[發明專利]一種水下激光切割裝置與方法

有效

• 申請號: 201610179839.5
• 申請日: 2016-03-25
• 公開（公告）號: CN105598592B
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 孫桂芳;張永康;盧軼;李倩;郇學東;王占棟
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B23K26/38
• 分類號: B23K26/38;B23K26/122
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及激光加工領域，特指一種適用于水下激光切割的方法和裝置，主要適用于海底廢舊平臺拆卸切割。

背景技術

水下結構切割技術主要有氧氣電弧切割、熱噴槍切割、鉆石鋸切割、鉆粒纜割刀切割、聚能爆破切割、磨料射流切割等等。水下切割技術大體上可分為熱切割和冷切割兩大類，氧化切割、熔化切割和熔化一氧化碳切割等屬于熱切割，水下熱切割具有切割速度快、效率高、設備簡單、成本低等優點，但是存在如下缺點：(1)工件熱影響大、甚至發生嚴重變形，切口質量差；(2)安全性差，容易引發爆炸事故；(3)對海洋生態環境的危害較大等。從保護環境及人身安全的角度考慮，目前的切割作業趨勢傾向于非爆破式切割方法。目前國際上流行的非爆破切割方法有機械切割，鉆粒纜切割，鉆石鋸切割等。

深海水下激光切割與傳統的水下切割技術相比，其具有如下優點：(1)切割效率高、切割質量好；(2)非接觸切割，沒有機械切削力；(3)適應能力強，無材料要求；(4)安全、環保、節能；(5)穩定性高、維護成本低。目前的水下切割技術主要采用干式切割法，通過將大量空氣輸送至海底，在切割區域形成一定的氣體空間后再使用激光進行切割，該方法的管路復雜，且需要水上供氣設備，占用了寶貴的水上作業空間。

發明內容

技術問題：本發明的目的在于提供一種水下激光切割的方法與裝置，該方法無需傳統干式切割法采用的氣泵排水裝置，為海上裝置節省了空間。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明提供一種水下激光切割裝置，該裝置包括切割頭、設置在該切割頭外表面的氣體匣、設置在氣體匣上方的小功率激光器、設置在氣體匣下方的送絲裝置、設置在送絲裝置與切割頭外表面之間的緩氣腔；

所述切割頭包括端蓋、凸透鏡、光纖、透鏡架、橡膠墊圈、若干過渡部件、凹透鏡、防爆透鏡、排水罩、割嘴、橡膠圈、氣體匣基座、彈簧夾緊裝置、鎖緊裝置、第一滑軌、橫向握柄、輔助把手；

端蓋兩個端部分別與過渡部件連接，端蓋與過渡部件構成一框架；在相對設置的兩個過渡部件之間安裝兩個透鏡架，凸透鏡和凹透鏡從上到下依次設置在透鏡架上；所述防爆透鏡通過過渡部件及排水罩固定在切割頭內部；排水罩的內部設有割嘴用于阻擋熔融雜質進入割嘴與防爆透鏡之間；

排水罩的下部設有橡膠圈，用于與切割部件間形成接觸，方便在切割部件表面形成排水區；切割頭的側面還設有第一滑軌、氣體匣基座和彈簧夾緊裝置，所述氣體匣基座的外部設有彈簧夾緊裝置，與氣體匣表面的凹槽配合，用于卡緊氣體匣；氣體匣基座配合第一滑軌將氣體匣固定在切割頭的側面；鎖緊裝置用于固定小功率激光器；氣體匣下方設有送絲裝置用于將氣體匣中的產氣絲輸送至小功率激光器下方；排水罩的側面安裝有緩氣腔，緩氣腔通過輸氣管與送絲裝置相連；切割頭的側面還設有橫向握柄和輔助把手，方便海底人員操作；

所述送絲裝置包括電機、主動輪、從動輪、送絲座、滾輪、送絲管、透鏡、外螺紋組成；

送絲管用于將產氣絲從氣體匣導入至主動輪與從動輪，電機帶動主動輪，產氣絲通過主動輪和從動輪之間的摩擦力向前運輸，送絲座的作用在于保持產氣絲的水平位置防止其因重力彎；送絲座上設有滾輪用于固定產氣絲的運動方向；產氣絲不斷向前運動，直至透鏡下方，小功率激光器發射出的激光通過透鏡作用于產氣絲使其受熱分解產生大量氣體，用于排出海水；送絲裝置的外螺紋用于與緩氣腔的送氣管相連，方便氣體導入排水罩；電機外部設有轉速調節旋鈕，通過不同的施工深度調節主動輪的轉速從而控制產氣絲的輸送速度，進而增大或減小產氣量。

所述氣體匣包括送絲器、轉軸、第二滑軌、錐形突起；

氣體匣內部設有轉軸，產氣絲纏繞在兩根轉軸上，產氣絲的一頭穿過送絲器，經由錐形突起送往送絲裝置；氣體匣的外側設有第二滑軌，用于將氣體匣固定在切割頭上；所述送絲器由V形開關和托架組成，安裝在氣體匣內部；送絲器在氣體匣表面滑動，將送絲器推至氣體匣上方，通過按壓V形開關并向下拉動送絲器，將產氣絲向下拉動，使產氣絲從錐形突起伸出，經送絲管送至送絲裝置中的主動輪處。

本發明的水下激光切割裝置的切割方法包括如下步驟：

利用受熱易分解為氣體的材料制成產氣絲，產氣絲安裝在氣體匣內，氣體匣安裝在切割頭的一側；在海底通過小功率激光器加熱產氣絲使其迅速分解產生大量氣體，氣體導入排水罩后向外噴出，形成具有空間的氣體環境，此時打開激光器進行切割。

有益效果：

1、本發明省去了水上供氣設備及復雜的管路設計，節省了水上工作空間；