超长薄壁压力管件焊接质量超声自动检测控制系统研制

发布时间：2020-07-23 05:39

【摘要】：压力容器的焊接质量紧密关系到产品使用的安全性与可靠性,由于超声检测能够对工件焊缝内部的气孔、夹杂、裂纹等缺陷进行快速无损而且精确的检测,能够实现对工件缺陷的定位、定性、评估和诊断,因此其作为常规的无损检测手段之一,在焊接质量检测领域中被广泛应用。然而,在对批量化产品的生产过程中,由于存在着受人为因素影响较大、检测效率低、检测一致性差、误检率高和劳动强度大等问题,使得对其的检测模式正逐步由手工检测提升到自动检测。本文针对超长薄壁压力管件的焊接质量自动检测的工程课题要求,设计完成了一种适用于薄壁、超长压力管件直焊缝缺陷的超声自动检测控制系统。在对国内外薄壁压力容器超声波检测相关技术进行充分分析研究的基础上,根据产品生产情况和工艺要求,设计了超声检测控制系统的总体框架和实现方案;针对管件超长、体积大等问题,设计了管件夹持动力控制系统,实现了上料之后对整体管件的夹紧控制;针对管件直焊缝缺陷疵病检测问题,设计了管件的旋转动力控制系统,实现了对管体直焊缝的找正定位;针对管体壁厚较薄的特点,设计了基于兰姆波的双点聚焦正交探头组、收发一体的超声探头检测工装和运动控制系统,实现了对直焊缝轴向和周向缺陷的正交检测和运动控制;针对工业现场供电不稳定及其干扰等问题,设计了电压变换、功率分配及限流保护的安全控制系统,实现了各动力系统的安全可靠运行;针对检测系统的安全性问题,设计了安全信号检测和安全控制系统,保证了检测系统的安全运行。本系统以PC+PLC为核心,基于Modbus RTU通信协议,通过检测控制指令和工业触摸显示器的人机交互界面可视化设计,完成了对动力驱动、检测运动和安全控制等各系统状态的有效控制,为产品的检测提供了可靠保证。通过对系统的软、硬件测试以及工程应用检验表明,系统的整体性能、功能和稳定性均达到了设计要求,满足了对超长薄壁压力管件焊接质量进行工业自动化检测的工程应用要求,所设计的系统已在厂方流水线作业项目中得到应用。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG441.7;TP273
【图文】：

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中北大学学位论文管件内部的缺陷进行识别定位和分析，这就涉及到了对超声信号探超声信号探伤原理分析主要需要弄清楚超声波的探伤原理、超声波波的探伤原理。探伤原理是利用超声波可以穿透金属材料的特性，当超声波从材料的一个面时候，会在界面的边沿处发生反射，当超声波的波束从零件表面内部时，如果在金属材料的内部碰到缺陷与零件的底面时就会产生荧光屏上形成脉冲反射波形，根据这些脉冲波形就可以用来判断零理图如图 2.1 所示。

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12图 2.3 管件焊接质量检测控制系统架构框图统采用 PC+PLC 结构为控制核心，基于 Modbus RTU 通信协议，通过检测工业触摸显示器的人机交互界面可视化设计，完成了对动力驱动、检测运动等各系统状态的有效控制，为产品的检测提供了可靠保证。动力驱动控制系各组件提供动力，驱动其完成相应的位置调节运动，包括：夹持驱动、探头、检测工装运动驱动。主控系统与通信系统主要用来对相关参数进行实时检录，对伺服电机及系统的工作过程进行控制，可实现设备自动控制运行和人

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图 2.4 PLC 控制结构组成图2.3 系统控制方式与工作流程2.3.1 控制方式与设计步骤综合以上的系统需求与整体架构，充分考虑到系统的功能完善、检测效率和操作人员的安全等因素，将超声检测设备设置为两种控制模式：手动控制、自动控制。(1)手动控制，手动控制模式是指检测员可以根据检测的流程，逐步通过切换控制面板上的按钮来完成对管件的夹紧与检测，因此在控制面板上应该具有完成整套动作流程的所有指令执行的按钮和状态显示。(2) 自动控制，自动控制模式是指检测员可以根据生产效率一步完成超声探伤的检测过程，不需要一步步的通过切换按钮来实现整套检测流程，工件上位卡紧后只需要按下检测按钮即可自动完成探伤检测操作。整体操作过

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