水下局部干法焊接圆形排水罩的流体仿真分析

对于水下局部干法焊接,其局部排水装置的排水效果及装置内流体湍流状态决定了焊接过程的稳定性,是影响焊接质量的关键因素之一. 以圆形排水罩结构作为局部排水装置进行研究,基于流体力学,利用FLUENT软件进行模拟仿真,探索圆形排水罩的排水过程,分析不同的进气方式和排水方式对罩内相分布的影响,以及对工件表面流体湍流状态的影响. 并将模拟仿真的排水过程与试验进行对比,验证仿真的准确性. 结果表明,模拟仿真与实际排水过程演变趋势基本一致,模拟仿真结果具有一定的可信度. 通过对比分析,确定合理的排水罩进气和排水方式,为局部水下焊接的稳定性提供基础数据.     

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.     

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.     

水下局部干法GMAW排水罩内流体运动分析

水下局部干法焊接利用排水罩导入高压气体,排除罩内水流,形成局部气相空间,便于水下焊接作业。罩内排水效果及流体状态对焊接过程有一定影响,采用数值模拟方法对不同进气方式的圆柱形及长方形排水罩内流体运动状态进行了分析。数值模拟结果表明,通过向排水罩中导入高压气体可以有效排出罩内水流,形成局部气相空间;排水后,排水罩模型出口区域的流体速度极高,能够有效形成气体屏蔽;圆柱形排水罩的均布入口模型及长方形排水罩模型在工件焊接区域的流体速度分布较为平稳;均布入口方式排水罩内湍流动能最低,能够确保稳定的后续焊接环境。依据数值模拟的边界条件开展排水罩排水实验,其排水过程与数值模拟基本一致,表明了数值模拟结果具有一定的可信度,可为水下局部干法焊接的排水罩结构设计提供参考数据。     

局部干法水下焊接电弧预热技术

针对局部干法水下焊接接头硬度过高等问题,根据固定式排水罩的特点,提出利用电弧进行预热的方法来改善局部干法水下焊接质量,阐明了预热垫板的设计安装和水下电弧预热的操作方式,并对水下电弧预热的可行性进行了试验验证. 通过焊接接头的工艺试验,对比焊前预热和未预热条件下所得焊接接头的综合力学性能. 结果表明,增加水下焊接预热功能后,焊接接头热影响区的最大硬度明显降低,冲击吸收功明显增加,有效改善了水下焊接接头的综合力学性能.     

双相不锈钢水下局部干法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.

     

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。     

局部干法水下激光焊接装置研制及工艺试验

针对核电站乏池边角位置的水下修复需求,研制了一套局部干法水下激光焊接装置,可在实现常规水下平焊位置焊接的同时,重点兼顾角焊缝的局部干法水下焊接作业需求。同时,该装置还具备水下焊接位置的照明、焊接环境和焊接过程的实时监控、焊接区域的温湿度监测等功能。采用研制的局部干法水下焊接装置,对核电站乏池常用的304不锈钢材料进行了水下焊接工艺试验,结果表明：水下焊接焊缝的成形良好,水下焊缝的宏观形貌、截面形貌和金相组织与空气环境成形焊缝无显著差异。     

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.     

Underwater robot local dry welding system

To satisfy the demand for good quality underwater welding and maintenance of nuclear power stations, a set of local dry automatic welding systems has been developed. These systems were based on an underwater robot that consisted of a special high-power underwater welding power supply, diving wire feeder, mini drain cap, welding robot, and special underwater welding torch. With a digital signal controller microprocessor as its core and combined with a dual inverter topology, the welding power supply was characterized by full-digital construction and multi-waveform flexible output. A compact diving wire feeding device was designed, based on the armature voltage negative feedback and high-frequency chopping pulse width modulation.This device yielded a high-efficiency seal of the driving motor with the help of dynamic and static sealing technology. To overcome the difficulty of local protection and deslagging in the welding area, a mini drain cap (with a duplexgas structure) based on the principle of the convergent nozzle was designed. The practical tests and the underwater welding experiments revealed that the underwater robotic local dry welding system is quite feasible. That is, the system could strike the arc stably and reliably in the shallow water environment, and formed beautiful welding seams.     

水下高压局部干式自动焊接试验装置控制系统

研制了一套用于水下高压局部干式自动焊接试验控制系统。此试验系统采用液压作为动力源,可在由排水罩形成的局部干式空间内进行MIG焊接。此系统采用西门子PLC、压力传感器、行程开关、水下摆心传感器等作为其主要的控制部件。由焊接环境控制、液压驱动自动焊机控制和水下摄像三套子系统构成。此系统可以实现在高压有水环境下远程遥控的局部干式自动焊接。结果表明,此焊接试验装置工作稳定,水下焊接焊缝质量良好。这些研究工作为核电厂水下焊接维修奠定基础。     

固定式排水罩水下局部干法CO2气体保护焊焊接工艺优化及接头性能分析

文中在常压下利用高速摄像分析了药芯焊丝焊接的熔滴过渡特点,在压力舱内进行了DH36钢的局部干法焊接工艺参数的优化研究.在此基础上,补偿了次级电缆的压降,最终确定的海下焊接试验的参数为焊接电流175~180 A,焊机的输出电压32~34 V.利用该焊接工艺参数和自行开发研制的固定式小型排水罩,在渤海海域23 m水深进行了焊接试验,并根据AWS D3.6M:2010标准对接头进行测试分析.结果表明,焊缝内无气孔、夹渣和裂纹等缺陷,焊缝组织主要是由针状铁素体、侧板条铁素体和多边形铁素体组成,各项指标均达到AWS D3.6M:2010标准规定的A级接头要求,证明了开发的基于固定式排水罩的水下局部干法CO₂焊接技术可以应用在DH36钢海洋导管架结构的修复.     

Study of gas shielding stability for underwater local dry welding based on FLUENT

The research of gas shielding stability technology, playing a key role in underwater local dry welding, was introduced in this paper. The study includes shielding cup design, gas flow simulation, draining and welding experiments. The commercial computational fluid dynamics(CFD) software FLUENT was applied to get and compare the speed and pressure contour images of gas in the three kinds of cup with different intake mode. The computed results show that the cup with stilling chamber on the top has the best shielding performance. The underwater welding experiment of 15 meters proves that the shielding cup with stilling chamber can offer a good dry space, the welding arc can burn stably in it and the weld quality is perfect. The research will facilitate the application of underwater local dry welding technology in the maintenance of nuclear power station widely.     

压力对水下焊条局部干法焊接电弧稳定性的影响

在压力舱中进行不同压力下的水下焊条局部干法焊接试验,采用统计分析和快速傅立叶变换研究了压力对水下电弧稳定性的影响.结果表明,铁粉低氢钾型焊条焊接主要进行粗熔滴短路过渡,随着压力的增加,短路时间由常压焊接的5~7 ms增加到8~10 ms,表明熔滴的平均尺寸增大.压力环境下,焊条熔化速度增大,弧压反馈调节系统的工作点上移,电弧电压增大.傅里叶变换结果表明,常压电弧电压信号的主要特征频率低于10 Hz,压力下电压信号的频谱图中出现大量高于10 Hz的谱线,说明信号突变性更强,电弧稳定性降低.