[發(fā)明專利]一種海底管道激光電弧復(fù)合增材制造維修系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010859496.3
• 申請(qǐng)日: 2020-08-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111975204B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱加雷;王凱;焦向東;李京洋;李叢偉;苗春雨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京石油化工學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): B23K26/348
• 分類(lèi)號(hào): B23K26/348;B23K26/70;B33Y30/00
• 代理公司: 北京凱特來(lái)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;趙鎮(zhèn)勇

本發(fā)明公開(kāi)了一種海底管道激光電弧復(fù)合增材制造維修系統(tǒng)和方法，包括抱管機(jī)構(gòu)、干式保護(hù)倉(cāng)和液壓機(jī)構(gòu)；三維坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、激光電弧復(fù)合增材機(jī)構(gòu)、超聲波測(cè)距傳感器、變焦成像記錄儀和銑削修型加工機(jī)構(gòu)設(shè)于干式保護(hù)倉(cāng)內(nèi)并可進(jìn)行三維移動(dòng)；并能在油氣管線表面做相對(duì)運(yùn)動(dòng)；激光電弧復(fù)合增材機(jī)構(gòu)包括激光加工頭、焊槍及配套連接裝置；銑削修型加工機(jī)構(gòu)包括修型銑刀和配套動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置。干式保護(hù)倉(cāng)為修復(fù)過(guò)程創(chuàng)造干燥環(huán)境，減小水深水壓對(duì)測(cè)量和修復(fù)的影響。可實(shí)現(xiàn)水下油氣管線快速應(yīng)急搶修，并對(duì)修復(fù)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保水下環(huán)境下的修復(fù)過(guò)程穩(wěn)定、修復(fù)質(zhì)量統(tǒng)一，精確控制修復(fù)形狀尺寸，并可在更復(fù)雜條件下獲得良好的修復(fù)成型。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種水下焊接工程技術(shù)，尤其涉及一種海底管道激光電弧復(fù)合增材制造維修系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

海洋油氣開(kāi)發(fā)是目前石油能源發(fā)展的主要方向，海底管道的修復(fù)急需先進(jìn)的水下焊接維修技術(shù)作為支撐。海底管線常年在工況極其惡劣的海底工作，多數(shù)又需要埋設(shè)于海底泥土中一定深度，檢查和維修困難，某些處于潮差或波浪破碎帶的管段(尤其是立管)，受風(fēng)浪、潮流、海中漂浮物和船舶撞擊或拋錨遭受破壞。海底管道的泄露不僅會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)會(huì)造成嚴(yán)重的海洋環(huán)境污染，因此海洋管道泄露后必須盡快進(jìn)行修復(fù)。

水下激光電弧復(fù)合增材制造技術(shù)是將激光電弧復(fù)合焊接技術(shù)和增材制造技術(shù)有機(jī)結(jié)合，通過(guò)排水裝置在破損管道表面制造出局部干燥空間，再通過(guò)激光電弧復(fù)合焊接設(shè)備在管道破損部位堆積熔化金屬，實(shí)現(xiàn)海底管道的修復(fù)制造。

激光電弧復(fù)合焊接所用的光線通過(guò)長(zhǎng)距離傳輸送至水下，由于激光能量集中且在高壓環(huán)境下具有穩(wěn)定電弧的作用，因此水下激光電弧復(fù)合增材制造維修方法在修復(fù)質(zhì)量和效率方面應(yīng)急搶修海底油氣管道泄漏具有顯著技術(shù)優(yōu)勢(shì)及廣闊應(yīng)用前景。

激光電弧復(fù)合增材制造技術(shù)具有高效率和便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于情況緊急、環(huán)境復(fù)雜、作業(yè)費(fèi)用昂貴的水下修復(fù)而言是非常有利的，但其受水下環(huán)境影響顯著且需要開(kāi)發(fā)特種設(shè)備，因此目前研究和應(yīng)用受到較大限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種海底管道激光電弧復(fù)合增材制造維修系統(tǒng)和方法，實(shí)現(xiàn)海底油氣管道的快速維修。

本發(fā)明的海底管道激光電弧復(fù)合增材制造維修系統(tǒng)，包括抱管機(jī)構(gòu)22、干式保護(hù)倉(cāng)20和液壓機(jī)構(gòu)21；

所述干式保護(hù)倉(cāng)20內(nèi)設(shè)有三維坐標(biāo)測(cè)量?jī)x13、激光電弧復(fù)合增材機(jī)構(gòu)、超聲波測(cè)距傳感器17、變焦成像記錄儀14和銑削修型加工機(jī)構(gòu)；

所述銑削修型機(jī)構(gòu)包括銑刀18和配套傳動(dòng)裝置，所述銑削修型機(jī)構(gòu)固定在滑座二15上，所述滑座二15安裝于滑臺(tái)二4的X向?qū)к壣希龌_(tái)二4安裝于滑臺(tái)一2的Z向?qū)к壣希?/p>

所述激光電弧復(fù)合增材機(jī)構(gòu)包括激光加工頭5、焊槍3和焊槍固定裝置，所述激光焊接頭5和焊槍3通過(guò)焊槍固定裝置固定在滑座一7上，所述滑座一7安裝于滑臺(tái)二4的X向?qū)к壣希龌_(tái)二4安裝于滑臺(tái)一2的Z向?qū)к壣希?/p>

所述超聲波測(cè)距傳感器17、三維坐標(biāo)測(cè)量?jī)x13和變焦成像記錄儀14安裝在15滑座二上，所述滑座二15安裝于滑臺(tái)二4的X向?qū)к壣希龌_(tái)二4安裝于滑臺(tái)一2的Z向?qū)к壣希?/p>

所述滑臺(tái)一2安裝在Y向的絲杠12上。

上述的海底管道激光電弧復(fù)合增材制造維修系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)海底管道激光電弧復(fù)合增材制造維修的方法，包括以下步驟：

a、利用干式保護(hù)倉(cāng)創(chuàng)造局部干燥環(huán)境，采用激光電弧復(fù)合增材修復(fù)方式進(jìn)行管道缺陷修復(fù)；

b、抱管機(jī)構(gòu)固定于機(jī)架總裝，由液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)抱管機(jī)構(gòu)開(kāi)合將干式保護(hù)倉(cāng)固定于管道表面，液壓驅(qū)動(dòng)在集成控制系統(tǒng)操控下實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)自適應(yīng)就位系統(tǒng)設(shè)定運(yùn)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)速度、裝夾位置，并在修復(fù)過(guò)程中隨具體工況要求實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)；