水下机器人局部干法焊接系统的分析

针对核电站优质水下焊接修复需求,研制了一套局部干法水下机器人焊接系统.以DSC微处理器为核心,结合二次逆变主电路,设计了全数字多波形柔性输出的大功率水下焊接电源;采用电枢电压反馈控制、高频斩波脉宽调制及动静密封技术,开发了紧凑型潜水送丝装置;针对焊接局部保护和排渣难题,开发了基于收缩喷管原理的双气帘结构微型排水罩.集成专用水下焊枪、机器人、视觉系统等,搭建水下机器人局部干法焊接试验平台,开展水下焊接试验.结果表明,研制的局部干法焊接系统样机性能可靠,引弧成功率高,焊接过程稳定,焊缝成形美观.     

水下机器人局部干法焊接系统

针对核电站优质水下焊接修复需求,研制了一套局部干法水下机器人焊接系统.以DSC微处理器为核心,结合二次逆变主电路,设计了全数字多波形柔性输出的大功率水下焊接电源;采用电枢电压反馈控制、高频斩波脉宽调制及动静密封技术,开发了紧凑型潜水送丝装置;针对焊接局部保护和排渣难题,开发了基于收缩喷管原理的双气帘结构微型排水罩.集成专用水下焊枪、机器人、视觉系统等,搭建水下机器人局部干法焊接试验平台,开展水下焊接试验.结果表明,研制的局部干法焊接系统样机性能可靠,引弧成功率高,焊接过程稳定,焊缝成形美观.     

局部干法自动水下焊接系统的研究

为进行远程控制水下焊接,研制了一套局部干法自动水下焊接系统,进行了15 m水深局部干法自动水下焊接工艺试验.结果表明,该水下焊接系统稳定可靠,焊缝成形良好,能够用于特殊环境的远程控制自动水下焊接作业.     

新型焊条电弧焊水下局部干法焊接装置研制及焊接工艺研究

以拓展水下局部干法焊条电弧焊焊接方法为目的,研制出一种新型的水下局部干法焊条电弧焊焊接装置,并进行了系统的焊接工艺试验。通过焊接装置的试验,该系统装置结构简单、操作方便、焊缝成形美观。与焊条电弧焊正常干法环境焊接相比,由于水下焊接时气体对电弧的压缩效应,使得焊缝熔深明显增加,熔宽略微下降;随着水深的增加,排水气体的压力相应增大,焊缝熔深进一步增加,熔宽进一步下降,同时母材与焊缝的过渡更为圆滑,降低了应力集中的程度。     

局部干法水下快频脉冲MIG焊电源研制

针对复杂水下环境焊接过程对焊接电源超高动特性与精确控制需求,设计基于SiC模块的快频脉冲焊接电源功率主电路,开发全数字化控制系统,研制出局部干法水下快频脉冲MIG焊电源(local dry underwater fastfrequency pulsed MIG,LDU-FFPMIG).研制的LDU-FFPMIG焊接电源额定输出电流为400 A,能精确输出多种0～30 kHz的快频脉冲电流波形,快频脉冲电流幅值高达200 A.提出LDU-FFPMIG焊接新工艺,将快频脉冲应用到304不锈钢局部干法水下MIG焊接,探究快频脉冲对传统局部干法水下脉冲MIG焊的影响.结果表明,研制的LDU-FFPMIG焊接电源能够实现稳定的局部干法水下MIG焊,可获得良好的焊缝成形;快频脉冲电流的引入可显著提高电弧能量密度和焊接稳定性,减小熔宽(B)、增大熔深(H),焊缝成形系数(B/H)减小约30%,并且可以细化晶粒.     

水下焊接技术在核电站建设中的应用与研究展望

目前,核电站的焊修工作都是由行车焊工进行,质量难以保证,水下局部干焊技术是目前的发展趋势。文中首先分析了水下焊接技术在核电站焊接修复中的应用现状,并以局部干法水下焊接304奥氏体不锈钢对接焊缝为例,指出了水下焊接接头与空气中焊接接头力学性能和耐蚀性的差距。为了适应未来高放射性、高风险的水下焊接环境,研制局部干式水下焊接自动化系统将是未来核电站关键敏感部件水下焊接修复的关键。为此,在此基础上,研制了一套遥控水下局部干式金属惰性气体保护焊自动焊接系统,其关键部件是一个能模拟30 m水深环境的压力容器。焊接舱内有3个摄像头,其可以监控设备的运行状态和焊接过程。304奥氏体不锈钢15 m水深焊接试验结果表明,该系统能满足局部干焊试验的要求。这些研究成果对核电站水下焊接修复技术的发展具有重要意义。     

核电厂水下TIG焊炬设计及焊接工艺研究

针对核电厂水下定位销的更换及安装，为了得到高质高效的自动化焊接方法，通过自行设计的局部干法水下TIG焊枪在水中对控氮不锈钢管板结构进行焊接。首先对局部干法水下TIG焊炬进行结构设计，并采用ANSYS进行焊炬的流体仿真模拟，优化进气口位置、进气方式等并验证其排水效果，研究了焊接工艺参数对水下TIG焊缝成形的影响规律，并对水下TIG焊接焊缝的力学性能进行了测试。结果表明，经过优化，此焊炬在水下焊接时通气3 s后便可得到稳定的局部干燥空间，避免了水环境对焊接过程的干扰。使用此焊枪可以在水下得到均匀连续的焊缝，且焊缝横截面参数随焊接工艺参数变化的规律与陆上焊接相同，但是熔深和熔宽均比陆上焊接的小；同时发现水下焊缝的熔深、熔宽的变化可能是由于水下冷却速度快和低温环境对电弧的热压缩交替作用引起的；焊缝的力学性能与焊接电流成正比，与焊接速度成反比。水下TIG焊接焊缝的力学性能与陆上焊接得到的焊缝相当，甚至略高。     

不同压力条件下水下局部干法焊接的研究

通过压力舱模拟不同的环境压力来研究不同压力条件下的水下局部干法焊接。主要采用焊接电流的波形来分析压力对水下局部干法焊接电弧、焊缝成形的影响。同时分析了在相同的压力条件下,保护气体对水下焊丝局部干法焊接的影响。结果表明:环境压力会使水下局部干法焊接的电弧不稳定,使焊缝的成形变差,当环境压力小于0.4 MPa时,随着压力的增大,熔深和余高逐渐增大;而当环境压力超过0.4 MPa后,随着压力的增大,熔深和余高则开始有所减小,但熔宽始终随着压力的增大而减小。相对于CO2而言,Ar与CO2混合气体可以在一定程度上增加电弧的稳定性,可以在一定程度上减缓由压力带来的不良影响。     

核电厂定位销局部干法水下TIG焊接工艺

以核电厂定位销水下焊接为研究对象,研制双层气体保护的局部干法水下TIG旋转焊枪,运动轨迹通过直流电机带动钨极绕固定直径转动实现.对核级材料Z2CN19-10控氮奥氏体不锈钢进行焊接,研究局部干法水下TIG焊接焊缝成形,优化工艺参数,结合热循环曲线及电弧形态,分析焊接接头显微组织及力学性能.结果表明,当焊枪的内层和外层保护气均通氩气时,焊缝成形良好,电弧形态稳定;增大焊接电流或减小焊接速度均使焊缝熔深增大,熔宽增大;对比水下焊接接头和陆上焊接接头发现,水的快速冷却作用会促使熔合线附近的铁素体的形态由树枝状转变为板条状,奥氏体含量减少,焊缝中心晶粒细化;水下焊接接头的显微硬度和力学性能略高于陆上焊接接头.     

浅析影响水下焊条电弧焊焊缝质量的因素

水下焊条电弧焊属于水下湿法焊接,与水下干法焊接和水下局部干法焊接相比,具有操作灵活、设备简单和消耗费用低等优点,但焊后的焊缝质量相对较差。本文针对水下焊条电弧焊的环境,介绍了影响焊缝质量的因素,并提出了改善焊缝质量的几点建议,为焊工培训及实际焊接工程提供借鉴。     

局部干法焊旋转电弧传感设计及数值模拟

针对水下焊接焊缝质量差等问题,研制了一种用于水下局部干法焊接的旋转电弧传感器来改善水下焊接质量.运用流体力学仿真软件对传感器排水罩的排水效果进行了流场模拟,验证了排水罩结构设计的可行性.焊接实验证明,所设计的局部干法焊旋转电弧传感器改善了水下焊接的质量.     

304不锈钢局部干法自动水下焊接

局部干法水下焊接以其相对经济、灵活的优势,逐渐成为水下焊接中的主要方法之一.研制了局部干法自动水下焊接试验系统,在此基础上利用汉诺威弧焊质量分析仪对包括空气中、5 m水深和15 m水深三种焊接环境下的焊接电参数进行了采集和分析.结果表明,水下焊接试验系统能够实现局部干法自动水下焊接,焊接过程中的熔滴过渡形态与焊接环境有关,为科学评价局部干法自动水下焊接时的焊接工艺以及焊接质量控制提供了试验依据.     

水下局部干法CO_2自动焊接工艺参数对焊缝成形规律的研究

采用水下局部干法CO2自动焊焊接方法对16 mm厚16Mn钢进行平板堆焊试验,分析研究了电弧电压、焊接电流、焊接速度和焊枪倾角4个焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律。结果表明,水下局部干法CO2自动焊的熔深主要取决于焊接电流,电弧电压及焊接速度对其影响不大;焊接速度对余高影响不大。前倾焊时,熔深小,焊道平而宽,焊缝美观,容易观察焊道,气体保护效果好;后倾焊反之。     

局部干法焊接排水罩的流场分析与优化设计

在水下焊接方法中,局部干法焊接采用排水罩将焊接区域的水排开进行焊接,接头质量容易保证,无需大型排水设备,易于实现水下焊接自动化。然而,横向焊接时熔池在重力作用下产生下榻,影响焊缝成形。局部干法水下横向焊接时,通过优化排水罩结构,使排水罩内高压气体在排水的同时,产生稳定向上的风场吹袭熔池,抑制熔池下淌,并将焊接产生的烟雾迅速带出排水罩,将大幅提高焊接质量。文中采用数值模拟的方法,研究了排水罩内的湍流气体的风场结构,优化了微型排水罩进气口位置、内部结构。研究发现:由端面进气,在排水罩内加挡板,并采用多孔隔板时可以产生理想的风场。     

旋转电弧横向焊接及侧向风场对其焊缝成形影响的试验研究

局部干法横向焊接在海洋工程装备制造中具有潜在的应用价值,然而,受重力的影响,横向焊接时熔融金属向下流动,造成焊缝下塌,严重影响了焊接质量。通过试验研究了横向焊接时焊缝下塌随焊接电流、电压等工艺参数的变化规律。在此基础上,研究了侧向风场作用下旋转电弧横向焊接的焊缝成形质量。结果表明:横向焊接时焊缝下塌程度随焊接电流的增加明显变大,受焊接电压的影响较小。旋转电弧横焊可以获得较为一致的熔深,并在一定程度上减小焊缝下塌,其温度场分布也比普通横焊时均匀。侧向风场对抑制焊缝下塌具有明显的作用,但也会引起焊缝成形的不稳定,如何合理控制电弧区域的风场是局部干法焊接的关键。研究结果为实现局部干法水下横焊的熔池控制提供了基础。     

大型构件水下焊接机器人系统

针对水下焊接环境要求,设计了一种履带式水下焊接机器人系统,该系统由机器人本体机构、激光视觉传感器、控制系统和焊接系统组成. 机器人本体机构由履带式移动平台和焊枪调节机构构成,运动灵活可靠,满足水下焊接焊缝跟踪要求. 完成了视觉传感器部件选型及光路设计,实现水下环境的焊缝自动识别. 设计了基于PLC机器人控制系统和协调控制方法,实现水下环境的焊缝跟踪控制. 同时在水下焊接试验平台完成焊接跟踪试验. 结果表明,机器人运行稳定,焊缝成形较好,焊接质量满足要求.     

水下局部干法焊接预热技术及专用排水罩的研制

研制开发了一种带有预热功能的水下局部干法焊接专用排水罩. 该排水罩具有水下预热功能,适用于水下局部干法药芯焊丝半自动焊工艺,预热温度可达60～80℃. 排水罩内设计有一块覆盖于坡口周围的预热钢板,正式焊接前首先在该板上进行预热焊接,通过热传导来实现对焊接坡口的预热作用. 使用该排水罩在水池中进行了模拟焊接试验. 结果表明,焊接接头质量达到AWS D3.6M:2010规定的A级焊缝的各项性能要求. 与其它水下焊接方法的试验结果对比发现,采用所研制的带预热功能的固定式排水罩进行水下局部干法焊接时接头的最大硬度显著降低,韧性也有明显提高.     

水下焊接技术的研究与应用现状

随着海洋工程不断向深海推进以及核电站内部构件修复等新问题的提出.对水下焊接技术提出了更高的要求.本文简要介绍了高压干法、局部干法以厦深水结构摩擦叠焊等水下焊接技术研究与应用的最新进展,综述了水下机器人在水下焊接领域的研究现状,并对水下焊接技术的发展趋势提出了一些看法.     

水下局部干法T型坡口焊接过程的有限元分析

水下焊接温度场分布直接影响焊缝的质量.本研究以Q235-A中厚板T型坡口焊接为例,借助ANSYS软件平台,采用有效措施力求分析的准确性和有效性,对水下局部干法焊接和冷却过程进行三维动态模拟分析,并实现了APDL参数化编程,得到了水下局部干法焊接试件温度场和应力应变场的变化情况及分布规律.     

核电站SC结构MAG单面焊双面成形焊接接头性能分析

以核电站SC结构焊接为研究对象,进行了MAG单面焊双面成形焊接工艺试验,分析了焊接接头横截面上不同位置的化学成分、硬度、冲击韧性、金相组织,通过试验分析,证明了核电站SC结构MAG单面焊双面成形焊缝接头性能具有良好的一致性,验证了MAG单面焊双面成形工艺的可靠性。