[發明專利]一種模擬深水環境的局部干法水下激光焊接系統及方法

有效

• 申請號: 201811089564.1
• 申請日: 2018-09-18
• 公開（公告）號: CN109014576B
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 龐盛永;李權洪;黃安國;羅曼樂蘭;胡仁志
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G09B9/00
• 分類號: G09B9/00;B23K26/21;B23K26/12;B23K26/122;B23K26/70
• 代理公司: 42224 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 王福新

1.一種模擬深水環境的局部干法水下激光焊接系統，包括焊接系統，其特征在于，還包括高壓氣體控制系統、全封閉水箱(1)，以及設于所述全封閉水箱(1)底部的可移動焊接工作臺(11)；其中，

所述焊接系統包括光纖激光器(7)、通過光纖(4)與其相連的激光頭(3)，以及與所述激光頭(3)上的轉接板連接的焊接機器人(8)；

所述全封閉水箱(1)包括箱體上端蓋板(25)、箱體下端蓋板(32)、以及側板，所述側板兩端分別嵌入所述箱體上端蓋板(25)和所述箱體下端蓋板(32)的上設置的連接槽(33)上，并通過螺栓與其緊密連接；所述箱體上端蓋板(25)上設有上下貫通的激光透射孔(27)；

所述高壓氣體控制系統包括與所述全封閉水箱(1)上的箱體上端蓋板(25)固定連接的排水罩(10)，通過進氣管與進氣孔(31)連接的空氣壓縮機(15)，通過進氣管與所述排水罩(10)連接的焊接保護氣氣瓶(16)，以及通過排氣管與所述排水罩(10)連接的精密排氣閥(5)，還包括通過排氣管與排氣孔(28)連接的針型閥(6)；所述高壓氣體控制系統與所述全封閉水箱(1)一起形成高壓環境和穩定的局部干燥空間，實現固定于所述可移動焊接工作臺(11)上的待焊件(24)高壓水下激光焊接。

2.根據權利要求1所述的一種模擬深水環境的局部干法水下激光焊接系統，其特征在于，所述可移動焊接工作臺(11)設于與所述箱體下端蓋板(32)連接的移動導軌(19)上，其一端通過推桿(23)與所述全封閉水箱(1)外的動力裝置(14)連接，并由密封墊(22)進行密封處理。

3.根據權利要求2所述的一種模擬深水環境的局部干法水下激光焊接系統，其特征在于，所述移動導軌(19)上設有導軌連接件(12)，所述導軌連接件(12)與所述可移動焊接工作臺(11)通過螺栓連接。

4.根據權利要求1～3任一項所述的一種模擬深水環境的局部干法水下激光焊接系統，其特征在于，所述可移動焊接工作臺(11)設有待焊工件夾具，所述待焊工件夾具包括調節螺栓(20)以及幾排相互平行的長條形待焊件壓板(21)。

5.根據權利要求4所述的一種模擬深水環境的局部干法水下激光焊接系統，其特征在于，所述箱體下端蓋板(32)上設有排水孔(34)，所述排水孔(34)上設有密封蓋。

6.根據權利要求1、2或5任一項所述的一種模擬深水環境的局部干法水下激光焊接系統，其特征在于，所述箱體上端蓋板(25)上設有上下貫通的熔池觀測孔(30)和水箱吊環(29)。

7.根據權利要求6所述的一種模擬深水環境的局部干法水下激光焊接系統，其特征在于，所述全封閉水箱(1)通過第一螺紋孔(36)和第二螺紋孔(37)與箱底固定板(13)連接；所述箱底固定板(13)通過U型槽(35)與箱體盛放臺(9)用螺栓進行固定。

8.根據權利要求1、2或7任一項所述的一種模擬深水環境的局部干法水下激光焊接系統，其特征在于，所述側板包括側面觀測板(38)，所述側面觀測板(38)上設有貫通的高速攝像機觀測孔(39)，并在所述側面觀測板(38)的內側設有樹脂玻璃板和密封墊。

9.根據權利要求8所述的一種模擬深水環境的局部干法水下激光焊接系統，其特征在于，全封閉水箱(1)外設置高速攝像機。

10.一種模擬深水環境的局部干法水下激光焊接方法，運用如權利要求1～9任一項所述的一種模擬深水環境的局部干法水下激光焊接系統實現，其特征在于，包括如下步驟：

S1：操作人員首先將安裝好的所述全封閉水箱(1)與箱底固定板(13)連接，并通過螺栓將箱體固定在箱體盛放臺(9)上面，其次將動力裝置(14)的推桿(23)和所述可移動焊接工作臺(11)連接起來，并進行調試；然后將打磨干凈的所述待焊件(24)通過長條形待焊件壓板(21)和調節螺栓(20)固定到所述可移動焊接工作臺(11)上，并往水箱內注入一定量的水，使水沒過待焊工件，從而得到所需要的水深；然后將所述排水罩(10)和石英玻璃固定在所述箱體上端蓋板(25)上，并通過螺栓和密封墊與側板進行封閉連接，形成全封閉的狀態；

S2：通過進氣管和排氣管將所述焊接保護氣氣瓶(16)、空氣壓縮機(15)、氣體流量計(17)、截止閥(18)、精密排氣閥(5)、針型閥(6)以及減壓閥(2)連接起來，然后打開所述空氣壓縮機(15)，往所述全封閉水箱(1)內通入高壓氣體，并通過調整所述氣體流量計(17)、截止閥(18)獲得額定的高壓空氣氣流，達到所需的水下高壓環境；

S3：等到箱內的氣壓處于所需的穩定氣壓后關閉所述截止閥(18)，并打開所述焊接保護氣氣瓶(16)，使得保護氣體進入到所述排水罩(10)里，從而以大于空氣壓縮機往全封閉水箱通入的高壓氣體的壓力將所述待焊件(24)表面的水排開，同時，打開所述精密排氣閥(5)和所述針型閥(6)，以保證箱內氣壓不會過大而是處于一個穩定的狀態；然后打開所述光纖激光器(7)，并按照預先制訂好的試驗方案進行高壓水下焊接；

S4：在所述焊接機器人(8)的輔助下，將已與所述光纖激光器(7)連接好的所述激光頭(3)置于所述激光透射孔(27)上方，保持所述激光頭(3)和所述待焊件(24)的焊縫處于同一垂直線上；

S5：打開所述光纖激光器(7)，調整好實驗參數，并按照預先設定的方案完成焊接，并用高速攝像機全程監控母材焊縫的形成過程，使之跟隨所述可移動焊接工作臺(11)移動，然后把所測得的數據傳送到計算機上，將整個焊接過程呈現出來，并存儲記錄；

S6：焊接工作完成后，關閉所述光纖激光器(7)，通過所述空氣壓縮機(15)和所述精密排氣閥(5)，將所述全封閉水箱(1)內的高壓氣體慢慢釋放，待所述全封閉水箱(1)內氣壓等于大氣壓時，打開排水孔(34)將水排光；最后打開所述箱體上端蓋板(25)取出所焊好的工件。