[發明專利]一種水下切割穿孔過程觀測方法及其裝置

有效

• 申請號: 202011358716.0
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112605495B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 杜永鵬;薛延華;陳曉強;朱小俊;王帥
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍潛艇學院
• 主分類號: B23K9/013
• 分類號: B23K9/013;B23K9/32
• 代理公司: 青島華慧澤專利代理事務所(普通合伙) 37247
• 代理人: 趙梅

本發明公開了一種水下切割穿孔過程觀測方法及其裝置，所述觀測裝置包括試驗水箱、割條、母材、支撐架、透明觀測窗、光學檢測裝置、干燥暗室、切割控制裝置、溫度場檢測裝置、數據處理器和視覺信息控制裝置；所述割條位于母材上方，所述支撐架呈倒扣花盆狀，頂部用于放置待切割母材，所述干燥暗室位于試驗水箱下方，緊貼于試驗水箱外壁、且僅與試驗水箱接觸一側為透明材料，其余外壁均由遮光材料構成，光學檢測裝置位于干燥暗室內，穿孔過程發生前，所述支撐架、未被割透的母材和干燥暗室共同構成一黑暗環境。通過本發明可以精確分析切割過程的電場、溫度場等變化，避免水中氣囊對觀測切割過程時的影響，提高觀測的準確性。

技術領域

本發明屬于金屬材料焊接技術領域，涉及切割穿孔過程的觀測方法，特別涉及一種水下切割穿孔過程觀測方法及其裝置，具體地說是一種利用至于母材背面的視覺傳感裝置觀測母材穿透過程的觀測方法。

背景技術

水下切割技術最早用于打撈沉船工程，并逐步發展起來。尤其是近幾年來，隨著開發海洋事業的發展，從提高水下切割能力、速度和質量，以及為適應特殊結構、特殊環境需要目的出發，相繼開發了一些新的水下切割方法和設備。就該方法的目前發展而言，水下切割機理的研究尚不夠深入，主要有以下原因：①水下電弧切割過程中，割條深入工件內部，傳統的觀察手段難以觀察其切割過程；②切割過程中反應產物易使水變渾濁，加上氣泡的影響，難以觀測。因此需結合該方法的特點設計適用于水下切割過程觀察的試驗裝置，進而明確切割過程的影響，為實現其自動化和高效切割起推動作用。

江蘇科技大學的黎文航等采用在工件邊沿切割的方法觀測切割過程，探究了藥芯割絲深水下的切割工藝，但因水下切割時產生的氣泡及渾濁物橫向擴散影響水下光路，用該空氣切割觀測的方法拍攝無法在水下獲取理想的切割圖像。郭寧等人針對水下濕法焊接過程中由于渾濁物較多影響水下觀測光路的問題，采用X射線和高速攝像相結合的方法，憑借X射線強大的穿透力，獲取了藥芯焊絲水下濕法焊接過程的清晰的熔滴過渡圖像，但這種方法成本相對較高。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明提供一種水下切割穿孔過程觀測方法及其裝置，精確分析切割過程，避免水中氣囊對觀測的影響，滿足水下觀測過程中對觀測裝置要求觀測清晰、分析準確、成本低廉等要求。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

首先，本發明提供一種水下切割穿孔過程觀測裝置，包括試驗水箱、割條、母材、支撐架、透明觀測窗、光學檢測裝置、干燥暗室、切割控制裝置、溫度場檢測裝置、數據處理器和視覺信息控制裝置；

所述割條位于母材上方，割條與切割控制裝置相連接，切割控制裝置與數據處理器相連接；所述母材與溫度場檢測裝置相連接，溫度場檢測裝置與數據處理器相連接；

所述支撐架呈倒扣花盆狀，頂部用于放置待切割母材，且頂部預留一開孔，開孔面積小于母材；所述支撐架底部無遮蓋，其余部位密封、遮光；

所述干燥暗室位于試驗水箱下方，緊貼于試驗水箱外壁、且僅與試驗水箱接觸一側為透明材料，其余外壁均由遮光材料構成，光學檢測裝置位于干燥暗室內，外部與數據處理器相連接，用于觀測切割過程；

穿孔過程發生前，所述支撐架、未被割透的母材和干燥暗室共同構成一黑暗環境。

進一步的，內嵌于試驗水箱底板處的透明觀察窗位于母材的正下方。

進一步的，所述透明觀測窗具有傾斜角度，以免濺落熔渣影響觀測效果。

進一步的，所述溫度場檢測裝置為放置于母材穿孔周圍的一系列溫度傳感器，引弧開始時同步觸發溫度傳感器，記錄各個位置溫度的變化。

進一步的，所述割條為無電自蔓延割條或水下電氧割條。

本發明還提供一種水下切割穿孔過程觀測方法，利用前述的水下切割穿孔過程觀測裝置進行，包括如下步驟：