本發(fā)明涉及金屬焊接領(lǐng)域，具體地，涉及一種管內(nèi)環(huán)焊縫自動(dòng)超聲沖擊裝置，用于改善管道和壓力容器等環(huán)型焊接件的內(nèi)部環(huán)型焊縫的應(yīng)力分布，提高焊接接頭的綜合性能。

背景技術(shù)：

管道和壓力容器等環(huán)型焊接件在焊接過程中會在焊縫處產(chǎn)生粗大晶粒和殘余拉應(yīng)力以及焊縫余高與母材之間形成非弧形過渡傾角從而引起應(yīng)力集中，對于管道和壓力容器而言，殘余拉應(yīng)力對焊接結(jié)構(gòu)是有害的，研究表明殘余拉應(yīng)力和應(yīng)力集中均會導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂紋引起疲勞斷裂，以及應(yīng)力腐蝕開裂等破壞，從而在很大程度降低了焊接件的使用壽命，引起安全隱患。為改善管道和壓力容器等環(huán)型焊接件焊縫的質(zhì)量，有必要焊后對焊接件進(jìn)行細(xì)化晶粒、去除殘余應(yīng)力和降低應(yīng)力集中處理。超聲沖擊技術(shù)作為金屬材料表面強(qiáng)化技術(shù), 其基本原理是利用超聲發(fā)生器產(chǎn)生超聲波, 再通過超聲波換能器前端的沖頭將超聲波的振動(dòng)能量輸入到金屬材料, 在高能量沖擊下作用區(qū)的金屬材料表面溫度極速升高又迅速冷卻, 從而在金屬材料表面產(chǎn)生較大的壓塑性變形和晶粒細(xì)化, 表層金屬組織發(fā)生有益的變化,從而提高金屬件的表面強(qiáng)度和力學(xué)性能。超聲沖擊技術(shù)具有操作簡單、耗能少、效率高、適應(yīng)面廣等優(yōu)點(diǎn), 是金屬材料表面強(qiáng)化的有效方法。

目前，對焊縫表面處理的超聲沖擊設(shè)備基本上都是通過人工握住沖擊槍對焊縫進(jìn)行處理，這樣不僅勞動(dòng)強(qiáng)度高而且生產(chǎn)效率低，再者要對管道內(nèi)部的焊縫通過人工進(jìn)行處理更難，也不方便。目前，中國石油大學(xué)的尹宇、王炳英等人已經(jīng)對管道外環(huán)型焊縫自動(dòng)超聲沖擊裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)并申請了專利，專利號為：CN 103952531 B，然而國內(nèi)有關(guān)對管道內(nèi)部的環(huán)型焊縫自動(dòng)超聲沖擊裝置設(shè)計(jì)還未見有報(bào)道。基于上面的背景，設(shè)計(jì)出針對管道內(nèi)部環(huán)型焊縫的自動(dòng)超聲沖擊裝置對于提高管道和壓力容器等環(huán)型焊接件的焊縫質(zhì)量具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于為了提高管道和壓力容器等環(huán)型焊接件的環(huán)型焊縫質(zhì)量，本發(fā)明提供一種管道內(nèi)環(huán)型焊縫自動(dòng)超聲沖擊裝置，用于消除環(huán)型焊縫處的殘余應(yīng)力，增大焊料與母材之間的過渡傾角從而減小應(yīng)力集中。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種管內(nèi)環(huán)焊縫的超聲沖擊裝置，該裝置包括支撐系統(tǒng)、移動(dòng)系統(tǒng)、沖擊系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、電機(jī)控制系統(tǒng)、照明燈、定位攝像頭、攝像頭控制器；支撐系統(tǒng)通過螺釘與移動(dòng)系統(tǒng)連接；移動(dòng)系統(tǒng)也是通過螺釘與旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)連接；沖擊系統(tǒng)通過螺釘安裝在旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)上；電機(jī)控制系統(tǒng)安裝在移動(dòng)系統(tǒng)中的從動(dòng)輪對安裝的部位；照明燈、定位攝像頭、攝像頭控制器均安裝在旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)上，安裝于與沖擊系統(tǒng)安裝位置的相對另一面上。

支撐系統(tǒng)包括主支撐桿、橋塊、副支撐桿、進(jìn)退圓板、支撐頂柱、固定方板、支撐連接桿、支撐退液導(dǎo)管、支撐液壓泵、液壓支撐伺服電機(jī)、支撐液壓缸、液壓缸支撐連接板、支撐進(jìn)液導(dǎo)管；四根主支撐桿通過螺釘安裝在固定方板上，主支撐桿與副支撐桿是通過兩塊橋塊和螺釘連接在一起，副支撐桿一端連接在橋塊上，副支撐桿另一端通過螺釘連接在進(jìn)退圓板上，進(jìn)退圓板通過螺釘固定在支撐頂柱上，支撐頂柱上的柱身放置在固定方板的孔中，固定方板與支撐液壓缸通過支撐連接桿間接連接在一起，支撐連接桿是通過螺釘與固定方板和支撐液壓缸固定在一起，支撐液壓泵和伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器連接在一起，再經(jīng)螺釘安裝在支撐液壓缸上，支撐退液導(dǎo)管和支撐進(jìn)液導(dǎo)管一端與支撐液壓缸連接，另一端與支撐液壓泵連接，支撐液壓缸通過螺釘固定在液壓缸支撐連接板上；

移動(dòng)系統(tǒng)包括主動(dòng)輪對軸、移動(dòng)伺服電機(jī)、驅(qū)動(dòng)齒輪、主動(dòng)輪對、主動(dòng)置軸體、從動(dòng)齒輪、從動(dòng)輪對、從動(dòng)置軸體、從動(dòng)輪對軸；主動(dòng)輪對軸通過軸承過渡放置在主動(dòng)置軸體的孔內(nèi)，主動(dòng)輪對放置在主動(dòng)輪對軸的兩端，移動(dòng)伺服電機(jī)通過螺釘固定在主動(dòng)置軸體上，驅(qū)動(dòng)齒輪安裝在移動(dòng)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，從動(dòng)齒輪放置在主動(dòng)軸上，從動(dòng)輪對軸通過軸承過渡放置在從動(dòng)置軸體的孔內(nèi)，從動(dòng)輪對放置在從動(dòng)輪對軸的兩端；轉(zhuǎn)子兩端通過主動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸和從動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸過渡連接在移動(dòng)系統(tǒng)中，位于主動(dòng)輪對和從動(dòng)輪對中間。

沖擊系統(tǒng)包括沖擊槍、卡盤、沖擊支撐板、沖擊液壓缸、沖擊進(jìn)液導(dǎo)管、沖擊連接桿、沖擊方形頂柱、沖擊液壓泵、沖擊退液導(dǎo)管、沖擊伺服電機(jī)；

照明定位系統(tǒng)包括照明燈、定位攝像頭、攝像頭控制器；

沖擊液壓缸通過螺釘固定在轉(zhuǎn)子上，沖擊伺服電機(jī)和沖擊液壓泵通過螺釘固定在沖擊液壓缸上，沖擊進(jìn)液導(dǎo)管和沖擊退液導(dǎo)管的一端與沖擊液壓缸連接，沖擊進(jìn)液導(dǎo)管和沖擊退液導(dǎo)管的另一端與沖擊液壓泵連接，沖擊支撐板通過螺釘固定在沖擊方形頂柱上，沖擊方形頂柱的形狀是方形長條，而不是圓的，這使得在沖擊過程中沖擊方形頂柱307不會在液壓缸304中自由轉(zhuǎn)動(dòng)。卡盤是通過沖擊連接桿與沖擊支撐板連接，沖擊連接桿的兩端都是通過螺釘固定在卡盤和沖擊支撐板上，沖擊槍通過卡盤的卡齒固定在卡盤中；

旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)子、旋轉(zhuǎn)從動(dòng)齒輪、過渡矮板、過渡長板、旋轉(zhuǎn)主動(dòng)齒輪、旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)、主動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸、從動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸、軸承、驅(qū)轉(zhuǎn)鍵、連齒鍵。主動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸與從動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸的一端分別放置在轉(zhuǎn)子的兩側(cè)面的孔一中，主動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸的另一端分別通過軸承過渡放置在過渡矮板的孔二內(nèi)，從動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸的一端通過軸承過渡放置在過渡長板的孔內(nèi)，轉(zhuǎn)子經(jīng)過主動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸上的鍵帶動(dòng)，旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)通過螺釘固定在過渡矮板上的螺釘孔一位置，旋轉(zhuǎn)主動(dòng)齒輪放置在旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，旋轉(zhuǎn)從動(dòng)齒輪放置在主動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸上。過渡長板上的螺釘孔二用于螺釘將過渡長板和從動(dòng)置軸體連接為一整體。

主支撐桿的結(jié)構(gòu)為一長條，主支撐桿的一端帶凸齒，這有利于該部位在頂住待沖擊圓桶的內(nèi)壁后，在沖擊的過程中沖擊裝置不移動(dòng)；主支撐桿的另一端帶連接孔三，孔三的作用是待主支撐桿放置在固定方板的凸肩之間后利用螺釘通過孔三和固定方板上的孔四將主支撐桿和固定方板連接在一起，主支撐桿的桿身上有多個(gè)孔五，孔五是用于通過橋塊將主支撐桿和副支撐桿連接起來；其中固定方板上的孔六是用于螺釘將固定方板和支撐連接桿固定在一起。固定方板上的孔七是用于放置支撐頂柱。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：該設(shè)備能夠自動(dòng)對管道和壓力容器等環(huán)型焊接件內(nèi)部的環(huán)型焊縫進(jìn)行超聲沖擊處理，降低焊接殘余應(yīng)力，該善焊接表面的形貌從而降低應(yīng)力集中。在很大程度上提高了對焊接件的焊后處理效率，同時(shí)該裝置的支撐架的張開角度是可以調(diào)節(jié)的，因此可以對不同大小的管徑進(jìn)行處理，用途廣泛。

附圖說明

圖1為本發(fā)明型的總裝結(jié)構(gòu)三維示意圖；

圖2為本發(fā)明型的總裝結(jié)構(gòu)俯視示意圖；

圖3為本發(fā)明型的總裝結(jié)構(gòu)主視示意圖；

圖4為本發(fā)明型的支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明型的支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)側(cè)視示意圖；

圖6為本發(fā)明型的主支撐桿結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明型的固定方板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明型的移動(dòng)系統(tǒng)和部分旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明型的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、沖擊系統(tǒng)及照明定位系統(tǒng)的組合示意圖；

圖10為本發(fā)明型的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)裝備結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為本發(fā)明型的旋轉(zhuǎn)裝置爆炸結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-支撐系統(tǒng)、2-移動(dòng)系統(tǒng)、3-沖擊系統(tǒng)、4-旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、5-電機(jī)控制裝置、6-照明燈、7-定位攝像頭、8-攝像頭控制器、100-主支撐桿、101-橋塊、102-副支撐桿、103-進(jìn)退圓板、104-支撐頂柱、105-固定方板、106-支撐連接桿、107-支撐退液導(dǎo)管、108-支撐液壓泵、109-液壓支撐伺服電機(jī)、110-支撐液壓缸、111-液壓缸支撐連接板、112-支撐進(jìn)液導(dǎo)管、200-主動(dòng)輪對軸、201-移動(dòng)伺服電機(jī)、202-驅(qū)動(dòng)齒輪、203-主動(dòng)輪對、204-主動(dòng)置軸體、205-從動(dòng)齒輪、206-從動(dòng)輪對、207-從動(dòng)置軸體、208-從動(dòng)輪對軸、301-沖擊槍、302-卡盤、303-沖擊支撐板、304-沖擊液壓缸、305-沖擊進(jìn)液導(dǎo)管、306-沖擊連接桿、307-沖擊方形頂柱、308-沖擊液壓泵、309-沖擊退液導(dǎo)管、310-沖擊伺服電機(jī)、400-轉(zhuǎn)子、401-旋轉(zhuǎn)從動(dòng)齒輪、402-過渡矮板、403-過渡長板、404-旋轉(zhuǎn)主動(dòng)齒輪、405-旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)、406-主動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸、407-從動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸、408-軸承、409-驅(qū)轉(zhuǎn)子鍵、410-連齒鍵。

具體實(shí)施方式

如圖1、2、3所示管道內(nèi)環(huán)縫的超聲沖擊裝置主要包括：支撐系統(tǒng)1、移動(dòng)系統(tǒng)2、沖擊系統(tǒng)3、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)4、電機(jī)控制系統(tǒng)5、照明燈6、定位攝像頭7、攝像頭控制器8組成。支撐系統(tǒng)1通過螺釘與移動(dòng)系統(tǒng)2連接；移動(dòng)系統(tǒng)2也是通過螺釘與旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)4連接；沖擊系統(tǒng)3通過螺釘安裝在旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)4上；電機(jī)控制系統(tǒng)5安裝在移動(dòng)系統(tǒng)2中的從動(dòng)輪對安裝的部位；照明燈6、定位攝像頭7、攝像頭控制器8均安裝在旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)4上，安裝于與沖擊系統(tǒng)3安裝位置的相對另一面上。

如圖4、5所示管道內(nèi)環(huán)縫的超聲沖擊裝置的支撐系統(tǒng)主要包括：主支撐桿100、橋塊101、副支撐桿102、進(jìn)退圓板103、支撐頂柱104、固定方板105、支撐連接桿106、支撐退液導(dǎo)管107、支撐液壓泵108、液壓支撐伺服電機(jī)109、支撐液壓缸110、液壓缸支撐連接板111、支撐進(jìn)液導(dǎo)管112；四根主支撐桿100通過螺釘安裝在固定方板105上，主支撐桿100與副支撐桿102是通過兩塊橋塊101和螺釘連接在一起，副支撐桿102一端連接在橋塊101上，另一端通過螺釘連接在進(jìn)退圓板103上，進(jìn)退圓板103通過螺釘固定在支撐頂柱104上，支撐頂柱104上的柱身放置在固定方板105的孔中，固定方板105與支撐液壓缸110通過支撐連接桿106間接連接在一起，支撐連接桿106是通過螺釘與固定方板105和支撐液壓缸110固定在一起，支撐液壓泵108和伺服電機(jī)109通過聯(lián)軸器連接在一起，再經(jīng)螺釘安裝在支撐液壓缸110上，支撐退液導(dǎo)管107和支撐進(jìn)液導(dǎo)管112一端與支撐液壓缸110連接，另一端與支撐液壓泵108連接，支撐液壓缸110通過螺釘固定在液壓缸支撐連接板111上。

如圖6、7所示管道內(nèi)環(huán)縫的超聲沖擊裝置的主支撐桿100和固定方板105零件結(jié)構(gòu)圖，其中主支撐桿100的結(jié)構(gòu)為一長條，主支撐桿100的一端帶凸齒1001，這有利于該部位在頂住待沖擊圓桶的內(nèi)壁后，在沖擊的過程中沖擊裝置不移動(dòng)。主支撐桿100的另一端帶連接孔三1003，孔三1003的作用是待主支撐桿100放置在固定方板105的凸肩1054之間后利用螺釘通過孔三1003和孔四1052將主支撐桿100和固定方板105連接在一起，主支撐桿100的桿身上有多個(gè)孔五1002，孔五1002是用于通過橋塊101將主支撐桿100和副支撐桿102連接起來，設(shè)置多個(gè)孔的目的是根據(jù)待沖擊處理的管道內(nèi)徑調(diào)整橋塊101的安裝位置，從而進(jìn)一步調(diào)整主支撐桿100的張開幅度；其中固定方板105上的孔六1051是用于螺釘將固定方板105和支撐連接桿106固定在一起。固定方板105上的孔七1053是用于放置支撐頂柱104。

如圖8所示管道內(nèi)環(huán)縫的超聲沖擊裝置的移動(dòng)系統(tǒng)主要包括：主動(dòng)輪對軸200、移動(dòng)伺服電機(jī)201、驅(qū)動(dòng)齒輪202、主動(dòng)輪對203、主動(dòng)置軸體204、從動(dòng)齒輪205、從動(dòng)輪對206、從動(dòng)置軸體207、從動(dòng)輪對軸208；主動(dòng)輪對軸200通過軸承過渡放置在主動(dòng)置軸體204的孔內(nèi)，主動(dòng)輪對203放置在主動(dòng)輪對軸200的兩端，移動(dòng)伺服電機(jī)201通過螺釘固定在主動(dòng)置軸體204上，驅(qū)動(dòng)齒輪202安裝在移動(dòng)伺服電機(jī)201的轉(zhuǎn)軸上，從動(dòng)齒輪205放置在主動(dòng)軸200上，從動(dòng)輪對軸208通過軸承過渡放置在從動(dòng)置軸體207的孔內(nèi)，從動(dòng)輪對206放置在從動(dòng)輪對軸208的兩端。

如圖9所示管道內(nèi)環(huán)縫的超聲沖擊裝置的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、沖擊系統(tǒng)和照明定位系統(tǒng)的組合體，其中沖擊系統(tǒng)主要包括：沖擊槍301，卡盤302，沖擊支撐板303，沖擊液壓缸304，沖擊進(jìn)液導(dǎo)管305，沖擊連接桿306，沖擊方形頂柱307，沖擊液壓泵308，沖擊退液導(dǎo)管309，沖擊伺服電機(jī)310；其中照明定位系統(tǒng)主要包括：照明燈6，定位攝像頭7，攝像頭控制器8。沖擊液壓缸304通過螺釘固定在轉(zhuǎn)子400上，沖擊伺服電機(jī)310和沖擊液壓泵308通過螺釘固定在沖擊液壓缸304上，沖擊進(jìn)液導(dǎo)管305和沖擊退液導(dǎo)管309的一端與液壓缸304連接，另一端與沖擊液壓泵308連接，沖擊支撐板303通過螺釘固定在沖擊方形頂柱307上，沖擊方形頂柱307的形狀是正方形長條，卡盤302是通過沖擊連接桿306與沖擊支撐板303連接，沖擊連接桿306的兩端都是通過螺釘固定在卡盤302和沖擊支撐板303上的，沖擊槍301通過卡盤的卡齒固定在卡盤302中。

如圖10、11所示管道內(nèi)環(huán)縫的超聲沖擊裝置的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的裝備圖和爆炸圖主要包括：轉(zhuǎn)子400，旋轉(zhuǎn)從動(dòng)齒輪401，過渡矮板402，過渡長板403，旋轉(zhuǎn)主動(dòng)齒輪404，旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)405，主動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸406，從動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸407，軸承408，驅(qū)轉(zhuǎn)鍵409，連齒鍵410。主動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸406與從動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸407的一端分別放置在轉(zhuǎn)子400的兩側(cè)面的孔一4001中，主動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸406的另一端分別通過軸承408過渡放置在過渡矮板402的孔二4021內(nèi)，從動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸407的一端通過軸承408過渡放置在過渡長板403的孔內(nèi)，轉(zhuǎn)子400經(jīng)過主動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸406上的鍵409帶動(dòng)，旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)405通過螺釘固定在過渡矮板402上的螺釘孔一4022位置，旋轉(zhuǎn)主動(dòng)齒輪404放置在旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)405的轉(zhuǎn)軸上，旋轉(zhuǎn)從動(dòng)齒輪401放置在主動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸406上。過渡長板403上的螺釘孔二4031用于螺釘將過渡長板403和從動(dòng)置軸體207連接為一整體。

管內(nèi)環(huán)縫的超聲沖擊裝置操作方法如下：

（1）根據(jù)待沖擊強(qiáng)化處理的管徑大小，選擇主支撐桿和副支撐桿適當(dāng)?shù)倪B接位置，調(diào)整好主支撐桿的張開幅度，利用卡盤將沖擊槍卡在適當(dāng)?shù)奈恢?。設(shè)置好沖擊電流和沖擊頻率。

（2）將沖擊設(shè)備放在管道口，開啟照明燈和攝像定位器。

（3）開啟移動(dòng)系統(tǒng)中的移動(dòng)伺服電機(jī)，在移動(dòng)伺服電機(jī)的帶動(dòng)下，將沖擊槍移動(dòng)的焊縫的位置。

（4）關(guān)掉移動(dòng)系統(tǒng)中的移動(dòng)伺服電機(jī)，并開啟支撐系統(tǒng)中的兩個(gè)與液壓泵連接的支撐伺服電機(jī)，在液壓的作用下，兩端的支撐系統(tǒng)將整個(gè)沖擊裝置撐起固緊后，關(guān)掉支撐系統(tǒng)的支撐伺服電機(jī)。

（5）開啟沖擊系統(tǒng)中的沖擊伺服電機(jī)，待沖擊槍的槍頭與焊縫接觸并且之間具有一定的壓力后關(guān)掉此沖擊伺服電機(jī)。

（6）打開沖擊槍和旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)，此時(shí)超聲沖擊槍開始對環(huán)型焊縫進(jìn)行超聲沖擊處理。

（7）待一道焊縫沖擊強(qiáng)化處理完后，關(guān)掉旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)，開啟支撐系統(tǒng)中的兩個(gè)與液壓泵連接的支撐伺服電機(jī)讓支撐架收回，待沖擊設(shè)備收回到開始的狀態(tài)時(shí)在開啟移動(dòng)系統(tǒng)中的移動(dòng)伺服電機(jī)使得沖擊裝置移動(dòng)到下一道焊縫處進(jìn)行沖擊處理，當(dāng)整個(gè)沖擊任務(wù)結(jié)束后，最后沖擊裝置在移動(dòng)系統(tǒng)的作用下移出管道。當(dāng)然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。