[发明专利]涡轮转轴焊缝超声波检测系统及方法

说明书

技术领域

本发明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及方法。

背景技术

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。

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

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种涡轮转轴(1)焊缝超声波检测系统及方法，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。

为了达到上述目的，本发明的具体解决方案提供一种涡轮转轴(1)焊缝超声波检测系统，所述涡轮转轴(1)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(1)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(1)的径向发射声波，所述Y轴超声波探头(22)沿涡轮转轴(1)的轴向发射声波，形成焊缝及焊缝周边部位的三维扫描。

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。

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。

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。

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(1)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。

另一方面，本发明还提供一种涡轮转轴(1)焊缝超声波检测方法，所述涡轮转轴(1)包括由电子束焊缝连接的涡轮叶轮(11)和涡轮轴(13)，包括以下步骤：

S1、将涡轮转轴(1)安装到主轴(15)的治具(16)之上，所述治具(16)设置于装填有传播超声波介质的液体的沉浸水槽(14)之内；

S2、主轴(15)开始顺/逆时针旋转；

S3、X轴超声波探头(21)沿涡轮转轴(1)的径向发射纵波，对焊缝及焊缝周边部位进行步进式分层扫描；

S4、Y轴超声波探头(22)沿涡轮转轴(1)的纵向发射纵波，对焊缝及焊缝周边部位进行覆盖扫描；

S5、完成扫描之后，根据将采集到的数据传送到上位机进行判断是否存在缺陷；

S6、检测完成。