[發(fā)明專利]海洋平臺的水下脈沖激光焊接方法和裝置

無效

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• 申請日: 2010-05-31
• 公開（公告）號: CN101844273A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發(fā)明（設計）人: 張永康;張朝陽;倪濤;陳永明;楊超君;王勻;許楨英;蔣家坤
• 申請（專利權）人: 南通中遠船務工程有限公司;江蘇大學
• 主分類號: B23K26/12
• 分類號: B23K26/12;B23K26/24;B63C11/52
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 顧伯興

技術領域：

本發(fā)明涉及海洋工程裝備的制造技術領域，特別是一種海洋平臺的水下脈沖激光焊接方法和裝置。

背景技術：

近年來，隨著對于能源的需求不斷增加，海洋石油的開發(fā)不斷受到重視。目前世界上海洋石油天然氣平臺及其配套的海洋鋼結構已經(jīng)接近萬座。海洋石油的作業(yè)深度也逐漸由近海大陸架向深海區(qū)域發(fā)展。隨著海洋油氣開發(fā)不斷向深水海域的發(fā)展，適應深海環(huán)境可用于海洋石油勘探和開采的海洋平臺已成為深海油氣開發(fā)的主要裝備。于是在海洋結構的建造以及維修中，對水下焊接技術發(fā)展提出了迫切的要求。而且伴隨著各種新材料的采用，現(xiàn)有的電弧技術受到限制，焊接變得格外困難，甚至可能無法進行焊接。

在海洋中進行水下焊接作業(yè)現(xiàn)有的技術可分為三類：濕法焊接、干法焊接和局部干法焊接。濕法焊接時，電弧在水下的能見度很低，電弧周圍所產(chǎn)生的氣泡也會對焊接過程的觀察造成很大影響；而且隨著水深度增加，水下壓力也增大，必須提高電弧電壓，煙塵和飛濺增大，焊縫金屬中所含的氣體也越多，容易造成氫脆、白點等缺陷，嚴重影響焊接質(zhì)量。干法焊接時，在待焊部位制成封閉式焊接倉，其焊接質(zhì)量可以和陸地上相同，但設備復雜、成本高。局部干焊法是通過焊接部位的排水罩利用其中的空氣將水排出，并可以隨著焊接電弧一起移動。這種方法的成本低，質(zhì)量好，但對水下工作環(huán)境：水深、水溫、海水流速等都有一定要求，難以適應環(huán)境條件復雜多變的深海作業(yè)。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是為了克服以上的不足，提供一種提高焊接質(zhì)量，保證施工的可靠性，實現(xiàn)焊接自動化，提高生產(chǎn)效率的海洋平臺水下脈沖激光焊接裝置及其方法。

本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn)：一種海洋平臺水下脈沖激光焊接裝置，包括海洋平臺，海洋平臺包括臺面和支架，在臺面上設有激光器，在支架的側壁上設有一機器手，機器手的下方連接有激光焊接頭，激光焊接頭的內(nèi)部形成一空腔，激光器與激光焊接頭通過傳輸光纖連接，激光焊接頭包括焊接頭噴嘴，傳輸光纖與焊接頭噴嘴的一端連接，激光焊接頭的下方設有保護氣體管路，保護氣體管路的一端與激光焊接頭的空腔相連，激光焊接頭的內(nèi)部的一端設有聚焦透鏡。

一種海洋平臺水下脈沖激光焊接裝置實現(xiàn)的水下脈沖激光焊接的方法，包括如下步驟：

(A)將提供焊接能量的脈沖激光器安裝固定在干舷甲板或海洋平臺上，激光器由海洋平臺或船舶提供電能，激光的輸出配備光束轉換開關；

(B)用多條傳輸光纖將激光光束輸出傳導至激光焊接頭內(nèi)，激光焊接頭由機器手定位以及控制操作；

(C)多條傳輸光纖所傳導的光束在激光焊接頭內(nèi)再次由聚焦透鏡會聚在焊接加工部位，并調(diào)整離焦量使激光光斑處于合理位置；

(D)保護氣體通過柔性管路送入激光焊接頭內(nèi)，以足夠的流速由焊接頭噴嘴噴出，將工件加工部位的水排開，在此形成一個局部無水空間，激光的光束熱量可以將該區(qū)域水分徹底烘干；

(E)調(diào)整激光的脈沖參數(shù)，使焊接熔池在激光的脈動沖擊作用下充分振動，并合理選擇激光器的輸出能量；

(F)控制激光焊接頭的焊接速度，使其沿焊縫連續(xù)運動，實現(xiàn)連續(xù)焊接。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點：

它可以實現(xiàn)自動化水下無人焊接，也有利于保證定位精度和焊接質(zhì)量，所提出的脈沖激光水下焊接技術能夠提高焊接質(zhì)量的同時，保證施工的可靠性，實現(xiàn)焊接自動化，提高生產(chǎn)效率，為海上鋼結構建造、船舶維護以及海洋石油管道項目提供了全新的施工技術和方法。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明的結構示意圖；

圖2為激光焊接頭的結構示意圖；

圖中標號：1-激光器、2-傳輸光纖、3-海洋平臺、4-機器手、5-激光焊接頭、51-聚焦透鏡、52-保護氣體管路、53-焊接頭噴嘴。

具體實施方式：

為了加深對本發(fā)明的理解，下面將結合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步詳述，該實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明保護范圍的限定。

如圖1示出了本發(fā)明一種海洋平臺水下脈沖激光焊接裝置的一種實施方式，包括海洋平臺3，海洋平臺3包括臺面3-1和支架3-2，在臺面3-1上設有激光器1，在支架3-2的側壁上設有一機器手4，機器手4的下方連接有激光焊接頭5，激光焊接頭5的內(nèi)部形成一空腔6，激光器1與激光焊接頭5通過傳輸光纖2連接，激光焊接頭5包括焊接頭噴嘴53，傳輸光纖2與焊接頭噴嘴53的一端連接，激光焊接頭5的下方設有保護氣體管路52，保護氣體管路52的一端與激光焊接頭5的空腔相連，激光焊接頭5的內(nèi)部的一端設有聚焦透鏡51。