CN104475974A - 湿法水下激光焊接试验设备及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水下激光焊接工艺及试验设备，能够快捷并且精确有效的控制水层厚度，以便于考察不同水层厚度对激光传递、能量衰减以及焊接效果的影响；能在工件表面形成质量较好的焊缝。具体技术方案如下：一种湿法水下激光焊接试验设备，其特征在于：包括激光器、监控系统、试验水箱；试验水箱底部设置工作台，待焊工件通过夹具固定在工作台上，待焊工件位于水面以下，激光振荡器通过光纤连接焊接机头构成激光器，监控系统包括计算机，计算机连接摄像机，摄像机随焊接机头移动。
Description
技术领域
本发明涉及一种水下焊接的工艺与设备，特别是一种湿法水下激光焊接的工艺与试验设备。
背景技术
水下焊接技术是水下工程开发、建设和维修必不可少的关键技术之一，已广泛应用于海上救捞、海洋能源、海洋采矿等海洋工程，同时由于我国已然是世界第一船舶制造大国，船舶、船坞、港口设施、江河工程及核电厂的建造与维修都迫切需要直接在水下进行维修的焊接技术。
水下焊接由于水的存在，使焊接过程变得更加复杂，并且会出现各种各样焊接所未遇到的问题。其中对焊接过程有直接影响的主要有下述的问题：(1)水下焊接过程中，电弧周围会产生气泡，潜水焊工很难看清焊接熔池状态，妨碍了焊接进程；(2)水对焊缝的急冷效应十分明显，容易产生高硬度的淬硬组织；(3)焊缝含氢量高以及连续作业难以实现等诸多问题。
常用的水下焊接方法有三种：湿法水下焊接、局部干法水下焊接、以及干法水下焊接。其中湿法水下焊接所需要的设备最简单，成本低廉，操作的灵活性最好，可以适应各种复杂环境。同时又由于激光可以通过光纤传输到深水处，激光的能量密度高、热变形小、易于控制，可以进行小范围精密操作等优点，湿法水下激光焊接拥有非常重要的研究意义。
在进行湿法水下激光焊接的试验中，水会与激光束产生复杂的相互作用，造成能量衰减等，严重影响焊接效果，因此需要严格控制水层厚度，同时要求激光器在试验水箱中能够按要求进行移动；并且观察水与激光的相互作用以及焊缝形成过程。
发明内容
本发明提供了一种水下激光焊接工艺及试验设备，能够快捷并且精确有效的控制水层厚度，以便于考察不同水层厚度对激光传递、能量衰减以及焊接效果的影响；能在工件表面形成质量较好的焊缝。具体技术方案如下：
一种湿法水下激光焊接试验设备，其特征在于：包括激光器、监控系统、试验水箱；试验水箱底部设置工作台，待焊工件通过夹具固定在工作台上，待焊工件位于水面以下，激光振荡器通过光纤连接焊接机头构成激光器，监控系统包括计算机，计算机连接摄像机，摄像机随焊接机头移动。
进一步的，试验水箱内布置三轴运动平台，包括三个导轨：x轴导轨、y轴导轨、z轴导轨，x轴导轨固定，y轴导轨可沿x轴方向位移，z轴导轨可沿y轴方向位移，焊接机头安装在z轴上，可沿z轴方向位移。
进一步的，控制柜通过控制三轴运动平台进而控制焊接机头运动至焊接位置，摄像机安装在焊接机头上，控制柜表面具有位移按钮，控制三轴运动平台的位移。
进一步的，试验水箱设置有水位计，水位计固定在箱体侧面，其底端与工作台的上表面水平。
上述湿法水下激光焊接实验设备的试验工艺，其特征在于：首先将待焊工件通过夹具固定在工作台上，试验水箱内注水使待焊工件位于水面以下，通过水位计控制水层厚度，水层厚度为水面至工件的距离，安装在试验水箱的水位计刻度减去工件高度即得水层厚度；然后控制柜操控三轴位移带动焊接机头运动至待焊工件上方，激光振荡器调节焊接机头的输出激光，对待焊工件完成焊接；摄像机全程监控焊缝形成过程，并将数据传输到计算机，计算机将整个焊接过程呈现出来，并储存记录。
说明书附图
图1：湿法水下激光焊接试验设备整体系统图；
图2：试验水箱内部结构示意图。
图中：10-计算机，20-控制柜，30-水下焊接专用摄像机，40-激光器，41-激光振荡器，42-光纤，43-焊接机头，50-x轴导轨，60-y轴导轨，70-z轴导轨，80-试验水箱，81-箱体，82-水面，83-工作台，84-夹具，85-水位计，90-待焊工件，91-焊缝。
具体实施方案
下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
如图1所示的试验设备构成，包括：计算机10、水下焊接专用摄像机30构成的监控系统，试验水箱80及其内部的x轴导轨50、y轴导轨60、z轴导轨70组成的三轴运动平台、工作台83、夹具84，三轴运动平台受控制柜20操控，焊接机头43安装在Z轴导轨70上，水下焊接专用摄像机30安装在焊接机头43上，用于全程监控焊缝91形成过程，并将数据传输到计算机10，激光振荡器41通过光纤42连接至焊接机头43，调节输出激光；水位计85安装在试验水箱80侧壁，其底端与工作台83的上表面水平。
三轴运动平台包括三个导轨：x轴导轨50、y轴导轨60、z轴导轨70，x轴导轨50固定，y轴导轨60可沿x轴方向位移，z轴导轨70可沿y轴方向位移，焊接机头43安装在z轴导轨70上，可沿z轴方向位移。
图2所示为试验水箱内部机构，试验水箱80为长100cm、宽100cm、高30cm的无盖长方体箱体81，工作台83固定在箱体81的底部，待焊工件90被夹具84固定在工作台83上，水位计85固定在箱体81的侧面，水位计85的底端与工作台83的上表面水平，水位计85显示的刻度减去待焊工件90的厚度即为水面82到待焊工件90的距离；激光器40是6KW的光纤激光器。
把待焊工件90用夹具84固定在工作台83上，往试验水箱80中注水，用水位计精确控制水面82到待焊工件90的距离，操作人员通过控制柜20移动y轴导轨60和z轴导轨70以及焊接机头43，开始水下激光焊接，激光器40发出的激光束使焊接接头熔化形成焊缝91；水下焊接专用摄像机30全程监控焊缝91形成过程，并将数据传输到计算机10，计算机10能够将整个焊接过程呈现出来，并储存记录。
实施例中，待焊工件为DNiCrFe-1J，厚度为18mm，焊接速度0.8m/min，激光功率为4kw，离焦量1mm，水面到工件的距离为4mm。
本发明采取以上技术方案，具有以下优点：使用激光器进行水下焊接，能够形成质量较好的焊缝；由于采用了水位计，能够快捷并且精确有效的控制水面到待焊工件之间水层的厚度，以便于考察不同水层厚度对激光传递、能量衰减以及焊接效果的影响；使用焊接专用摄像机能够更好的记录焊接过程，优化焊接方案。
Claims (5)
1.一种湿法水下激光焊接试验设备，其特征在于：包括激光器、监控系统、试验水箱；试验水箱底部设置工作台，待焊工件通过夹具固定在工作台上，待焊工件位于水面以下，激光振荡器通过光纤连接焊接机头构成激光器，监控系统包括计算机，计算机连接摄像机，摄像机随焊接机头移动。
2.根据权利要求1所述的湿法水下激光焊接试验设备，其特征在于：试验水箱内布置三轴运动平台，包括三个导轨：x轴导轨、y轴导轨、z轴导轨，x轴导轨固定，y轴导轨可沿x轴方向位移，z轴导轨可沿y轴方向位移，焊接机头安装在z轴导轨上，可沿z轴方向位移。
3.根据权利要求2所述的湿法水下激光焊接试验设备，其特征在于：控制柜通过控制三轴运动平台进而控制焊接机头运动至焊接位置，摄像机安装在焊接机头上，控制柜表面具有位移按钮，控制三轴运动平台的位移。
4.根据权利要求2所述的湿法水下激光焊接试验设备，其特征在于：试验水箱设置有水位计，水位计固定在箱体侧面，其底端与工作台的上表面水平。
5.一种权利要求1-4任一项所述的湿法水下激光焊接实验设备的试验工艺，其特征在于：首先将待焊工件通过夹具固定在工作台上，试验水箱内注水使待焊工件位于水面以下，通过水位计控制水层厚度，水层厚度为水面至工件的距离，安装在试验水箱的水位计刻度减去工件高度即得水层厚度；然后控制柜操控三轴位移带动焊接机头运动至待焊工件上方，激光振荡器调节焊接机头的输出激光，对待焊工件完成焊接；摄像机全程监控焊缝形成过程，并将数据传输到计算机，计算机将整个焊接过程呈现出来，并储存记录。
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