CN103480940B - 水下自动焊接维修设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种水下自动焊接维修设备，包括一主轴，所述主轴两端对称设有一气囊支架，两个气囊支架上均设有气囊，两个气囊支架之间形成一焊接空间，该焊接空间内设有一可轴向移动的筒体，所述筒体上设有一进气管和一排水管，所述排水管连通焊接空间和位于气囊支架外侧的排水空间，所述筒体内设有一焊接装置。该水下自动焊接维修设备通过气囊将焊接空间隔离出来，并通过进气管和排水管的作用将焊接空间内的水排出，以建立一个局部干式作业环境，再通过焊接装置对焊缝进行修补作业，且该装置有效避免了水环境对零部件工作的影响，降低零部件受到放射性污染的风险，从而保证焊接过程的稳定性和焊缝修补质量。

Description

水下自动焊接维修设备
技术领域
本发明涉及一种焊接设备，特别是涉及一种用于补焊、堆焊核电站压力容器接管安全端焊缝的水下自动焊接维修设备。
背景技术
在核电站中，反应堆压力容器与主管道的连接焊缝主要涉及压力容器接管和安全端之间的异种合金焊缝、以及安全端和主管道之间的同种合金焊缝。上述异种合金焊缝由于制造过程中复杂的冶金转变过程，使其成为整个压力容器的薄弱环节，同时在核电站运行过程中，该异种合金焊缝承受高温、高压、高辐射及高速水流的冲击，使其内壁极易出现点蚀、刀型腐蚀、以及应力腐蚀开裂等损伤。这些损伤将严重危害核电站的安全运行，甚至是核安全事故的诱因，若能及时对这一损伤进行维修，则可显著提高电站运行的效率和可靠性。
目前，针对接管安全端焊缝内壁的维修，通常采取由潜水员对损伤部位进行人工打磨而后补焊、堆焊的处理方式，这种维修方式效率低下且质量难以保证，此外，由于环境的高放射性，严重危害作业人员的人身安全。近年来，国外主要的核电运行服务商针对这一维修专案展开了大量的技术研发，致力于开发接管安全端焊缝内壁水下自动化修复设备，其中，最具代表性的是美国西屋公司和日本东芝公司联合开发了一套针对该焊缝的水下激光旋转焊接系统。该系统主要利用激光在水下的稳定性，通过末端移动式排水气腔构建动态局部干式环境来实现水下修复焊，但该技术现场安装及工艺控制复杂，维修成本极高。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种工艺控制简单、安全可靠、操作方便、作业成本相对较低的水下自动焊接维修设备。
为实现上述目的，本发明提供一种水下自动焊接维修设备，包括一主轴，所述主轴两端对称设有一气囊支架，两个气囊支架上均设有气囊，两个气囊支架之间形成一焊接空间，该焊接空间内设有一可轴向移动的筒体，所述筒体上设有一进气管和一排水管，所述排水管连通焊接空间和位于气囊支架外侧的排水空间，所述筒体内设有一焊接装置。
进一步地，还包括一位于所述筒体内的三自由度运动机构，该三自由度运动机构包括周向运动机构、轴向运动机构、以及径向运动机构，所述轴向运动机构与周向运动机构相连接，所述径向运动机构安装在轴向运动机构上，所述焊接装置安装在径向运动机构上。
优选地，所述周向运动机构包括周向驱动电机组件、与周向驱动电机组件的输出端相连接的安装筒，所述安装筒套在主轴上、并可绕主轴转动，所述安装筒与所述轴向运动机构相连接。
进一步地，所述轴向运动机构包括通过轴向导杆相连接的前侧固定板和后侧固定板，所述前侧固定板和后侧固定板均安装在所述周向运动机构上，所述后侧固定板上设有一轴向驱动电机组件，该轴向驱动电机组件的输出端与一轴向驱动丝杠相连，所述轴向驱动丝杠上套有一轴向移动螺母，所述轴向导杆上套有一轴向直线轴承组件，该轴向直线轴承组件的两侧分别设有第一安装板和第二安装板，所述轴向移动螺母与第一安装板固定连接，所述第一安装板与所述径向运动机构相连接。
优选地，所述前侧固定板的内侧和后侧固定板的内侧均设有一限位挡块。
进一步地，所述径向运动机构包括并排设置的径向驱动连接块、电机支架和工作头安装架，所述电机支架固定在所述轴向运动机构上，所述焊接装置固定在工作头安装架上，所述径向驱动连接块与工作头安装架之间设有径向导杆和径向移动丝杠，所述电机支架上设有一径向驱动电机组件，该径向驱动电机组件的输出端与一径向转动螺母相连接，且该径向转动螺母套在径向移动丝杠上。
进一步地，所述焊接装置包括送丝机、与送丝机相连接的送丝嘴、以及与送丝嘴相对设置的焊炬，所述送丝嘴和焊炬安装在一焊接头支撑块上，所述焊接头支撑块固定在所述工作头安装架上。
优选地，所述焊接头支撑块上还设有一高速CCD相机。
进一步地，所述工作头安装架上设有一摆动气缸组件，所述工作头安装架上设有一开口，该开口内设有一与摆动气缸组件相连接的气动马达组件，所述气动马达组件的输出端设有一砂轮。
进一步地，两个气囊支架中，一个气囊支架的内外两侧分别设有前内侧支撑板和前外侧支撑板，另一个气囊支架的内外两侧分别设有后内侧支撑板和后外侧支撑板，所述前内侧支撑板、前外侧支撑板、后内侧支撑板、以及后外侧支撑板均固定在所述主轴上，所述筒体两端分别与前内侧支撑板和后内侧支撑板相抵靠。
优选地，所述筒体包括相互套接的固定筒体和活动筒体，所述固定筒体一端固定在后内侧支撑板上，所述活动筒体一端抵靠在前内侧支撑板上，所述后内侧支撑板上还设有一驱动气缸，该驱动气缸的活塞杆与一活动筒支架相连接，所述活动筒支架与活动筒体相连接。
进一步地，所述活动筒体和固定筒体之间设有一动密封圈，所述活动筒体与前内侧支撑板之间设有一静密封圈。
优选地，还包括多根固定穿设在后外侧支撑板和后内侧支撑板中的导向轴，该导向轴与所述活动筒支架通过滑动轴承相连接。
进一步地，还包括一轴向定位支架，该轴向定位支架一端与后外侧支撑板相连接，另一端的上下两侧均设有一长度可调的止推调整杆组件，所述止推调整杆组件的端部设有止推限位盘，所述止推限位盘还与一接近传感器相连接；所述后外侧支撑板的外侧和前外侧支撑板的外侧均设有一导向支架，所述导向支架的外周设有多个压紧定位气缸。
优选地，所述导向支架的外周还设有多个导向脚轮，所述导向脚轮与导向支架之间设有伸缩弹簧。
如上所述，本发明涉及的水下自动焊接维修设备，具有以下有益效果：
该水下自动焊接维修设备通过气囊将焊接空间隔离出来，并通过进气管和排水管的作用将焊接空间内的水排出，以建立一个局部干式作业环境，再通过焊接装置对焊缝进行修补作业，且该装置有效避免了水环境对零部件工作的影响，降低零部件受到放射性污染的风险，从而保证焊接过程的稳定性和焊缝修补质量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的内部结构示意图。
图3为本发明的工作状态图。
图4为本发明中气囊支架的结构示意图。
图5为图1的A圈放大图。
图6为图2的后视图。
图7为本发明中三自由度机构的结构示意图。
图8为图7的后视图。
图9为图7中轴向运动机构和径向运动机构的的结构示意图。
图10为图9中位置调整杆组件的结构示意图。
图11为图2的B圈放大图。
图12为本发明的工作过程框图。
元件标号说明
1压紧定位气缸2导向脚轮
3导向支架4前外侧支撑板
5气囊支架6气囊
7焊接空间8前内侧支撑板
9吊耳10静密封圈
11活动筒体12固定筒体
13进气管14后内侧支撑板
15后外侧支撑板16后端盖
17接近传感器18止推限位盘
19止推调整杆组件20轴向定位支架
21排水管22送丝导向盘
23电机支架24砂轮
25气动马达组件26摆动气缸组件
27后侧固定板28安装筒
29滑动轴承30活动筒支架
31电机固定座32倾角传感器
33压力传感器34主轴
35导向轴36驱动气缸
37周向驱动电机组件38轴向驱动电机组件
39限位挡块40径向驱动电机组件
41径向移动丝杠42第一安装板
43径向驱动连接块44径向导杆
45轴向导杆46径向位移传感器
47工作头安装架48高速CCD相机
49位置调整杆组件50送丝嘴
51焊炬52焊接头支撑块
53前侧固定板54角度传感器
55送丝机56第二安装板
57轴向直线轴承组件58轴向位移传感器
59轴向驱动丝杠60大带轮支座
61安全端62焊缝
63接管64环形槽
65排水分支66保压分支
67固定杆68方形槽
69伸缩杆70长条形槽
71固定螺栓72伸缩弹簧
73转动杆74转动块
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本发明提供一种水下自动焊接维修设备，用于不同堆型核电站压力容器进出水接管安全端焊缝62的修补作业。如图1和图2所示，该水下自动焊接维修设备包括一主轴34，所述主轴34两端对称设有一气囊支架5，两个气囊支架5上均设有气囊6，两个气囊支架5之间形成一焊接空间7，该焊接空间7内设有一可轴向移动的筒体，所述筒体上设有一进气管13和一排水管21，所述排水管21连通焊接空间7和位于气囊支架5外侧的排水空间，所述筒体内设有一焊接装置。
该水下自动焊接维修设备从压力容器的接管63内部进入，如图3所示，进入后两个气囊支架5上的气囊6充气，使气囊6膨胀并顶紧接管63内壁，从而将焊接空间7独立的隔离出来，使焊接空间7与排水空间相分离，形成隔离段；再通过进气管13往焊接空间7中通入高压保护气体，使焊接空间7内的水排出到外部，建立一个局部静态干式作业环境；再使所述筒体移动、打开，通过焊接装置对接管安全端焊缝62进行修补作业，该装置有效避免了水环境对零部件工作的影响，降低零部件受到放射性污染的风险，从而保证焊接过程的稳定性和焊缝62修补质量。
进一步地，见图2，两个气囊支架5中，一个气囊支架5的内外两侧分别设有前内侧支撑板8和前外侧支撑板4，另一个气囊支架5的内外两侧分别设有后内侧支撑板14和后外侧支撑板15，所述前内侧支撑板8、前外侧支撑板4、后内侧支撑板14、以及后外侧支撑板15均固定在所述主轴34上，所述主轴34起整个设备的连接和支撑作用，所述筒体两端分别与前内侧支撑板8和后内侧支撑板14相抵靠。且本实施例中，所述气囊支架5包括一圆筒状本体，如图4所示，该圆筒状本体的外周设有两个并排的环形槽64，每个环形槽64内均胶接有一个气囊6，即两个气囊支架5上一共设有四个气囊6，且四个气囊6为独立供气，采用对四个气囊6独立供气的结构后，当其中一个气囊6损坏后，其余三个气囊6仍能正常工作，进而确保设备焊接作业的安全性。所述气囊支架5和气囊支架5上的两个气囊6构成一双气囊组件，对于不同管径的接管63，可更换所述双气囊组件，以适应接管63管径的变化。另外，所述前外侧支撑板4的外侧设有一前端盖，后外侧支撑板15的外侧设有一后端盖16，所述排水管21还设有排水分支65和保压分支66，所述排水分支65和保压分支66均安装在后端盖16上，如图6所示。所述前内侧支撑板8、前外侧支撑板4、后内侧支撑板14、后外侧支撑板15、前端盖、以及后端盖16均作了密封处理。
进一步地，见图1和图2，所述筒体包括相互套接的固定筒体12和活动筒体11，所述固定筒体12一端固定在后内侧支撑板14上，所述活动筒体11一端抵靠在前内侧支撑板8上，另一端穿在固定筒体12中，所述后内侧支撑板14上还设有一驱动气缸36，该驱动气缸36的活塞杆与一活动筒支架30相连接，所述活动筒支架30与活动筒体11相连接。另外，还包括多根固定穿设在后外侧支撑板15和后内侧支撑板14中的导向轴35，该导向轴35与所述活动筒支架30通过滑动轴承29相连接，所述焊接装置位于活动筒体11内。驱动气缸36动作，其活塞杆带动活动筒支架30前后移动，进而带动活动筒体11沿导向轴35前后移动，实现活动筒体11的打开和关闭；设备在送入接管63内或从接管63中移出时，活动筒体11为关闭状态，即活动筒体11端部抵靠在前内侧支撑板8上时，且使设备内部形成一密闭的内舱体，从而将焊接装置封装在该内舱体中；当设备在进行焊接作业时，所述活动筒体11为打开状态，即驱动气缸36带动活动筒体11向靠近固定筒体12的方向移动，进而将焊接装置暴露在焊接空间7中。
优选地，所述活动筒体11和固定筒体12之间设有一动密封圈，构成动密封；所述活动筒体11与前内侧支撑板8之间设有一静密封圈10，在活动筒体11闭合时，驱动气缸36将活动筒体11的端部顶紧在该静密封圈10上，保证活动筒体11对前内侧支撑板8上静密封圈10的压紧力，从而确保设备内舱体的密封性，防止设备在送入接管63内或从接管63中移出的过程中，接管63中的水进入内舱体中，避免内舱体中的零部件受到放射性污染的风险，以延长设备的使用寿命。另外，所述前内侧支撑板8的内侧面上设有凹槽，所述静密封圈10固定在该凹槽内。
进一步地，见图1，还包括一轴向定位支架20，该轴向定位支架20一端与后外侧支撑板15相连接，另一端的上下两侧均设有一长度可调的止推调整杆组件19，所述止推调整杆组件19的端部设有止推限位盘18，所述止推限位盘18还与一接近传感器17相连接；所述后外侧支撑板15的外侧和前外侧支撑板4的外侧均设有一导向支架3，所述导向支架3的外周设有多个压紧定位气缸1。所述止推限位盘18和接近传感器17用于检测设备是否与接管63筒壁相贴合，若贴合，则多个压紧定位气缸1伸出，其端部顶紧在接管63内壁上，从而将该设备固定在接管63中。所述前内侧支撑板8和轴向定位支架20的顶端平面上均设有一吊耳9，用于设备的吊装。
所述止推调整杆组件19的长度应根据接管63的管径进行调整，本发明中，止推调整杆组件19的长度调节结构具体为：所述止推调整杆组件19包括与轴向定位支架20相连接的固定杆67，如图1和图5所示，所述固定杆67的中设有一方形槽68，还包括一与方形槽68相适配、且位于方形槽68中的伸缩杆69，所述伸缩杆69上开设有一长条形槽70，所述固定杆67端部还设有一与长条形槽70连通的螺母孔，一固定螺栓71依次穿设在螺母孔和长条形槽70中，所述止推限位盘18设在伸缩杆69的外端。通过旋松固定螺栓71来调节伸缩杆69从固定杆67中的伸出长度，以调节止推调整杆组件19的整体长度，长度调节后，拧紧固定螺栓71，进而将伸缩杆69与固定杆67相固定。
优选地，所述导向支架3的外周还设有多个导向脚轮2，所述导向脚轮2与导向支架3之间设有伸缩弹簧72，在设备进入接管63的过程中，通过多个导向脚轮2进行导向，所述伸缩弹簧72可使该设备适应接管63局部管径的变化，并使导向脚轮2与接管63内壁之间保持有一定的压紧支撑力。本实施例中，每个导向支架3上的导向脚轮2和压紧定位气缸1均为三个，且导向脚轮2与压紧定位气缸1间隔分布。
进一步地，还包括一位于所述筒体内的三自由度运动机构，该三自由度运动机构包括周向运动机构、轴向运动机构、以及径向运动机构，所述轴向运动机构与周向运动机构相连接，所述径向运动机构安装在轴向运动机构上，所述焊接装置安装在径向运动机构上。所述三自由度运动机构用于焊接装置与接管焊缝62的定位。当设备进入接管63前，三自由度机构先进行校零，再根据接管焊缝62在接管63上的位置即可确定设备进入接管63后，焊接装置与焊缝62之间的轴向相对距离和径向相对距离，也就确定轴向运动机构和径向运动机构的作业行程；同时，所述后内侧支撑板14上设有一倾角传感器32，当设备进入接管63并固定后，倾角传感器32测量设备相对于接管63的周向偏摆角度，该周向偏摆角度用于计算周向运动机构的周向位置。
本发明中，三自由度运动机构的具体结构为：
见图2和图7，所述周向运动机构包括周向驱动电机组件37、与周向驱动电机组件37的输出端相连接的安装筒28，所述安装筒28两端通过轴承安装在主轴34上、并可绕主轴34转动，所述安装筒28与所述轴向运动机构相连接，安装筒28在周向驱动电机组件37的带动下实现周向运动，从而带动轴向运动机构、径向运动机构和焊接装置一起周向运动，所述前内侧支撑板8上设有一角度传感器54，用于测量周向运动机构的周向旋转角度，当其转过的角度为预设的角度时，周向运动机构停止运动，实现焊接装置与接管焊缝62的周向定位。另外，所述周向驱动电机组件37通过电机固定座31安装在后内侧支撑板14上，见图2，所述周向驱动电机组件37包括驱动电机、小带轮、大带轮、齿形带，所述驱动电机与小带轮相连接，小带轮和大带轮通过齿形带相连接，大带轮安装在一大带轮支座60上，该大带轮支座60固定在所述安装筒28上。
见图2、图7和图9，所述轴向运动机构包括通过轴向导杆45相连接的前侧固定板53和后侧固定板27，所述前侧固定板53和后侧固定板27均安装在所述周向运动机构中的安装筒28上，所述后侧固定板27上设有一轴向驱动电机组件38，该轴向驱动电机组件38的输出端与一轴向驱动丝杠59相连，且该轴向驱动丝杠59的两端分别与前侧固定板53和后侧固定板27相连接，所述轴向驱动丝杠59上套有一轴向移动螺母，所述轴向导杆45上套有一轴向直线轴承组件57，该轴向直线轴承组件57的两侧分别设有第一安装板42和第二安装板56，所述轴向移动螺母与第一安装板42固定连接，所述第一安装板42与所述径向运动机构相连接。所述轴向驱动电机组件38带动轴向驱动丝杠59转动，从而使轴向移动螺母在轴向驱动丝杠59上轴向移动，进而带动第一安装板42、轴向直线轴承组件57在轴向导杆45上滑动，从而使径向运动机构和焊接装置一起轴向移动；所述固定筒体12上设有一轴向位移传感器58，用于测量轴向运动机构的轴向位移，当该轴向位移为预设的行程时，所述轴向驱动电机组件38停止运动，实现焊接装置与接管焊缝62的轴向定位。所述周向驱动电机组件37也包括驱动电机、小带轮、大带轮、齿形带。优选地，所述前侧固定板53的内侧和后侧固定板27的内侧均设有一限位挡块39，用于轴向限位。
见图2、图7和图9，所述径向运动机构包括并排设置的径向驱动连接块43、电机支架23和工作头安装架47，所述电机支架23固定在所述轴向运动机构中的第一安装板42上，所述焊接装置固定在工作头安装架47上，所述径向驱动连接块43与工作头安装架47之间设有径向导杆44和径向移动丝杠41，所述电机支架23上设有一径向驱动电机组件40，该径向驱动电机组件40的输出端与一径向转动螺母相连接，且该径向转动螺母套在径向移动丝杠41上；本实施例中，所述径向导杆44上套有两个直线轴承，所述直线轴承通过一安装块固定在轴向运动机构中的第一安装板42上。所述径向驱动电机组件40也包括驱动电机、小带轮、大带轮、齿形带，所述径向转动螺母包括定子部分和转子部分，其定子部分安装在电机支架23上，其转子部分与径向驱动电机组件40中的大带轮相连接，且径向移动丝杠41与径向转动螺母的转子部分相配合。径向驱动电机组件40转动，带动径向转动螺母的转子部分转动，从而使径向移动丝杠41径向移动，进而带动径向驱动连接块43、径向导杆44、工作头安装架47和焊接装置一起径向移动；所述第一安装板42上设有一径向位移传感器46，用于测量径向运动机构的径向位移，当该径向位移为预设的行程时，所述径向驱动电机组件40停止运动，实现焊接装置与接管焊缝62的径向定位。
所以，通过上述三自由度机构实现焊接装置在周向、轴向、径向三个方向上的运动，从而确保焊接装置能够准确定位到焊缝62的损伤修补位置，保证焊接作业位置的可达性。
进一步地，见图7至图9，所述焊接装置包括送丝机55、与送丝机55相连接的送丝嘴50、以及与送丝嘴50相对设置的焊炬51，所述送丝嘴50和焊炬51安装在一焊接头支撑块52上，所述焊接头支撑块52固定在所述工作头安装架47上，所述送丝机55固定在第二安装板56上，用于向送丝嘴50送丝。为了防止在焊接过程中送丝线缆出现缠绕现象，故在所述第一安装板42上设置一送丝导向盘22，送丝机55经过送丝导向盘22向送丝嘴50送丝，从而消除送丝线缆缠绕现象。优选地，所述焊接头支撑块52上还设有一高速CCD相机48，用于实施传输焊接电弧、熔滴过渡及焊缝62熔池变化的图像信息，便于监测焊接质量，并能够辅助定位焊缝62损伤的位置；当然，该高速CCD相机48可以替换为其他图像采集装置。
优选地，还包括一用于调整送丝嘴50和焊炬51相对位置的位置调整杆组件49，见图9和图10，所述送丝嘴50安装在位置调整杆组件49上，位置调整杆组件49安装在所述焊接头支撑块52上。该位置调整杆组件49包括一转动杆73和一转动块74，所述转动杆73的两端分别穿设在焊接头支撑块52和转动块74中，所述送丝嘴50穿设在转动块74中，所述转动块74可绕转动杆73转动，且送丝嘴50可在转动块74中转动，并能调节送丝嘴50从转动块74中伸出的长度，从而调节送丝嘴50与焊炬51之间的相对位置，保证焊接工艺对焊接位置的适应性。所述送丝机55、送丝嘴50、焊炬51、位置调整杆组件49构成焊接装置的焊接部分，所述焊接装置还包括打磨部分，见图2和图11，该打磨部分包括设在所述工作头安装架47上的摆动气缸组件26，所述工作头安装架47上设有一开口，该开口内设有一与摆动气缸组件26相连接的气动马达组件25，所述气动马达组件25的输出端设有一砂轮24。所述摆动气缸组件26带动气动马达组件25摆动，以切换焊接工作和打磨工作，气动马达组件25摆动的轨迹方向为接管63内壁的周向。焊接时，气动马达组件25转到收回位置；打磨时，气动马达组件25转到工作位置，并通过气动马达组件25带动砂轮24转动，以实现对焊缝62的打磨。另外，所述开口内设有一限制气动马达组件25摆动上限的限位装置。
如图12所示，本发明涉及的水下自动焊接维修设备的具体工作过程包括以下几个步骤：
A、反应堆水池充满水，对接管安全端61进行前期的无损检测、预处理工作(如铣削、打磨等)后，焊缝62的损伤位置得到确定；
B、根据接管63的内径调整止推调整杆组件19的长度；对三自由度运动机构进行较零和复位，并通过驱动气缸36将活动筒体11顶紧在前内侧支撑板8的静密封圈10上；
C、向设备的内舱体内通气保压，并根据安装在后内侧支撑板14上的压力传感器33检测的压力来判断内舱体内部是否达到设定的保压压力，此时，整个设备内部形成一个密封舱体；
D、将整个设备吊装在专用支撑架上，支撑架上有导轨、气缸，再将整个支撑架吊运到压力容器内，并定位到接管63的高度；支撑架上的气缸伸出，并在导向脚轮2的导向作用下，将设备送入接管63内；
E、当止推限位盘18接近压力容器壁时，接近传感器17不断检测定位信号，当两个接近传感器17同时触发信号后，轴向定位完成，此时支撑架上的气缸停止推动；所述压紧定位气缸1伸出，顶紧接管63和安全端61内壁，此时倾角传感器32记录周向倾角，完成设备的固定；
F、同时向四个气囊6内充气，气囊6膨胀后贴紧接管63和安全端61的内壁，在接管63和安全端61内形成隔离段；
G、向进气管13通入设定压力的保护气体，此时隔离段内的水从排水管21的排水分支65排出，待水被完全排出后，关闭排水管21的排水分支65，打开排水管21的保压分支66，同时进气管13切换为通入加热的保护气体，风干隔离段内的焊缝62及筒壁；
H、活动筒体11打开，即设备的内舱体打开，至此在接管63内建立了一段局部静态干式作业环境；
J、通过三自由度运动机构将焊炬51定位到焊缝62损伤的位置，并通过高速CCD相机48传输的图像信息作为焊缝62损伤位置的辅助定位校验；
K、开始焊接修复，设定工艺参数，启动焊接装置，通保护气体，先通过引弧产生的热量充分干燥待焊的损伤位置，然后按设定的工艺轨迹开始焊接工作，同时通过高速CCD相机48观察熔池的变化，直至完成堆焊工作；
L、根据工艺需要，摆动气缸组件26驱动气动马达组件25、砂轮24转到工作位置，对堆焊后的焊缝62进行打磨处理；
M、通过排水管21的保压分支66对作业区域的异物进行真空回收；并且在维修工作完成后，控制三自由度运动机构动作，将焊接装置收回到设备内舱体内；活动筒体11闭合，顶紧前内侧支撑板8上的静密封圈10，待位于内舱体内的压力传感器33检测值达到设定保压压力后，关闭进气管13；
N、将四个气囊6泄气，压紧定位气缸1收回；将整个设备从接管63内拉出到支撑架上，并调运出压力容器，进而完成整个作业过程。
综上所述，本发明涉及的水下自动焊接维修设备具有以下有益效果：
该设备整体为一个密封舱体，多数零部件均设置在密封内舱体内，降低了零部件受到放射性污染的风险，避免了水环境对零部件工作的影响；通过两侧的双气囊组件建立起的静态干式作业环境，使整个维修作业区均处于干式环境中，简化了水下焊接的工艺控制程序，保证了焊接过程的稳定性和修复质量；设备操作简单、安装时间短，焊接过程自动化能够节省焊接维修的时间，这对核电站现场作业尤为重要，焊接后打磨处理、异物收集能够有效保证一回路水环境的清洁；三自由度运动机构能够充分保证焊缝62损伤处焊接维修的可达性；针对不同堆型的核电站，只需更换少许零部件，即可对不同堆型的核电站压力容器接管63安全端焊缝62进行水下焊接维修，具有较强的适应性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (15)

1.一种水下自动焊接维修设备，其特征在于：包括一主轴(34)，所述主轴(34)两端对称设有一气囊支架(5)，两个气囊支架(5)上均设有气囊(6)，两个气囊支架(5)之间形成一焊接空间(7)，该焊接空间(7)内设有一可轴向移动的筒体，所述筒体上设有一进气管(13)和一排水管(21)，所述排水管(21)连通焊接空间(7)和位于气囊支架(5)外侧的排水空间，所述筒体内设有一焊接装置；焊接时，所述水下自动焊接维修设备位于接管(63)的内部，且所述气囊(6)膨胀并顶紧接管(63)的内壁。
2.根据权利要求1所述的水下自动焊接维修设备，其特征在于：还包括一位于所述筒体内的三自由度运动机构，该三自由度运动机构包括周向运动机构、轴向运动机构、以及径向运动机构，所述轴向运动机构与周向运动机构相连接，所述径向运动机构安装在轴向运动机构上，所述焊接装置安装在径向运动机构上。
3.根据权利要求2所述的水下自动焊接维修设备，其特征在于：所述周向运动机构包括周向驱动电机组件(37)、与周向驱动电机组件(37)的输出端相连接的安装筒(28)，所述安装筒(28)套在主轴(34)上、并可绕主轴(34)转动，所述安装筒(28)与所述轴向运动机构相连接。
4.根据权利要求2所述的水下自动焊接维修设备，其特征在于：所述轴向运动机构包括通过轴向导杆(45)相连接的前侧固定板(53)和后侧固定板(27)，所述前侧固定板(53)和后侧固定板(27)均安装在所述周向运动机构上，所述后侧固定板(27)上设有一轴向驱动电机组件(38)，该轴向驱动电机组件(38)的输出端与一轴向驱动丝杠(59)相连，所述轴向驱动丝杠(59)上套有一轴向移动螺母，所述轴向导杆(45)上套有一轴向直线轴承组件(57)，该轴向直线轴承组件(57)的两侧分别设有第一安装板(42)和第二安装板(56)，所述轴向移动螺母与第一安装板(42)固定连接，所述第一安装板(42)与所述径向运动机构相连接。
5.根据权利要求4所述的水下自动焊接维修设备，其特征在于：所述前侧固定板(53)的内侧和后侧固定板(27)的内侧均设有一限位挡块(39)。
6.根据权利要求2所述的水下自动焊接维修设备，其特征在于：所述径向运动机构包括并排设置的径向驱动连接块(43)、电机支架(23)和工作头安装架(47)，所述电机支架(23)固定在所述轴向运动机构上，所述焊接装置固定在工作头安装架(47)上，所述径向驱动连接块(43)与工作头安装架(47)之间设有径向导杆(44)和径向移动丝杠(41)，所述电机支架(23)上设有一径向驱动电机组件(40)，该径向驱动电机组件(40)的输出端与一径向转动螺母相连接，且该径向转动螺母套在径向移动丝杠(41)上。
7.根据权利要求6所述的水下自动焊接维修设备，其特征在于：所述焊接装置包括送丝机(55)、与送丝机(55)相连接的送丝嘴(50)、以及与送丝嘴(50)相对设置的焊炬(51)，所述送丝嘴(50)和焊炬(51)安装在一焊接头支撑块(52)上，所述焊接头支撑块(52)固定在所述工作头安装架(47)上。
8.根据权利要求7所述的水下自动焊接维修设备，其特征在于：所述焊接头支撑块(52)上还设有一高速CCD相机(48)。
9.根据权利要求7所述的水下自动焊接维修设备，其特征在于：所述工作头安装架(47)上设有一摆动气缸组件(26)，所述工作头安装架(47)上设有一开口，该开口内设有一与摆动气缸组件(26)相连接的气动马达组件(25)，所述气动马达组件(25)的输出端设有一砂轮(24)。
10.根据权利要求1所述的水下自动焊接维修设备，其特征在于：两个气囊支架(5)中，一个气囊支架(5)的内侧设有前内侧支撑板(8)、外侧设有前外侧支撑板(4)，另一个气囊支架(5)的内侧设有后内侧支撑板(14)、外侧设有后外侧支撑板(15)，所述前内侧支撑板(8)、前外侧支撑板(4)、后内侧支撑板(14)、以及后外侧支撑板(15)均固定在所述主轴(34)上，所述筒体两端分别与前内侧支撑板(8)和后内侧支撑板(14)相抵靠。
11.根据权利要求10所述的水下自动焊接维修设备，其特征在于：所述筒体包括相互套接的固定筒体(12)和活动筒体(11)，所述固定筒体(12)一端固定在后内侧支撑板(14)上，所述活动筒体(11)一端抵靠在前内侧支撑板(8)上，所述后内侧支撑板(14)上还设有一驱动气缸(36)，该驱动气缸(36)的活塞杆与一活动筒支架(30)相连接，所述活动筒支架(30)与活动筒体(11)相连接。
12.根据权利要求11所述的水下自动焊接维修设备，其特征在于：所述活动筒体(11)和固定筒体(12)之间设有一动密封圈，所述活动筒体(11)与前内侧支撑板(8)之间设有一静密封圈(10)。
13.根据权利要求11所述的水下自动焊接维修设备，其特征在于：还包括多根固定穿设在后外侧支撑板(15)和后内侧支撑板(14)中的导向轴(35)，该导向轴(35)与所述活动筒支架(30)通过滑动轴承(29)相连接。
14.根据权利要求10所述的水下自动焊接维修设备，其特征在于：还包括一轴向定位支架(20)，该轴向定位支架(20)一端与后外侧支撑板(15)相连接，另一端的上下两侧均设有一长度可调的止推调整杆组件(19)，所述止推调整杆组件(19)的端部设有止推限位盘(18)，所述止推限位盘(18)还与一接近传感器(17)相连接；所述后外侧支撑板(15)的外侧和前外侧支撑板(4)的外侧均设有一导向支架(3)，所述导向支架(3)的外周设有多个压紧定位气缸(1)。
15.根据权利要求14所述的水下自动焊接维修设备，其特征在于：所述导向支架(3)的外周还设有多个导向脚轮(2)，所述导向脚轮(2)与导向支架(3)之间设有伸缩弹簧(72)。
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