水下高压干式焊接电弧的研究现状

主要研究了环境压力对焊接电弧形态、稳定性、电弧电压特性、电弧电流密度、电弧温度、电弧热效率的影响及变化规律。试验是在焊接模拟压力舱中进行的。研究表明，随着环境压力的增加，弧柱压降及电流密度均增加，电弧也更明亮；电弧稳定性随环境压力的增加而下降。对高压环境下焊接电弧的进一步研究提出了建议。     

TIG焊机应用于高压焊接试验舱的关键技术

为TIG焊机成功地应用于高压焊接试验舱,解决了焊机线缆穿越高压焊接试验舱时焊接电缆、焊机测控电缆、焊接保护气管的密封问题,以及应用于高压焊接过程的电弧熔池摄像、背面焊缝成形摄像、钨极焊丝摄像和舱内场景摄像问题。     

高压TIG焊接技术及其应用研究

在分析高压焊接特殊物理行为的基础上，借鉴国外类似系统的特点进行了整体方案设计。设计了一套水下干式高压焊接系统，并对其进行具体分析。该系统可以满足60m水深海底管道的高压TIG自动焊接。     

水下高压空气环境下GMAW电弧特性试验

采用高压试验舱模拟水下高压干式焊接环境,以压缩空气为气源进行加压,通过防燃爆试验验证在0.1~0.7 MPa范围内,在CO2和混合气(80%Ar+20%CO2)作为保护气源的情况下,可以进行正常的GMAW焊接过程.在此基础上,通过试验研究了高压空气环境下GMAW电弧特性,分别考察了环境压力、焊接电流、焊丝伸出长度和保护气种类及流量对焊接电弧特性的影响规律,并给出试验结果.借助最小二乘法对试验数据进行拟合,得出了高压空气环境下GMAW电弧电压的数学模型.     

遥操作干式高压海底管道维修焊接机器人系统

干式高压焊接是既能保证焊接质量又易于实施的海底管道维修方法.基于目前的自动化技术水平和海管坡口制备难度大的现实,提出了基于高级焊工焊接知识和潜水员水下工作技能的遥控海底管道维修焊接策略.研制了一套干式高压环境管道全位置焊接机器人及其分置于水面母船甲板和水下干式舱的机器人焊接控制系统,研制了分别用于场景、坡口和焊缝的视觉监视系统,以及计算机远程信息采集监控系统,它们与水下干式舱系统一道构成了水下干式管道维修系统.还研究了干式舱充气气体种类、焊接电源特殊性和舱内引弧问题.利用先期在干式高压焊接实验室获得的海管焊接工艺完成了海上焊接维修试验,焊缝质量良好.

Abstract：

Among the available underwater pipeline repair methods, hyperbaric TIG welding technology may be the easier one to obtain better joint quality. Due to the low automation level and the bevel preparation difficulty, the repair welding should be conducted based on both the welding knowledge of the welder on deck and the operation skill of the diver. A tele-operated robot for all position hypetharic pipe welding was developed. In the specified case of underwater welding, the process was controlled by a surface based operator, a clear and real time image of the arc as well as the image of groove location were required. An observation system of three cameras for chamber, groove and weld was also developed respectively. All the necessary message of vision, welding current and arc voltage were collected and transferred to the surface by the developed computerized information system. The underwater pipeline maintanence system consists of the welding robot, observation system, the informarion system, together with the habitation. The chamber gas type, the welding power source and arc striking were also studied. With the welding proceedure developed in the hyperbaric welding laboratory, a good weld was obtained in a underwater pipe repair welding test at Bohai sea.     

干式高压环境对TIG焊接电弧温度的影响

干式高压焊接时,环境压力对焊接电弧的影响不容忽视.电弧温度是焊接电弧物理特性的重要参数之一,测定高压环境下的电弧温度对于深入理解焊接电弧在高压环境下的物理特性,从而寻求改善水下干式高压焊接质量的新途径有重要意义.介绍了电弧等离子体光谱诊断方法,对高压环境下的TiG电弧光谱进行分析,建立了一套切实可行的高压环境电弧温度测量方法.对高压环境焊接电弧温度变化规律进行了分析,建立了环境压力与电弧温度的函数关系式,并对试验结果进行了讨论.研究结果对于高压环境焊接电弧物理特性的研究具有参考价值.     

水下焊接高压空气环境下GTAW电弧特性

利用自制的高压干法水下焊接模拟试验平台,首次系统研究了高压空气环境下GTAW电弧特性.结果表明,空气环境下GTAW电弧的安全压力范围可高达0.7 MPa;高压空气环境下的GTAW电弧电压值为12～19 V,略高于同样压力的氩气环境下氩弧值,其电弧静特性在电流大于50 A时呈上升特性;随着空气环境压力升高,GTAW电弧的弧柱电场强度与阴阳极压降增加,导致电弧静特性曲线上移,其上升率约为5～10 V/MPa.在试验数据的基础上,建立了高压空气环境下的GTAW电弧电压数学模型,该数学模型可用于综合分析计算电弧长度、环境压力和焊接电流对GTAW电弧电压的影响.     

高压干法水下焊接装备与技术的发展

介绍了国内外高压干法水下焊接模拟实验装置和高压干法水下焊接维修作业装备系统的发展现状,重点论述了高压下对焊接电孤行为的研究情况,包括环境压力对焊接电弧形态、稳定性、电弧电压特性、电弧电流密度、电弧温度场等的影响及变化规律.指出了高压干法水下焊接技术的发展方向及我国研究高压干法水下焊接技术的必要性.     

高压干法水下焊接技术发展现状

随着海洋石油和天然气工业的发展，海洋工程日益向深海挺进，发展水下焊接技术刻不容缓。高压干法水下焊接以其焊接质量高、接头性能好等优点越来越受到重视。概括介绍了国内外高压干法水下焊接模拟实验装置和高压干法水下焊接维修作业系统的发展现状，重点论述了高压下对电弧行为的研究情况，包括环境压力对焊接电弧形态、稳定性、电弧电压特性、电弧电流密度、电弧温度的影响及变化规律。指出了高压干法水下焊接技术的发展方向及我国研究高压干法水下焊接技术的必要性。     

湿法水下焊接及水下焊接机器人技术进展

海洋作为能源、食品和原材料的重要来源地,越来越受到世界各国研究人员的重视.大量海洋工程的出现,对水下焊接技术提出了更高的要求.着眼于水下焊接中的湿法焊接技术,介绍了国内外的最新发展,概括了当前研究的两个重要领域,即水下焊接专用焊务的研制和湿法焊接用传感器;指出水下焊接机器人是实现人类从浅水走向深水的必然选择,从水下焊接机器人的机构设计和密封设计、远距离通信及遥控焊接等方面介绍了当前水下焊接机器人的技术进展.     

弧焊机器人在汽车拖拽架焊接的应用

使用弧焊机器人工作站,配套以专用焊接夹具或工装,采用MIG等焊接工艺,组成高效、柔性焊接系统,对汽车零部件包括底盘、车身覆盖件以及动力系统各类零部件进行弧焊焊接。机器人工作站设置考虑了操作的安全性和环境保护要求,利用机器人系统本身的优势开发了强大的应用程序,采用友好和简易的编程界面,操作简单、易学。焊接夹具设计考虑了空间的复杂定位、定位点选择合理、定位方式正确,有效防止了变形。论述了该系统焊接汽车拖拽架等零部件过程。通过现场调试及测试,该套系统能保证产品质量,提高生产效率,减少成本消耗。     

混合式弧焊机器人编程语言

在对机器人语言的特点和系统构成分析的基础上,开发了混合式弧焊机器人语言.该语言除了具有一般程序设计语言所必需的顺序、分支、循环和子程序以外,还具有弧焊机器人所必需的机器人运动控制和焊接等相关功能.为了实现这些功能,设计了HAWRL的数据表示方法、指令集和变量,提出了数据和程序分离的程序结构形式.从而使得HAWRL兼有机器人级机器人语言简单易用以及任务级机器人语言编程效率高的优点.试验表明,应用HAWRL可以高效、快速、容易地生成机器人程序并被正确地执行;同时,它也提供了机器人和外部设备的统一接口.     

以空气为舱内加压气体的钨极氩弧焊接

研究了1～700 kPa空气作用下的钨极氩弧焊接.气体爆炸试验表明,压缩空气虽然不爆炸但是显著助燃,高压焊接试验舱舱内设备需要采取抗燃措施.采用较大的氩气流量,可以实现高压空气之下良好的电弧和熔池保护.自动焊机用于舱内焊接时,解决了线缆密封、摄像系统适应性等特殊问题,此外,以弧长代替电压作为控制变量消除了焊接电缆影响.16Mn钢平板焊接试验证明,虽然不同空气压力、不同位置实现单面焊自由双面成形的工艺参数明显不同,但是,采用脉冲焊接均可以获得性能优良的焊接接头.     

管道插接相贯线专用焊接机器人

管道插接相贯线焊缝是典型的、复杂的空间焊缝.针对管道插接焊缝的特殊焊接工艺要求,采用串并联混合方式设计了一种新型的5自由度焊接机器人,实现了机器人锚固、运动机构、焊枪姿态调节机构和送丝机构的一体化设计.设计了2自由度的自动定心手腕机构,实现了焊枪位置和焊枪姿态的独立控制,建立了专用焊接机器人的运动学模型.针对通用型的相贯线模型,建立了焊枪位置、焊枪姿态和焊接速度的实时控制数学模型.结果表明,该焊接机器人锚固牢固、定位准确,焊接过程可控性好,控制模型能够满足空间相贯线焊缝的焊接工艺要求.     

智能弧焊机器人的运动学建模

对智能弧焊机器人的实时轨迹跟踪问题,提出了一种新的运动学建模：焊缝切线法。该方法是根据焊缝跟踪系统判断焊缝的弯曲程度,确定机器人的运动学模型。用该方法建立了四轮移动机器人的运动方式和机器人终端效应器(焊枪)的运动方式之间的关系。试验结果表明,该模型具有良好的控制特性和精确性,能满足焊接工程应用的要求。     

管道全位置焊接机器人机械系统研制

为解决管道建设野外作业的自动化焊接的难题。研制了一种导轨式管道焊接机器人,其关键技术包括：研制新型的行走机构、焊枪摆动机构、机器人导轨与智能控制系统。介绍了导轨式管道焊接机器人机械系统的研制,着重对其结构特点、动作原理、设计要点进行了分析和说明。结合焊接工艺的要求对送丝电机减速箱及走丝轮直径的选定进行了校核计算。现场应用表明,该机器人能沿导轨平稳、可靠的行走,进行管道的全位置焊接,其操作简便,成本低,适合我国现场施工作业及工人的技术水平,既保证了焊接质量,又提高了劳动效率。