濕法水下激光焊接試驗(yàn)設(shè)備及工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種水下激光焊接工藝及試驗(yàn)設(shè)備，能夠快捷并且精確有效的控制水層厚度，以便于考察不同水層厚度對(duì)激光傳遞、能量衰減以及焊接效果的影響；能在工件表面形成質(zhì)量較好的焊縫。具體技術(shù)方案如下：一種濕法水下激光焊接試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于：包括激光器、監(jiān)控系統(tǒng)、試驗(yàn)水箱；試驗(yàn)水箱底部設(shè)置工作臺(tái)，待焊工件通過夾具固定在工作臺(tái)上，待焊工件位于水面以下，激光振蕩器通過光纖連接焊接機(jī)頭構(gòu)成激光器，監(jiān)控系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)連接攝像機(jī)，攝像機(jī)隨焊接機(jī)頭移動(dòng)。
【專利說明】濕法水下激光焊接試驗(yàn)設(shè)備及工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水下焊接的工藝與設(shè)備，特別是一種濕法水下激光焊接的工藝與試驗(yàn)設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]水下焊接技術(shù)是水下工程開發(fā)、建設(shè)和維修必不可少的關(guān)鍵技術(shù)之一，已廣泛應(yīng)用于海上救撈、海洋能源、海洋采礦等海洋工程，同時(shí)由于我國(guó)已然是世界第一船舶制造大國(guó)，船舶、船塢、港口設(shè)施、江河工程及核電廠的建造與維修都迫切需要直接在水下進(jìn)行維修的焊接技術(shù)。
[0003]水下焊接由于水的存在，使焊接過程變得更加復(fù)雜，并且會(huì)出現(xiàn)各種各樣焊接所未遇到的問題。其中對(duì)焊接過程有直接影響的主要有下述的問題:(I)水下焊接過程中，電弧周圍會(huì)產(chǎn)生氣泡，潛水焊工很難看清焊接熔池狀態(tài)，妨礙了焊接進(jìn)程；(2)水對(duì)焊縫的急冷效應(yīng)十分明顯，容易產(chǎn)生高硬度的淬硬組織；(3)焊縫含氫量高以及連續(xù)作業(yè)難以實(shí)現(xiàn)等諸多問題。
[0004]常用的水下焊接方法有三種:濕法水下焊接、局部干法水下焊接、以及干法水下焊接。其中濕法水下焊接所需要的設(shè)備最簡(jiǎn)單，成本低廉，操作的靈活性最好，可以適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境。同時(shí)又由于激光可以通過光纖傳輸?shù)缴钏?，激光的能量密度高、熱變形小、易于控制，可以進(jìn)行小范圍精密操作等優(yōu)點(diǎn)，濕法水下激光焊接擁有非常重要的研宄意義。
[0005]在進(jìn)行濕法水下激光焊接的試驗(yàn)中，水會(huì)與激光束產(chǎn)生復(fù)雜的相互作用，造成能量衰減等，嚴(yán)重影響焊接效果，因此需要嚴(yán)格控制水層厚度，同時(shí)要求激光器在試驗(yàn)水箱中能夠按要求進(jìn)行移動(dòng)；并且觀察水與激光的相互作用以及焊縫形成過程。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種水下激光焊接工藝及試驗(yàn)設(shè)備，能夠快捷并且精確有效的控制水層厚度，以便于考察不同水層厚度對(duì)激光傳遞、能量衰減以及焊接效果的影響；能在工件表面形成質(zhì)量較好的焊縫。具體技術(shù)方案如下:
[0007]一種濕法水下激光焊接試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:包括激光器、監(jiān)控系統(tǒng)、試驗(yàn)水箱；試驗(yàn)水箱底部設(shè)置工作臺(tái)，待焊工件通過夾具固定在工作臺(tái)上，待焊工件位于水面以下，激光振蕩器通過光纖連接焊接機(jī)頭構(gòu)成激光器，監(jiān)控系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)連接攝像機(jī)，攝像機(jī)隨焊接機(jī)頭移動(dòng)。
[0008]進(jìn)一步的，試驗(yàn)水箱內(nèi)布置三軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，包括三個(gè)導(dǎo)軌:x軸導(dǎo)軌、y軸導(dǎo)軌、z軸導(dǎo)軌，X軸導(dǎo)軌固定，y軸導(dǎo)軌可沿X軸方向位移，z軸導(dǎo)軌可沿y軸方向位移，焊接機(jī)頭安裝在Z軸上，可沿Z軸方向位移。
[0009]進(jìn)一步的，控制柜通過控制三軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)而控制焊接機(jī)頭運(yùn)動(dòng)至焊接位置，攝像機(jī)安裝在焊接機(jī)頭上，控制柜表面具有位移按鈕，控制三軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的位移。
[0010]進(jìn)一步的，試驗(yàn)水箱設(shè)置有水位計(jì)，水位計(jì)固定在箱體側(cè)面，其底端與工作臺(tái)的上表面水平。
[0011]上述濕法水下激光焊接實(shí)驗(yàn)設(shè)備的試驗(yàn)工藝，其特征在于:首先將待焊工件通過夾具固定在工作臺(tái)上，試驗(yàn)水箱內(nèi)注水使待焊工件位于水面以下，通過水位計(jì)控制水層厚度，水層厚度為水面至工件的距離，安裝在試驗(yàn)水箱的水位計(jì)刻度減去工件高度即得水層厚度；然后控制柜操控三軸位移帶動(dòng)焊接機(jī)頭運(yùn)動(dòng)至待焊工件上方，激光振蕩器調(diào)節(jié)焊接機(jī)頭的輸出激光，對(duì)待焊工件完成焊接；攝像機(jī)全程監(jiān)控焊縫形成過程，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將整個(gè)焊接過程呈現(xiàn)出來，并儲(chǔ)存記錄。
[0012]說明書附圖
[0013]圖1:濕法水下激光焊接試驗(yàn)設(shè)備整體系統(tǒng)圖；
[0014]圖2:試驗(yàn)水箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中:10-計(jì)算機(jī)，20-控制柜，30-水下焊接專用攝像機(jī)，40-激光器，41-激光振蕩器，42-光纖，43-焊接機(jī)頭，50-x軸導(dǎo)軌，60-y軸導(dǎo)軌，70-z軸導(dǎo)軌，80-試驗(yàn)水箱，81-箱體，82-水面，83-工作臺(tái)，84-夾具，85-水位計(jì)，90-待焊工件，91-焊縫。
具體實(shí)施方案
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0017]如圖1所示的試驗(yàn)設(shè)備構(gòu)成，包括:計(jì)算機(jī)10、水下焊接專用攝像機(jī)30構(gòu)成的監(jiān)控系統(tǒng)，試驗(yàn)水箱80及其內(nèi)部的X軸導(dǎo)軌50、y軸導(dǎo)軌60、z軸導(dǎo)軌70組成的三軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、工作臺(tái)83、夾具84，三軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)受控制柜20操控，焊接機(jī)頭43安裝在Z軸導(dǎo)軌70上，水下焊接專用攝像機(jī)30安裝在焊接機(jī)頭43上，用于全程監(jiān)控焊縫91形成過程，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)10，激光振蕩器41通過光纖42連接至焊接機(jī)頭43，調(diào)節(jié)輸出激光；水位計(jì)85安裝在試驗(yàn)水箱80側(cè)壁，其底端與工作臺(tái)83的上表面水平。
[0018]三軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)包括三個(gè)導(dǎo)軌:x軸導(dǎo)軌50、y軸導(dǎo)軌60、z軸導(dǎo)軌70，x軸導(dǎo)軌50固定，y軸導(dǎo)軌60可沿X軸方向位移，z軸導(dǎo)軌70可沿Y軸方向位移，焊接機(jī)頭43安裝在z軸導(dǎo)軌70上，可沿z軸方向位移。
[0019]圖2所示為試驗(yàn)水箱內(nèi)部機(jī)構(gòu)，試驗(yàn)水箱80為長(zhǎng)100cm、寬100cm、高30cm的無蓋長(zhǎng)方體箱體81，工作臺(tái)83固定在箱體81的底部，待焊工件90被夾具84固定在工作臺(tái)83上，水位計(jì)85固定在箱體81的側(cè)面，水位計(jì)85的底端與工作臺(tái)83的上表面水平，水位計(jì)85顯示的刻度減去待焊工件90的厚度即為水面82到待焊工件90的距離；激光器40是6KW的光纖激光器。
[0020]把待焊工件90用夾具84固定在工作臺(tái)83上，往試驗(yàn)水箱80中注水，用水位計(jì)精確控制水面82到待焊工件90的距離，操作人員通過控制柜20移動(dòng)y軸導(dǎo)軌60和z軸導(dǎo)軌70以及焊接機(jī)頭43，開始水下激光焊接，激光器40發(fā)出的激光束使焊接接頭熔化形成焊縫91 ;水下焊接專用攝像機(jī)30全程監(jiān)控焊縫91形成過程，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)10，計(jì)算機(jī)10能夠?qū)⒄麄€(gè)焊接過程呈現(xiàn)出來，并儲(chǔ)存記錄。
[0021]實(shí)施例中，待焊工件為DNiCrFe-1 J，厚度為18_，焊接速度0.8m/min，激光功率為4kw，離焦量1mm，水面到工件的距離為4mm。
[0022]本發(fā)明采取以上技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點(diǎn):使用激光器進(jìn)行水下焊接，能夠形成質(zhì)量較好的焊縫；由于采用了水位計(jì)，能夠快捷并且精確有效的控制水面到待焊工件之間水層的厚度，以便于考察不同水層厚度對(duì)激光傳遞、能量衰減以及焊接效果的影響；使用焊接專用攝像機(jī)能夠更好的記錄焊接過程，優(yōu)化焊接方案。
【權(quán)利要求】
1.一種濕法水下激光焊接試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:包括激光器、監(jiān)控系統(tǒng)、試驗(yàn)水箱；試驗(yàn)水箱底部設(shè)置工作臺(tái)，待焊工件通過夾具固定在工作臺(tái)上，待焊工件位于水面以下，激光振蕩器通過光纖連接焊接機(jī)頭構(gòu)成激光器，監(jiān)控系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)連接攝像機(jī)，攝像機(jī)隨焊接機(jī)頭移動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕法水下激光焊接試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:試驗(yàn)水箱內(nèi)布置三軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，包括三個(gè)導(dǎo)軌2軸導(dǎo)軌、7軸導(dǎo)軌、2軸導(dǎo)軌，X軸導(dǎo)軌固定，7軸導(dǎo)軌可沿X軸方向位移，2軸導(dǎo)軌可沿7軸方向位移，焊接機(jī)頭安裝在2軸導(dǎo)軌上，可沿2軸方向位移。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的濕法水下激光焊接試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:控制柜通過控制三軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)而控制焊接機(jī)頭運(yùn)動(dòng)至焊接位置，攝像機(jī)安裝在焊接機(jī)頭上，控制柜表面具有位移按鈕，控制三軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的位移。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的濕法水下激光焊接試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:試驗(yàn)水箱設(shè)置有水位計(jì)，水位計(jì)固定在箱體側(cè)面，其底端與工作臺(tái)的上表面水平。
5.一種權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的濕法水下激光焊接實(shí)驗(yàn)設(shè)備的試驗(yàn)工藝，其特征在于:首先將待焊工件通過夾具固定在工作臺(tái)上，試驗(yàn)水箱內(nèi)注水使待焊工件位于水面以下，通過水位計(jì)控制水層厚度，水層厚度為水面至工件的距離，安裝在試驗(yàn)水箱的水位計(jì)刻度減去工件高度即得水層厚度；然后控制柜操控三軸位移帶動(dòng)焊接機(jī)頭運(yùn)動(dòng)至待焊工件上方，激光振蕩器調(diào)節(jié)焊接機(jī)頭的輸出激光，對(duì)待焊工件完成焊接；攝像機(jī)全程監(jiān)控焊縫形成過程，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將整個(gè)焊接過程呈現(xiàn)出來，并儲(chǔ)存記錄。
【文檔編號(hào)】B23K26/21GK104475974SQ201410727855
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月3日
【發(fā)明者】占小紅, 魏艷紅, 張琪, 陳紀(jì)城, 張才林, 王宇博, 歐文敏, 辜誠(chéng) 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)