CN104942487B - 一种水下局部干法钛合金的焊接装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水下局部干法钛合金的焊接装置，包括微波发生器、微波辐射器、波导管、云母片、焊枪夹持装置、焊枪和微波屏蔽罩，所述微波控制器通过导线与所述微波发生器连接，所述微波辐射器的一端与所述微波发生器相连接；所述波导管位于所述微波辐射器的外侧，其一端设置有所述云母片；所述焊枪安装在所述焊枪夹持装置上；所述微波屏蔽罩罩设在焊件的焊接位置处，所述焊枪及波导管穿过所述微波屏蔽罩，使所述云母片及焊枪的导电嘴位于所述微波屏蔽罩内。该焊接装置，利用排水罩将焊接部位水排出，再通过微波辐射器发射微波对焊件上残留的水进行震荡加热，使水温度升高达到气化，从而使得焊件表面达到无水的程度。

Description

一种水下局部干法钛合金的焊接装置及方法
技术领域
本发明涉及水下焊接相关技术领域，特别是一种水下局部干法钛合金的焊接装置及方法。
背景技术
水下焊接是海底石油开采、海洋工程制造、海底管道维修的关键技术。同时水下焊接也是国防建设中一项重要的应用技术，用于海上舰艇的应急修理和海上救助。如何提高水下焊接质量对于船体修复具有重大的意义。特别是钛合金的水下焊接，传统的局部干法焊接在排水后在焊件表面仍有水残留，使焊接处出现气孔、表面氧化等不利影响。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种水下局部干法钛合金的焊接装置及方法，以解决现有技术中的技术问题。
根据本发明的第一方面，提供一种水下局部干法钛合金的焊接装置，包括微波控制器、微波发生器、微波辐射器、波导管、云母片、焊枪夹持装置、焊枪和微波屏蔽罩，所述微波控制器通过导线与所述微波发生器连接，所述微波辐射器的一端与所述微波发生器相连接；所述波导管位于所述微波辐射器的外侧，其一端设置有所述云母片；所述焊枪安装在所述焊枪夹持装置上；所述微波屏蔽罩罩设在焊件的焊接位置处，所述焊枪及波导管穿过所述微波屏蔽罩，使所述云母片及焊枪的导电嘴位于所述微波屏蔽罩内；
所述微波屏蔽罩可沿所述波导管及焊枪的轴向方向调节并固定位置。
优选地，所述波导管截面为圆形或矩形。
优选地，还包括壳体，所述微波发生器设置在所述壳体内；在所述壳体的底面上设置有通孔。
优选地，还包括排水罩和空气压缩机，所述空气压缩机与所述排水罩连接，所述排水罩设置在所述微波屏蔽罩的外侧，所述波导管及焊枪密封地穿过该排水罩。
优选地，在所述微波屏蔽罩的边缘设置有屏蔽密封圈，所述屏蔽密封圈上设置有排水孔。
优选地，所述微波屏蔽罩上设置有观察窗口。
优选地，在所述排水罩的边缘设置有排水密封圈，所述排水密封圈上设置有排水孔。
优选地，所述微波发生器、微波辐射器、波导管及云母片设置两组，并对称的设置在所述焊枪的两侧。
根据本发明的第二方面，提供一种水下局部干法钛合金的焊接装置的使用方法包括如下步骤：
步骤一：调整所述波导管及焊枪的导电嘴的位置，使其位于焊缝的正上方，调整好所述微波屏蔽罩及排水罩的位置并固定，使位于所述微波屏蔽罩的边缘的屏蔽密封圈及位于所述排水罩边缘的排水密封圈与焊件接触；
步骤二：排出所述排水罩及微波屏蔽罩内的水；
步骤三：待水排完后，接通所述微波控制器电源，设定好所述微波发生器的工作时间及微波频率，所述微波发生器开始工作；
步骤四：所述微波发生器先工作一段时间后，接通所述焊枪的焊接电源，同时，开始移动所述波导管及焊枪；
步骤五：达到所述微波控制器设定时间后，所述微波发生器停止工作，然后关闭所述焊枪的焊接电源，停止向所述排水罩及微波屏蔽罩内供气，焊接结束。
优选地，焊缝焊接结束后，关闭所述焊枪的焊接电源，再由移动装置带动所述波导管及焊枪沿所述焊缝往回移动，通过微波加热对焊缝进行缓冷。
本发明提供的水下局部干法钛合金的焊接装置及方法，利用排水罩将焊接部位水排出，再通过微波辐射器发射微波对钛合金板上残留的水进行震荡加热，使水温度升高达到气化，从而使得焊件表面达到无水的程度。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1为本发明中水下局部干法钛合金的焊接装置整体结构示意图；
图2为本发明中焊枪夹持装置结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
如图1所示，本发明水下局部干法钛合金的焊接装置包括壳体1、微波发生器2、微波辐射器3、波导管4、云母片5、焊枪夹持装置6、焊枪7、排水罩8、微波屏蔽罩9、空气压缩机10、微波控制器11和焊接电源12。所述微波控制器11通过导线与所述微波发生器2连接，用于控制所述微波发生器2的工作时间及产生微波的功率及频率等，微波功率为0～900W，采用的微波工作频率为2400～2500MHz，优选为2450MHz；所述微波发生器2设置在所述壳体1内，并固定在所述壳体1的底板上；所述壳体1的底板上设置有通孔(图中未示出)，所述壳体1各面之间及与其他设备之间的连接均为密封连接，以使所述焊接装置在水下工作时所述壳体2内不会进入水；所述微波辐射器3穿过所述壳体1底板上的通孔，并安装到所述微波发生器2上，所述微波辐射器3的一部分位于所述壳体1的外部；所述波导管4的长度为20～200mm，其截面为圆形或者矩形，当所述波导管4截面为圆形时，其内径为70～80mm；当所述波导管4的截面为矩形时，其截面的长为109～110mm，宽为54～55mm，优选地，所述波导管4的材质为不锈钢的波纹管，最小壁厚为2mm，且其内壁做抛光处理，使其更利于微波的传播，所述波导管4与所述壳体1上的通孔密封连接，所述波导管4未与所述壳体1连接的一端设置有所述云母片5，所述云母片5的形状与所述波导管4的截面形状相同，所述云母片5密封的连接在所述波导管4的端部，使水不能进入所述波导管4内，微波可以穿透所述云母片5对水进行震荡加热，从而除去焊缝处的水。
所述微波屏蔽罩9为壳体状结构，罩设在波导管4和焊枪7的加工端部和焊件的焊接位置处，所述波导管4及焊枪7均穿过所述微波屏蔽罩9，且所述波导管4上设置有所述云母片5的一端及焊枪7的导电嘴均位于所述微波屏蔽罩9的内侧，焊接时由所述焊枪7向所述微波屏蔽罩9内通入氩气，所述微波屏蔽罩9可对微波进行反射，增强所述微波屏蔽罩9内的微波加热效应，还可在焊接部位形成氩气保护环境，提高焊接质量。所述微波屏蔽罩9与波导管4及焊枪7均密封连接，所述微波屏蔽罩9可沿所述波导管4及焊枪7的轴向方向调节并固定位置；所述微波屏蔽罩9的边缘设置有屏蔽密封圈(图中未示出)，焊接时所述屏蔽密封圈与焊件接触，起密封作用，所述屏蔽密封圈上设置有排水孔，在焊接开始前通过所述焊枪7向所述微波屏蔽罩9内通入氩气，将所述微波屏蔽罩9内的水通过所述排水孔排出，所述微波屏蔽罩9上设置有观察窗口(图中未示出)，所述观察窗口处采用透明材料，用于观察焊枪7的导电嘴与焊件上焊缝的位置，优选地，所述观察窗口内侧设置有铜丝网，用于屏蔽及反射微波。
优选地，所述微波屏蔽罩9的外侧设置有所述排水罩8，所述排水罩8可为任意形状，优选为半球形壳体，所述微波屏蔽罩9位于所述排水罩8的内侧，所述波导管4及焊枪7穿过所述排水罩8，并与排水罩8密封连接，并可沿所述波导管4及焊枪7的轴向方向调整并固定所述排水罩8的位置；所述排水罩8通过管道与所述空气压缩机10连接，所述空气压缩机10向所述排水罩8内通入空气，用于将所述排水罩8内的水排出；所述排水罩8的边缘设置有排水密封圈81，所述排水密封圈81布满所述排水罩8边缘的整个圆周，且在所述排水密封圈81上设置有排水孔(图中未示出)，当空气压缩机10向所述排水罩8内输入空气时，所述排水罩8内的水从所述排水孔流出。所述排水罩8优选采用透明材料制作，以便于观察所述焊枪7及波导管4的位置。本申请中，由于所述壳体1、云母片5和波导管4之间均为密封结构和密封连接，因此本申请中的焊接装置可以在水下使用。
如图2所示，所述焊枪夹持装置6包括第一夹紧件和第二夹紧件，所述第一夹紧件和第二夹紧件的形状没有特殊的要求，只要能够将所述焊枪7夹紧即可。
优选地，所述第一夹紧件和第二夹紧件为两个圆柱形金属块61，两个所述圆柱形金属块61上均有一端沿径向方向设置有一半圆柱形槽62，所述半圆柱形槽62沿所述圆柱形金属块61的径向方向完全贯穿圆柱形金属块61的端面，所述圆柱形金属块61未设置有半圆柱形槽62的端面上设置有与端面垂直的螺纹通孔63，所述螺纹通孔63沿所述圆柱形金属块61的轴向完全贯穿所述圆柱形金属块61，并分布在所述半圆柱形槽62的两侧，两个所述圆柱形金属块61上相对应的设置有两个或多个所述螺纹通孔63。一块所述圆柱形金属块61未设置有所述半圆柱形槽62的一端通过螺栓连接并固定在所述壳体2的侧面上，所述焊枪7置于所述半圆柱形槽62内，然后将另一个所述圆柱形金属块61的半圆柱形槽62对准所述焊枪7并通过螺栓将两个所述圆柱形金属块61连接，调整所述焊枪7的位置，并使所述焊枪7的导电嘴与所述波导管4设置有所述云母片5的一端平齐，然后将连接两个所述圆柱形金属块61的螺栓拧紧，以固定所述焊枪7的位置，所述焊枪7与所述焊接电源12连接，优选地，所述焊接电源12为熔化极焊接电源或非熔化极焊接电源。所述壳体2安装到移动装置上(图中未示出)，并由所述移动装置带动所述波导管4及焊枪7移动。优选地，所述焊枪夹持装置6和壳体2可分别安装到所述移动装置上，并使所述波导管4设置有所述云母片5的一端与所述焊枪7的导电嘴平齐。当所述移动装置移动时在移动方向上所述波导管4位于所述焊枪7的前方时，进行焊接操作，焊接结束后，关闭所述焊接电源12，再使所述移动装置以所述焊枪7在前，所述波导管4在后的方向沿焊缝移动进行焊缝缓冷操作。
在另外一个实施例中，所述焊枪7的两侧均设置有所述微波发生器1、壳体2、微波辐射器3、波导管4及云母片5，并使所述焊枪7及两个所述波导管4位于同一直线上，且所述波导管4上设置有所述云母片5的一端均与所述焊枪7的导电嘴平齐，且在移动方向上一组所述微波发生器1、壳体2、微波辐射器3、波导管4及云母片5位于所述焊枪7的前方，另一组位于所述焊枪7的后方。此时，所述移动装置只需沿焊缝走向移动一次即可完成焊接操作与缓冷操作。
本发明提供的水下局部干法钛合金的焊接装置能够彻底除掉焊件焊接位置表面的水，避免焊接处出现气泡、表面氧化等缺陷。
本发明提供的水下局部干法钛合金的焊接装置的使用方法为：
调整所述波导管4及焊枪7的位置，使所述焊枪7的导电嘴位于所述焊件待焊接处的正上方，然后调整所述微波屏蔽罩9及排水罩8的位置，使所述微波屏蔽罩9的密封圈及所述排水罩8的密封圈81接触到所述焊件；然后打开所述空气压缩机10，将所述排水罩8内的水排出，然后打开所述焊枪7的通气装置，开始向所述微波屏蔽罩9内通入氩气，将所述微波屏蔽罩9内的水排出；将所述微波屏蔽罩9内的水排完后，打开所述微波控制器11的电源，设定好焊接时间和微波频率，所述微波发生器2开始工作，产生微波，所述微波发生器2工作一段时间后，优选地，先工作5分钟，接通焊接电源12，焊枪开始焊接，同时沿焊缝的走向移动所述波导管4及焊枪7，并透过所述排水罩8及微波屏蔽罩9上的观察窗口监视所述焊枪7的导电嘴的移动路径，通过所述排水罩8及微波屏蔽罩9将焊接部位的水排出，再利用微波加热原理将残留的水分烘干，使焊接部位处于干燥状态，最大程度的消除了水对焊接造成的影响；所述焊缝焊接结束后，关闭所述焊枪7的焊接电源12，再由所述移动装置带动所述波导管4及焊枪7沿所述焊缝往回移动，此时，所述焊枪7位于所述波导管4的前面，通过微波加热对焊缝进行缓冷，进一步提高焊接质量。待所述微波控制器11设定的焊接时间结束后，关闭所述微波控制器11的电源，移开所述波导管4及焊枪7。
当所述焊枪7的两侧均设置所述微波发生器1、壳体2、微波辐射器3、波导管4及云母片5，所述移动装置只需沿焊缝走向移动一次即可完成焊接操作与缓冷操作。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种水下局部干法钛合金的焊接装置，其特征在于，包括微波控制器、微波发生器、微波辐射器、波导管、云母片、焊枪夹持装置、焊枪和微波屏蔽罩，所述微波控制器通过导线与所述微波发生器连接，所述微波辐射器的一端与所述微波发生器相连接；所述波导管位于所述微波辐射器的外侧，其一端设置有所述云母片；所述焊枪安装在所述焊枪夹持装置上；所述微波屏蔽罩罩设在焊件的焊接位置处，所述焊枪及波导管穿过所述微波屏蔽罩，使所述云母片及焊枪的导电嘴位于所述微波屏蔽罩内；所述焊枪包括用于向所述微波屏蔽罩内通入氩气的通气装置；
所述微波屏蔽罩可沿所述波导管及焊枪的轴向方向调节并固定位置；
所述水下局部干法钛合金的焊接装置还包括排水罩和空气压缩机，所述空气压缩机与所述排水罩连接，所述排水罩设置在所述微波屏蔽罩的外侧，所述波导管及焊枪密封地穿过该排水罩。
2.根据权利要求1所述的水下局部干法钛合金的焊接装置，其特征在于，所述波导管截面为圆形或矩形。
3.根据权利要求1所述的水下局部干法钛合金的焊接装置，其特征在于，还包括壳体，所述微波发生器设置在所述壳体内；在所述壳体的底面上设置有通孔。
4.根据权利要求1所述的水下局部干法钛合金的焊接装置，其特征在于，在所述微波屏蔽罩的边缘设置有屏蔽密封圈，所述屏蔽密封圈上设置有排水孔。
5.根据权利要求1所述的水下局部干法钛合金的焊接装置，其特征在于，所述微波屏蔽罩上设置有观察窗口。
6.根据权利要求1所述的水下局部干法钛合金的焊接装置，其特征在于，在所述排水罩的边缘设置有排水密封圈，所述排水密封圈上设置有排水孔。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的水下局部干法钛合金的焊接装置，其特征在于，所述微波发生器、微波辐射器、波导管及云母片设置两组，并对称的设置在所述焊枪的两侧。
8.一种权利要求1所述的水下局部干法钛合金的焊接装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：调整所述波导管及焊枪的导电嘴的位置，使其位于焊缝的正上方，调整好所述微波屏蔽罩及排水罩的位置并固定，使位于所述微波屏蔽罩的边缘的屏蔽密封圈及位于所述排水罩边缘的排水密封圈与焊件接触；
步骤二：排出所述排水罩及微波屏蔽罩内的水；
步骤三：待水排完后，接通所述微波控制器电源，设定好所述微波发生器的工作时间及微波频率，所述微波发生器开始工作；
步骤四：所述微波发生器先工作一段时间后，接通所述焊枪的焊接电源，同时，开始移动所述波导管及焊枪；
步骤五：达到所述微波控制器设定时间后，所述微波发生器停止工作，然后关闭所述焊枪的焊接电源，停止向所述排水罩及微波屏蔽罩内供气，焊接结束。
9.根据权利要求8所述的水下局部干法钛合金的焊接装置的使用方法，其特征在于，焊缝焊接结束后，关闭所述焊枪的焊接电源，再由移动装置带动所述波导管及焊枪沿所述焊缝往回移动，通过微波加热对焊缝进行缓冷。
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