张国政

(陕西国防工业职业技术学院 汽车工程学院,陕西 西安 710300)

大数据工业分析是一个检查、清理、转换和数据建模的复合过程,关于大数据分析的研究有很多。如张梦瑶将大数据分析应用到环境的监测领域,通过收集到的大量大气颗粒物,利用数据模型将具有相似性质的颗粒物聚集到一个分组中,以此来判断某地区内主要大气污染物的成分,并根据成分判断污染物可能的来源,为大气污染防治治理提供参考依据[1];徐蔓青将大数据分析应用于交通领域,通过获取到的海量交通数据来比对各个路段的实时交通运行状态,为缓解交通运输状况和人民生产生活提供了有效的帮助[2-4]。

随着工业化进程的不断推进,全自动超声波在线检测技术在海底管线等长距离管道检验中得到了广泛的应用,超声波检测技术检测能力强、效率高、环保性能好等优势明显,在海底管线铺设过程中发挥了重要作用,已成为海底管线铺设检验首选方法之一[5]。LNG储罐内罐目前国内主要采用9%Ni钢制造,该钢种焊接性能要求较高。9Ni钢是一种磁化性较强的材料,在材料加工、运输过程中都可能被磁化。当采用直流电源机焊接时,会导致母材进一步被磁化,产生电弧磁偏吹,无法正常施焊[6]。这也给后续的无损检测增加了难度,加之储罐结构一般都较大,人工检测无法实现,能够实现自动化的无损检测系统是很好的选择[7]。

超声波探伤是应用最广泛的无损探伤方法之一,尤其适合LNG储罐,是轮船焊缝检测的首选检测手段[8]。超声波是一种机械波,只要有振动的介质,就可以进行检测,而且机械波容易控制,易于实现自动化。超声波在线检测技术具有传输距离远、应用材料种类及范围广的优点,常用于火车铁轨、海底管道及一些特种设备的无损检测和探伤,利用特殊材料和超声波技术结合可以用于高温测量和探伤[9]。

目前,在美国、俄罗斯、加拿大等国家的核燃料元件厂均采用超声波探伤方法在线检测焊缝质量,运用超声波成像技术,结合数字化处理手段,将焊缝缺陷,如裂纹、未熔合、夹渣等用二维平面展开成像,记录缺陷的形状和尺寸,自动测量记录,用不同的颜色标示缺陷的类型和性质,智能绘制图像,可以全部实现自动化、智能化,并将检测信息迅速反馈给技术人员,优化焊接工艺过程,进一步提高焊接质量,减少废品率,且检测结果准确可靠[10-14]。经过大量的研究和试验工作,目前,无损检测人员对9Ni钢焊缝的超声检测难点和盲点已有一定的解决方法,为了将经验技术应用于实际的压力容器制造中,经过几年的研究,国内初步形成了关于奥氏体不锈钢焊缝的推荐性标准JB/T4730.3-2005[15]。

1 超声波检测系统总体设计方案

研究发现焊接质量检测时常使用人工手持检测仪检测,人工检测时需要手持仪器不断变换位置,较为消耗体力,所需检测空间要求高,且检测效率低,当被检测的焊接板厚较大时,翻转麻烦,针对以上问题,本文设计研发一种全自动焊缝焊接质量检测系统,该系统不需要人工翻转,检测效率能达到目前传统检测仪器的3倍以上,设计的系统应用范围广,尤其适合海底管道的检测和故障诊断。

本文根据所设计系统的特点和应用场所,提出的总体技术方案为:首先解决超声波检测系统在应用中的情况和存在问题的整理分析,其次完成检测系统的结构设计,设计滑座,并在上面设计调节机构、驱动机构、限位机构、检测机构和控制机构,将大数据技术手段应用于系统进行数据分析和检测调整,最后结合企业生产实际优化并完成结构设计,系统可以利用计算机网络单元进行检测数据采集和分析,以保证检测的精确性和数据的可追溯性(见图1)。

图1 超声波在线检测系统机构关系图

2 超声波检测系统结构设计与实现

本文设计的基于大数据的超声波在线检测系统具体结构如图2所示,包含滑座,滑座上设有:调节机构,调节机构由支撑块、L型滑块、第一连接块、第二连接块组成,支撑块固定连接在滑座顶部左侧,L型滑块与滑座滑动连接,第一连接块与第二连接块分别固定连接在支撑块与L型滑块顶部。驱动机构由螺纹杆、限位支撑块、电机组成,螺纹杆螺纹连接在第二连接块右侧,螺纹杆远离第二连接块的一端贯穿限位支撑块且与电机转轴固定连接,电机与限位支撑块固定连接,限位支撑块固定连接在滑座顶部右侧。第一连接块与第二连接块之间配合设有用于进行焊缝质量检测的检测机构,检测机构由转动件、矩形滑杆、矩形滑筒、伸缩杆、检测仪组成,转动件由圆形板块,转动环块、U型夹块、螺纹栓组成,转动环块内壁上设有环形凸起,圆形板块配合环形凸起设有环形槽,转动环块通过环形凸起与环形槽配合转动连接在圆形板块上,U型夹块固定连接在圆形板块中心,螺纹栓贯穿U型夹块一端且与U型夹块螺纹连接,两组转动件的圆形板块分别与第一连接块与第二连接块固定连接,矩形滑杆一端与靠近第一连接块的一组圆形板块固定连接,矩形滑杆远离第一连接块的一端贯穿另一组圆形板块,矩形滑筒与矩形滑杆滑动连接且位于两组转动件之间,伸缩杆两端分别与检测仪和矩形滑筒固定连接。支撑块与靠近支撑块的一组转动件配合设有用于限制转动件转动的限位机构,限位机构由限位销和复位弹簧组成,转动环块配合限位销设有两组对称的限位槽,限位销贯穿支撑块延伸至限位槽中,复位弹簧两端分别与支撑块和限位销固定连接,限位机构如图3所示。

图2 超声波在线检测系统结构示意图

图3 限位机构结构示意图

工作时,启动电机,电机带动螺纹杆转动,螺纹杆转动连接在滑座上的带动L型滑块滑动,使两组转动件的间距改变,当间距合适时,停止电机,使待测焊接板焊缝与检测仪对正后将焊接板两端卡在两组U型夹块间并转动螺纹栓,将焊接板固定,通过伸缩杆调节检测仪高度至合适位置,通过矩形滑筒使检测仪在矩形滑杆上滑动,对焊接质量进行检测,检测焊接块另一侧时,拔动限位销,使限位销远离限位槽,可转动环块,将检测仪位置倒转至焊接板下方,松开限位销,复位弹簧使限位销再次卡入限位槽,系统固定,可对焊接板反面进行检测。

3 超声波检测系统测试结果分析

启动电机检测系统开始工作,电机转动带动螺纹杆转动,螺纹杆转动又带动连接在滑座上的L型滑块滑动,这样两组转动件的间距改变,根据检测工件的实际尺寸,当间距合适时,电机停止转动,使待测工件焊缝与检测仪对正后将焊接板两端卡在两组U型夹块间并转动螺纹栓,将焊接管道固定,通过伸缩杆调节检测仪的高度至合适位置,转动矩形滑筒使检测仪在矩形滑杆上滑动一定距离,对焊接质量进行检测,检测结果通过控制系统显示在电脑上,结果如表1所示。检测管道另一侧时,拔动限位销,使限位销远离限位槽,再转动环块,将检测仪的位置倒转至焊接板下方,限位销松开,复位弹簧可以使限位销再次卡入限位槽,工件被重新固定,可对焊接板反面进行检测,检测后的数据与前面数据由计算机进行汇总,检测结果准确,还可以检测不同厚度的管道焊缝情况。

表1 不同厚度的管道检测结果对比

4 结 论

与现有在线检测系统相比,本文设计的超声波在线检测系统有如下优点:

(1)通过设计的检测系统进行检测,节省人力,提高检测效率,改变了人工检测时需要手持检测仪不断变换位置,较为消耗体力,使检测效率不高的问题。

(2)通过固定板转动检测仪的方式对焊接板两侧进行检测,检测方便,节省时间,检测效率可以达到传统检测仪器的3倍以上。

(3)可以实现全自动在线检测,并且能够进行数据分析,还可以准确定位缺欠位置。

(4)从测试结果可以看到,检测准确且耗时少,可检测不同厚度的管道。