[發明專利]一種水下焊接裝置及方法

有效

• 申請號: 202110366580.6
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113070572B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 米高陽;胡溢洋;華志嘉;薊思益;王春明;熊凌達;張熊
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B23K26/21
• 分類號: B23K26/21;B23K26/12;B23K26/70;B08B7/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 孫玲

本發明公開一種水下焊接裝置，包括激光焊接頭、激光清洗頭、排水罩、通氣口，本發明還提供一種水下焊接方法，將氣流通過通氣口輸入排水罩內，當開口處有氣體排出時，將排水罩移到待焊接件處，開口正對待焊接件，排水罩內的水被氣體擠壓排出后，排水罩與待焊接件之間形成干燥空間；啟動激光清洗頭和激光焊接頭，激光清洗頭能夠去除待焊接件表面的金屬氧化膜和水膜，激光焊接頭能夠對待焊接件進行焊接。在進行水下焊接時，激光清洗頭和激光焊接頭一前一后，由前面的激光清洗頭對待焊接件表面進行激光清洗，然后激光焊接頭運動到清洗后的位置時對該區域進行焊接，不僅可以有效去除金屬表面氧化物，還能去除水膜，消除氫源，提高焊接質量。

技術領域

本發明涉及激光加工設備及其周邊配套設施技術領域，特別是涉及一種水下焊接裝置及方法。

背景技術

進入21世紀以來，隨著人口數量爆增，陸地資源儲量驟減，生態環境惡化，世界各國紛紛加快了對海洋資源開發利用的步伐。然而，由于受到海洋工程建設及維修等技術條件的限制，目前大量新興海洋經濟產業僅集中在近海領域，在深海領域的發展還比較少。不過可以預見，隨著我國經濟結構的戰略調整，更多適用于深海領域應用的海上工程及大型船舶將逐漸出現，與此相對應的海洋工程結構建設及維修也將大量展開。海上工程及大型船舶由于長期處于陰冷、潮濕的水體環境中，由構件作為陰、陽極物質，水體作為導電溶液的原電池，會對材料進行嚴重的腐蝕影響，生成金屬氧化膜等物質。

金屬氧化膜的存在，一方面可能在高溫下，分解使得熔池吸氫、吸氧，由于熔池的快速冷卻，氣體來不及逸出，容易在焊接接頭內形成氫氣孔。氣孔會破壞焊縫金屬的致密性，削弱焊縫的有效截面，極大地降低焊縫的力學性能，損害接頭的成形效果；另一方面，金屬氧化膜可能不分解、不溶于熔體，焊接過程中，浮在熔體表面的氧化皮被破碎并卷入熔體內，留在熔池中形成夾雜。除此之外，氧化膜的結構疏松多孔、易吸收水分、油污等，在這種狀態下焊接易引起焊縫氣孔率的提高從而影響接頭性能。

盡管在水下激光焊接過程中形成了穩定的局部干腔，然而，水對激光焊接的影響并沒有完全消除，因為基底浸沒在水中，薄層水膜仍然殘留在基底表面上。水膜會在高溫下產生熱分解，導致溶解到焊縫中的氫增加，焊縫含氫量高，易引起裂紋，甚至導致結構的破壞。另外，在水下激光焊接過程的初始階段，激光束照射在基底區域上，水膜吸收一部分熱量，產生了氣溶膠粒子，由于氣溶膠粒子的吸收和散射效應，導致激光強度的降低，既會影響焊縫成形，也會降低焊接過程的穩定性。

公開號為CN107931872A的中國專利，公開了一種水下激光焊接用排水裝置及其使用方法，是現有實現水下局部干法焊接的較為成熟的方案，利用排水罩能夠在水下待焊工件表面形成一個穩定的局部干燥空間，但是無法去除工件表面已有的氧化膜等雜質。公開號為CN111872583A的中國專利，公開了一種轉角分離式水下激光焊接微型排水裝置，將排水罩分為上下兩部分，工作時，在下罩體不動的情況下上罩體可以靈活轉動，但是仍然無法去除金屬氧化膜及水膜，導致焊接質量較差，同時，隨著上罩體的運動，焦距隨之改變，每次運動后焦距的調節極大降低了焊接效率。

因此，如何改變現有技術中，水下激光焊接過程中金屬氧化膜和水膜影響焊接質量的現狀，成為了本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種水下焊接裝置及方法，以解決上述現有技術存在的問題，提高水下焊接質量。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：本發明提供一種水下焊接裝置，包括激光焊接頭、激光清洗頭、排水罩、通氣口，所述激光焊接頭和所述激光清洗頭均設置于所述排水罩上，所述激光焊接頭和所述激光清洗頭分別連接有激光器，所述激光焊接頭與所述激光清洗頭的激光出射端均伸入所述排水罩內，沿焊接方向，所述激光清洗頭位于所述激光焊接頭的前方；

所述排水罩具有開口，所述開口正對待焊接件設置，所述通氣口設置于所述排水罩上，所述通氣口與所述排水罩的內腔相連通，所述通氣口能夠與外部氣源相連通。