一种焊缝结构检测装置及其检测方法

1.本发明涉及焊缝检测技术领域，具体地说是一种焊缝结构检测装置及其检测方法。


背景技术：

2.焊缝质量检测是指对焊接成果的检测，旨在提高焊接结构的安全性和适用性。传统的无损检测方法采用超声波逐点扫查方法。超声导波检测是一种新型的无损检测方法，只需要有限空间内布置少量传感器即可以获取试件内部缺陷尺寸和位置信息，即可完成大面积检测。
3.现在对钢管的焊缝检测多采用超声波检测方式，通过在外沿利用超声波检测设备，将传感器以圆周的形式布置在具有对接焊缝的钢板上，通过将超声波发送到钢管焊缝中并测量反射的信号来检测任何缺陷或不良区域。
4.然而在城市管道送水的过程中，管道会因为水流压力过大导致出现裂缝，而对于钢管的缝隙处理采用焊接的方式，在多处裂缝焊接完成后，往往需要对焊缝结构检测，一般采用手持探测仪平稳移动的方式，此时探测仪的异常能反馈出异常位置；然而在长时间的手持过程中，难以保持探测仪运动的平稳性，同时由于管道的粗细与长短不一，无法深入管道内部检测，因此内部的焊缝出现结构上的缺陷难以被检测；在针对不同管径的管道进行焊缝探伤时，调节探头直径的步骤也较为繁琐，只能沿固定方向进行平面探测，难以保证其适用性与灵活性。
5.为此，现有技术给出了一些解决方案，如中国发明专利：cn111721837b(公开日：2023-01-10)公开了一种手持式管道焊缝无损检测装置，其通过调整第一半轴和第二半轴的角度以及调整滑块在第一半轴和第二半轴的位置，进而灵活适应于不同管径管道的焊缝检测以及实现平面检测和非平面检测，该发明解决了适应不同管径管道焊缝检测的问题，但未能解决如何探测管道内侧焊缝质量的问题。
6.鉴于此，为了克服上述技术问题，本发明设计了一种焊缝结构检测装置及其检测方法，解决了上述技术问题。


技术实现要素：

7.本发明所要解决的技术问题是：在进行多节管道焊接的过程中，难以兼顾焊缝探伤检测过程中的装置对于管道类型的可适应性与装置探测的精准性。
8.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
9.本发明提供的一种焊缝结构检测装置，包括移动组件、连接轴、清洁组件、驱动件、检测探头和控制组件，所述移动组件设置在管道内并与管道内壁接触，目前国内的管道直径区间在dn15至dn150之间不等，即直径保持区间在21.25mm—159mm之间，因而本技术的移动组件与清洁组件均可以适应该区间内的管道，进而能够实现自发的移动与焊伤探测；所述移动组件分别位于连接轴的两端；
10.所述连接轴包括一号连接轴与二号连接轴，所述二号连接轴表面固定连接有检测探头，所述二号连接轴上固定连接有检测探头，所述检测探头通过电信号反馈图片至终端，进而实现数据记录；该检测探头采用现有技术中的超声波检测探头，通过常规数据分析，钢板的超声波反射率为0.85，而焊丝的反射率为0.65，显然当检测探头反馈的超声波反射率发生变化时，工作人员可以感知其运动的位置以及焊缝的大致长度，探头可以倾斜设置，在进行焊缝检测时，探头会向焊缝中发送超声波信号，然后接收返回的信号，根据信号的强度、时间和其他参数来确定焊缝中是否存在缺陷，以及缺陷的类型和位置。在其中一种检测示例为：焊缝宽度为6mm，深度为3mm，探头的声束角度为45
°
，即表示探头可以检测到位于焊缝中心线两侧45
°
范围内的缺陷。
11.同时，检测探头外侧可包裹有罩体，进而避免本发明整体在移动时损坏检测探头的情况；所述一号连接轴固定安装驱动件，所述驱动件与清洁组件转动连接，所述驱动件用于控制清洁组件变换不同的工作状态，进而实现整体的移动与静止；所述清洁组件固定安装在二号连接轴上，所用清洁组件用于实现清理缝隙处的灰尘，进而减少灰尘对检测探头的影响，所述移动组件用于配合清洁组件实现整体的移动，所述驱动件与检测探头由所述控制组件控制并与所述控制组件通过电连接。
12.优选的，所述清洁组件包括长齿轮、内环齿轮套、连杆、收纳仓、弹性元件、连接板、牵引绳、牵引环和弧形块；所述长齿轮与二号连接轴转动连接，该转动连接可通过二号连接轴与长齿轮表面接触的光滑性实现。
13.然而二号连接轴位于长齿轮左端位置表面粗糙，可增设磨砂凸起或橡胶套以增大摩擦性，钢材磨砂的摩擦系数会受到多种因素的影响，例如表面状况、材质、压力、速度等。本技术采用的钢材磨砂与钢材之间的静摩擦系数为0.4-0.6之间，动摩擦系数在0.3-0.5之间，进而使得长齿轮能够与二号连接轴呈现两种不同的状态：在常规状态下，长齿轮与二号连接轴转动连接，在另一种状态下，长齿轮与二号连接轴同步转动，进而使得长齿轮在转动时能够带动二号连接轴同步转动；所述内环齿轮套内齿与长齿轮外齿啮合，进而使得长齿轮在转动时，内环齿轮套始终也在转动，但内环齿轮套能够相对于长齿轮滑动连接，进而能够提高清洁组件切换工作状态的便捷性；所述内环齿轮套上固定连接有三个以上连杆，所述连杆远离内环齿轮套一端固定连接有空心开口结构的收纳仓，所述收纳仓背离内环齿轮套一侧开口，所述收纳仓开口内底部固定连接有弹性元件，所述弹性元件另一端固定连接有连接板，所述收纳仓开口用以容纳连接板进而实现收纳组装，弹性元件选用2x50(mm)型号的弹簧，进而实现20n左右的预紧力，通过控制弹簧合理材料、环数以及刚度，可以实现对连接板与收纳仓的支撑；收纳仓可以将连接板完全收纳，进而不考虑连接板的结构，仅利用收纳仓自身结构形成风扇造型，进而在转动时能够形成气流，对焊伤缝隙处的杂质进行清理。
14.同时收纳仓也可以不完全收纳连接板，进而收纳仓与连接板的露出端形成“扇叶”，进而利用扇叶的不规则性形成不同的气流，进一步增强焊伤缝隙周围灰尘的流动性。
15.扇叶的弧度和风压风量之间的关系可以用如下公式表示：
16.q＝v
×a17.其中，q为扇叶的风量(m3/s)，v为扇叶的出口风速(m/s)，a为扇叶出口面积(m2)。
18.所述连接板另一端固定连接有弧形块，所述弧形块表面开设有斜槽，用以将清洁
组件的转动转变为直线运动，该斜槽与弧形块的切线形成15-75
°
角，进而使得弧形块的移动速度能够随斜槽角度的不同受到控制，对于管道较长、焊缝较少的管道，其可以通过将斜槽的角度设置在60-75
°
之间，进而提高整体的移动速度，减少焊缝探测时间；而当管道较短、焊缝较多或者精密性要求较高时，将斜槽与弧形块切线的角度控制在15-60
°
之间，进而使得整体装置移动较为缓慢，一方面便于移动组件的及时检测与检测的精准性，另一方面减少检测到后由于惯性向前运动的距离，进而避免整体因速度过快检测探头越过焊缝探伤的情况；所述牵引绳一端贯穿收纳仓并固定连接在连接板底部，所述牵引绳另一端连接有牵引环，所述牵引环固定连接在二号连接轴上，所述牵引环表面转动连接有滑动件，滑动件可为转动片或轴承，进而牵引绳与转动片或轴承外表面固定连接，能够使得连接板在转动时不会受牵引绳的约束进而无法转动，同时也不会发生牵引绳缠绕的问题。
19.优选的，所述移动组件包括第一移动组件和第二移动组件，所述第一移动组件包括第一卡环、第一连接杆、第一伸缩箱、第一伸缩杆、第一移动块，所述第二移动组件包括第二卡环、第二连接杆、第二伸缩箱、第二伸缩杆、第二移动块，所述第一卡环固定连接于一号连接轴的左端，该固定连接方式可以采用榫卯插接或螺丝安装，一号连接轴可以采用8mm直径的不锈钢，其拉伸强度为600mpa，其屈服强度为250mpa，进而能够使得整体在装置内移动时不会因速度过快而发生断裂；所述卡环侧面固定连接有第一连接杆，第一连接杆与卡环表面插接，第一连接杆的数量为三个以上，基于三角形具有稳定性，三个第一连接杆能够使得整体装置在移动时不会发生倾斜或错位；所述第一连接杆另一端固定连接有容纳第一伸缩杆的第一伸缩箱，第一伸缩杆输出端固定连接有第一移动块。
20.所述第二卡环固定连接于二号连接轴的左端，所述第二卡环背离二号连接轴一侧固定连接有第二连接杆，所述第二连接杆另一端固定连接有容纳第二伸缩杆的第二伸缩箱，第二伸缩杆输出端固定连接有第二移动块；第一伸缩箱与第二伸缩箱能够使得第一伸缩杆与第二伸缩杆实现不同长度的展露，进而能够通过控制第一伸缩杆、第二伸缩杆缩紧第一伸缩箱、第二伸缩箱的距离进而调节移动组件对管道的适应性，同时能够使得移动组件能够轻松越过焊缝，进而保证整体焊缝探伤过程的完整性。
21.优选的，所述驱动件包括伸缩元件、电机、连接齿轮、固定环、环形套，所述伸缩元件固定连接在第一连接杆上，所述伸缩元件输出端固定连接有电机，所述电机输出轴固定安装有连接齿轮，所述连接齿轮与长齿轮啮合连接，进而通过控制电机能够实现长齿轮的转动，所述固定环固定安装在伸缩元件上，所述固定环固定连接有环形套，所述环形套还滑动连接在一号连接轴与二号连接轴之间，所述环形套后端内部固定连接有转动件，该转动件可为轴承，即在环形套前端连接一号连接轴、二号连接轴时，能够使得一号连接轴与二号连接轴整体同步运动，而当环形套前端、后端分别连接一号连接轴、二号连接轴时，一号连接轴与二号连接轴之间可以实现相对转动，进而在二号连接轴转动时能够保证一号连接轴始终固定。
22.优选的，所述第一移动块与第二移动块表面固定连接有万向元件，该万向元件可为万向滚珠，用于减少整体向前运动的摩擦阻力，在理想情况下，滚珠和滚道的接触点是滑动摩擦，但是由于万向滚珠的设计可以减少滚动接触时的滑动摩擦，因此摩擦阻力相对较小。一般来说，万向滚珠的摩擦阻力是比较小的，通常在轻载荷和低速度下可以忽略不计。同时为了整体装置的便捷性，第一移动块与第二移动块整体均可为万向轮，进而减少移动
装置向前移动的阻力，使得清洁组件通过横向转动力分力带动自身向前运动时能够更为便捷。
23.优选的，所述弧形块窄的一侧厚度小于弧形块宽的一侧，所述收纳仓厚度偏差等同于弧形块的厚度偏差，进而提高转动时的风力强度；所述收纳仓为厚度不均匀的弧形板状，进而使得弧形块与收纳仓整体呈“扇叶”状；能够在电机的作用下转动时提供风力，而根据扇叶偏折角度的不同，风的流向也不相同，进而当弧形块表面为不规则厚度时，其不会在内部产生离心气流，避免使得焊缝附近的灰尘贴合焊缝，减少灰尘对焊缝探伤过程中的影响。
24.优选的，所述第一移动组件内设置有配重块，配重块主要采用重铁砂、石沙、型砂粘结剂，其可以增加自身重量来保持平衡即可；第一移动组件始终不发生转动，因而第一移动组件表面增设配重块能够使得第一移动组件保持稳定，进而提高第一移动组件的支撑力与移动过程中的稳定性。
25.优选的，所述牵引绳初始状态与牵引环的夹角为0
°‑
30
°
，进而减少伸缩元件所需要的拉力，所述牵引绳采用尼龙材质，当拉伸至3％—6％时，弹性回复率可达100％；能经受上万次折挠而不断裂，因而将牵引绳采用尼龙材质可以提高整体的耐磨性与强度。
26.本技术还提供了一种焊缝结构检测方法，该方法流程如下：
27.s1：工作人员首先选择合适尺寸焊接好的管道，将二号移动组件先放入管道内，随后放入一号移动组件，使得整个装置进入管道中；
28.s2：控制组件控制电机工作，进而带动清洁组件转动，清洁组件在转动的过程中将自身转动转化为直线运动，进而实现移动组件、连接轴与清洁组件的前进；
29.s3：二号移动组件的距离感应器发出信号后，控制组件控制电机停止工作，整体会受惯性影响向前移动一段距离，随后控制组件控制伸缩元件收缩，一号连接轴与二号连接轴形成转动连接，二号连接轴与清洁组件形成固定连接，同时牵引绳收缩，进而使得清洁组件内的连接板向收纳仓移动，进而使得清洁组件脱离与管道的接触，控制电机启动实现对焊缝处的吹风；
30.同时清洁组件转动的同时带动二号连接轴转动，二号连接轴带动检测探头转动，进而实现对焊缝处的环形检测；检测探头将接收的电信号转化为图像或声音，进而反馈至数据终端，进而识别记录焊缝的具体信息；
31.s4：当检测完成后，先关闭电机，控制伸缩杆复原，使得第一连接杆与第二连接杆呈固定连接，同时清洁组件与二号连接轴再次形成转动连接，启动电机实现整体的前进。
32.本发明的有益效果如下：
33.1.本发明的一种焊缝结构检测装置，通过移动组件与清洁组件的配合，能够利用清洁组件自身的转动实现整体装置的前移，再配合超声波检测进而实现在管道内行进探测，对移动组件与清洁组件之间的焊缝结构进行检测，能够提高焊缝检测的精密性。
34.2.本发明的一种焊缝结构检测装置，通过设置清洁组件的两种不同工作状态，进而使得清洁组件在未进行焊缝结构检测时能够提供向前运动的驱动力，而当检测到存在焊缝结构缺陷时其能够转变形态，进而对焊缝表面进行清洁，避免杂质对焊缝结构检测产生影响。
35.3.本发明的一种焊缝结构检测装置，通过第一连接轴与二号连接轴的不同连接方
式，可以实现二号连接轴实现静止或转动，静止时能够实现整体平稳移动，转动时能够使得检测探头对焊缝处全方位探测。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1是本发明的整体结构示意图；
38.图2是本发明的主视图；
39.图3是本发明第一移动组件的示意图；
40.图4是本发明第一移动组件的正视图；
41.图5是本发明第一伸缩箱的剖视图；
42.图6是本发明清洁组件的示意图；
43.图7是本发明清洁组件另一种实施例的主视图；
44.图8是本发明收纳仓的剖视图；
45.图9是本发明驱动件示意图；
46.图10是本发明的方法流程图。
47.图中：1、移动组件；11、第一移动组件；111、第一卡环；112、第一连接杆；113、第一伸缩箱；114、第一伸缩杆；115、第一移动块；12、第二移动组件；121、第二卡环；122、第二连接杆；123、第二伸缩箱；124、第二伸缩杆；125、第二移动块；2、连接轴；21、一号连接轴；22、二号连接轴；3、清洁组件；31、长齿轮；32、内环齿轮套；33、连杆；34、收纳仓；35、弹性元件；36、连接板；37、牵引绳；38、牵引环；39、弧形块；4、驱动件；41、伸缩元件；42、电机；43、连接齿轮；44、固定环；45、环形套；5、检测探头。
具体实施方式
48.为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
49.实施例1：如图1至图2所示，一种焊缝结构检测装置及其检测方法，移动组件1设置在管道内并与管道内壁接触，目前国内的管道直径区间在dn15至dn150之间不等，即直径保持区间在21.25mm—159mm之间，因而本技术的移动组件1与清洁组件3均可以适应该区间内的管道，进而能够实现自发的移动与焊伤探测；移动组件1分别位于连接轴2的两端；连接轴2包括一号连接轴21与二号连接轴22，二号连接轴22表面固定连接有检测探头5，该检测探头5采用现有技术中的超声波检测探头5，检测探头5外侧可包裹有罩体，进而避免本发明整体在移动时损坏检测探头5的情况；
50.关于超声波检测探头，需要分析不同信号的频率内容来确定不同区域的焊缝状况，其中一种方式为构建傅里叶变换模型；
51.52.具体原理为将一个时间域函数转换为其在频域的表示，使得检测探头内部得接收元件能够识别出该信号中存在的不同频率成分；显然是利用了复指数函数来描述信号，并通过积分对信号进行分解，当检测探头5移动到长度为l的焊缝处前，焊缝中包含若干个缺陷，通过超声波检测探头内施加交流电流，并向焊缝处发出信号，通过反馈的信号传递回两个电极，进而测量电压信号；将这两个信号分别表示为v_1(t)和v_2(t)；
53.假设电流源的频率为f，那么电压信号可以表示为：
[0054][0055][0056]
其中v0是电压信号的幅值，是相位差，θ是由于焊缝中缺陷引起的额外相位差，利用傅里叶变换将这些信号从时域转换到频域，得到不同电压在不同频率下的幅值和相位信息。
[0057]
通过v1和v2的对比，可以计算出v1和v2的相位差δθ：
[0058]
δθ＝arg(v2-v1)
[0059]
焊缝中的缺陷会引起相位差的变化，通过分析相位差δθ的变化来检测缺陷。
[0060]
一号连接轴21固定安装驱动件4，驱动件4与清洁组件3转动连接，驱动件4用于控制清洁组件3变换不同的工作状态，进而实现整体的移动与静止；清洁组件3固定安装在二号连接轴22上，所用清洁组件3用于实现清理缝隙处的灰尘，进而减少灰尘对检测探头5的影响，移动组件1用于配合清洁组件3实现整体的移动，驱动件4与检测探头5由控制组件控制并与控制组件电连接。
[0061]
当管道焊接完成后需要对焊缝结构缺陷需要检测时，工作人员先控制驱动件4工作，进而带动清洁组件3工作，而清洁组件3初始是与连接轴2转动连接的，因而清洁组件3的转动并不会使得连接轴2同步转动，进而能够使得清洁组件3自身转动延展为向前运动的动力(基于在转动的过程中与管道内壁产生一定的摩擦力，而这种摩擦力一部分转化为用于实现自身转动，另一部分转化为向前运动的力)，在清洁组件3向前运动的过程中，移动组件1表面设有环形距离检测装置，该环形距离检测装置为红外距离感应器，红外距离感应器由控制组件控制，当红外距离感应器感应到某一处突然升高或降低时，其发出信号至控制组件，控制组件控制驱动件4工作，进而改变清洁组件3的工作状态，同时控制二号连接轴22上的检测探头5开始工作，进而对移动组件1与清洁组件3之间的焊缝结构进行检测，能够提高焊缝检测的精密性。
[0062]
等到焊缝结构检测完成后，再次利用控制组件控制驱动件4，驱动件4使得清洁组件3切换工作状态与方式，进而使得实现清洁效果的清洁组件3变为行进的动力，能够再次驱动整体向管道前进方向移动。
[0063]
现有技术中虽然也有装置能够实现管道上的自动检测，但首先多数是位于管道外侧进而实现检测的，其能检测到的也只有管道外侧贴合焊接的地方，而外部焊接完整并不能保证管道内部的焊接完整，因而管道内部焊缝探伤检测显得尤为必要，本技术通过利用清洁组件3的转动进而实现其在管道内的前进，同时能够利用第一伸缩杆114、第二伸缩杆124与弹性元件35(弹性元件选用2x50mm型号的弹簧)等实现了整个装置能够适应管径不同大小的管道，进而提高了装置的适用性。
[0064]
如图3至图6所示，长齿轮31与二号连接轴22转动连接，该转动连接可通过二号连
接轴22与长齿轮31表面接触的光滑性实现，然而二号连接轴22位于长齿轮31左端位置表面粗糙，可增设磨砂凸起或橡胶套以增大摩擦性，进而使得长齿轮31能够与二号连接轴22呈现两种不同的状态：在常规状态下，长齿轮31与二号连接轴22转动连接，在另一种状态下，长齿轮31与二号连接轴22同步转动，进而使得长齿轮31在转动时能够带动二号连接轴22同步转动；内环齿轮套32内齿与长齿轮31外齿啮合，进而使得长齿轮31在转动时，内环齿轮套32始终也在转动，但内环齿轮套32能够相当于长齿轮31滑动连接，进而能够提高清洁组件3切换工作状态的便捷性；内环齿轮套32上固定连接有至少三个连杆33，连杆33远离内环齿轮套32一端固定连接有空心开口结构的收纳仓34，收纳仓34开口处背离内环齿轮套32一侧，收纳仓34开口内底部固定连接有弹性元件35，弹性元件35另一端固定连接有连接板36，收纳仓34开口用以容纳连接板36进而实现收纳组装，收纳仓34可以将连接板36完全收纳，进而不考虑连接板36的结构，仅利用收纳仓34自身结构形成风扇造型，进而在转动时能够形成气流，对焊伤缝隙处的杂质进行清理；同时收纳仓34也可以不完全收纳连接板36，进而收纳仓34与连接板36的露出端形成“扇叶”，进而利用扇叶的不规则性形成不同的气流，进一步增强焊伤缝隙周围灰尘的流动性。
[0065]
此处设定合成后“扇叶”为直径10厘米的轴流式扇叶，采用弧度为8厘米的叶片设计，转速为1200转/分，空气密度为1.2kg/m3，因而扇叶的风量可以近似计算为：
[0066][0067]
扇叶的风量可以近似计算为：
[0068]
q＝v
×
a＝0.23πd2×n[0069]
因此，该扇叶的风量为0.027m3/s。
[0070]
连接板36另一端固定连接有弧形块39，弧形块39表面开设有斜槽，用以将清洁组件3的转动转变为直线运动，该斜槽与弧形块39的切线形成15-75
°
角，进而使得弧形块39的移动速度能够随斜槽角度的不同受到控制，对于管道较长、焊缝较少的管道，其可以通过将斜槽的角度设置在60-75
°
之间，进而提高整体的移动速度，减少焊缝探测时间；而当管道较短、焊缝较多或者精密性要求较高时，将斜槽与弧形块39切线的角度控制在15-60
°
之间，进而使得整体装置移动较为缓慢，一方面便于移动组件1的及时检测与确保检测的精准性，另一方面减少检测到停止运动时由于惯性向前运动的距离，进而避免整体因速度过快检测探头5越过焊缝探伤的情况；牵引绳37一端贯穿收纳仓34并固定连接在连接板36底部，牵引绳37另一端固定连接有牵引环38，牵引环38固定连接在二号连接轴22上，牵引环38表面转动连接有滑动件，滑动件为轴承，进而牵引绳37与轴承外表面固定连接，能够使得连接板36在转动时不会受牵引绳37的约束进而无法转动，同时也不会发生牵引绳37缠绕的问题。
[0071]
在工作过程中，工作人员通过控制组件控制驱动件4工作，驱动件4带动长齿轮31转动，长齿轮31在转动的同时，内圈同样具有齿轮的内环齿轮套32刚好与长齿轮31发生啮合传动，进而长齿轮31带动内环齿轮套32转动，同步连杆33也发生转动，进而带动连杆33端部的弧形块39沿着管道内壁运动，而此时由于弧形块39表面开设有斜槽，因而弧形块39能够与管道内壁产生摩擦力，该摩擦力方向沿着斜槽分布，基于弧形块39位于管道内绕中心转动，摩擦力能够提供向前端作用的力，进而带动清洁组件3向前运动。
[0072]
当遇到不同的管道时，侧面的弧形块39向内收缩，在弹性元件35的作用下，连接板
36逐步进入到收纳仓34中，进而适应不同直径的管道；当遇到焊缝需要探伤时，移动组件1检测到焊缝的存在，进而输出电信号给控制组件，控制组件控制驱动件4改变工作方式，进而使得驱动件4能够带动长齿轮31在二号连接轴22上向左滑动，在滑动的过程中，长齿轮31从二号连接轴22的光滑处移动到二号连接轴22较为粗糙的地方，进而使得长齿轮31与二号连接轴22形成相对固定，同时一号连接轴21与二号连接轴22形成相互运动，进而驱动件4在带动长齿轮31转动的同时，也能够带动二号连接轴22转动，进而能够使得二号连接轴22上的检测探头5能够实现全方位的扫描，进而提高检测的全方位性。
[0073]
在长齿轮31向左移动的过程中，因为牵引环38是固定在二号连接轴22上的，所以牵引环38会拉动牵引绳37进而使得连接板36向收纳仓34内收缩，基于牵引环38外表面转动连接有轴承，与轴承外表面固定连接的牵引绳37并不会因为长齿轮31转动而发生缠绕，反而始终带动轴承绕着牵引环38转动，而此时连接板36在向收纳仓34内逐步收缩，收纳仓34与弧形块39逐渐形成“扇叶”状，进而在长齿轮31带动内环齿轮套32转动时，内环齿轮套32能够带动连杆33、收纳仓34与弧形块39共同转动，进而形成气流，对焊缝结构处的灰尘进行吹拂，避免因焊缝结构处杂质过多进而使得检测探头5测量时出现误差，提高了焊缝结构检测的精准性。
[0074]
现有技术中多采用人工手持的方式，即使有对管道内部的探测的现有技术，其依据的是通过杆体之间的蠕动以及滚轮实现的，而本技术通过斜槽与管道之间产生摩擦力进而使得整体在管道内位移，同时本技术还能改变其运动状态，使向前运动变为原地转动，进而实现检测探头5的全方位检测。
[0075]
在上述实施例1的基础上，如图5所示，第一卡环111固定连接于第一连接轴2的左端，该固定连接方式可以采用榫卯插接或螺丝安装，第一卡环111侧面固定连接有第一连接杆112，第一连接杆112与第一卡环111表面插接，第一连接杆112的数量为三个，基于三角形具有稳定性，三个第一连接杆112能够使得整体装置在移动时不会发生倾斜或错位；第一连接杆112另一端固定连接有容纳第一伸缩杆114的第一伸缩箱113，第一伸缩杆114输出端固定连接有第一移动块115；第二卡环121固定连接于二号连接轴22的左端，卡环背离二号连接轴22一侧固定连接有第二连接杆122，第二连接杆122另一端固定连接有容纳第二伸缩杆124的第二伸缩箱123，第二伸缩杆124输出端固定连接有第二移动块125；第一伸缩箱113与第二伸缩箱123能够使得第一伸缩杆114与第二伸缩杆124实现不同长度的展露，进而能够通过控制第一伸缩杆114、第二伸缩杆124缩紧第一伸缩箱113、第二伸缩箱123的距离进而调节移动组件1对管道的适应性，同时能够使得移动组件1能够轻松越过焊缝，进而保证整体焊缝探伤过程的完整性。
[0076]
驱动件4带动长齿轮31转动，长齿轮31在转动的同时，内圈同样具有齿轮的内环齿轮套32刚好与长齿轮31发生啮合传动，进而长齿轮31带动内环齿轮套32转动，同步连杆33也发生转动，进而带动连杆33端部的弧形块39沿着管道内壁运动，而此时由于弧形块39表面开设有斜槽，因而清洁组件3能够向前运动，进而带动一号连接轴21与二号连接轴22同步向前运动，此时移动组件1也向前运动，第一移动组件11与第二移动组件12内部结构相同，材质不同，第一移动组件11采用刚性材质，如不锈钢，进而增强整体架构的稳定性与承载性，第二移动组件12采用塑料，进而在第二种工作状态下随二号连接轴22转动，因而第一移动组件11与第二移动组件12均能随清洁组件3向前运动。
[0077]
在遇到管道直径变化时，第一移动组件11与第二移动组件12均发生运动，先是第二移动组件12发生变化，第二伸缩杆124收缩进第二伸缩箱123内，进而第二移动组件12的单边或全部向内收缩，进而能够实现跨越凸起的效果，同时第二移动块125能够对表面杂质进行局部刮拭，进而使得管道内壁部分杂质堆积的地方被分离，进一步提高焊缝结构检测的效果，同时基于卡环与二号连接轴22固定连接，第二连接杆122能够对二号连接轴22起到支撑作用，进而避免因二号连接轴22端部被焊缝结构卡死，无法移动的情况。
[0078]
随后第一移动组件11发生变化，第一伸缩杆114收缩进第一伸缩箱113内，进而第一移动组件11的单边或全部向内收缩，进而能够实现跨越凸起的效果，同时第一移动块115能够对表面杂质进行局部刮拭，进而使得管道内壁部分杂质堆积的地方被分离，进一步提高焊缝结构检测的效果，第一连接杆112一方面能够一号连接轴21起到支撑作用，另一方面能够实现对驱动件4的支撑。
[0079]
现有技术中通常采用将移动物体与输出源放置在一起的方式，然而这种方式未考虑到物体运动的惯性，基于物体运动速度越快，其减速后向前滑行的距离就越远，因而本技术将红外线检测器放置在第二移动组件12上，进而使得第二移动组件12在感应到变化输出信号时，二号连接轴22上的检测探头5依然能够实现全方位的检测。
[0080]
如图9所示，伸缩元件41固定连接在第一连接杆112上，伸缩元件41输出端固定连接有电机42，电机42输出轴固定安装有连接齿轮43，连接齿轮43与长齿轮31啮合连接，进而通过控制电机42能够实现长齿轮31的转动，固定环44固定安装在伸缩元件41上，固定环44固定连接有环形套45，环形套45还滑动连接在一号连接轴21与二号连接轴22之间，环形套45后端内部固定连接有转动件，该转动件为轴承，即在环形套45前端连接一号连接轴21、二号连接轴22时，能够使得一号连接轴21与二号连接轴22整体同步运动，而当环形套45前端、后端分别连接一号连接轴21、二号连接轴22时，一号连接轴21与二号连接轴22之间可以实现相对转动，进而在二号连接轴22转动时能够保证一号连接轴21始终静止。
[0081]
伸缩元件41固定连接在第一连接杆112上，进而第一连接杆112能够支撑伸缩元件41带来的重量，伸缩元件41输出端固定连接有电机42，伸缩元件41能够带动电机42左右移动，同时电机42输出端固定连接有连接齿轮43，连接齿轮43在电机42的作用下转动，进而带动与其啮合连接的长齿轮31转动，长齿轮31固定连接有限位环，进而避免连接齿轮43与内环齿轮套32的脱齿，在连接齿轮43转动下，长齿轮31发生转动，进而带动清洁组件3转动。
[0082]
当焊缝结构需要检测时，伸缩元件41收缩，一方面拉动长齿轮31向左移动，进而带动长齿轮31与一号连接轴21同步转动，另一方面伸缩元件41带动固定环44向左移动，固定环44同步带动环形套45向左移动，环形套45将原本锁死的一号连接轴21与二号连接轴22改变为一号连接轴21与二号连接轴22可转动连接，进而使得在保持一号连接轴21与第一移动组件11不发生转动的基础上，能够让清洁组件3、二号连接轴22与第二移动组件12同步发生转动，进而实现检测探头5能够实现全方位的检测，同时由于伸缩元件41拉动长齿轮31，牵引绳37受牵引环38的拉动，进而使得连接板36收缩至收纳仓34内，使得清洁组件3形成“扇叶”状，进而能够实现焊缝结构处吹风，避免焊缝结构处因杂质影响焊缝结构探测的情况。
[0083]
第一移动块115与第二移动块125表面固定连接有万向元件，该万向元件可为万向滚珠，用于减少整体向前运动的摩擦阻力。
[0084]
万向滚珠本身较小，因而可以嵌入第一移动块115与第二移动块125的表面，同时
其能够实现各个方向的水平运动，因而增加了第二移动块125从径向移动转变为圆周移动时的便捷性。
[0085]
弧形块39窄的一侧厚度小于弧形块39宽的一侧，收纳仓34厚度偏差等同于弧形块39的厚度偏差，进而使得弧形块39与收纳仓34整体呈“扇叶”状，进而提高转动时的风力强度；能够在电机42的作用下转动时提供风力，而根据扇叶偏折角度的不同，风的流向也不相同。
[0086]
扇叶偏折角度对风的影响公式通常可以表示为：
[0087][0088]
其中，δp为扇叶叶片偏折角度引起的风压变化，ρ为空气密度，q为风量，c为扇叶叶片的气动力系数，a为扇叶出口面积，α为扇叶偏折角度。
[0089]
进而当弧形块39表面为不规则厚度时，其不会在内部产生离心气流，避免使得焊缝附近的灰尘贴合焊缝，减少灰尘对焊缝探伤过程中的影响。
[0090]
第一移动组件11内设置有配重块，配重块主要采用重铁砂、石沙、型砂粘结剂，其可以增加自身重量来保持平衡即可；第一移动组件11始终不发生转动，因而第一移动组件11表面增设配重块能够使得第一移动组件11保持稳定，进而提高第一移动组件11的支撑力与移动过程中的稳定性，同时避免了整体移动时移速过快影响检测精准性的情况。
[0091]
牵引绳37初始状态与牵引环38的夹角为30
°
，进而减少伸缩元件41所需要的拉力；牵引绳37采用尼龙材质，尼龙最突出的优点是耐磨性高于其他所有纤维，当拉伸至3％—6％时，弹性回复率可达100％；能经受上万次折挠而不断裂，因而将牵引绳37采用尼龙材质可以提高整体的耐磨性与强度。
[0092]
本技术所描述的一种焊缝结构检测方法流程如下：
[0093]
s1：工作人员首先选择合适尺寸焊接好的管道，将二号移动组件1先放入管道内，随后放入一号移动组件1，使得整个装置进入管道中；
[0094]
s2：控制组件控制电机42工作，进而带动清洁组件3转动，清洁组件3在转动的过程中将自身转动转化为直线运动，进而实现移动组件1、连接轴2与清洁组件3的前进；
[0095]
s3：二号移动组件1的距离感应器发出信号后，控制组件控制电机42停止工作，整体会受惯性影响向前移动一段距离，随后控制组件控制伸缩元件41收缩，一号连接轴21与二号连接轴22形成转动连接，二号连接轴22与清洁组件3形成固定连接，同时牵引绳37收缩，进而使得清洁组件3内的连接板36向收纳仓34移动，进而使得清洁组件3脱离与管道的接触，控制电机42启动实现对焊缝处的吹风；
[0096]
同时清洁组件3转动的同时带动二号连接轴22转动，二号连接轴22带动检测探头5转动，进而实现对焊缝处的环形检测；检测探头5将接收的电信号转化为图像或声音，进而反馈至数据终端，进而识别记录焊缝的具体信息；
[0097]
s4：当检测完成后，先关闭电机42，控制伸缩杆复原，使得第一连接杆112与第二连接杆122呈固定连接，同时清洁组件3与二号连接轴22再次形成转动连接，启动电机42实现整体的前进。
[0098]
实施例2：为了整体装置的便捷性，第一移动块115与第二移动块125整体均可为万向轮，进而减少移动装置向前移动的阻力，使得清洁组件3通过横向转动力分力带动自身向
前运动时能够更为便捷，进而能够实现管道内的平滑移动，同时在二号连接轴22也实现转动时，万向轮可以根据运动方向调节万向轮的转向，进而使得原本沿管道径向的万向轮转变为圆周运动方向。
[0099]
实施例3：基于清洁组件3的功能，可以将连杆33直接变为收纳仓34，同时将收纳仓34变为弧状，进而使得当连接板36收缩进收纳仓34后，整个清洁组件3形成风扇状，进而提高内部通风，避免因弧面偏折太小(即扇面太平)，无法实现稳定气流的情况。
[0100]
具体工作流程如下：
[0101]
在初始运动过程中，工作人员通过控制组件控制电机42工作，伸缩元件41能够带动电机42左右移动，同时电机42输出端固定连接有连接齿轮43，连接齿轮43在电机42的作用下转动，进而带动与其啮合连接的长齿轮31转动，长齿轮31固定连接有限位环，进而避免连接齿轮43与内环齿轮套32的脱齿，在连接齿轮43转动下，长齿轮31发生转动，长齿轮31在转动的同时，内圈同样具有齿轮的内环齿轮套32刚好与长齿轮31发生啮合传动，进而长齿轮31带动内环齿轮套32转动，同步连杆33也发生转动，进而带动连杆33端部的弧形块39沿着管道内壁运动，而此时由于弧形块39表面开设有斜槽，因而弧形块39能够与管道内壁产生摩擦力，该摩擦力方向沿着斜槽分布，基于弧形块39位于管道内绕中心转动，摩擦力能够提供向前端作用的力，进而带动清洁组件3向前运动；带动一号连接轴21与二号连接轴22同步向前运动，此时移动组件1也向前运动。
[0102]
在遇到管道直径变化时，侧面的弧形块39向内收缩，在弹性元件35的作用下，连接板36逐步进入到收纳仓34中，进而适应不同直径的管道；第一移动组件11与第二移动组件12均发生运动，先是第二移动组件12发生变化，第二伸缩杆124收缩进第二伸缩箱123内，进而第二移动组件12的单边或全部向内收缩，进而能够实现跨越凸起的效果，同时第二移动块125能够对表面杂质进行局部刮拭，进而使得管道内壁部分杂质堆积的地方被分离，进一步提高焊缝结构检测的效果，同时基于卡环与二号连接轴22固定连接，第二连接杆122能够对二号连接轴22起到支撑作用，进而避免因二号连接轴22端部被焊缝结构卡死，无法移动的情况。
[0103]
当遇到焊缝需要探伤时，移动组件1检测到焊缝的存在，进而输出电信号给控制组件，控制组件控制驱动件4改变工作方式，进而使得驱动件4能够带动长齿轮31在二号连接轴22上向左滑动，在滑动的过程中，长齿轮31从二号连接轴22的光滑处移动到二号连接轴22较为粗糙的地方，进而使得长齿轮31与二号连接轴22形成相对固定，同时一号连接轴21与二号连接轴22形成相互运动，进而驱动件4在带动长齿轮31转动的同时，也能够带动二号连接轴22转动，进而能够使得二号连接轴22上的检测探头5能够实现全方位的扫描，进而提高检测的全方位性。
[0104]
在长齿轮31向左移动的过程中，因为牵引环38是固定在二号连接轴22上的，所以牵引环38会拉动牵引绳37进而使得连接板36向收纳仓34内收缩，基于牵引环38外表面转动连接有轴承，与轴承外表面固定连接的牵引绳37并不会因为长齿轮31转动而发生缠绕，反而始终带动轴承绕着牵引环38转动，而此时连接板36在向收纳仓34内逐步收缩，收纳仓34与弧形块39逐渐形成“扇叶”状，进而在长齿轮31带动内环齿轮套32转动时，内环齿轮套32能够带动连杆33、收纳仓34与弧形块39共同转动，进而形成气流，对焊缝结构处的灰尘进行吹拂，避免因焊缝结构处杂质过多进而使得检测探头5测量时出现误差，提高了焊缝结构检
测的精准性。
[0105]
以上显示和描述了本发明的基本原理和有益效果。同时，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明效果和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种焊缝结构检测装置，其特征在于：包括移动组件(1)、连接轴(2)、清洁组件(3)、驱动件(4)、检测探头(5)和控制组件，所述移动组件(1)设置在管道内并抵接管道，所述移动组件(1)分别可拆卸式连接于连接轴(2)的两端，所述连接轴(2)包括一号连接轴(21)与二号连接轴(22)，所述二号连接轴(22)上固定连接有检测探头(5)，所述检测探头(5)通过电信号反馈图片至终端，进而实现数据记录；所述移动组件(1)固定安装驱动件(4)，所述驱动件(4)与清洁组件(3)转动连接，所述驱动件(4)用于控制清洁组件(3)变换不同的工作状态，进而实现整体的移动与静止；所述清洁组件(3)固定安装在二号连接轴(22)上，所述清洁组件(3)用于清理焊缝处的灰尘，进而减少灰尘对检测探头(5)的影响，所述移动组件(1)用于配合清洁组件(3)实现整体的移动，所述驱动件(4)与检测探头(5)由控制组件控制。2.根据权利要求1所述的一种焊缝结构检测装置，其特征在于：所述清洁组件(3)包括长齿轮(31)、内环齿轮套(32)、连杆(33)、收纳仓(34)、弹性元件(35)、连接板(36)、牵引绳(37)、牵引环(38)和弧形块(39)；所述长齿轮(31)与二号连接轴(22)转动连接，所述内环齿轮套(32)内齿与长齿轮(31)外齿啮合，所述内环齿轮套(32)上固定连接有至少三个连杆(33)，所述连杆(33)远离内环齿轮套(32)一端固定连接有空心开口结构的收纳仓(34)，所述收纳仓(34)背离内环齿轮套(32)一侧开口，所述收纳仓(34)内底部固定连接有弹性元件(35)，所述弹性元件(35)另一端固定连接有连接板(36)，所述收纳仓(34)内用以容纳连接板(36)进而实现收纳组装；所述连接板(36)另一端固定连接有弧形块(39)，所述弧形块(39)靠近管道内壁一侧开设有斜槽，用以将清洁组件(3)的转动转变为前进运动；所述牵引绳(37)一端贯穿收纳仓(34)并固定连接在连接板(36)底部，所述牵引绳(37)另一端连接有牵引环(38)，所述牵引环(38)固定连接在二号连接轴(22)上，所述牵引环(38)表面转动连接有滑动件，所述牵引绳(37)与牵引环(38)表面滑动件固定连接。3.根据权利要求2所述的一种焊缝结构检测装置，其特征在于：所述驱动件(4)包括伸缩元件(41)、电机(42)、连接齿轮(43)、固定环(44)和环形套(45)，所述伸缩元件(41)固定连接在第一连接杆(112)上，所述伸缩元件(41)输出端固定连接有电机(42)，所述电机(42)输出轴固定安装有连接齿轮(43)，所述连接齿轮(43)与长齿轮(31)啮合连接，进而通过控制电机(42)能够实现长齿轮(31)的转动，所述固定环(44)固定安装在伸缩元件(41)上，所述固定环(44)固定连接有环形套(45)，所述环形套(45)还滑动连接在一号连接轴(21)与二号连接轴(22)之间，所述环形套(45)后端内部固定连接有转动件。4.根据权利要求2所述的一种焊缝结构检测装置，其特征在于：所述弧形块(39)窄的一侧厚度小于弧形块(39)宽的一侧。5.根据权利要求2所述的一种焊缝结构检测装置，其特征在于：所述收纳仓(34)厚度偏差等同于弧形块(39)的厚度偏差，进而提高转动时的风力强度。6.根据权利要求2所述的一种焊缝结构检测装置，其特征在于：所述牵引绳(37)初始状态与牵引环(38)的夹角为0
°‑
30
°
，进而减少伸缩元件(41)所需要的拉力。7.根据权利要求1所述的一种焊缝结构检测装置，其特征在于：所述移动组件(1)包括第一移动组件(11)和第二移动组件(12)，所述第一移动组件(11)包括第一卡环(111)、第一连接杆(112)、第一伸缩箱(113)、第一伸缩杆(114)和第一移动块(115)，所述第二移动组件(12)包括第二卡环(121)、第二连接杆(122)、第二伸缩箱(123)、第二伸缩杆(124)和第二移动块(125)，所述第一卡环(111)固定连接于一号连接轴(21)的左端，所述第一卡环(111)侧
面固定连接有第一连接杆(112)，所述第一连接杆(112)另一端固定连接有容纳第一伸缩杆(114)的第一伸缩箱(113)，所述第一伸缩杆(114)输出端固定连接有第一移动块(115)；所述第二卡环(121)固定连接于第二连接轴(2)的左端，所述第二卡环(121)背离二号连接轴(22)一侧固定连接有第二连接杆(122)，所述第二连接杆(122)另一端固定连接有容纳第二伸缩杆(124)的第二伸缩箱(123)，第二伸缩杆(124)输出端固定连接有第二移动块(125)。8.根据权利要求7所述的一种焊缝结构检测装置，其特征在于：所述第一移动块(115)与第二移动块(125)表面固定连接有万向元件，用于减少整体向前运动的摩擦阻力。9.根据权利要求7所述的一种焊缝结构检测装置，其特征在于：所述第一移动组件(11)内设置有配重块，配重块主要采用重铁砂、石沙、型砂粘结剂，其可以增加自身重量来保持平衡即可。10.一种焊缝结构检测方法，其特征在于：该方法适用于权利要求1-9中任一项所述的焊缝结构检测装置，该方法流程如下：s1：选择合适尺寸焊接好的管道，将二号移动组件(1)先放入管道内，随后放入一号移动组件(1)，使得整个装置进入管道中；s2：控制组件控制电机(42)工作，进而带动清洁组件(3)转动，清洁组件(3)在转动的过程中将自身转动转化为前进运动，进而实现移动组件(1)、连接轴(2)与清洁组件(3)的前进；s3：二号移动组件(1)的距离感应器发出信号后，控制组件控制电机(42)停止工作，整体会受惯性影响向前移动一段距离，随后控制组件控制伸缩元件(41)收缩，一号连接轴(21)与二号连接轴(22)形成转动连接，二号连接轴(22)与清洁组件(3)形成固定连接，同时牵引绳(37)收缩，进而使得清洁组件(3)内的连接板(36)向收纳仓(34)移动，进而使得清洁组件(3)脱离与管道的接触，控制电机(42)启动实现对焊缝处的吹风；同时清洁组件(3)转动的同时带动二号连接轴(22)转动，二号连接轴(22)带动检测探头(5)转动，进而实现对焊缝处的环形检测；检测探头(5)将接收的电信号转化为图像或声音，进而反馈至数据终端，进而识别记录焊缝的具体信息；s4：当检测完成后，先关闭电机(42)，控制伸缩元件(41)复原，使得第一连接杆(112)与第二连接杆(122)呈固定连接，同时清洁组件(3)与二号连接轴(22)再次形成转动连接，启动电机(42)实现整体的前进。

技术总结
本发明涉及焊缝检测技术领域，具体地说是一种焊缝结构检测装置及其检测方法，所述移动组件设置在管道内并与管道内壁接触，所述移动组件分别位于连接轴的两端，所述二号连接轴表面固接有检测探头，所述一号连接轴固定安装驱动件，所述驱动件与清洁组件转动连接，所述驱动件用于控制清洁组件变换不同的工作状态，进而实现整体的移动与静止；所述清洁组件固定安装在二号连接轴上，所用清洁组件用于实现清理缝隙处的灰尘，进而减少灰尘对检测探头的影响，所述移动组件用于配合清洁组件实现整体的移动；本发明解决了如何探测管道内部焊缝质量的问题，实现在管道内行进探测的效果。实现在管道内行进探测的效果。实现在管道内行进探测的效果。


技术研发人员：唐楠 杨静
受保护的技术使用者：安徽理工大学
技术研发日：2023.05.17
技术公布日：2023/8/13