阅读说明：本技术 用于大型环件超声波扫描的尺寸可变环形工作水槽结构 (size-variable annular working water tank structure for ultrasonic scanning of large ring piece ) 是由 张大伟 鱼在池 李健 张琦 赵升吨 于 2019-09-28 设计创作，主要内容包括：一种用于大型环件超声波扫描的尺寸可变环形工作水槽结构,包括内、外壁板件,内、外壁板件竖立安装在底板上,围成内、外两个多边形筒,内壁板件围成的多边形筒的外侧、外壁板件围成的多边形筒的内侧以及底板的上侧,形成了一个上面开口的环形容器空间,大型环件能够放入环形容器空间中,注入水,使大型环件没入水中,使用水浸聚焦探头对大型环件进行探伤作业；内壁板件的同步结构位于内壁板件围成的多边形筒的内侧,外壁板件的同步结构位于外壁板件围成的多边形筒的外侧；本发明减少工作水槽的过剩空间,节省用水量,提高注水效率；同时实现环形工作水槽的容积尺寸可调,适应不同规格与尺寸特征的大型环件的液(水)浸法超声波探伤的要求。(A size-variable annular working water tank structure for ultrasonic scanning of large ring pieces comprises inner and outer wall plates, wherein the inner and outer wall plates are vertically arranged on a bottom plate and form an inner polygonal cylinder and an outer polygonal cylinder, the outer side of the polygonal cylinder formed by the inner wall plates, the inner side of the polygonal cylinder formed by the outer wall plates and the upper side of the bottom plate form an annular container space with an opening on the upper surface, the large ring pieces can be placed in the annular container space, water is injected to immerse the large ring pieces in the water, and a water immersion focusing probe is used for carrying out flaw detection operation on the large ring pieces; the synchronous structure of the inner wall plate is positioned on the inner side of the polygonal cylinder enclosed by the inner wall plate, and the synchronous structure of the outer wall plate is positioned on the outer side of the polygonal cylinder enclosed by the outer wall plate; the invention reduces the excess space of the working water tank, saves water consumption and improves water injection efficiency; meanwhile, the volume size of the annular working water tank can be adjusted, and the ultrasonic flaw detection device meets the requirements of liquid (water) immersion method ultrasonic flaw detection of large rings with different specifications and size characteristics.)

用于大型环件超声波扫描的尺寸可变环形工作水槽结构

技术领域

本发明属于大锻件质量检测技术领域，具体涉及一种用于大型环件超声波扫描的尺寸可变环形工作水槽结构。

背景技术

大型环类零件(直径一般大于5米)在航空、航天、能源、交通等领域使用广泛，这些领域对环类零件的性能有较高的要求。目前，制造大型环类零件的常用技术有环轧等。大型环类零件包括薄壁环件、异型环件、厚壁盘形件等，其在成形过程中常因为坯料材料的内部缺陷而导致成品零件的内部缺陷。对于异型环件来说，在大变形高速轧制过程中，环件不同部分变形不一样，易产生锻造裂纹，因此，针对大型环类零件的探伤是一项重要的工作。

作为一项无损检测技术，超声波扫描常用于探测零件内部缺陷与损伤。在对大型零件进行探伤时，可使用手持式的探头进行扫描，这种方法检测精度低，效率低，扫描轨迹不确定，结果不易分析。因为易于实现自动化的优势，超声波的全没液(水)浸法探伤在零件探伤工作中较为常用，该方法使用水浸聚焦探头进行超声波检测，探头尺寸小，检测频率高，探头不与零件接触，较容易实现探头运动控制。全没液(水)浸法需要将零件浸泡在耦合介质(水)中，对于大型环件来说，需要较大容积的工作水槽。现有的矩形工作水槽尺寸较小，不能满足大型环件的尺寸要求。若在原有工作水槽的基础上增大尺寸以适应大型环件的尺寸要求，这样的工作水槽需要的水量大，水注入时效率较低。大型环件的尺寸变化范围较广，固定尺寸的工作水槽针对不同规格与尺寸特征的大型环件的适应性有限。

发明内容

为了克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种用于大型环件超声波扫描的尺寸可变环形工作水槽结构，实现在预留超声波探头工作空间的前提下，对大型环件的形状进行拟合，减少工作水槽的过剩空间，节省用水量，提高注水效率；同时实现环形工作水槽的容积尺寸可调，适应不同规格与尺寸特征的大型环件的液(水)浸法超声波探伤的要求。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种用于大型环件超声波扫描的尺寸可变环形工作水槽结构，包括：底板、内壁板件及其同步结构、外壁板件及其同步结构，内壁板件、外壁板件竖立安装在底板上，围成内、外两个多边形筒，两个多边形的几何中心重合，且边数均为N，N为偶数且不小于4；内壁板件围成的多边形筒的外侧、外壁板件围成的多边形筒的内侧以及底板的上侧，形成了一个上面开口的环形容器空间，大型环件能够放入环形容器空间中，注入水，使大型环件没入水中，使用水浸聚焦探头对大型环件进行探伤作业；内壁板件的同步结构位于内壁板件围成的多边形筒的内侧，外壁板件的同步结构位于外壁板件围成的多边形筒的外侧。

所述的底板上有N个沿周向分布的放射状导轨，以使内壁板件和外壁板件沿放射状导轨移动。

所述的内壁板件及其同步结构包括内壁板件和内壁板件同步机构；内壁板件包括内壁内板、内壁外板，内壁内板和内壁外板各有N/2个，且结构相同，均由两个夹角为θ的平板构成，θ满足公式(1)：

θ＝180°×(N-2)/N (1)

构成内壁内板的两个平板尺寸相同，高度方向的边长为H，水平方向的边长为L₁，厚度为b；构成内壁外板的两个平板尺寸相同，高度方向的边长为H，水平方向的边长为L₂，厚度为b；内壁内板与内壁外板沿周向交替布置，相邻的内壁内板与内壁外板有一个平板重叠，形成了一个多边形筒，重叠距离记为ΔL_in，0≤ΔL_in＜min(L₁,L₂)；内壁内板、内壁外板的平面结合处内侧均有连接结构，与内壁连接杆相连接；为了使内壁板件组成的多边形边长变化范围最大，且任一内壁板件与其相邻内壁板件的连接结构不干涉，取L₁≤L₂，则多边形边长L_in满足公式(2)：

L_in＝L₁+L₂-ΔL_in (2)

多边形外接圆直径D_in满足公式(3)：

所述的内壁内板、内壁外板的平面结合处底部均有滑块，与放射状导轨配合，使内壁内板、内壁外板沿底板导轨方向移动，改变两个壁板的重叠距离ΔL_in，进而改变多边形外接圆直径D_in。

所述的内壁板件同步机构包括内壁同步杆、内壁连接杆，内壁同步杆与内壁板件通过内壁连接杆相连接，对内壁板件进行位置调整时，内壁同步杆绕中心转动，保证所有的内壁板件移动同步，定义内壁同步杆由内壁同步杆中心到内壁板件的连线到与该内壁板件对应的内壁同步杆所在的直线的方向旋转为正转，当内壁同步杆正转时，D_in减小；当内壁同步杆反转时，D_in增大。

所述的外壁板件及其同步结构包括外壁板件、外壁板件同步机构；外壁板件包括外壁内板、外壁外板，外壁内板和外壁外板各有N/2个，且结构相同，均由两个夹角为θ的平板构成，θ满足公式(1)；构成外壁内板的两个平板尺寸相同，高度方向的边长为H，水平方向的边长为L₃，厚度为b；构成外壁外板的两个平板尺寸相同，高度方向的边长为H，水平方向的边长为L₄，厚度为b；外壁内板与外壁外板沿周向交替布置，相邻的外壁内板与外壁外板有一个平板重叠，形成了一个多边形筒，重叠距离记为ΔL_out，0≤ΔL_out＜min(L₃,L₄)；外壁内板、外壁外板的平面结合处内侧均有连接结构，与外壁连接杆相连接；为了使外壁板件组成的多边形边长变化范围最大，且任一外壁板件与其相邻外壁板件的连接结构不干涉，L₃与L₄的取值相差不大，则多边形边长L_out满足公式(4)：

L_out＝L₃+L₄-ΔL_out (4)

多边形内切圆直径D_out满足：

外壁内板、外壁外板的平面结合处底部均有滑块，与放射状导轨配合，使外壁内板、外壁外板沿放射状导轨方向移动，改变两个外壁壁板的重叠距离ΔL_out，进而改变多边形内切圆直径D_out。

所述的外壁板件同步机构包括外壁同步环、外壁连接杆，外壁同步环与外壁板件通过外壁连接杆相连接，对外壁板件进行位置调整时，外壁同步环绕其中心转动，保证所有的外壁板件移动同步；定义外壁同步环上的某一个连接机构向其对应的外壁板件所在的导轨位置远离时，外壁同步环的旋转方向为正转方向，当外壁同步环正转时，D_out增大；当外壁同步环反转时，D_out减小。

本发明的有益效果为：

使用本发明环形结构，在保证大型环件得到水浸要求的同时，很大程度上减少了环形水槽的容器空间，节省了探伤时的用水量，提高了注水效率。本发明环形结构的内外壁尺寸可分别调整改变，也使得同一水槽结构可适应不同规格、不同尺寸特征的大型环件。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是图2的A处局部放大图。

图4是底板的示意图。

图5是图4的B处局部放大图。

图6是内壁内板(内壁外板)的示意图。

图7是外壁内板(外壁外板)的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来对本发明做详细描述。

参照图1、图2，一种用于大型环件超声波扫描的尺寸可变环形工作水槽结构，包括底板1、内壁板件及其同步结构、外壁板件及其同步结构，内壁板件、外壁板件竖立安装在底板1上，围成内、外两个多边形筒，两个多边形的几何中心重合，多边形筒的边数均为N，N为偶数且不小于4。在本实施例中，N＝8；内壁板件围成的多边形筒的外侧、外壁板件围成的多边形筒的内侧以及底板的上侧，形成了一个上面开口的环形容器空间，大型环件能够放入环形容器空间中，注入水，使大型环件没入水中，然后可以使用水浸聚焦探头对大型环件进行探伤作业；内壁板件的同步结构位于内壁板件围成的多边形筒的内侧，外壁板件的同步结构位于外壁板件围成的多边形筒的外侧。

参照图4和图5，所述的底板1上有N个沿周向分布的放射状导轨101，以使内壁板件和外壁板件沿放射状导轨101移动，在本实施例中，放射状导轨101的个数为8个。

所述的内壁板件及其同步结构包括内壁板件、内壁板件同步机构；内壁板件包括内壁内板6和内壁外板7，内壁内板6和内壁外板7各有N/2个，本实施例中，内壁内板6和内壁外板7各有4个；参照图6，所述的内壁内板6与内壁外板7结构相同，均由两个夹角为θ的平板601(701)、602(702)构成，θ满足公式(1)：

θ＝180°×(N-2)/N (1)

在本实施例中，由N＝8得，θ＝135°；内壁内板6的两个平板尺寸相同，高度方向的边长为H，水平方向的边长为L₁，厚度为b；两个平板所在平面的交线所在的方向的边长为H，与该交线垂直的方向的边长为L₁；内壁外板7的两个平板尺寸相同，高度方向的边长为H，水平方向的边长为L₂，厚度为b，参照图3，内壁内板6与内壁外板7沿周向交替布置，相邻的内壁内板6与内壁外板7有一个平板重叠，形成了一个多边形筒，该重叠距离记为ΔL_in，0≤ΔL_in＜min(L₁,L₂)；内壁内板6、内壁外板7的平面结合处内侧均有连接结构603、703，可与内壁连接杆相连接；一般地，为了使内壁板件组成的多边形边长变化范围最大，且任一内壁板件与其相邻内壁板件的连接结构不干涉，取L₁≤L₂，则多边形边长L_in满足公式(2)：

L_in＝L₁+L₂-ΔL_in (2)

多边形外接圆直径D_in满足(3)：

内壁内板6、内壁外板7的平面结合处底部均有滑块604、滑块704，滑块604、滑块704可与放射状导轨101配合，使内壁内板6、内壁外板7沿放射状导轨101方向移动，改变两个壁板的重叠距离ΔL_in，进而改变多边形外接圆直径D_in。

参照图1与图2，所述的内壁板件同步机构包括内壁同步杆9、内壁连接杆8，内壁同步杆9与内壁板件通过内壁连接杆8连接，对内壁板件进行位置调整时，内壁同步杆9绕中心转动，保证所有的内壁板件移动同步；定义内壁同步杆9由内壁同步杆中心到内壁板件的连线到与该内壁板件对应的内壁同步杆所在的直线的方向旋转为正转，当内壁同步杆9正转时，D_in减小；当内壁同步杆9反转时，D_in增大。

外壁板件及其同步结构包括外壁板件和外壁板件同步机构，外壁板件包括外壁内板2、外壁外板3，外壁内板2和外壁外板3各有N/2个，本实施例中，外壁内板2和外壁外板3各有4个；参照图7，外壁内板2、外壁外板3结构相同，均由两个夹角为θ的平板201(301)、平板202(302)构成，θ满足公式(1)，本实施例中，θ的计算值为135°；外壁内板2的两个平板尺寸相同，高度方向的边长为H，水平方向的边长为L₃，厚度为b；外壁外板3的两个平板尺寸相同，高度方向的边长为H，水平方向的边长为L₄；参照图3，外壁内板2与外壁外板3沿周向交替布置，相邻的外壁内板2与外壁外板3有一个平板重叠，形成了一个多边形筒，该重叠距离记为ΔL_out，0≤ΔL_out＜min(L₃,L₄)，外壁内板2、外壁外板3的平面结合处内侧均有连接结构203、303，与外壁连接杆4连接；一般地，为了使外壁板件组成的多边形边长变化范围最大，且任一外壁板件与其相邻外壁板件的连接结构不干涉，L₃与L₄的取值相差不大，则多边形边长L_out满足公式(4)：

L_out＝L₃+L₄-ΔL_out (4)

多边形内切圆直径D_out满足公式(5)：

外壁内板2、外壁外板3的平面结合处底部均有滑块204、304，均与放射状导轨101配合，使外壁内板2、外壁外板3沿放射状导轨101方向移动，改变两个外壁壁板的重叠距离ΔL_out，进而改变多边形内切圆直径D_out。

所述的外壁板件同步机构包括外壁同步环5、外壁连接杆4，外壁同步环5与外壁板件通过外壁连接杆4连接，对外壁板件进行位置调整时，外壁同步环5绕其中心转动，保证所有的外壁板件移动同步；定义外壁同步环5上的某一个连接机构向其对应的外壁板件所在的导轨位置远离时，外壁同步环5的旋转方向为正转方向，当外壁同步环5正转时，D_out增大；当外壁同步环5反转时，D_out减小。

本发明的工作原理为：

参照图3，在对本发明的尺寸进行调整时，首先测量获得要进行探伤作业的大型环件的最大外径D和最小内径d；然后，考虑到探头的工作空间，环形水槽内壁板件围成的多边形外接圆直径D_in满足公式(6)：

D_in≤d-2ΔD (6)

式中，ΔD为探头的工作空间对应的径向宽度。

同理，环形水槽外壁板件围成的多边形内切圆直径满足公式(7)：

D_out＝D+2ΔD (7)

由公式(1)、(2)、(3)、(6)，得相邻的内壁内板6和内壁外板7的重叠距离ΔL_in；移动内壁板件，使得内壁内板6和内壁外板7的重叠距离满足公式得到的ΔL_in值。

由公式(1)、(4)、(5)、(7)，可得相邻的外壁内板2和外壁外板3的重叠距离ΔL_in，移动外壁板件，使得外壁内板2和外壁外板3的重叠距离满足公式得到的ΔL_out值，调整完成。