[发明专利]火箭贮箱搅拌摩擦焊缝相控阵超声自动检测系统

说明书

本发明提供的一种火箭贮箱搅拌摩擦焊缝相控阵超声自动检测系统，包括：变位机及被动旋转机构，所述变位机与所述被动旋转机构间隔设置，火箭贮箱连接在所述变位机与所述被动旋转机构之间；旋转导轨，所述被动旋转机构与所述旋转导轨连接；检测导轨，所述检测导轨与所述旋转导轨间隔设置；检测机构，所述检测机构与所述检测导轨连接；总控机构，所述总控机构分别与所述变位机、所述被动旋转机构及所述检测机构通信。与现有技术相比，本发明的有益效果如下：通过六关节机器人和两轴变位机协调控制，配合总控制系统、相控阵超声探头机构实现运载火箭贮箱铝合金全搅拌焊焊缝的相控阵超声自动检测，提高检测效率和自动化水平，为智能化检测奠定基础。

技术领域

本发明属于焊缝无损检测技术领域，具体涉及到一种用于运载火箭贮箱铝合金搅拌摩擦焊缝相控阵超声自动检测装置，它适用于运载火箭贮箱铝合金搅拌摩擦焊焊缝的相控阵超声检测。

背景技术

运载火箭贮箱通常为大直径薄壁铝合金焊接结构，直径约为2250mm～5000mm，焊接区域厚度约为3mm～15mm。运载火箭贮箱通常由箱体、箱底焊接而成；其中，箱体由筒段焊接而成，筒段由壁板焊接而成；贮箱箱底为椭球底结构，由圆环、顶盖、型材框和各种法兰等零件焊接而成，圆环由瓜瓣焊接而成。

运载火箭贮箱通常采用的钨极氩弧焊工艺在焊接质量控制、加工效率和加工成本等方面已无法不能满足运载火箭生产和市场激烈竞争的要求。搅拌摩擦焊是利用轴肩和搅拌头与焊件间的摩擦热使结合面处的金属塑态化形成焊缝的固相焊接方法，具有接头强度高、焊接缺陷少、焊接变形小、易于自动化、不需要填充材料、不需要保护气体、不用去除氧化膜、无飞溅、无烟尘等优点，已广泛应用于航空、航天领域。搅拌摩擦焊接内部缺陷形式主要是孔洞型缺陷、未焊透、夹杂、根部弱连接等具有明显的紧贴、细微、取向复杂的特点，增加了其缺陷无损检测的难度。相控阵超声检测技术是通过控制换能器阵中各阵元的激励(或接收)脉冲的时间延迟，改变由各阵元发射(或接收)声波到达(或来自)物体内某点时的相位关系，达到聚焦和声束偏转的效果，实现声成像的技术。超声检测中常使用聚焦探头以提高超声检测的灵敏度和分辨力，相控阵超声聚焦则可以做到灵活改变焦点位置、焦点尺寸、聚焦深度，在大范围内都能获得最佳的检测灵敏度和分辨力的提高。从90年代起相控阵超声技术主要用于核工业压力容器中喷嘴的检测、低压涡轮部件检测、航空部件、摩擦焊焊缝在内的焊缝的自动检测、混凝土等大型的部件的检测。鉴于运载火箭贮箱搅拌摩擦焊工艺特点和焊缝厚度较小的结构特点，难以采用常规超声检测运载火箭贮箱铝合金搅拌摩擦焊焊缝质量，相控阵超声检测是解决搅拌摩擦焊接内部缺陷的有效方法。

国内外对搅拌摩擦焊接工艺和相控阵超声检测方法开展了大量研究，申请了不少专利，具体分析如下。申请号为CN104267102A名称为“一种超声相控阵检测搅拌摩擦焊焊缝的方法”利用超声相控阵探头对搅拌摩擦焊焊缝进行B扫描、扇扫描和C扫描检测。申请号为CN106198740A名称为“一种核电站主管道焊缝自动化相控阵检测方法”、申请号为CN104597128A名称为“一种适用于汽轮机焊接转子的相控阵超声波无损检测机器人系统”、申请号为CN100424507C名称为“大口径管道环焊缝相控阵超声波自动检测系统”、申请号为201310228869.7名称为“用相控阵超声检测核电站主回路管道焊缝质量的方法”、申请号为201310685223.1名称为“厚壁接管焊缝超声检测装置”、申请号为201320805340.2名称为“一种相控阵超声自动检测装置”等专利利用机械装置、传动机构或者电磁原理将扫查装置固定在旋转体上进行相控阵超声检测。申请号为201120568008.X名称为“用于铝合金搅拌摩擦焊超声相控阵检测的自动扫查装置”借助轨道实现直焊缝的相控阵超声检测。申请号为201010248503.2名称为“焊缝超声检测扫查装置”，都可以夹持超声探头进行检测，但无法固定扫查位置，不能在工件上进行自动检查。申请号为105203637A名称为“检测飞机油箱搅拌摩擦焊缺陷的超声特征成像检测装置”采用水浸超声检测方法实现了飞机油箱焊缝的自动检测。申请号为CN204228664U名称为“一种贮箱搅拌摩擦焊缝在位自动检测装置”将探头连接在搅拌摩擦焊机上，通过搅拌摩擦焊机与贮箱的相对运动实现贮箱搅拌摩擦焊缝在位自动检测。