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好文抢先看:筒体环焊缝的X射线自动检测
发布:kittyll   时间:2015/8/26 14:55:41   阅读:1316 
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某筒体各筒段采用焊接连接,每个筒有四条环焊缝,需要进行100%X射线检测。现筒体环焊缝使用便携式X射线机,采用双壁单影X射线检测工艺;每条焊缝分八次透照,加上X射线胶片裁剪、分装及暗室处理等,每筒体X射线检测需要约2小时。
 
图1 现有筒体检测图

现筒体环焊缝射线检测工艺存在如下问题:

(1)每条焊缝分八次透照加上X射线胶片 裁剪、分装及暗室处理需要2小时。检测人员劳动强度大、检测速度慢,不能满足型号研制进度要求,焊缝X射线检测已成为该筒体检测进度瓶颈。

(2)现有筒体环焊缝检测工艺受检测设备、场地、检测工装等条件限制,使用双壁单影透照工艺,检测灵敏度相对于单壁单影检测工艺较低。

(3)现有检测工艺检测人员反复操作,容易发生底片标志放置出错或胶片重复曝光或未曝光造成返工现象。

(4)现有检测工艺需要检测人员多次进入曝光室更换底片标志和胶片,完成一条环焊缝检测检测人员需要八次进入曝光室布片,加上取出底片,共需进入曝光室九次,易受室内射线辐射电离空气产生的臭氧伤害。

1 自动检测方案

根据该筒体检测工艺和形状尺寸,为了保证X射线检测灵敏度要求,该筒体环焊缝自动检测系统的检测方式采用单壁单影透照工艺,每条焊缝分8段进行检测,整个检测过程由装置自动顺序完成8次曝光依次成像在一张胶片上。

整套环焊缝X射线自动检测装置由移动平车、升降悬臂、旋转移动平台、屏蔽铅外罩、射线机、射线机光栅及射线机升降架车组成(图2),由人工辅助装片布片,完成对工件的自动拍片检测。所有参与检测轴的驱动都采用步进电机驱动,保证控制的精确度;射线源利用原有的MG165型X射线检测仪,人机交互采用平板电脑控制系统,用户通过它来设定检测数据库、调整运动参数等。
 
  图2 筒体环焊缝X射线自动检测装置示意图

2 自动检测设计  
2.1 机械设计


(1)为了方便工作人员移动和固定平车,移动平车车身整体采用工字钢焊接而成,并设计有车轮和可调支架底座。移动平车全长10600mm,车宽960mm,如图3。
 
图3 车轮与可调支架底座

(2)根据待检筒体的外形尺寸,筒体载物平台采用装载小车设计(图4),通过齿轮与齿条驱动;考虑到小车行程较长,对行走时的左右偏移量要求较高和整体紧凑,所以装载小车通过直线导轨在移动平车上移动,由精密齿条控制小车在导轨上的步进精度,步进精度达到0.8mm。直线导轨全长8000mm,装载小车全长4500mm,宽940mm。
 
图4 装载小车及导轨

(3)旋转平台由两个驱动辊同步旋转,步进电机驱动,如图5。
 
图5 驱动辊图

(4)升降悬臂采用电机——减速机驱动滚珠丝杠旋转使悬臂实现自由升降。悬臂采用直径125mm,全长4250mm的低压流体输送焊接管,如图6所示。
 
图6 升降悬臂图

(5)拍片设备为射线机(利用原有160kV 恒电压X射线机作适当改造)、屏蔽外罩和置片台组成,屏蔽外罩由铝板和3mm厚铅板组成,如图7所示。片子固定在置片台上,悬臂上升弹簧缓冲。筒体每条环缝分段逐次拍片检测,置片台通过导轨进退,进退的尺寸精度达到0.8mm。
 
图7 拍片装置及置片台

对曝光射线的控制采用如图7所示的射线屏蔽装置。屏蔽装置由铅屏蔽外罩和光栅组成,不但有利于控制射线束,避免散射线影响底片,而且便于筒体的装卸。射线机窗口在检测过程中由系统自动控制光栅的打开或关闭,可以减少射线机的高压开关次数,有利于延长射线机的寿命。

整个机械装置通过高速脉冲驱动步进电机,在系统控制信号的协调下完成机械控制要求。

2.2 控制设计

自动检测装置控制核心采用PLC(可编程逻辑控制器)通过一个RS232串口通讯模块负责数据传送,以及若干个数字I/O口进行辅助控制;微型单板计算机系统、悬臂升降电机、悬臂进退电机、筒体旋转电机及x射线机射线窗口屏蔽控制器通过PLC通讯模块的RS-232串口及数字I/O口一起组成通讯网络。检测装置工作时,计算机控制程序根据调用的数据库参数来传输数据及发布控制信号来实现协调控制。

在检测时可通过人机界面进行自动/手动切换,手动时均可调节每轴运动距离,并进行存储。各轴做独立的定位运动,操作者设定各轴的运动距离或运动的角度,在触摸屏显示界面上,对运动的各轴输入有效数值,输入数值后点击开始按钮,工件即可以按照指定的运动距离运动。图8为检测自动衔接控制流程图。
 
图8 检测衔接流程图

2.3 人机交互

筒体环焊缝X射线自动检测装置的人机界面采用平板电脑控制,平板电脑的系统为微软的windows CE移动系统,在该操作系统环境下编程简单,且具备完全图形菜单操作界面。通过控制程序可以设定各种工件检测参数,包括各轴电机的运动参数(速度、位移距离),能够根据检测需要设定多个检测位置,同时能够预置各型号筒体环焊缝的检测参数到数据库中以备调用。工作时,筒体由人工辅助到达检测位置,当操作人员选定型号后,此时PLC根据数据库参数自动进行各部位的拍片检测。自动检测装置的人机交互操作台外观如图9所示。
 
图9 自动检测装置人机交互操作台

3 检测效果
   
系统设计、制造和安装完成后,针对某型号筒类产品环焊逢进行了测试,经过多次试验和大量的数据积累、分析,最后确定此型号筒体四条环焊逢检测参数如表1所列,最后把表1的参数配置到系统控制软件的数据库中,以后只要设置好待检测筒体检测参数到数据库中,系统将会自动从数据库中调用相应的参数完成检测。

表1 某型号筒体环焊缝射线检测参数
管径/mm X 前进步距/mm 53
提升高度/mm 292 曝光时间/s 120秒
行走位置1/mm Y1 行走位置2/mm Y2
置片台位置1/mm 27 置片台位置2/mm 80
置片台位置5/mm 239 置片台位置6/mm 292
旋转角度/(°) 45度 焦距毫米/mm 600
透照电压/ kV 30 透照电流/ mA 10
行走位置3/mm Y3 行走位置4/mm Y4
置片台位置3/mm 133 置片台位置4/mm 186
置片台位置7/mm 345 置片台位置8/mm 398
 
按照表1优化后所定工艺参数,对该型号筒体环焊缝进行实际检测,检测效果为:底片上像指计指数由原来13 (即能显示Φ0.20mm铝金属丝)提高到15(即能显示Φ0.12mm铝金属丝);单条环焊缝的检测时间在35min左右;检测过程胶片消耗成本降低35%;每个筒体节约胶片及胶片处理药液消耗费用200元左右;每条环焊缝检测过程中检测人员进入射线曝光室次数由9次减少到2次。

4 结论

通过改进检测工艺,实现了环焊缝X射线的单壁单影检测工艺,相对原有双壁单影检测工艺,其具有以下优势:

(1)检测灵敏度得到了有效的提高,底片上像质计指数由原来13 (即能显示Φ0.20mm铝金属丝)提高到15(即能显示Φ0.12mm铝金属丝),有效提高了焊缝裂纹等危险性缺陷的检出率。

(2)有效提高了检测效率;目前,单条环焊缝的检测时间在35min左右,相比原有检测工艺检测效率提高三倍以上,解决了筒体环焊缝检测的瓶颈问题。

(3)检测过程胶片消耗成本降低了35%;加上检测人员操作失误等原因造成的重拍等问题,每个筒体节约胶片及胶片处理药液消耗费用200元左右。

(4)避免了检测人员重复操作易发生底片标志放置出错或胶片重复曝光或未曝光造成返工等问题。每条环焊缝检测过程中检测人员进入射线曝光室次数由9次减少到2次,有效降低了检测人员受到射线辐射电离空气引起的臭氧伤害,实现了筒体环焊缝的绿色环保检测。

节选自《无损检测》2015年第8期

本文作者:金翠娥,上海航天精密机械研究所工程师,硕士,主要从事无损检测工艺研究。
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