[發明專利]基于摩擦螺柱焊的犧牲陽極水下焊接方法及設備

在審

• 申請號: 201410496545.6
• 申請日: 2014-09-25
• 公開（公告）號: CN104308355A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 高輝;焦向東;周燦豐
• 申請（專利權）人: 北京石油化工學院
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12
• 代理公司: 小松專利事務所 11132
• 代理人: 陳祚齡

技術領域

本發明涉及一種水下焊接方法，特別是涉及一種基于摩擦螺柱焊的犧牲陽極水下焊接方法與設備。

背景技術

隨著我國海洋石油工業的發展，一些海洋管道及水下結構物的使用年限已經較長，需要對其安裝的犧牲陽極進行更換或安裝，由于無法將管道或結構物移至岸上或無水條件下進行焊接，并且隨著我國水下結構物水深的增加，普通水下焊接方法存在一定困難，因此本專利提出一種基于摩擦螺柱焊的犧牲陽極水下焊接方法及設備，主要針對海洋石油工業中的海底管道及水下結構物的犧牲陽極的更換及維修。該設備可由潛水員潛水操作，也可由潛水機器人（ROV）攜帶作業。摩擦焊屬于固相連接，焊接接頭質量相對于弧焊方法的焊接接頭受有水環境及環境壓力影響較小。另外，在水深較深，普通潛水方法無法到達的情況下，采用ROV作業可以在幾百米到幾千米的水深進行焊接。該方法結構簡單、使用方便、性能可靠，可實現水下犧牲陽極的安裝及更換，具有較好的實用化與市場應用前景。

發明內容

根據背景技術所述，本發明的目的在于提供一種基于摩擦螺柱焊的犧牲陽極水下焊接方法及設備，該設備可由潛水員或ROV進行水下作業，對水下結構物或海底管道的犧牲陽極進行更換或安裝。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于摩擦螺柱焊的犧牲陽極的水下焊接方法，對水下待焊工件采用摩擦生熱的方式進行焊接，采用摩擦螺柱焊的方式直接在水環境中對水下結構物的犧牲陽極組件進行焊接，該方法包括以下步驟：

步驟一，在陸上或船舶甲板上將犧牲陽極組件定位安裝到焊接設備上；

步驟二，采用起重設備將陽極組件及焊接設備下放并固定在待焊的水下結構物上；

步驟三，對陽極組件進行焊接；

步驟四，釋放陽極組件并回收焊接設備。

一種基于摩擦螺柱焊的犧牲陽極水下焊接設備，主要由定位鎖緊磁鐵（1）、機架（2）、水下液壓熱插模塊（3）、焊接主軸（4）、陽極組件鎖緊機構（5）和陽極組件定位機構（6）組成，其中：犧牲陽極組件（7）通過陽極組件鎖緊機構（5）和陽極組件定位機構（6）置于焊接設備上，機架（2）上設置吊耳，定位鎖緊磁鐵（1）通過水下液壓熱插模塊（3）連接液壓動力管線，通過焊接主軸（4）進行焊接作業，陽極組件鎖緊機構（5）固定或釋放犧牲陽極組件（7）。

由于采用了上述技術方案，本發明具有如下優點和效果：

（1）本發明的設備以液壓作為動力，采用帶有動密封的復合式摩擦焊接主軸頭，可由潛水員或ROV操作完全在水下進行作業；

（2）本發明采用水下摩擦螺柱焊技術進行犧牲陽極的焊接，焊接接頭的質量受水下壓力環境影響較小，且焊接前無需對管道防腐層、配重層等進行處理，且焊后對其損傷也相對較小，并能獲得較好質量的焊接接頭；

（3）本發明作業過程中利用磁鐵吸附在待焊工件上，焊接完成后能夠實現設備與工件的快速分離，操作方便快捷。

附圖說明

圖1a、圖1b為常用犧牲陽極組件的結構形式圖；

圖2為摩擦螺柱焊的犧牲陽極水下焊接設備的結構示意圖；

圖中：1-定位鎖緊磁鐵，2-機架，3-水下液壓熱插模塊，4-焊接主軸，5-陽極組件鎖緊機構，6-陽極組件定位機構，7-犧牲陽極組件。

具體實施方式

本發明基于摩擦螺柱焊的犧牲陽極的水下焊接方法，對水下待焊工件采用摩擦生熱的方式進行焊接，采用摩擦螺柱焊的方式直接在水環境中對水下結構物的犧牲陽極組件進行焊接，該方法包括以下步驟：

步驟一，在陸上或船舶甲板上將犧牲陽極組件定位安裝到焊接設備上；

步驟二，采用起重設備將陽極組件及焊接設備下放并固定在待焊的水下結構物上；

步驟三，對陽極組件進行焊接；

步驟四，釋放陽極組件并回收焊接設備。

如圖2所示，本發明的基于摩擦螺柱焊的犧牲陽極水下焊接設備，主要由定位鎖緊磁鐵1、機架2、水下液壓熱插模塊3、焊接主軸4、陽極組件鎖緊機構5和陽極組件定位機構6組成，焊接開始前將犧牲陽極組件7通過陽極組件鎖緊機構5和陽極組件定位機構6準確安裝置焊接設備上。起重設備通過機架2上的吊耳將焊接設備下放置待焊水下結構物的相應位置后，由潛水員或潛水機器人（ROV）將定位鎖緊磁鐵1的鎖緊扳手撥置鎖緊狀態，以完成犧牲陽極組件7焊接裝置的定位與固定。在確保磁鐵吸附牢固后，將液壓動力管線通過水下液壓熱插模塊3連接后即可通過焊接主軸4進行焊接作業。待作業完成后，由潛水員或潛水機器人（ROV）對陽極組件鎖緊機構5進行操作以釋放犧牲陽極組件7。?

本發明的設備以液壓作為動力，采用帶有動密封結構的復合式摩擦焊接主軸頭，可由潛水員或ROV操作完全在水下進行作業。作業過程中利用磁鐵吸附在待焊工件上，焊接完成后能夠實現設備與工件的快速分離。作為設備動力源的液壓泵站可采用陸上常用的普通液壓泵站，放置在船上、陸上或設備機架2上。采用ROV作業時，設備的液壓系統可采用ROV本身的液壓泵提供高壓油液。焊接主軸4與液壓泵站之間可通過水下液壓熱插模塊3進行快速連接與分離。