涡轮转轴焊缝超声波检测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及超声波探伤及检测技术领域，具体涉及一种涡轮转轴焊缝超声波检测系统。
【背景技术】
[0002]涡轮转轴又称涡轮转子，是汽车涡轮的重要组成部分，由涡轮单轴和涡轮头焊接而成。涡轮转轴通常工作于高温高速状态下，工作转速从每分钟几万下到二十万多万转，其制造通常采用电子束焊接工艺，由于涡轮叶轮(11)和转子轴由不同合金材料环焊接，且焊接质量受焊接设备和工艺控制等影响，可能在焊接区域出现气孔、裂纹、未熔合、熔深不足等缺陷，所以需要对焊缝及其热影响区部位进行100%全覆盖的超声波检测。
[0003]现有技术的涡轮转轴超声波检测受工件焊缝位置的制约，一般选择超声波端面回波反射法进行探伤检测，超声波探头垂直于焊缝进行超声波入射，可使检测到的结果更加符合实际缺陷，利于分析判断缺陷产生的原因。但其弊端也十分明显，工件外圆表面及表面浅层位于超声波检测的盲区，如果没有其他技术手段进行补充，无法对工件进行完整的检测。此外，单探头检测通常采用A扫描或B扫描的方式，即采用波形图或二维图形作为探伤结果的输出，并没有对工件缺陷在工件内部水平投影位置的显示，无法直观表现出缺陷在工件内部的埋藏深度。
【发明内容】
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种涡轮转轴(I)焊缝超声波检测系统，针对多规格的转轴而设计，探头与工件无机械接触，不磨损，且保证良好耦合及完整的扫查覆盖率，提供对转轴的A型、B型和C型实时扫描图像的显示、记录、统计和分析。
[0005]为了达到上述目的，本实用新型的具体解决方案提供一种涡轮转轴(I)焊缝超声波检测系统，所述涡轮转轴(I)包括由电子束焊缝连接的涡轮叶轮(11)和涡轮轴(13)，包括沉浸水槽(14)、X轴超声波探头(21)、Y轴超声波探头(22)、X轴步进气缸(32)和主轴
(15)，所述沉浸水槽(14)内装填有传播超声波介质的液体，所述主轴(15)安装于沉浸水槽
(14)之内，包括用以安装涡轮转轴(I)的治具(16)和驱动治具(16)在W轴上进行顺/逆时针旋转的主轴电机(17)，，所述X轴步进气缸(32)与X轴超声波探头(21)连接，所述X轴超声波探头(21)在X轴步进气缸(32)的驱动下沿涡轮转轴(I)的径向发射声波，所述Y轴超声波探头(22)沿涡轮转轴(I)的轴向发射声波，形成焊缝及焊缝周边部位的三维扫描。
[0006]进一步的，所述X轴步进气缸(32)、X轴超声波探头(21)和Y轴超声波探头(22)均安装在超声波探头调节机构(3)上，所述超声波探头调节机构(3)设置于主轴(15)的一侧，还包括Y轴气缸(35)，所述Y轴气缸(35)安装于X轴步进气缸(32)之上，所述Y轴气缸(35)沿Y轴作垂直移动，所述Y轴气缸(35)上安装有探头支架，所述X轴超声波探头
(21)和Y轴超声波探头(22)安装于探头支架之上。
[0007]更进一步的，所述探头支架上还设置有超声波反射体和探头夹具(39)，所述探头夹具(39)与X轴超声波探头(21)和Y轴超声波探头(22)连接，用以调整X轴超声波探头
(21)和Y轴超声波探头(22)的在A轴上的发射角度，所述超声波反射体设置于X轴超声波探头(21)和Y轴超声波探头(22)的发射端之前，用以调整超声波在B轴上的反射角度。
[0008]进一步的，还包括缺陷标记装置(4)，所述缺陷标记装置(4)包括升降装置，支臂
(45)和标记笔(44)，所述升降装置安装于Y轴气缸(35)上，所述支臂一端与升降装置连接，另一端与标记笔(44)连接。
[0009]进一步的，还包括机械臂机构(5)，所述机械臂机构(5)安装于主轴(15)的一侧，包括平行于涡轮转轴(I)的轴向作垂直移动的U轴移动装置和夹具(56)，所述夹具(56)安装于U轴移动装置之上，所述夹具(56)的轴线与主轴(15)的治具(16)位于同一轴线之上。
[0010]本实用新型同现有技术相比，具有以下优点和有益效果:
[0011]1.本实用新型采用双通道超声波探头，分别对涡轮转轴进行径向步进式分层扫描和轴向覆盖扫描，可提供对涡轮转轴的A型、B型和C型实时扫描图像的显示、记录、统计和分析，直观实现了焊缝缺陷在三维坐标中的定位，满足了对工件无机械接触，不磨损，且保证良好耦合及完整的扫查覆盖率的检测要求。
[0012]2.本实用新型的主轴、机械臂机构、超声波探头调节机构、缺陷标记装置多轴联动，可编程控制，保证了操作定位的精确性和稳定性的同时，模块化组装的方式也保证了系统的灵活特性。
[0013]3.针对涡轮转轴的多规格而设计，通过机械、硬件和软件的设计来简化多规格检测的复杂性。
【附图说明】
[0014]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1是本实用新型的双通道超声波探头布局的原理示意图；
[0016]图2是本实用新型实施例的主视图；
[0017]图3是本实用新型实施例的结构示意图；
[0018]图4是本实用新型实施例的局部放大图。
[0019]附图标记说明:
[0020]涡轮转轴(I)涡轮叶轮(11)焊缝(12)涡轮轴(13) X轴超声波探头(21) Y轴超声波探头(22)工作台(13)沉浸水槽(14)主轴(15)治具(16)主轴电机(17)耦合水处理器(18)超声波探头调节机构(3)缺陷标记装置(4)机械臂机构(5)底座
(52)U轴气缸(51) U轴升降杆(53) U轴升降工作台(54)夹具(56)支架(55)夹具(56) X轴导轨(31) X轴步进气缸(32) X轴丝杠(33) X轴滑块(34) Y轴气缸(35)Y轴升降杆(36) Y轴升降工作台(37)超声波探头支架(38)探头夹具(39)支臂气缸
(41)支臂升降杆(42)支臂升降工作台(43)标记笔(44)支臂(45)
【具体实施方式】
[0021 ] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0022]本实用新型的一种涡轮转轴(I)焊缝超声波检测系统，其目的在于通过双探头的布局，达到较完整的扫查覆盖率，使得超声波声束通过射流水耦合入射电子束焊区域，超声波检测仪对接收的发射信号进行超声波数字成像，提供对转轴的A型、B型和C型实时扫描图像的显示、记录、统计和分析。
[0023]图1示出了本实用新型采用双信道超声波探测头检测发动机涡轮转轴(I)的工作原理图。发动机涡轮转轴⑴由电子束焊缝(12)连接的涡轮叶轮(11)与涡轮轴(13)所组成。X轴超声波探头(21)从涡轮转轴(I)的径向入射声波，从水平方向上对焊缝(12)及周边热影响部位形成覆盖；Y轴超声波探头(22)从涡轮转轴(I)的轴向入射声波，从垂直方向上对焊缝(12)及周边热影响区域进行覆盖。
[0024]在检测过程当中，涡轮转轴(I)在W轴上进行顺/逆时针转动，X轴超声波探头
(21)采用步进式主轴电机(17)推进，从径向对焊缝(12)和周边热影响区域进行分层扫描，Y轴超声波探头(22)在轴向对焊缝(12)及其周边区域进行扫描，形成完整的三维扫描覆盖区域。
[0025]图2到图4示出了本实用新型一种涡轮转轴(I)焊缝超声波检测系统的优选实施例，图中涡轮转轴(I)焊缝超声波检测系统包括工作台(13)、沉浸水槽(14)、Χ轴超声波探头(21)、Y轴超声波探头(22)、主轴(15)，超声波探头调节机构(3)、缺陷标记装置(4)和机械臂机构(5)。沉浸水槽(14)安装于工作台(13)上，沉浸水槽(14)为刚性设计，内装填有传播超声波介质的液体。主轴(15)安装于沉浸水槽(14)之内，主轴(15)底部连接有主轴电机(17)，主轴(15)上设置有治具(16)，用以对进行检测的涡轮转轴(I)工件进行安装固定。主轴电机(17)驱动主轴(15)在W轴上带动工件进行水平方向上的顺/逆时针旋转，旋转分度精度可达1/6400。
[0026]优选的，X轴超声波探头(21)和Y轴超声波探头(22)均为射流水耦合探头，沉浸水槽(14)配有耦合水处理器(18)可对介质水进行过滤净化，以保证介质水的耦合。如若检测环境特殊，还可以增加且介质水的温控功能，以适应环境温度变化，保证检测工件的表面状态稳定，使系统达到最佳检测效果。
[0027]机械臂机构(5)安装于主轴(15)的一侧，包括底座(52)、U轴气缸(51)、U轴升降杆(53)、U轴升降工作台(54)、夹具(56)支架(55)和夹具(56)。底座(52)固定于工作台(13)之上、U轴升降杆(53)为两根，分别安装于底座(52)两侧，U轴升降缸顶端设置有U轴气缸(51)，U轴气缸(51)驱动U轴升降杆(53)在垂直方向上进行上下移动。U轴升降工作台(54)分别与两侧的U轴升降杆(53)，跟随U轴升降杆(53)进行上下移动，U轴升降工作台(54)上设置有夹具(56)支架(55)，夹具(56)支架(55)与夹具(56)连接固定。夹具(5