CN107824962A - 水下激光熔覆和水下激光‑电弧复合焊接用双层排水装置 - Google Patents

水下激光熔覆和水下激光‑电弧复合焊接用双层排水装置 Download PDF

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Abstract

一种水下激光熔覆和激光‑电弧复合焊接的双层排水装置，涉及水下激光熔覆和激光‑电弧复合焊接领域，包括上端盖、内层排水筒、外层排水筒和排水密封垫，上端盖上设有焊接口，焊接口上设有玻璃板，外层排水筒、内层排水筒和上端盖围成外排水腔，内层排水筒和上端盖围成内排水腔，上端盖上呈圆形阵列有至少三个内排水腔进气口，外层排水筒上部周向均布至少三个外排水腔进气口；排水密封垫设在外层排水筒下端，排水密封垫上设有呈环形的柔性橡胶裙衬套；外层排水筒下部设有焊接辅助接头。本发明结构巧妙、使用方便、适应性强，可完成水下激光熔覆或水下激光‑电弧复合焊接工作，提高水下激光焊接工作效率和质量。

Description

水下激光熔覆和水下激光-电弧复合焊接用双层排水装置
技术领域
本发明涉及水下激光熔覆和激光-电弧复合焊接领域，详细讲是一种结构简单、使用方便，通过简单置换即可实现双重功能的的水下激光熔覆和水下激光-电弧复合焊接用双层排水装置。
背景技术
我们知道，随着海洋油气资源的大规模开发利用，大量的海洋工程建设和维护需要先进的水下焊接技术作为支撑。另外，在核电修复领域，高辐射的水下环境也对水下焊接技术提出了更高的要求。与常规水下焊接方法相比，水下激光焊接具有受水压影响小，焊接材料广泛，热输入量低、冷却速度快、热影响区小以及残余应力低等特点。此外，激光束通过光学纤维可以很容易的被传输到待焊工件表面，具有操作灵活、可控制性强等优点，便于实现水下精密焊接修复。
对于一些服役时间超过30年的老旧核电站，由于长期在高温、高辐射的环境下工作，可能出现疲劳或应力腐蚀裂纹而造成核电站非计划运行中断。为了应对这种情况，西方发达国家开始尝试利用水下激光熔覆技术在水下组件表面形成一层耐腐蚀层，降低应力腐蚀裂纹的敏感性。对于激光-电弧复合焊接来说，一方面熔池上方因激光而产生的等离子体有利于维持电弧的稳定；另一方面电弧的介入降低了金属表面的反射率，从而提高了激光束的能量传输效率。激光与电弧的相互作用，可以产生1＋1＞2的效果，在增大焊接熔深，提高焊接速度的同时，还能够保证焊接过程的稳定性和焊接质量。水下激光-电弧复合焊接在大型海洋工程建设方面具有广阔的发展前景。然而，在水下激光焊接研究方面，尤其是水下激光熔覆和水下激光-电弧复合焊接基础装备方面的研究进展十分缓慢,尚未开发出相关的装备。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术的不足，提供一种结构简单、使用方便，通过简单置换即可实现双重功能的水下激光熔覆和水下激光-电弧复合焊接用双层排水装置。
本发明解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是：
一种水下激光熔覆和激光-电弧复合焊接的双层排水装置，其特征在于：包括上端盖、内层排水筒、外层排水筒和排水密封垫，上端盖上端面中部设有上下贯通的焊接口，焊接口上密封安装有玻璃板，内层排水筒套设在外层排水筒内，内层排水筒和外层排水筒上端与上端盖密封连接，外层排水筒、内层排水筒和上端盖围成外排水腔，内层排水筒和上端盖围成内排水腔，上端盖上呈圆形阵列有至少三个倾斜设置的内排水腔进气口，外层排水筒上部周向均布至少三个沿外层排水筒内侧壁切向设置的外排水腔进气口；所述的排水密封垫呈环状、密封安装在外层排水筒下端，排水密封垫上设有呈环形的柔性橡胶裙衬套；外层排水筒下部设有由外至内向下倾斜的焊接辅助接头。
本发明中所述的内排水腔进气口与水平方向呈60-80度角，外排水腔进气口（处的管路）与水平方向呈8-15度角。进气口角度的选取有利于内、外排水腔内部气体的稳定。
本发明中所述的所述外层排水筒的下端口所在的水平面低于内层排水筒下端口所处的水平面。
本发明中所述的柔性橡胶裙衬套呈喇叭状向下延伸出排水密封垫下端。
本发明中所述的玻璃板为增透玻璃板，增透玻璃板经增透玻璃架安装在上端盖的焊接口上，增透玻璃架与上端盖间设有密封环。所述增透玻璃架通过外螺纹安装在上端盖的焊接口处的内螺纹上。
本发明中所述的上端盖上与内层排水筒和外层排水筒相对处分别设有（与其配合的）内调距筒和外调距筒，内调距筒经螺纹与内层排水筒密封连接，外调距筒经螺纹与外层排水筒密封连接。外排水腔进气口设在外调距筒上部，内调距筒与内层排水筒螺纹配合、外调距筒与外层排水筒螺纹配合构成了排水伸缩结构；所述排水密封垫通过卡箍与排水罩下端部连接。
所述所述外层排水筒体进气口和内层排水筒体进气口均通过快速接头与供气装置连接。
所述焊接辅助接头包括焊接辅助接头筒体和焊接辅助接头端盖，焊接辅助接头筒体的一端与外层排水筒下部固定连接（并与其内部连通），焊接辅助接头端盖呈T型，焊接辅助接头端盖下部设有外螺纹，焊接辅助接头筒体另一端设有内螺纹，焊接辅助接头端盖经螺纹配合安装在焊接辅助接头筒体的另一端上（焊接辅助接头筒体由焊接辅助接头端盖端至另一端向下倾斜的设置在外层排水筒上）；焊接辅助接头端盖上设有（与焊接辅助接头筒体中线重合）进入通孔。
本发明中所述的（进入通孔下侧的）焊接辅助接头筒体内设有耐高温绝缘棉。焊接辅助接头端盖上端设有O型密封圈。
本发明使用时，将高压气流通过外排水腔进气口进入外排水腔内、高压焊接保护气经内排水腔进气口进入内排水腔内，待内排水腔和外排水腔下端有气体流出时，在焊接运动装置的带动下将本发明移动到待焊工件上方；排水密封垫的胶裙衬套与待焊工件所在面贴靠接触；待内层排水筒、外层排水筒内的水被气体挤压、由胶裙衬套与待焊工件接触面处排出，水下局部干燥空间形成以后，即可对待焊工件进行水下激光熔覆或水下激光-电弧复合焊接。当焊丝填充装置安装在焊接辅助接头上时可以实现水下激光熔覆，当焊枪安装在焊接辅助接头上时则可以实现水下激光-电弧复合焊接。本发明将水下激光熔覆和水下激光-电弧复合集中在一个双层排水装置内，只需改变焊接辅助接头与焊丝填充装置或焊枪的组合方式就可以实现不同的功能。通过内调距筒与内层排水筒螺纹配合、外调距筒与外层排水筒螺纹配合来改变双层排水装置的高度从而达到调整离焦量的目的。本发明结构简单、使用方便，通过简单置换即可实现双重功能，节约焊接保护气体的用量，降低了使用成本。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2、图3是本发明外排水腔的进气方式示意图。
图4是本发明内排水腔的进气方式示意图。
图5是本发明焊接辅助接头的结构示意图。
具体实施方式
如图1-5所示的水下激光熔覆和激光-电弧复合焊接的双层排水装置，包括上端盖1、内层排水筒9、外层排水筒4和排水密封垫5，上端盖1上端面中部设有上下贯通的焊接口17，焊接口17上密封安装有玻璃板16，玻璃板16为增透玻璃板，增透玻璃板经增透玻璃架18安装在上端盖的焊接口17上，增透玻璃架18与上端盖间设有密封环；增透玻璃架通过外螺纹安装在上端盖的焊接口17处的内螺纹上。内层排水筒9套设在外层排水筒4内，二者中线重合，内层排水筒9和外层排水筒4上端与上端盖下侧密封连接，从图1中可以看出，所述的上端盖上与内层排水筒9和外层排水筒4相对处分别设有与其配合的内调距筒12和外调距筒2，内调距筒2经螺纹与内层排水筒9密封连接，外调距筒2经螺纹与外层排水筒4密封连接；内调距筒12和外调距筒2上端与上端盖下侧密封连接；外层排水筒4的下端口所在的水平面低于内层排水筒9下端口所处的水平面。外调距筒、外层排水筒、内层排水筒、内调距筒和上端盖围成呈环形筒状的外排水腔，内调距筒、内层排水筒和上端盖围成呈柱形的内排水腔，焊接口位于内排水腔正上方，上端盖上呈圆形阵列有至少三个倾斜设置的内排水腔进气口15，外层排水筒上部周向均布至少三个沿外层排水筒内侧壁切向设置的外排水腔进气口13；从图1、图4中可以看出，上端盖上呈圆形阵列有四个内排水腔进气通道，内排水腔进气口15处的进气通道与水平方向呈60-80度角，从图1、图2和图3中可以看出，外层排水筒上部周向均布四个沿外层排水筒内侧壁切向设置的外排水腔进气进气通道，外排水腔进气口处的进气通道与水平方向呈8-15度角。所述的排水密封垫5呈环状、密封安装在外层排水筒下端，排水密封垫5上设有呈环形的柔性橡胶裙衬套6；柔性橡胶裙衬套6呈喇叭状向下延伸出排水密封垫5下端。外层排水筒下部设有由外至内向下倾斜的焊接辅助接头8；所述焊接辅助接头8包括焊接辅助接头筒体83和焊接辅助接头端盖81，焊接辅助接头筒体83的一端与外层排水筒4下部固定连接,、并与其内部连通，焊接辅助接头端盖81呈T型，焊接辅助接头端盖81下部设有外螺纹，焊接辅助接头筒体83另一端设有内螺纹，焊接辅助接头端盖经螺纹配合安装在焊接辅助接头筒体的另一端上，焊接辅助接头筒体由焊接辅助接头端盖端至另一端向下倾斜的设置在外层排水筒上；焊接辅助接头端盖上设有与焊接辅助接头筒体中线重合进入通孔；焊丝填充装置或焊枪8通过进入通孔进入所述焊接辅助接头内，经焊接辅助接头进入外层排水筒内、伸至内层排水筒下方的焊接处，实现水下激光熔覆或水下激光-电弧复合焊接。进入通孔下侧的焊接辅助接头筒体内设有耐高温绝缘棉84；焊接辅助接头端盖81上端设有O型密封圈82。耐高温绝缘棉可以填充焊丝填充装置或焊枪与焊接辅助接头筒体之间的空隙，起到固定焊丝填充装置或焊枪的作用，还可以将带电的焊枪与双层排水装置隔绝开，避免对焊接设备造成损坏。外排水腔进气口设在外调距筒上部，内调距筒与内层排水筒螺纹配合、外调距筒与外层排水筒螺纹配合构成了排水伸缩结构；所述排水密封垫通过卡箍与排水罩下端部连接。
本发明使用时，外层排水筒体进气口和内层排水筒体进气口均通过快速接头与供气装置连接。将高压空气通过外排水腔进气口进入外排水腔内、高压焊接保护气经内排水腔进气口进入内排水腔内，待内排水腔和外排水腔下端有气体流出时，在焊接运动装置的带动下将本发明移动到待焊工件7上方；排水密封垫的胶裙衬套与待焊工件7所在面贴靠接触；待内层排水筒、外层排水筒内的水被气体挤压、由胶裙衬套与待焊工件7接触面处排出，水下局部干燥空间形成以后，即可对待焊工件进行水下激光熔覆或水下激光-电弧复合焊接。当焊丝填充装置安装在焊接辅助接头上时可以实现水下激光熔覆，当焊枪安装在焊接辅助接头上时则可以实现水下激光-电弧复合焊接。本发明将水下激光熔覆和水下激光-电弧复合集中在一个双层排水装置内，只需改变焊接辅助接头与焊丝填充装置或焊枪的组合方式就可以实现不同的功能。通过内调距筒与内层排水筒螺纹配合、外调距筒与外层排水筒螺纹配合来改变双层排水装置的高度从而达到调整离焦量的目的。本发明结构简单、使用方便，通过简单置换即可实现双重功能，节约焊接保护气体的用量，降低了使用成本。
本发明设计合理，通过向双层排水装置外排水腔内通入高压空气在水下形成稳定的局部干燥环境，向内排水腔内通入焊接保护气体对焊接区域进行保护；结构巧妙，伸缩结构通过分体式设计以及螺纹连接来实现，通过螺纹的旋进旋出，改变双层排水装置的高度从而达到调整离焦量的目的；使用方便，通过焊接辅助接头，将水下激光熔覆和水下激光-电弧复合焊接两种功能集于一身，只需改变焊接辅助接头与焊丝填充装置以及焊枪的组合方式就可以实现不同的功能；适应性强，本发明的双层排水装置体积小，可以对狭窄区域进行加工。使用本发明，可有效解决水下激光焊接时受水环境因素影响的问题，实现水下激光熔覆或水下激光-电弧复合焊，提高水下激光焊接工作效率和质量。

Claims (9)

1.一种水下激光熔覆和激光-电弧复合焊接的双层排水装置，其特征在于：包括上端盖、内层排水筒、外层排水筒和排水密封垫，上端盖上端面中部设有上下贯通的焊接口，焊接口上密封安装有玻璃板，内层排水筒套设在外层排水筒内，内层排水筒和外层排水筒上端与上端盖密封连接，外层排水筒、内层排水筒和上端盖围成外排水腔，内层排水筒和上端盖围成内排水腔，上端盖上呈圆形阵列有至少三个倾斜设置的内排水腔进气口，外层排水筒上部周向均布至少三个沿外层排水筒内侧壁切向设置的外排水腔进气口；所述的排水密封垫呈环状、密封安装在外层排水筒下端，排水密封垫上设有呈环形的柔性橡胶裙衬套；外层排水筒下部设有由外至内向下倾斜的焊接辅助接头。
2.根据权利要求1所述的水下激光熔覆和激光-电弧复合焊接的双层排水装置，其特征在于：所述的内排水腔进气口与水平方向呈60-80度角，外排水腔进气口与水平方向呈8-15度角。
3.根据权利要求1所述的水下激光熔覆和激光-电弧复合焊接的双层排水装置，其特征在于：所述的所述外层排水筒的下端口所在的水平面低于内层排水筒下端口所处的水平面。
4.根据权利要求1所述的水下激光熔覆和激光-电弧复合焊接的双层排水装置，其特征在于：所述的柔性橡胶裙衬套呈喇叭状向下延伸出排水密封垫下端。
5.根据权利要求1所述的水下激光熔覆和激光-电弧复合焊接的双层排水装置，其特征在于：所述的玻璃板为增透玻璃板，增透玻璃板经增透玻璃架安装在上端盖的焊接口上，增透玻璃架与上端盖间设有密封环。
6.根据权利要求1所述的水下激光熔覆和激光-电弧复合焊接的双层排水装置，其特征在于：所述的上端盖上与内层排水筒和外层排水筒相对处分别设有内调距筒和外调距筒，内调距筒经螺纹与内层排水筒密封连接，外调距筒经螺纹与外层排水筒密封连接。
7.根据权利要求1所述的水下激光熔覆和激光-电弧复合焊接的双层排水装置，其特征在于：所述外层排水筒体进气口和内层排水筒体进气口均通过快速接头与供气装置连接。
8.根据权利要求1所述的水下激光熔覆和激光-电弧复合焊接的双层排水装置，其特征在于：所述焊接辅助接头包括焊接辅助接头筒体和焊接辅助接头端盖，焊接辅助接头筒体的一端与外层排水筒下部固定连接，焊接辅助接头端盖呈T型，焊接辅助接头端盖下部设有外螺纹，焊接辅助接头筒体另一端设有内螺纹，焊接辅助接头端盖经螺纹配合安装在焊接辅助接头筒体的另一端上；焊接辅助接头端盖上设有进入通孔。
9.根据权利要求1所述的水下激光熔覆和激光-电弧复合焊接的双层排水装置，其特征在于：所述的焊接辅助接头筒体内设有耐高温绝缘棉。
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