超声相控阵探头及位移编码器位于环形焊缝正下方，并固定自动检测装置2，调节高度可调支撑机构，使得探头与焊缝表面处于耦合接触状态，并锁紧导向滑块，设置超声相控阵检测仪的检测参数，利用焊接工装实现筒体的转动，对环形焊缝进行检测实施，控制计算机获取和记录检测数据和位置，获得整条焊缝的C扫描图像，最后对扫描图像进行分析和结果判读。

具体包括如下步骤：

S1、人工推动移动底座运动，使超声相控阵探头及位移编码器位于环形焊缝正下方，并固定自动检测装置，调节高度可调支撑机构，使得探头与焊缝表面耦合接触，并锁紧导向滑块；

S2、启动移动式循环水泵，如图3所示，调节压缩弹簧1高度使得喷水装置2喷出的耦合用水适量地附于被检筒体焊缝表面上；

S3、设置超声相控阵检测仪的检测参数，校准超声相控阵检测仪，调节扫查灵敏度；

S4、利用焊接工装实现筒体的转动，如图4所示，对环形焊缝进行线性自动扫查2，控制计算机获取和记录检测数据和位置信息，直至筒体旋转一周，记录下完整焊缝数据；

S5、建立超声相控阵探头自动扫查记录的图像信息及位移编码器记录的焊缝平面位置信息关联关系，获得整条焊缝的C扫描图像，最后对扫描图像进行分析和结果判读。

如图6所示，本实施例进行上述步骤后生成整条焊缝的A、B、C扫图像，图像信息中除包含缺陷幅值、大小、深度等信息外还包括编码器记录的焊缝平面位置信息。而图5所示，采用手动扫查焊缝内部A扫和S扫图像，图像中只包含缺陷的幅值、大小等信息，缺陷在焊缝中的平面位置需要人为结合探头接触点位置进行测量、标记。

本实施例以大直径筒体搅拌摩擦焊环形焊缝超声相控阵自动检测为例，说明了大直径筒体搅拌摩擦焊环缝超声相控阵自动检测装置的组成及工作原理，采用“固定角度的探头+线性自动扫查”的方式，利用位置编码器获得整条焊缝的C扫描图像，在整条焊缝扫查结束后进行图像调取和判读，能够确保焊缝内部缺陷全覆盖、无漏检，且检测效率高，适应于大直径筒体搅拌摩擦焊环缝超声相控阵原工位、高效、自动检测。

此外，本发明提供的装置不需要外部仪器和设备，实用性强，适合与多种场合的工业现场应用。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。