智能化自動環焊縫X射線拍片檢測裝置關鍵技術研究

陳厚龍 于忠海 崔廣鵬 鄭佳銘 張啟航

摘要：隨著國內重型工業的不斷發展，人們對產品安全也尤為重視。在重機工業中，每一個步驟都顯得尤為重要，工件的檢測也不例外。目前，某些廠商管材的檢測探傷還是依靠人工進行檢測，操作極為不方便，而且覆蓋面不全，檢測質量低下，效率更低。而且對于一些小內徑的管材來說，檢測尤為不便，沒有小的工具能夠進入管材內部進行檢測。因此，研發一臺智能化自動探傷檢測設備對我國重型工業的發展意義深遠。本文主要研究并提出一套全自動化的智能探傷設備的設計方案及應用研究，通過PLC進行控制，旋轉分度部件、支撐部件、X射線移動部件、取放膠片部件、輸送膠片頂起部件、數字標簽像質計擺放部件等六大部分協同工作，實現了管焊縫探傷的高效率、高質量，而且提高了安全系數，并基于3D打印技術以及現場試驗驗證了設計方案的和理性與有效性。

關鍵詞：智能;柱焊縫;X射線;探傷;裝置

中圖分類號：TG441.7文獻標識碼：A??文章編號：1671-2064（2019）16-0000-00

0 引言

目前國內采用的探傷機大多為電子檢測，手持設備，簡易的工裝工具，現場環境復雜，檢測質量和效率都非常低下。國內對于需要保留膠片的探傷設備的研發暫時處于空白狀態。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探傷室，經過復雜的工藝流程，最后調整好X射線機的位置，走出探傷室，開機進行拍攝，然后以此類推。這樣的探傷工藝存在以下問題：（1）檢測效率低下，檢測一條焊縫（需拍攝16次）大約需要90分鐘。（2）靠人工調整待檢測件到所要求位置，膠片送至到要求位置均存在較大誤差，影響檢測質量，大約有40%需要重新拍照。（3）操作比較復雜，對操作工人操作技術要求較高。（4）拍攝質量在一定程度上依賴于操作人員的責任心和工作態度。（5）因需多次往返操作間和控制室，勞動強度較大。

所以國內外保留膠片探傷檢測一直是困擾許多廠家的技術難題。急需探索，尋找研發一套成熟的智能化探傷檢測設備。

1總體設計方案

本文基于SolidWorks虛擬樣機技術，設計開發了一套全自動智能化射線探傷檢測設備（見圖1），并通過零件的設計加工、標準件的選型，制造出原理樣機進行試驗拍照研究。

全自動智能化射線檢測裝置主要通過PLC進行控制，由旋轉分度部件、支撐部件、X射線移動部件、取放膠片部件、輸送膠片頂起部件、數字標簽像質計擺放部件等六部分組成。通過焊接剛性結構支架和鋼板作為整體承載平臺，六部分配合工作，實現了自動化管材探傷工作。

2結構設計

2.1旋轉分度部件

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

為了實現上述操作，本文提出設計一個主軸箱，由伺服電機驅動，在主軸的一端安裝有氣動卡盤，當工件安裝到卡盤上時，氣動卡盤鎖緊，并旋轉一周，配合感應探頭，找到零件的零點。隨后就按照輸入設定，每次轉過相應的角度。

2.2支撐部件

某些設備的管材相對體積較大，質量大，因此在只靠氣動卡盤是無法完成夾裝的。

為了實現上述操作，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，使得支撐架向中運動，支撐架上端裝有滾子，從而使放在滾子上的零件向上移動，達到調節高度的目的，使之完成與卡盤對心，同時也在旋轉過程中起到了支撐作用。

2.3X射線移動部件

對零件探傷的方式有很多，本文采用的是X射線探傷機。一個零件往往有2～3條焊縫，而且拍照過程中，射線機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射線機具備X、Y、Z三個方向上的移動。

為實現上述操作，本文提出一種三坐標可移動的X射線機平臺。X方向為主運動，主要是對準要拍攝的焊縫;Z方向為副運動，主要用來調節焦距;Y方向為微調，使探頭位于零件焊縫的正上方。

2.4自動取放膠片部件

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

為解決上述問題，本文提出一種負壓式自動取放膠片部件。該部件主要由兩個膠片存儲盒（防曝光材料制成），兩個氣動吸爪，三個絲杠模組構成。工作原理為：橫向絲杠模組可以使兩個氣動吸爪同時左右移動，當移動到一端時，一個吸爪深入膠片盒中，將膠片吸起，放到輸送膠片頭（詳見2.5）上，當完成拍照，下次取膠片時，另外一個將拍好的膠片同時吸起，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部，而且需要緊貼于管內壁。現有的工藝是黑布將膠片裹在木棒的一端，人工伸進管內，因為要緊貼內壁，所以有一定的過盈量，過程費時費力。

為解決上述問題，本文提出一種膠片輸送頂起部件，輸送機構主要由絲杠模組、輸送桿、連桿頂起機構、支撐輪、推桿電機組成。由絲杠模組驅動輸送桿進入管內，到達指定位置后，推桿電機拉動連桿機構，連桿機構（裝在輸送桿的前端）張開，將膠片頂起，緊貼于工件內壁。

2.6數字標簽像質計擺放部件

在探傷拍照過程中，每張膠片都需要進行記錄拍攝位置序號和零件編碼，這就需要將數字標簽和像質計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字標簽部件，在部件上集成像質計卡片，采用絲杠模組使該部件上下移動，要拍照時，該部件下降，使標簽緊貼于零件的上表面。

3關鍵技術試驗研究

（1）基于3D打印對膠片殼、連桿頂起部件等關鍵技術進行了前期預實驗，試驗過程中發現該結構能夠良好的完成相應的動作，能夠達到我們所要的目標要求，說明設計結構合理可靠。（見圖2）

（2）基于氣動負壓部件，選型蝶形吸嘴，對取放膠片進行了預實驗，實驗過程中發現，該設計以及選型的吸嘴能夠很好地將膠片殼吸附，并人為進行甩動，并未脫落，能夠達到實際要求，說明該結構設計合理可靠。（見圖3）

4 結語

該設備與現有技術的相比較，能夠實現全自動，并能夠根據輸入零件的型號自動判斷探傷焊縫的數目、位置以及拍片數，實現了設備的智能化。而且在拍完照片后，會將所有的參數以表格的形式記錄下來，形成數據庫，為后期的檢查提供了極為有利的條件與便利，實現了設備的網絡化。

該設備操作簡單，易上手，效率高，而且在行業中暫無該設備，充分體現了設備的先進性。

參考文獻

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

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

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

收稿日期：2019-06-25

作者簡介：陳厚龍（1995—），男，漢族，河南信陽人，本科在讀，研究方向：機械設計。