CN104308355A - 基于摩擦螺柱焊的牺牲阳极水下焊接方法及设备 - Google Patents

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高辉
焦向东
周灿丰
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/129—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding specially adapted for particular articles or workpieces

Abstract

本发明公开了一种基于摩擦螺柱焊的牺牲阳极水下焊接方法及设备，主要针对海洋工程中的海底管道及水下结构物的牺牲阳极的更换及维修。基于摩擦螺柱焊的牺牲阳极水下焊接过程可由潜水员或潜水机器人（ROV）完成作业。摩擦焊属于固相连接，其焊接过程受环境压力影响相对较小。另外，在水深较深，普通潜水方法无法到达的情况下，采用ROV作业可以在几百米到上千米的水深进行焊接。本方法作业成本相对较低、操作简单，可获得质量良好的焊接接头。

Description

基于摩擦螺柱焊的牺牲阳极水下焊接方法及设备
技术领域
本发明涉及一种水下焊接方法，特别是涉及一种基于摩擦螺柱焊的牺牲阳极水下焊接方法与设备。
背景技术
随着我国海洋石油工业的发展，一些海洋管道及水下结构物的使用年限已经较长，需要对其安装的牺牲阳极进行更换或安装，由于无法将管道或结构物移至岸上或无水条件下进行焊接，并且随着我国水下结构物水深的增加，普通水下焊接方法存在一定困难，因此本专利提出一种基于摩擦螺柱焊的牺牲阳极水下焊接方法及设备，主要针对海洋石油工业中的海底管道及水下结构物的牺牲阳极的更换及维修。该设备可由潜水员潜水操作，也可由潜水机器人（ROV）携带作业。摩擦焊属于固相连接，焊接接头质量相对于弧焊方法的焊接接头受有水环境及环境压力影响较小。另外，在水深较深，普通潜水方法无法到达的情况下，采用ROV作业可以在几百米到几千米的水深进行焊接。该方法结构简单、使用方便、性能可靠，可实现水下牺牲阳极的安装及更换，具有较好的实用化与市场应用前景。
发明内容
根据背景技术所述，本发明的目的在于提供一种基于摩擦螺柱焊的牺牲阳极水下焊接方法及设备，该设备可由潜水员或ROV进行水下作业，对水下结构物或海底管道的牺牲阳极进行更换或安装。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于摩擦螺柱焊的牺牲阳极的水下焊接方法，对水下待焊工件采用摩擦生热的方式进行焊接，采用摩擦螺柱焊的方式直接在水环境中对水下结构物的牺牲阳极组件进行焊接，该方法包括以下步骤：
步骤一，在陆上或船舶甲板上将牺牲阳极组件定位安装到焊接设备上；
步骤二，采用起重设备将阳极组件及焊接设备下放并固定在待焊的水下结构物上；
步骤三，对阳极组件进行焊接；
步骤四，释放阳极组件并回收焊接设备。
一种基于摩擦螺柱焊的牺牲阳极水下焊接设备，主要由定位锁紧磁铁（1）、机架（2）、水下液压热插模块（3）、焊接主轴（4）、阳极组件锁紧机构（5）和阳极组件定位机构（6）组成，其中：牺牲阳极组件（7）通过阳极组件锁紧机构（5）和阳极组件定位机构（6）置于焊接设备上，机架（2）上设置吊耳，定位锁紧磁铁（1）通过水下液压热插模块（3）连接液压动力管线，通过焊接主轴（4）进行焊接作业，阳极组件锁紧机构（5）固定或释放牺牲阳极组件（7）。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下优点和效果：
（1）本发明的设备以液压作为动力，采用带有动密封的复合式摩擦焊接主轴头，可由潜水员或ROV操作完全在水下进行作业；
（2）本发明采用水下摩擦螺柱焊技术进行牺牲阳极的焊接，焊接接头的质量受水下压力环境影响较小，且焊接前无需对管道防腐层、配重层等进行处理，且焊后对其损伤也相对较小，并能获得较好质量的焊接接头；
（3）本发明作业过程中利用磁铁吸附在待焊工件上，焊接完成后能够实现设备与工件的快速分离，操作方便快捷。
附图说明
图1a、图1b为常用牺牲阳极组件的结构形式图；
图2为摩擦螺柱焊的牺牲阳极水下焊接设备的结构示意图；
图中：1-定位锁紧磁铁，2-机架，3-水下液压热插模块，4-焊接主轴，5-阳极组件锁紧机构，6-阳极组件定位机构，7-牺牲阳极组件。
具体实施方式
本发明基于摩擦螺柱焊的牺牲阳极的水下焊接方法，对水下待焊工件采用摩擦生热的方式进行焊接，采用摩擦螺柱焊的方式直接在水环境中对水下结构物的牺牲阳极组件进行焊接，该方法包括以下步骤：
步骤一，在陆上或船舶甲板上将牺牲阳极组件定位安装到焊接设备上；
步骤二，采用起重设备将阳极组件及焊接设备下放并固定在待焊的水下结构物上；
步骤三，对阳极组件进行焊接；
步骤四，释放阳极组件并回收焊接设备。
如图2所示，本发明的基于摩擦螺柱焊的牺牲阳极水下焊接设备，主要由定位锁紧磁铁1、机架2、水下液压热插模块3、焊接主轴4、阳极组件锁紧机构5和阳极组件定位机构6组成，焊接开始前将牺牲阳极组件7通过阳极组件锁紧机构5和阳极组件定位机构6准确安装置焊接设备上。起重设备通过机架2上的吊耳将焊接设备下放置待焊水下结构物的相应位置后，由潜水员或潜水机器人（ROV）将定位锁紧磁铁1的锁紧扳手拨置锁紧状态，以完成牺牲阳极组件7焊接装置的定位与固定。在确保磁铁吸附牢固后，将液压动力管线通过水下液压热插模块3连接后即可通过焊接主轴4进行焊接作业。待作业完成后，由潜水员或潜水机器人（ROV）对阳极组件锁紧机构5进行操作以释放牺牲阳极组件7。 
本发明的设备以液压作为动力，采用带有动密封结构的复合式摩擦焊接主轴头，可由潜水员或ROV操作完全在水下进行作业。作业过程中利用磁铁吸附在待焊工件上，焊接完成后能够实现设备与工件的快速分离。作为设备动力源的液压泵站可采用陆上常用的普通液压泵站，放置在船上、陆上或设备机架2上。采用ROV作业时，设备的液压系统可采用ROV本身的液压泵提供高压油液。焊接主轴4与液压泵站之间可通过水下液压热插模块3进行快速连接与分离。

Claims (5)

1.一种基于摩擦螺柱焊的牺牲阳极水下焊接方法，采用摩擦螺柱焊的方式直接在水环境中对水下结构物的牺牲阳极组件进行焊接，该方法包括以下步骤：
步骤一，在陆上或船舶甲板上将牺牲阳极组件定位安装到焊接设备上；
步骤二，采用起重设备将阳极组件及焊接设备下放并固定在待焊的水下结构物上；
步骤三，对阳极组件进行焊接；
步骤四，释放阳极组件并回收焊接设备。
2.一种基于摩擦螺柱焊的牺牲阳极水下焊接设备，主要由定位锁紧磁铁（1）、机架（2）、水下液压热插模块（3）、焊接主轴（4）、阳极组件锁紧机构（5）和阳极组件定位机构（6）组成，其特征在于：牺牲阳极组件（7）通过阳极组件锁紧机构（5）和阳极组件定位机构（6）置于焊接设备上，机架（2）上设置吊耳，定位锁紧磁铁（1）通过水下液压热插模块（3）连接液压动力管线，通过焊接主轴（4）进行焊接作业，阳极组件锁紧机构（5）固定或释放牺牲阳极组件（7）。
3.根据权利要求1所述的基于摩擦螺柱焊的牺牲阳极水下焊接设备，其特征在于：所述的设备以液压作为动力，采用带有动密封结构的复合式摩擦焊接主轴头，由潜水员或ROV操作完全在水下进行作业。
4.根据权利要求1所述的基于摩擦螺柱焊的牺牲阳极水下焊接设备，其特征是：作业过程中利用磁铁吸附在待焊工件上，焊接完成后能够实现设备与工件的快速分离。
5.根据权利要求1所述的基于摩擦螺柱焊的牺牲阳极水下焊接设备，其特征是：作为设备动力源的液压泵站可采用陆上常用的普通液压泵站，放置在船上、陆上或设备机架（2）上；采用ROV作业时，设备的液压系统可采用ROV本身的液压泵提供高压油液；焊接主轴（4）与液压泵站之间可通过水下液压热插模块（3）进行快速连接与分离。
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