[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

本發明公開了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，還包括高壓氣體控制系統、全封閉水箱(1)，以及設于全封閉水箱(1)底部的可移動焊接工作臺(11)；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)帶上的待焊件(24)高壓水下激光焊接。本發明還公開了一種模擬深水環境的局部干法水下激光焊接方法，操作方便，通過模擬真實的深水環境可安全穩定的獲得質量較高的焊縫。

技術領域

本發明屬于水下激光焊接成套設備技術領域，更具體地，涉及一種模擬深水環境的局部干法水下激光焊接系統及方法。

背景技術

隨著人類對海洋的認識不斷加深，富饒的海洋資源吸引著人類走向更深、更廣的海洋領域，并建設了越來越多的海上基礎設施。海上基礎設施的建立和維護離不開水下焊接技術的進步與完善。水下激光焊接作為一種新型的自動化生產工藝，具有熱輸入大、冷卻速率快等優點。在水下礦產開發、海底油氣管道、大型設備、甚至綠色核電設施的建設與維修等領域具有廣闊的應用前景。此外，近年來高功率光纖激光技術快速發展，激光器的焊接功率大幅度提高，激光器越來越小型化，并且可通過光纖進行長距離高精度傳輸，使水下激光焊接技術的應用前景更加光明。

目前，水下激光焊接在淺水(100米)環境下已得到部分應用，而在深水(100-2500米)環境下的應用較少。這是由于深水環境具有高壓力、大濕度、低溫度以及復雜水生物環境等特點，導致激光焊接過程的蒸發、冶金等過程也會隨之發生重大變化。例如，在較高壓力作用下，材料沸點隨著壓力的增大而提高，影響水-激光-母材相互作用機制，并且焊接保護氣氣泡體積因受到壓力而減小，會導致焊縫金屬氣孔等缺陷傾向增加；在大濕度環境中，水電離出來的氫和氧使合金元素燒蝕嚴重；較低的水溫會導致焊縫快速冷卻，極易形成脆硬組織，大大影響焊接質量。因此，開展深水環境下的激光焊接技術的研究十分重要。同時，在真實深海環境下進行工藝實驗研究成本極高，使得開發陸地上的模擬深水焊接裝置具有重要的作用和意義。

現有的水下激光焊接模擬裝置通常是在淺水環境下進行。例如，公告號為CN107914085A的發明專利，公開了“一種模擬淺水環境的水下激光焊接裝置”，此種方式忽略了水深增加會導致材料的沸點提高，從而會顯著影響到激光與物質的相互作用過程。這種不可忽視的變化對焊接特征，比如焊縫形貌、缺陷、組織、焊接過程等均會產生明顯的影響。因此，目前的淺水下的模擬裝置無法用于研究深水環境的激光焊接工藝工程。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供一種模擬深水環境的局部干法水下激光焊接系統，采用包括箱體上端蓋板、箱體下端蓋板、側面觀測板以及其他側板的全封閉水箱，并通過全封閉水箱上的進氣管和排氣管將焊接保護氣氣瓶、空氣壓縮機、氣體流量計、截止閥、精密排氣閥、針型閥和減壓閥連接起來，達到所需的高壓環境和穩定的局部干燥空間，再采用光纖激光器、激光頭、轉接板以及焊接機器人組成的焊接系統，將水箱內設置于可移動焊接工作臺上的待焊接件實現高壓水下激光焊接。本發明的激光焊接系統在使用過程中能夠模擬真實的深水環境，通過往全封閉水箱內通入高壓氣體以此達到我們所需要的壓力值。并在排水罩內通入保護氣，使待焊工件上快速形成一個穩定的局部干燥空間，從而獲得質量較高的焊縫。

按照本發明的一個方面，提供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，以及與所述激光頭上的轉接板連接的焊接機器人；

所述全封閉水箱包括箱體上端蓋板、箱體下端蓋板、以及側板，所述側板兩端分別嵌入所述箱體上端蓋板和所述箱體下端蓋板的上設置的連接槽上，并通過螺栓與其緊密連接；