CN104259637B - 一种水下多功能螺柱焊接装置及其焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种水下焊接切割设备，具体涉及一种水下多功能螺柱焊接装置及其焊接方法。其主要由大功率焊接电源、焊接切割套件、供气系统、焊接线缆及控制系统组成；供气系统包括：储气瓶、减压器及相应的供气管路；焊接线缆包括：焊接地线、电缆固定夹和焊枪焊接电缆及控制电缆。它具有焊接时间短、水下焊接质量好、无需专业水下焊工操作、节省紧固原件、适合全位置焊接等特点，可实现水下螺柱焊接、水下手工电弧焊和水下电‑氧切割等多种功能，为破损船舶的水下应急抢修提供破损部位修整、补板螺柱固定以及加固密封焊接等一整套解决方案。可以使船舶等无需进坞排水便可进行水下快速抢修，从而大大节约维修资源和经费，提高维修效率。

Description

一种水下多功能螺柱焊接装置及其焊接方法

技术领域

本发明属于一种水下焊接切割设备，具体涉及一种水下多功能螺柱焊接装置及其焊接方法。

背景技术

所谓水下应急抢修技术是针对船舶水下破损部位进行快速处理和应急修复的关键技术。采用水下应急抢修技术，可以使破损船舶实现现场水下快速抢修，提高维修效率和船舶的在航率，达到快速恢复船舶生命力的目的。以往船舶在出现损伤或破损时，所采用水下抢修的方法主要是以前传统的堵漏和修补方法为主，例如用木塞、木板、堵漏箱、堵漏垫、速干水泥、修补胶水下粘接等方法进行临时修复。借助这些方法进行水下堵漏仅是暂时的，且破损部位的强度没有得到加强甚至变差，影响到船舶的整体性能；使用修补胶进行水下抢修可以解决一些小型漏洞或裂缝，对于较大面积的破损或裂纹却无能为力，同时该方法水下实施相对繁琐，其应用受到很大的限制。

随着水下工程技术的发展，出现了水下电弧焊等水下修复技术或方法，使破损船舶的水下快速抢修成为可能。但是由于水下环境的特殊性，水下电弧焊对船舶实施水下抢修存在一定的焊接质量问题。为改善水下焊接修补质量，近几年，特别是西方发达国家，纷纷发展水下摩擦叠焊技术用于水下构件的修补作业。但是这种方法设备复杂，操作不便，不利于船舶的机动抢修。近几年，水下爆炸焊接修补技术受到广泛关注。但是该方法操作难度大、可控性差，在实际水下作业中受到很大的限制。

总之，目前破损船舶的现场快速抢修技术特别是水下修补技术相对较少，而且技术落后，修补质量满足不了强度需求，迫切需要一种实现水下快速抢修的新技术、新方法。

为解决这一难题，提出了采用水下螺柱焊接的方法对破损船舶进行快速水下抢修。这种新的水下抢修技术或方法可作为水下作业技术的重要补充，在技术上也是一次新的突破。

螺柱焊是以焊接电弧作为热源的螺柱焊焊接方法，它将螺柱焊到工件上，而不是用药皮焊条或者其他填充金属的电弧焊方法。螺柱及其类似的紧固件本身既是焊件又是作为一个电极，电弧在螺柱端部和板件(金属板件、管件)之间引弧燃烧，螺柱下落插入熔池加压而形成焊接接头，是一种高速度的电弧连接方法。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供了一种水下多功能螺柱焊接装置及其焊接方法，它重量轻、操作简单、维护方便、焊接时间短、质量高，能满足对破损船舶进行水下快速抢修的需要，其技术指标、功能以及性能能够满足机动使用要求，其采用的技术方案如下：

一种水下多功能螺柱焊接装置，其特征在于：其主要由大功率焊接电源、焊接切割套件、供气系统、焊接线缆及控制系统组成；

根据实际需要所述焊接切割套件为水下螺柱焊枪、水下焊把或水下割把；

所述供气系统包括：储气瓶、减压器及相应的供气管路；

所述焊接线缆包括：焊接地线、用于固定于工件上的电缆固定夹和具有闸刀开关的焊枪焊接电缆及控制电缆，所述大功率焊接电源通过焊接地线与电缆固定夹电连接，所述大功率焊接电源通过焊枪焊接电缆及控制电缆与水下螺柱焊枪电连接；

所述焊枪焊接电缆及控制电缆为焊接电缆和控制电缆的集合；

所述水下螺柱焊枪包括：

焊枪主体，

焊接电缆转接装置，其包括：密封罩体和导电轴，所述密封罩体右端与焊枪主体连接，所述密封罩体上具有可供焊接电缆插拔的插孔，所述焊接电缆插入插孔后与导电轴电连接；

供气排水装置，其主要由供气排水罩、密封吸盘和供气管组成，所述储气瓶通过供气管与供气排水罩的内腔相连接且供气管中设置有仅允许气体由储气瓶进入供气排水罩的单向阀；

可使导电轴左右移动的提升下落装置；

和防水磁性开关；

所述提升下落装置包括：

管式电磁铁，其固接于焊枪主体内且与控制电缆电连接；

导杆，其穿装于管式电磁铁中且其左端固接有铁芯；

可为铁芯提供回复力的主弹簧，其设置于管式电磁铁和铁芯之间；

滑动轴，其与铁芯相固接并通过固接于焊枪主体内的直线轴承与焊枪主体滑动连接，所述滑动轴与导电轴相连接。

在上述技术方案基础上，所述大功率焊接电源提供稳定的焊接电流以及瞬间2500安培的大电流，提供的焊接电压及控制电压均为直流电压且电压小于24V；

所述控制系统包括：电源控制电路、程序控制电路、焊枪提升电路、供气时序控制电路和辅助电路，其中，焊枪提升电路的电磁铁装在水下螺柱焊枪中；电源控制电路采用单片机适时控制焊接过程，当湿度低于30％时，单片机自动控制进行焊接触发；电源控制电路要对焊枪接地检测进行控制，判断水下螺柱焊枪中的焊接螺柱是否与被焊工件接触，否则不能进行焊接。

在上述技术方案基础上，还包括可使主弹簧压缩势能释放缓慢的油压阻尼器，其固接于焊枪主体上，其活塞杆的自由端抵紧于或连接于固接于铁芯上的连接件上，所述滑动轴的左端和导电轴的右端之间设置有可使滑动轴与导电轴绝缘的绝缘体。

在上述技术方案基础上，所述焊接电缆转接装置还包括柔性线缆和电流分配器，所述电流分配器固接于密封罩体中，所述电流分配器的径向方向上开设有焊接电缆插入孔，所述电流分配器的轴向方向上开设有若干个电缆连接孔，所述柔性线缆穿装于电缆连接孔中并与导电轴柔性连接，所述焊接电缆插入密封罩体的插孔后与柔性线缆电连接。

在上述技术方案基础上，还包括观察管，所述观察管包括透明亚克力管、轴承、密封体和活塞密封环，所述透明亚克力管右端与密封罩体连接，左端与供气排水罩连接，所述密封体的周向面上具有环形槽，环形槽内设置有O形圈，所述密封体与透明亚克力管过盈配合，所述活塞密封环和轴承均与密封体过盈配合，所述导电轴穿装于轴承中。

在上述技术方案基础上，所述供气排水罩由上罩体、连接体和下罩体组成，所述连接体中开设有与上罩体和下罩体的气道均连通的气道，所述上罩体和下罩体的气道呈环形且出气孔指向供气排水罩的轴心。

在上述技术方案基础上，所述供气排水装置还包括可使密封吸盘压紧于焊接工件上的第二弹簧，其设置于密封吸盘和供气排水罩之间；所述提升下落装置还包括可使导杆相对焊枪主体左右移动的调节装置，所述焊枪主体的右端可脱卸连接有防水帽，所述调节装置位于防水帽围成的区域中。

一种使用水下多功能螺柱焊接装置进行焊接的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

a)在螺柱与金属工件表面局部密封，利用储气瓶中的混合气排水，形成局部干式环境并利用混合气进行焊接保护；

b)焊接时，首先在螺柱顶端与金属工件表面形成先导电流引弧，并清除焊接表面的涂层和汽化水层，利用干燥的混合气将湿气吹除，使局部形成干燥焊接环境；

c)利用管式电磁铁将螺柱提升一定高度，接通焊接电流将螺柱顶端和金属表面熔化形成熔池；

d)在主弹簧恢复力、电磁力和油压阻尼器的作用下将螺柱慢慢插入熔池；

e)继续施加短暂的电流，对焊接接头加热形成再结晶接头；

f)提起水下螺柱焊枪，螺柱固定在金属工件表面。

在上述技术方案基础上，所述混合气由体积份数占85％的氩气和体积份数占15％的氦气混合而成。

在上述技术方案基础上，所述螺柱带有缩径，螺柱焊接端部加工制成圆锥体或螺柱为圆柱体且其端面中心镶嵌或涂敷引弧结，引弧结采用Φ2.5mm的纯铝线加工而成，引弧结的嵌入深度约为1.8mm。

本发明具有如下优点：采用长周期拉弧焊接技术将螺柱快速焊(熔)接于水下金属构件上，以代替水下铆接或钻孔螺栓紧固等方法对船舶水下破损部位进行快速抢修，达到恢复破损船舶生命力的目的。该水下焊接抢修方法具有焊接时间短、水下焊接质量好、无需专业水下焊工操作、简化紧固结构、节省紧固原件、适合全位置焊接等特点，可以使船舶等无需进坞排水便可进行水下快速抢修，从而大大节约维修资源和经费，提高维修效率。还可以将螺钉、螺柱或其它类似的零件或构件熔接在水下钢结构物体上，作为电化学防腐中阳极锌块的固定；在封舱打捞沉船时可以通过水下螺柱焊接技术来固定封舱盖板；同时还可以对沉物(鱼雷、导弹弹体等)表面快速焊接螺栓或螺杆，便于水下固定、捆绑和打捞等，具有良好的社会价值和经济效益。

同时此水下多功能螺柱焊接装置的设计满足以下基本要求：

(1)焊接质量高、操作简单，无需专业人员操作。

水下螺柱焊接的质量能满足船舶修补堵漏强度要求；对于水下螺柱焊接操作要简单，对潜水员的技术要求较低，无需专业人员实施水下螺柱焊接。

(2)功率大、重量轻，便于部队机动使用。

水下螺柱焊接要求是大电流、低电压，对于水下螺柱焊机的焊接电流较大，一般要求大于2500A，因此采用逆变技术使焊机电源保证较大焊接电流的情况下，重量最轻，便于部队的机动使用。

(3)功能齐全、使用方便，满足水下多种水下修补任务的需要。

水下螺柱焊接装置不仅能进行水下螺柱焊接，还可以进行水下手弧焊接、水下电-氧切割、陆地螺柱焊、陆地手工电弧焊等水陆两用焊接与切割功能；同时整个装置设备器材的组装、保管、运输等过程应简便，能满足部队执行水下多样作业的需要。

(4)操作安全、维护方便，便于部队安全应用。

水下螺柱焊接装置中的水下螺柱焊枪采用人体工效学设计和安全用电设计，所涉及的焊接电压、控制电压等均采用直流电压，且保证在24V以下，保证水下使用过程中安全；整个装置的设备器材在维护、保养以及更换维修时应该方便简单、经济有效。

附图说明

图1：本发明的结构示意图；

图2：本发明所述水下螺柱焊枪的剖面结构示意图；

图3：本发明所述提升下落装置的结构示意图；

图4：本发明所述观察管的结构示意图；

图5：本发明所述焊接电缆转接装置的结构示意图；

图6：本发明所述电流分配器的结构示意图；

图7：本发明所述供气排水罩的结构示意图；

图8：径向进气方式示意图；

图9：切向进气方式示意图；

图10：带缓冲气腔的环向进气方式示意图；

图11：供气排水装置的控制流程图；

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：

这里需要说明的是，文中所述方位词左和右均是以图2所示的视图为基准定义的，应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请所请求的保护范围。

螺柱焊是以焊接电弧作为热源的螺柱焊接方法，它将螺柱焊到工件上，而不是用药皮焊条或其他填充金属的电弧焊方法。螺柱及其类似的紧固件本身既是焊件又是作为一个电极，电弧在螺柱端部和板件(金属板件、管件)之间引弧燃烧，螺柱下落插入熔池加压而形成焊接接头，是一种高速度的电弧连接方法。

水下螺柱焊接与陆上焊接不同，焊接难度大，其技术难点主要包括：

(1)水下螺柱焊接质量问题。

螺柱焊接时经常出现假焊问题，即焊接接头部位出现气孔、夹渣或未熔合等焊接缺陷，致使焊接接头的强度无法达到预期值，造成焊接螺柱无法连接使用等问题。试验研究过程中，通过调整各项焊接参数，稳定供气排水系统的气体压力和气体供给，保证焊接接头的焊接质量，并对螺柱焊接强度进行试验，保证螺柱焊接质量。

(2)螺柱焊枪的绝缘密封保护及螺钉对正校对问题。

水下螺柱焊接时水下螺柱焊用焊枪的绝缘密封是尤其关键。一般的螺柱焊枪在装配时都是有缝隙的，而且很多部位的金属部分都直接与空气接触的，在水下焊接时不仅水能直接进入焊枪内部，损坏焊枪，而且对作业人员的用电安全构成极大的威胁。针对这一问题，经过技术研究和试验，申请人重新对焊枪的模具做了更改，使焊枪壳体的结合部位密封绝缘；另外在焊枪外露的金属前杆外面套了一个透明的有机玻璃外壳，不仅起到了绝缘密封作用，还可以透过玻璃外壳随时观察焊枪内部的实际情况，避免危险事故的发生。

螺柱焊接时螺柱的中心轴与被焊界面的垂直度是影响螺柱焊接的关键因素，螺柱及夹套杆件稍微偏移就可能造成焊接强度偏低或弯曲，影响最终的作业效果。针对这一问题，项目组在杆件与玻璃外壳之间添加了固定调节轴承及防水密封圈，对螺柱夹头及杆件起到固定密封作用。

(3)局部排水及气体保护焊问题。

水下螺柱焊接时如果螺柱直接在水的接触下进行焊接，由于水的影响，最终的焊接质量不会太高，其应用价值也不会太大。针对这一问题，可以采用气体排水保护的方法进行螺柱焊接。

经过技术研究和大量试验验证，申请人选择了氩气和氦气的混合气作为排水保护气体，在焊枪螺柱夹套的套筒外壳上添加进气通道和排气孔，并在套筒与焊件接触的端面上贴上密封垫，保证了螺柱焊接过程在近似无水的状态下进行，有效地提高了螺柱焊接质量。

(4)水下作业安全用电问题。

水下用电安全是保证水下作业人员人身安全的重要问题，是申请人重点研究并解决的问题。研究过程中，通过试验模拟和以往的经验积累，做好水下密封等技术要求，解决各种水下用电安全。为确保螺柱焊枪的水下密封，在加压舱对焊枪进行水密试验，确保水密后在进行由浅到深通电水下试验，确保水下操作安全。

如图1至图7所示，一种水下多功能螺柱焊接装置，其特征在于：其主要由大功率焊接电源200、焊接切割套件、供气系统、焊接线缆及控制系统组成；

根据实际需要所述焊接切割套件为水下螺柱焊枪500、水下焊把或水下割把；

所述供气系统包括：储气瓶100、减压器及相应的供气管路；

所述焊接线缆包括：焊接地线203、用于固定于工件400上的电缆固定夹204和具有闸刀开关201的焊枪焊接电缆及控制电缆202，所述大功率焊接电源200通过焊接地线203与电缆固定夹204电连接，所述大功率焊接电源200通过焊枪焊接电缆及控制电缆202与水下螺柱焊枪500电连接；

所述焊枪焊接电缆及控制电缆202为焊接电缆21和控制电缆15的集合；

大功率焊接电源是水下螺柱焊接装置中的重要组成部分，它采用微机控制逆变式螺柱焊接电源，它提供焊接电源、焊接控制等关键参数。由于水下环境散热快等特点，首先，焊接电流应够大，其最大焊接电流可达到2500安培，能满足直径12-16mm螺柱的焊接需要；其二，焊接电源重量轻，便于机动使用。焊接电源采用逆变焊接电源技术，在保证焊接电流满足要求的情况下，使其重量降低；其三，功能齐全。焊接电源不仅能进行水下螺柱焊接，还可以进行水下电弧焊接以及水下电-氧切割等，开拓水下多功能螺柱焊接装置的应用范围，满足部队多样化任务的需要；其四，界面良好，操作方便。焊接电源面板主要包括数字电压表、数字电流表、数字时间表、实验按钮、焊接指示灯、设备控制回路保险座、焊接电流调节钮、焊接时间调节、焊枪线插孔、焊接地线插孔、控制插座等；还包括设备电源开关、设备控制回路保险座、气开(关)控制旋钮等。

(1)微机控制逆变式焊接电源

虽然目前在市场上三相降压变压器-可控整流器模式的电弧螺柱焊机仍然占主导地位，但是也有其自身的缺点，如重量超大、电效率低，有的整机重量大多超过330Kg，不利于部队的机动使用。因此为实现水下螺柱焊接的轻量化设计，采用逆变技术，即采用逆变式电源作为螺柱焊机的焊接电源。以全桥逆变器作为逆变式电弧螺柱焊焊机的电源是一个典型的“交-直-交-直”型桥式逆变整流器。逆变整流器中换流开关器的交替通断工作频率设计在0～10kHz之间，是一种过高频交流电流，其效率达90％以上。

逆变式焊接电源的轻量化使设备的运输更加方便，适应性大大提高，同时高频逆变器优越的电特性更使电弧螺柱焊焊机走向数字化、微处理器控制、焊接过程的监测和质量监控、故障自诊和人机界面对话等功能，可以在最大限度上保障焊接质量。

(2)引弧电路

引弧电路提供约40安培的小电流，不会使短路的螺柱产生电阻焊的效果，将螺柱粘在焊件上影响操作。提升时引弧电路提供的小电流首先产生小电弧，延时引发大电弧(焊接电弧)，大电弧对螺柱的引燃有较高的可靠性，有利于水下螺柱焊接效果或质量。

(3)控制系统

控制系统由电源控制电路、程序控制电路、焊枪提升电路和辅助电路组成，其中，焊枪提升电路的电磁铁装在焊枪中。为保证水下螺柱焊接质量和焊接过程中的电流时序的准确性，该水下螺柱焊机的控制部分采用单片机，以便精确设置和适时控制焊接过程参数。

在进行水下螺柱焊接时，时序控制最关键。因为(a)螺柱下落过程中焊接电流过早地截止，焊枪线圈的提升电压此时还未为0，结果是螺柱还未插入熔池就已经断电，会发生“冷浸入”，从而导致接头强下降，容易发生脆性断裂。(b)螺柱已经插入熔池，电弧熄灭后焊接电流(此时是短路电流)延续时间太长，融化金属量太多，冷却缓慢而形成蜂窝状气孔，同时也容易烧坏排水保护罩。在控制系统增加水下螺柱焊枪线圈的自动检测电路，即通过检测焊枪内线圈的提升压力为0时才停止中断焊接电流；

为保证水下焊接操作的安全，在焊机的控制系统中要对焊枪接地检测进行控制，判断水下螺柱焊枪中的焊接螺柱是否与被焊工件接触，否则不能进行焊接。其主要目的是为了确认产生正确的电流回路，保证焊接的顺利进行，同时保护水下操作人员的安全以及保证焊接设备不受损坏。

根据潜水员水下安全用电规定，该水下多功能螺柱焊接装置电源的空载电压小于直流30V，焊接电压小于直流24V，焊枪线圈电压小于直流24V，控制电缆电压小于直流12V。

所述水下螺柱焊枪500包括：

焊枪主体1，

焊接电缆转接装置2，其包括：密封罩体20和导电轴23，所述密封罩体20右端与焊枪主体1连接，所述密封罩体20上具有可供焊接电缆21插拔的插孔，所述焊接电缆21插入插孔后与导电轴23电连接；

供气排水装置3，其主要由供气排水罩30、密封吸盘31和供气管32组成，所述储气瓶100通过供气管32与供气排水罩30的内腔相连接且供气管32中设置有仅允许气体由储气瓶100进入供气排水罩30的单向阀；

可使导电轴23左右移动的提升下落装置4；

和防水磁性开关6；

所述提升下落装置4包括：

管式电磁铁10，其固接于焊枪主体1内且与控制电缆15电连接；

导杆11，其穿装于管式电磁铁10中且其左端固接有铁芯12；

可为铁芯12提供回复力的主弹簧13，其设置于管式电磁铁10和铁芯12之间；

滑动轴14，其与铁芯12相固接并通过固接于焊枪主体1内的直线轴承18与焊枪主体1滑动连接，所述滑动轴14与导电轴23相连接。

水下螺柱焊枪500是水下螺柱焊接装置的重要组成部分，是潜水员水下作业的使用工具，其性能好坏将直接影响到水下螺柱焊接质量和水下作业安全。

在进行水下螺柱焊接时，为保证焊接质量和操作的安全性，水下螺柱焊枪应进行严格的密封设计，特别是提升下落装置4的密封设计尤为重要；同时，水下螺柱焊接时由于水下冷却速度快，要求螺柱插入的速度应该快且有一定的压力，否则影响到焊接接头的质量。因此水下螺柱焊枪应具有较大的提升力和恢复力。因此，其技术要求：(a)电磁铁提升力及下压力应足够大，应满足能克服主弹簧13弹力、提升下落装置4的重量以及摩擦力等；(b)主弹簧的弹力应满足能使螺柱顺利插入焊接熔池，并通过线圈电流变化施加一定的预锻压力；(c)提升下落装置4应滑动约束在焊枪内，可实现准确的定位运动，并具有一定预压缩量；(d)提升下落装置4的提升高度范围应在0～10mm之间，并且可根据焊接螺柱的直径可调。

水下螺柱焊枪500的设计采用电磁铁-弹簧装置结构，即电磁铁和弹簧交替工作使焊接螺柱完成“提升-下落”动作。该水下螺柱焊枪采用管式电磁铁作为提升的主要部件。该管式电磁铁的额定电压为直流24V，其最大吸合力为15Kg。电磁铁接通电源后，连接螺柱的衔铁在电磁力的作用下被吸合，螺柱被提升，同时主弹簧被压缩，储存了势能。电磁铁线圈断电后，衔铁被释放，主弹簧储存的势能被转化成动能，弹力压向螺柱，螺柱高速下落插入熔池。“提升-下落”的时间是焊接电弧燃烧时间，即焊接时间，这个时间是靠焊机控制系统来控制和调节的。

提升机构电器部分由焊接开关、管式电磁铁总成组成。焊枪可调的参数有螺柱提升高度和预压缩量。其中提升高度可以在1～10mm之间调整，预压缩量是根据螺柱直径大小来设置的，根据水下散热快以及引弧困难等特点，将预压缩量设定为5mm以下，并根据作业环境的不同进行适当调整。

在一般情况下，水下螺柱焊枪的提升高度一般为2.0mm左右。当螺柱直径大于10mm时，焊枪的提升高度可适当增加至5.0mm左右。

预压缩量是指焊枪调整带有螺柱的夹头落时，螺柱端面能够超过焊件表面的最大长度。预压缩量应该大于焊接留量，否则螺柱下落不到熔池底部，从而会产生未熔合现象及咬边缺陷。焊接留量一般在4～6mm之间，由于水下散热快等特点，伸出长度应大于6mm，保证有充足的锻压力。

为保证水下焊枪的焊接质量，焊枪必须具有以下功能：(a)螺柱与焊件必须保持垂直。可采用导电夹头与焊件绝对垂直的方法来保证。(b)电弧间隙(提升的高度)一般小于5mm，可根据焊接螺柱的直径进行调节。调节方式是通过调节调节装置7来保证焊接螺柱提升高度。(c)预压缩量一定要大于焊接留量。预压缩量是指在焊前调整的螺柱在下落过程中螺柱端面能够超过焊件表面的最大的长度，通过调节或设计传动轴的相对位置来调整。

优选的，所述大功率焊接电源200提供稳定的焊接电流以及瞬间2500安培的大电流，提供的焊接电压及控制电压均为直流电压且电压小于24V；

所述控制系统包括：电源控制电路、程序控制电路、焊枪提升电路、供气时序控制电路和辅助电路，其中，焊枪提升电路的电磁铁装在水下螺柱焊枪500中；为保证水下螺柱焊接质量和焊接过程中的电流时序的准确性，电源控制电路采用单片机适时控制焊接过程，当湿度低于30％时，单片机自动控制进行焊接触发；为保证水下焊接操作的安全，电源控制电路要对焊枪接地检测进行控制，判断水下螺柱焊枪中的焊接螺柱是否与被焊工件接触，否则不能进行焊接。

优选的，还包括可使主弹簧13压缩势能释放缓慢的油压阻尼器17，其固接于焊枪主体1上，其活塞杆的自由端抵紧于或连接于固接于铁芯12上的连接件上，所述滑动轴14的左端和导电轴23的右端之间设置有可使滑动轴14与导电轴23绝缘的绝缘体16，由于将主弹簧13作为动力源驱使螺柱下落并插入熔池的过程是不可控的，这是因为弹簧存储的势能释放过程不可控，而且螺柱通常是以加速度冲击熔池，这个冲击无论是“热侵入”还是“冷侵入”都会因为机械振动而使接头发生未熔合缺陷或导致熔池溶液飞溅等问题。理想状态的下落特性应当是螺柱下落速度为减速度，或者在插入熔池开始变为减速，螺柱端部达到熔池底部时的瞬时速度恰好为0，次理想状态也应当是插入熔池时速度减速到小于100mm/s成为“柔顺插入”或接近“柔顺插入”，通过油压阻尼器17可使主弹簧13的伸展速度降低，减少溶液飞溅等问题。

优选的，所述焊接电缆转接装置2还包括柔性线缆22和电流分配器24，所述电流分配器24固接于密封罩体20中，所述电流分配器24的径向方向上开设有焊接电缆插入孔25，所述电流分配器24的轴向方向上开设有若干个电缆连接孔26，所述柔性线缆22穿装于电缆连接孔26中并与导电轴23柔性连接，所述焊接电缆21插入密封罩体20的插孔后与柔性线缆22电连接。焊接电缆转接装置2是水下螺柱焊枪的重要组成部分，其主要目的是将螺柱焊电流通过移动的导电轴传导至螺柱夹头上，用于螺柱的焊接。密封罩体20上可设置一快速连接器，该快速连接器应保持水下密封并可与焊接电缆21的接头快速接合、松脱，且该快速连接器的插孔即为密封罩体20上的插孔，焊接电缆21的规格为75cm²。由于导电轴与滑动轴相连，即导电轴在水下螺柱焊枪内是随着提升下落装置4而上下滑动，因此导电轴与焊接电缆之间必须是柔性连接。为保证柔性电缆的截面积满足直径为10mm的螺柱焊接，根据螺柱焊接电流要求，其柔性电缆的截面积应不小于35cm²。在本水下螺柱焊枪的设计中，为减少螺柱焊枪提升装置的阻力，尽量减少柔性电缆对运动的影响。其柔性电缆选择截面积为14cm²的编织铜电缆制作而成的。为保证截面积满足焊接电流的需要，采用四根截面积为14cm²的编织铜电缆连接而成。为保证焊接电流传动至导电轴上，在焊接电缆转接装置上增加了一个电流分配器24，即将焊接电流分成四条线路传导至导电轴上。

该电流分配器采用纯铜加工而成，上有四个连接柔性电缆的孔，下端可通过快速连接器与螺柱焊接的焊接电缆相连。为保证1000A的焊接电流顺利通过电流分配器和柔性电缆传导至导电轴上，电流分配器与柔性电缆应确保连接紧密，防止电缆烧坏。

优选的，还包括观察管5，所述观察管5包括透明亚克力管50、轴承51、密封体52和活塞密封环53，所述透明亚克力管50右端与密封罩体20连接，左端与供气排水罩30连接，所述密封体52的周向面上具有环形槽，环形槽内设置有O形圈54，所述密封体52与透明亚克力管50过盈配合，所述活塞密封环53和轴承51均与密封体52过盈配合，所述导电轴23穿装于轴承51中。观察管是水下螺柱焊枪的重要组成部分，是采用透明的亚克力管制成。其目的是潜水员在水下进行焊接作业时，(1)能够掌握提升机构的运动情况，(2)观察水下螺柱焊枪内部是否进水或柔性电缆是否烧坏等；(3)保证提升下落装置4的对中性能，在观察管内装有定位环，该定位环使用石墨轴承代替，能很好地对提升下落装置4定位并显著减低提升下落装置4的摩擦阻力。在水下螺柱焊枪中，该部分是唯一进行动密封的部位，因此此部位的密封显得十分重要。为保证导电轴实施密封，通过实验，本申请的密封方式是采用格莱圈活塞密封组件。

优选的，所述供气排水罩30由上罩体300、连接体301和下罩体302组成，所述连接体301中开设有与上罩体300和下罩体302的气道均连通的气道，所述上罩体300和下罩体302的气道呈环形且出气孔指向供气排水罩30的轴心。排水保护罩是水下螺柱焊枪的重要组成部分，它是由紫铜精加工而成，供气排水罩30具有局部排水和气体保护两个功能，本申请经过大量实验发现供气排水罩30的进气方式对罩内气流的稳定性以及排水效果影响很大，当罩内气体为层状或流束状运动时，既可以减少气流对电弧的扰动，又有利于罩内积水和焊接烟雾的下压、外排。排水气罩的进气方式主要有径向进气、切向进气和带缓冲气腔的环向进气三种。

通过对三种进气方式进行试验表明：切向进气的罩内气流最为紊乱，气体的压力和速度分布很不均匀，对焊接电弧有较大影响，造成引弧困难、电弧紊乱(见图8)。

径向进气的罩内气流较切向进气的排水气罩有所改善，但速度分布仍然存在不稳定性，且罩内上部气流较为紊乱，不利于焊接烟雾的下压和外排(见图9)。

环向进气的罩内的速度和压力分布相对均匀，特别环向进气且有缓冲气腔最为理想(见图10)。这是由于罩内气体在缓冲气腔内得到了充分的缓冲，保证了罩内气流的稳定；同时罩内上部气流的速度大于下部，能够将罩内积水和焊接烟雾下压和排出，本申请采用此方案。利用供气排水装置3可在螺柱与金属表局部密封并形成局部干式环境。

供气排水装置3是水下螺柱焊接装置中的重要组成部分。其作用是对水下焊接螺柱区域进行局部排水形成干式环境并用惰性气体进行气体保护焊。该方法可以使焊接无缺陷，少气孔，提高水下螺柱焊接质量。根据水下供气排水和气体保护焊接工作原理，在焊枪触发以前，先要通保护气体，将螺柱焊枪区域进行排水，通气时间根据局部排水部位的湿度确定，当湿度低于30％时，单片机自动控制进行焊接触发；螺柱下落、带电顶锻结束后，为降低螺柱焊接区域的冷却速度，延时关闭供气排水装置3。供气排水装置的控制流程图如图11所示。

考虑到水下焊接时，水对螺柱焊接操作和螺柱焊接质量有很大影响，因此在进行水下螺柱焊接设计时，使用供气排水装置3对其加以保护。本装置采用氩气85％和氦气15％混合气作为水下螺柱焊接的的保护气体。

供气排水压力一般在水深压力的基础上增加0.05兆帕，流量为10L/min，其目的是保证供气排水的情况下，尽量降低供气压力，防止引起焊枪排水罩内气流扰动影响排水效果。

利用该混合气将罩内积水排出并提供焊接保护。焊接结束后，继续提供一段时间的高压氩气，以降低焊缝的冷却速度，减少马氏体(淬火组织)的形成。

优选的，所述供气排水装置3还包括可使密封吸盘31压紧于焊接工件上的第二弹簧33，其设置于密封吸盘31和供气排水罩30之间；所述提升下落装置4还包括可使导杆11相对焊枪主体1左右移动的调节装置7，所述焊枪主体1的右端可脱卸连接有防水帽8，所述调节装置7位于防水帽8围成的区域中，该水下螺柱焊枪的提升高度可以在1～10mm之间自由设定，对螺柱长度公差能在1～2mm之内包容，螺柱下落时间控制在10ms左右，焊枪内部的电磁铁输入电压为直流24V，整个焊枪密封绝缘，各部件可方便拆卸，便于维修和更换。

螺柱焊的基本原理是：在焊接时，提升螺柱使金属螺柱与金属表面之间产生较大的焊接电流，将螺柱端面和金属表面瞬间熔化并形成熔池，然后将螺柱浸入熔池冷却后固定在金属表面。水下焊接时，会产生大量的氢气，对焊接质量造成较大影响。同时水下散热较快，对焊缝的形成不利。针对这些问题，在水下螺柱焊接过程中要采取特殊的工序，才能保证形成较好的焊缝。本申请的一种使用水下多功能螺柱焊接装置进行焊接的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

a)在螺柱34与金属工件400表面局部密封，利用储气瓶100中的混合气排水，形成局部干式环境并利用混合气进行焊接保护；

b)焊接时，首先在螺柱34顶端与金属工件400表面形成先导电流引弧，并清除焊接表面的涂层和汽化水层，利用干燥的混合气将湿气吹除，使局部形成干燥焊接环境，有利于焊接质量；

c)利用管式电磁铁10将螺柱34提升一定高度，接通焊接电流将螺柱顶端和金属表面熔化形成熔池；

d)在主弹簧恢复力、电磁力和油压阻尼器的作用下将螺柱34慢慢插入熔池，防止熔池中液态金属产生飞溅；

e)继续施加短暂的电流，对焊接接头加热形成再结晶接头；

f)提起水下螺柱焊枪500，螺柱固定在金属工件400表面。

优选的，所述混合气由体积份数占85％的氩气和体积份数占15％的氦气混合而成。

优选的，所述螺柱34带有缩径，螺柱34焊接端部加工制成圆锥体或螺柱34为圆柱体且其端面中心镶嵌或涂敷引弧结，引弧结采用Φ2.5mm的纯铝线加工而成，引弧结的嵌入深度约为1.8mm。

在进行水下螺柱焊接时，为方便水下焊接以及快速抢修需要，使用的焊接螺柱一般使用含碳元素较低的材料制成，其外形主要带缩径的螺纹螺柱。

螺柱焊接端部加工制成圆锥体或在圆柱体端面中心镶嵌引弧点或涂敷引弧剂，加工成锥形是为了便于短路引弧。短路通电时电流线集中，使得在提升引弧过程中热电离及热发射将起到更大的作用。而螺柱端部的引弧剂含有低电离电势元素，加热分解后充满了焊接区，可以在较低的热场及较低的电场强度下获得稳定可靠的气体电离过程。

本水下焊接螺柱的引弧结采用Φ2.5mm的纯铝线加工而成，引弧结的嵌入深度约为1.8mm，如果过长，其燃弧过程中大量铝的汽化会将熔池液态金属吹散，形不成接头。这是因为铝不仅是低电离电势元素，还是一种脱氧剂和固氮剂，所以可以作为引弧剂和稳弧剂。

螺柱端部加工成圆锥体以及采用引弧剂(引弧结)的方式是电弧螺柱焊最合理、最经济的措施，尤其对于没有高压引弧的焊接电源更是其引弧成功的必要条件。在整个锥面上涂敷焊剂，则除了可以稳弧外，还可以在焊接冶金过程中起到脱氧剂的作用。铝合金螺栓的电弧螺柱焊时不需要引弧剂，但是需要采用惰性气体(氩气和氦气)保护焊接区，以防止铝的氧化并稳定电弧。

本申请的水下多功能螺柱焊接装置：

(1)焊接电流与螺柱直径的关系

焊接电流是螺柱焊接时的重要参数之一，与焊条电弧焊比较，在相同空载电压条件下螺柱焊的电流密度较小，所以焊接电流相对来说，调节的一般也比较大。

由于水下焊接局部散热比较快，其螺柱直径与焊接电流可以采用如下公式：

I_W＝(80～110)D_L

式中：I_W——螺柱焊焊接电流(安培)

D_L——螺柱直径(毫米)

(2)焊接时间与螺柱直径的关系

焊接时间是螺柱焊接时的另一重要参数，焊接时间太短，螺柱及焊件接触部位的熔化时间不足，螺柱的连接强度不够；焊接时间过长，螺柱及焊件接触部位的熔化时间太长，容易产生气孔、焊穿等焊接缺陷，且短路时间过长，对焊机的使用安全也有一定的影响。

水下螺柱焊焊接时间与螺柱直径采用如下公式：

T＝(80～140)d(毫秒)

式中：T为焊接时间(毫秒)

d为螺柱直径(毫米)

(3)螺柱伸出长度

螺柱焊接时螺柱的伸出长度也是螺柱焊接成功的关键因素。伸出长度一般应该大于焊接留量(即螺柱的熔化长度)，如果螺柱伸出太短，螺柱下落不到熔池底部，焊接容易出现未熔合、缩颈、咬边或假焊现象，焊接质量不高；如果螺柱伸出长度太长，则容易出现焊接不稳或烧穿等，也会影响最终的焊接质量。

(4)螺柱提升高度及下落时间

螺柱提升高度及下落时间也对螺柱焊接质量起着至关重要的影响。提升高度可以在1～毫米之间设定，下落时间应在8毫秒左右，不得大于15毫秒。提升高度过低，下落时间过长，会产生有电顶锻时间过短而降低街头质量；提升高度过大，下落时间太短，容易造成熔化金属外溢，形不成焊脚或者造成焊脚严重缺肉等现象。

(5)放气时间及关气时间

放气时间及关气时间主要由作业水深、密封性能、排水状态以及焊接时间决定。放气或关气时间焊枪内的温湿度传感器检测后确定。一般随着放气时间延长，其供气排水保护罩内形成干式环境可能性更大，更容易进行焊接，但是对潜水员的水下状态有较大影响。随着关气时间的延长，其焊接的冷却速度降低，更加有利用焊缝的质量。

(6)电磁吸力设计

电磁吸力大小与线圈电流的平方和线圈匝数的平方成正比，在电流一定时，提高电磁吸力，需增加线圈匝数，增加线圈匝数的方法：a)减小漆包线的直径；b)增长电磁铁的长度。依据设计公式取线圈直径0.2mm时，电磁铁通电工作数十次后，电磁铁根部的漆包线有局部发热现象、且发生断裂，表明工作不可靠；漆包线直径取0.5mm时，没有发热现象、工作稳定可靠；电磁铁设计计算是根据吸力F、行程、额定电压、吸力特性曲线等参数来确定电磁铁的几何尺寸与安匝数，根据自动螺柱焊枪外形结构、尺寸和动铁心提升的要求，设计线圈骨架的内径为20mm，电磁铁的额定电流设计为3A；通过数百次工艺试验，设计选取的电磁铁的几何尺寸与匝数为：漆包线直径d＝0.43mm，线圈匝数N＝1655T。

(7)弹簧力设计

正确选择弹簧的参数也是水下螺柱焊枪能否正常工作的关键。比如弹簧弹力必须小于电磁铁的吸合力，否则电磁铁不能正常工作；但过小后，螺柱的插入速度和压力无法满足螺柱焊的基本要求，影响螺柱焊接质量。弹簧的设计数据，除弹簧尺寸外，更需要计算出最大负荷及变位尺寸的负荷。压缩弹簧的压缩量是弹簧自由长度的30％～50％量时，弹簧的利用率高、有效寿命长。

此水下多功能螺柱焊接装置不仅能够实现水下螺柱焊接，还能进行水下手工电弧焊和水下电-氧切割等多种功能。为破损船舶的水下应急抢修提供破铜修整、补板螺柱固定以及密封焊接等一整套解决方案。

(1)水下螺柱焊接。焊接电流最大为2500安培，可以焊接直径为12-16mm的螺柱。

(2)水下电弧焊。如果将螺柱焊枪换成水下手工电弧焊的专用焊把，该水下多功能螺柱焊接装置可以用于水下手工电弧焊。水下焊接时，所允许的焊接电流大于150A，所以使用的水下焊条直径应大于4mm。

(3)水下电-氧切割。如果将螺柱焊枪换成水下电-氧切割割把，该水下多功能螺柱焊接装置可以用于水下电氧切割操作。在进行水下电-氧切割操作时，需要把氩气保护系统换成氧气供气系统，并将地线与焊把线对调连接(即采用正接法连接导线)。由于水下电-氧切割的电流值比较大，所以水下电-氧切割时的电流调节比较方便。

综上所述，本申请的水下多功能螺柱焊接装置具有如下特点：

(1)在原有水下螺柱焊接装置的基础上，通过逆变电源改进，使水下螺柱焊接装置一机多能，不仅能进行水下螺柱焊接，还可以实现水下手工电弧焊、水下电-氧切割、陆地螺柱焊、陆地手工电弧焊以及气体保护焊等多种水陆两用焊接与切割方法，大大拓展了水下螺柱焊接装置的应用范围，为不同的破损状态提供不同的水下焊接方法和焊接修补工艺。

(3)考虑水下焊接的特点以及螺柱焊的技术要求，通过对电磁铁-弹簧提升下落装置、供气排水保护罩等特殊设计，研制了水下螺柱焊枪。通过理论分析和试验验证，该水下螺柱焊枪操作简单、焊接速度快、焊接时间短、水密性好、安全性高、使用方便等特点，能在焊接区域形成稳定的局部干式环境，并在螺柱焊接过程中形成良好的焊接接头，且外观检查和弯曲试验满足螺柱焊接技术要求。电磁铁-弹簧提升机构是水下螺柱焊枪的执行机构，它通过控制线缆自动执行螺柱的提升、引弧、焊接等过程，大大提高了水下螺柱焊接质量和焊接效率，降低了水下潜水员的操作技术要求，节省了潜水员体力、提高了水下修补作业效率。

(4)水下螺柱焊枪的前端设计有专用的供气排水和气体保护焊装置(供气排水保护罩)，通过理论分析以及多次实验验证，选择带有缓冲气腔的环形沟槽供气排水保护罩比较理想。它能快速排除罩内积水且形成较稳定的气流，有利用螺柱焊接过程的引弧；同时，能提供一定流量的氩气作为保护焊用气体，以减小氢气对焊接质量的影响。

(5)水下螺柱焊枪的中端采用透明设计，通过枪体的透明亚克力管可以观察提升机构的机械运动情况、焊接转接电缆工作情况、水下螺柱焊枪密封情况以及焊接螺柱的预压缩量大小和提升高度等关键参数。为水下螺柱焊枪的安全使用提供保障。

(6)为保证水下用电安全，除了对水下螺柱焊枪进行密封设计外，还对电磁铁电压、焊接电压以及控制电压等进行了严格控制，使其工作电压都不大于24V。为防止大电流对潜水员伤害，在焊接启动控制中采用了防差错设计，即只有螺柱顶端与焊接工件接触并提升一定高度后才能启动焊接程序，从而避免了潜水员水下误操作或漏电造成潜水员触电现象。

本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种水下多功能螺柱焊接装置，其特征在于：其主要由大功率焊接电源(200)、焊接切割套件、供气系统、焊接线缆及控制系统组成；

根据实际需要所述焊接切割套件为水下螺柱焊枪(500)、水下焊把或水下割把；

所述供气系统包括：储气瓶(100)、减压器及相应的供气管路；

所述焊接线缆包括：焊接地线(203)、用于固定于工件(400)上的电缆固定夹(204)和具有闸刀开关(201)的焊枪焊接电缆及控制电缆(202)，所述大功率焊接电源(200)通过焊接地线(203)与电缆固定夹(204)电连接，所述大功率焊接电源(200)通过焊枪焊接电缆及控制电缆(202)与水下螺柱焊枪(500)电连接；

所述焊枪焊接电缆及控制电缆(202)为焊接电缆(21)和控制电缆(15)的集合；

所述水下螺柱焊枪(500)包括：

焊枪主体(1)，

焊接电缆转接装置(2)，其包括：密封罩体(20)和导电轴(23)，所述密封罩体(20)右端与焊枪主体(1)连接，所述密封罩体(20)上具有可供焊接电缆(21)插拔的插孔，所述焊接电缆(21)插入插孔后与导电轴(23)电连接；

供气排水装置(3)，其主要由供气排水罩(30)、密封吸盘(31)和供气管(32)组成，所述储气瓶(100)通过供气管(32)与供气排水罩(30)的内腔相连接且供气管(32)中设置有仅允许气体由储气瓶(100)进入供气排水罩(30)的单向阀；

可使导电轴(23)左右移动的提升下落装置(4)；

和防水磁性开关(6)；

所述提升下落装置(4)包括：

管式电磁铁(10)，其固接于焊枪主体(1)内且与控制电缆(15)电连接；

导杆(11)，其穿装于管式电磁铁(10)中且其左端固接有铁芯(12)；

可为铁芯(12)提供回复力的主弹簧(13)，其设置于管式电磁铁(10)和铁芯(12)之间；

滑动轴(14)，其与铁芯(12)相固接并通过固接于焊枪主体(1)内的直线轴承(18)与焊枪主体(1)滑动连接，所述滑动轴(14)与导电轴(23)相连接。

2.根据权利要求1所述一种水下多功能螺柱焊接装置，其特征在于：所述大功率焊接电源(200)提供稳定的焊接电流以及瞬间2500安培的大电流，提供的焊接电压及控制电压均为直流电压且电压小于24V；

所述控制系统包括：电源控制电路、程序控制电路、焊枪提升电路、供气时序控制电路和辅助电路，其中，焊枪提升电路的电磁铁装在水下螺柱焊枪(500)中；电源控制电路采用单片机适时控制焊接过程，当湿度低于30％时，单片机自动控制进行焊接触发；电源控制电路要对焊枪接地检测进行控制，判断水下螺柱焊枪中的焊接螺柱是否与被焊工件接触，否则不能进行焊接。

3.根据权利要求2所述一种水下多功能螺柱焊接装置，其特征在于：还包括可使主弹簧(13)压缩势能释放缓慢的油压阻尼器(17)，其固接于焊枪主体(1)上，其活塞杆的自由端抵紧于或连接于固接于铁芯(12)上的连接件上，所述滑动轴(14)的左端和导电轴(23)的右端之间设置有可使滑动轴(14)与导电轴(23)绝缘的绝缘体(16)。

4.根据权利要求1所述一种水下多功能螺柱焊接装置，其特征在于：所述焊接电缆转接装置(2)还包括柔性线缆(22)和电流分配器(24)，所述电流分配器(24)固接于密封罩体(20)中，所述电流分配器(24)的径向方向上开设有焊接电缆插入孔(25)，所述电流分配器(24)的轴向方向上开设有若干个电缆连接孔(26)，所述柔性线缆(22)穿装于电缆连接孔(26)中并与导电轴(23)柔性连接，所述焊接电缆(21)插入密封罩体(20)的插孔后与柔性线缆(22)电连接。

5.根据权利要求4所述一种水下多功能螺柱焊接装置，其特征在于：还包括观察管(5)，所述观察管(5)包括透明亚克力管(50)、轴承(51)、密封体(52)和活塞密封环(53)，所述透明亚克力管(50)右端与密封罩体(20)连接，左端与供气排水罩(30)连接，所述密封体(52)的周向面上具有环形槽，环形槽内设置有O形圈(54)，所述密封体(52)与透明亚克力管(50)过盈配合，所述活塞密封环(53)和轴承(51)均与密封体(52)过盈配合，所述导电轴(23)穿装于轴承(51)中。

6.根据权利要求5所述一种水下多功能螺柱焊接装置，其特征在于：所述供气排水罩(30)由上罩体(300)、连接体(301)和下罩体(302)组成，所述连接体(301)中开设有与上罩体(300)和下罩体(302)的气道均连通的气道，所述上罩体(300)和下罩体(302)的气道呈环形且出气孔指向供气排水罩(30)的轴心。

7.根据权利要求1所述一种水下多功能螺柱焊接装置，其特征在于：所述供气排水装置(3)还包括可使密封吸盘(31)压紧于焊接工件上的第二弹簧(33)，其设置于密封吸盘(31)和供气排水罩(30)之间；所述提升下落装置(4)还包括可使导杆(11)相对焊枪主体(1)左右移动的调节装置(7)，所述焊枪主体(1)的右端可脱卸连接有防水帽(8)，所述调节装置(7)位于防水帽(8)围成的区域中。

8.一种使用如权利要求3所述的水下多功能螺柱焊接装置进行焊接的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

a)在螺柱(34)与金属工件(400)表面局部密封，利用储气瓶(100)中的混合气排水，形成局部干式环境并利用混合气进行焊接保护；

b)焊接时，首先在螺柱(34)顶端与金属工件(400)表面形成先导电流引弧，并清除焊接表面的涂层和汽化水层，利用干燥的混合气将湿气吹除，使局部形成干燥焊接环境；

c)利用管式电磁铁(10)将螺柱(34)提升一定高度，接通焊接电流将螺柱顶端和金属表面熔化形成熔池；

d)在主弹簧恢复力、电磁力和油压阻尼器的作用下将螺柱(34)慢慢插入熔池；

e)继续施加短暂的电流，对焊接接头加热形成再结晶接头；

f)提起水下螺柱焊枪(500)，螺柱固定在金属工件(400)表面。

9.根据权利要求8所述的一种使用水下多功能螺柱焊接装置进行焊接的焊接方法，其特征在于：所述混合气由体积份数占85％的氩气和体积份数占15％的氦气混合而成。

10.根据权利要求8所述的一种使用水下多功能螺柱焊接装置进行焊接的焊接方法，其特征在于：所述螺柱(34)带有缩径，螺柱(34)焊接端部加工制成圆锥体或螺柱(34)为圆柱体且其端面中心镶嵌或涂敷引弧结，引弧结采用Φ2.5mm的纯铝线加工而成，引弧结的嵌入深度为1.8mm。