CN117086481A - 一种小尺寸局部干法水下激光焊接排水装置及其排水方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种小尺寸局部干法水下激光焊接排水装置及其排水方法；其中排水装置包括上螺纹管、下螺纹管、匀气环、连接模块、排水罩、喷嘴；连接模块设有匀气腔；匀气腔侧壁开设有保护进气孔；匀气环置于匀气腔内；匀气环外壁与匀气腔侧壁之间形成环状微型缝隙一；保护气从保护进气孔输入，经环状微型缝隙一整流成均匀环状高压保护气后，从匀气环上方空间进入到匀气环内孔、上螺纹管管孔、下螺纹管管孔和喷嘴喷孔形成的长直通路；排水罩套设在下螺纹管外侧并向下延伸至喷嘴外侧以形成排水腔；排水罩设有排水进气孔。该排水装置有效产生适于焊接的局部真空环境，并且对激光焊接镜片保护性优秀，长时间焊接后镜片仍未发生损伤。
Description
技术领域
本发明涉及水下焊接技术领域，更具体地说，涉及一种小尺寸局部干法水下激光焊接排水装置及其排水方法。
背景技术
海洋工程装备面临庞大的结构建设与运维需求，海洋钻井平台以及海上采油平台的搭建、输油管道的铺设、核电设备的修复等工作，离不开水下焊接及修复技术。
目前的水下焊接技术主要以弧焊为主，在水下由于水的强冷作用、水深压力、焊接区域湿润，会导致引弧困难、能量耗散大，熔滴过渡均匀性差等问题。由于激光焊接具有受水压影响小、能量密度大以及控制精度高等特点；因此采用激光焊接技术是水下焊接作业的一种理想方式；水下激光焊接成为目前的研究热点。但是现有水下激光焊接装置的排水效果有待提高，并且镜片容易在焊接过程中受损，使用寿命短。因此，局部干法水下激光焊接需要一种能够有效排水产生局部真空并且对激光镜片形成有效保护的装置。
发明内容
为克服现有技术中的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种小尺寸局部干法水下激光焊接排水装置及其排水方法；该排水装置有效产生适于焊接的局部真空环境，并且对激光焊接镜片保护性优秀，长时间焊接后镜片仍未发生损伤。
为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种小尺寸局部干法水下激光焊接排水装置，包括上螺纹管、下螺纹管、匀气环、连接模块、排水罩、喷嘴；
所述连接模块、上螺纹管、下螺纹管和喷嘴从上至下依次连接；
所述连接模块和激光焊接装置连接；连接模块设有匀气腔；匀气腔侧壁开设有用于与保护气输送装置连接的保护进气孔；匀气环设置于匀气腔内；匀气环外壁与匀气腔侧壁之间形成环状微型缝隙一；匀气环设有匀气环内孔；上螺纹管设有上螺纹管管孔；下螺纹管设有下螺纹管管孔；喷嘴设有喷嘴喷孔；
所述匀气环内孔、上螺纹管管孔、下螺纹管管孔和喷嘴喷孔从上至下依次连通，形成长直通路，以供激光焊接装置发出的激光穿行；保护气从保护进气孔输入，经环状微型缝隙一整流成均匀环状高压保护气后，从匀气环上方空间进入到匀气环内孔、上螺纹管管孔、下螺纹管管孔和喷嘴喷孔形成的长直通路，再从喷嘴喷孔输出；
所述排水罩套设在下螺纹管外侧，并向下延伸至喷嘴外侧，以形成开口向下的排水腔；排水罩设有用于与排水气输送装置连接的排水进气孔，排水进气孔与排水腔连通。
排水装置采用双气路排水；保护气从保护进气孔通入经匀气环上方空间先冲刷激光焊接装置的镜片，然后沿光路经匀气环内孔、上螺纹管管孔、下螺纹管管孔和喷嘴喷孔排出；排水气从排水进气孔通入，排水气从排水腔排出；双气设置有效产生了适于焊接的局部真空环境。排水装置气路设计狭窄，能够保证气压衰减小，保证气流稳定，防止焊接飞溅进入气路。排水装置为圆柱形，小尺寸紧凑设计适应于更多工况。
优选地，所述上螺纹管与下螺纹管螺接，以实现通过上螺纹管与下螺纹管螺接长度调节，来实现激光焊接装置的镜片与喷嘴距离调整；上螺纹管与下螺纹管之间通过螺纹锁紧环来锁定上螺纹管与下螺纹管之间的螺接长度。
上螺纹管与下螺纹管采用螺纹连接，并配有螺纹锁紧环，使得排水装置可以通过螺纹变动激光光路的尺寸，通过螺纹锁紧环辅助固定上螺纹管和下螺纹管，在基本不增加排水装置尺寸的情况下有效扩大了离焦量可变动范围，增强了排水装置的适用范围。
优选地，喷嘴最底端稍凸出于排水罩下方。
优选地，所述喷嘴喷孔上大下小；喷嘴喷孔的最小口径大于采用极限离焦量焊接时激光光斑直径。
喷嘴喷孔的最小口径大于采用极限离焦量焊接时激光光斑直径，可防止激光损伤喷嘴，较小的口径可以避免焊接飞溅进入保护气气路；稍凸出于排水罩的喷嘴可以使得排水气排出，而不是倒灌入保护气气路。
优选地，所述环状微型缝隙一的取值范围为：匀气腔内径的2％～5％。环状微型缝隙一可将束装保护气整流成均匀环状高压保护气，再输送到匀气环内孔。
优选地，所述连接模块的顶部设有连接凸环；连接凸环设有用于安装密封圈一的凹槽。连接模块的连接凸环和匀气环均高于激光焊接装置配合面，激光焊接装置连接处设有凹槽，二者相互配合；连接模块与激光焊接装置配合处设有密封圈一，为防止保护气从配合处漏出；匀气环与光焊接装置的镜片之间留有一定间隙，使得保护气可以正常流过。
优选地，排水罩的上部与下螺纹管密封连接；排水罩在密封连接处下方的区域，设有排水进气孔，并与下螺纹管外壁之间形成环状微型缝隙二；排水气从排水进气孔输入，经环状微型缝隙二整流成均匀环状高压排水气，以实现排水腔排水气压周向均匀。
优选地，所述排水罩与下螺纹管之间通过螺栓进行连接，且排水罩与下螺纹管之间设有密封圈二实现密封。
一种用于上述小尺寸局部干法水下激光焊接排水装置的排水方法，其特征在于：首先将保护气从保护进气孔通入经匀气环上方空间先冲刷激光焊接装置的镜片，然后沿光路经匀气环内孔、上螺纹管管孔、下螺纹管管孔和喷嘴喷孔排出，产生排水效果；之后再将排水气从排水进气孔通入，排水气从排水腔排出，实现保护气和排水气双气排水形成干燥局部真空；在形成干燥局部真空后，激光焊接装置进行激光焊接；
在激光焊接完成后，关闭激光焊接装置的激光出光，等待至激光焊接装置的激光焊接头冷却；再关闭排水气输送，最后关闭保护气输送。
优选地，保护气气压稍大于排水气气压；防止气体倒灌引起水滴或者焊接飞溅使激光焊接装置的镜片破损。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：
1、本发明排水装置，采用双气路排水，有效产生适于焊接的局部真空环境，并且对激光焊接镜片保护性优秀，长时间焊接后镜片仍未发生损伤，大大提高了焊接效率；
2、本发明排水装置可变离焦量；激光焊接时不同离焦量会有不同的效果，小离焦量适用于厚板焊接，但是熔宽较小，大离焦量适用于薄板、填丝焊接；可变的离焦量设计有效扩大了本发明的适用范围；
3、本发明排水装置，采用环状微型缝隙一和环状微型缝隙二将束装保护气和排水气整流成均匀环状高压气体，提升排水效果；
4、本发明排水装置设计紧凑，总体尺寸小；小尺寸设计使得该装置更易于与机械臂，焊接机器人等装配，更易于在作业空间小的工况进行焊接；另外，小尺寸设计排水所需的气体也大大减少。
附图说明
图1是本发明小尺寸局部干法水下激光焊接排水装置的结构示意图；
图2是本发明小尺寸局部干法水下激光焊接排水装置的爆炸图；
图3是本发明小尺寸局部干法水下激光焊接排水装置，保护气气路的示意图；
图4是本发明小尺寸局部干法水下激光焊接排水装置，排水气气路的示意图；
图5是本发明小尺寸局部干法水下激光焊接排水装置与激光焊接装置的连接示意图；
其中，1为连接模块、2为上螺纹管、3为螺纹锁紧环、4为排水进气孔、5为排水罩、6为喷嘴、7为匀气环、8为下螺纹管、9为连接凸环、10为保护进气孔、11为密封圈二、12为激光焊接装置的镜片。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例
本实施例一种小尺寸局部干法水下激光焊接排水装置，如图1至图5所示，包括上螺纹管2、下螺纹管8、匀气环7、连接模块1、排水罩5、喷嘴6。
连接模块1、上螺纹管2、下螺纹管8和喷嘴6从上至下依次连接；连接模块1和激光焊接装置连接；连接模块1设有匀气腔；匀气腔侧壁开设有用于与保护气输送装置连接的保护进气孔10；匀气环7设置于匀气腔内；匀气环7外壁与匀气腔侧壁之间形成环状微型缝隙一；匀气环7设有匀气环7内孔；上螺纹管2设有上螺纹管2管孔；下螺纹管8设有下螺纹管8管孔；喷嘴6设有喷嘴6喷孔。
匀气环7内孔、上螺纹管2管孔、下螺纹管8管孔和喷嘴6喷孔从上至下依次连通，形成长直通路，以供激光焊接装置发出的激光穿行；保护气从保护进气孔10输入，经环状微型缝隙一整流成均匀环状高压保护气后，从匀气环7上方空间进入到匀气环7内孔、上螺纹管2管孔、下螺纹管8管孔和喷嘴6喷孔形成的长直通路，再从喷嘴6喷孔输出。
连接模块1的顶部设有连接凸环9；连接凸环9设有用于安装密封圈一的凹槽。连接模块1的连接凸环9和匀气环7均高于激光焊接装置配合面，激光焊接装置连接处设有凹槽，二者相互配合；连接模块1与激光焊接装置配合处设有密封圈一，为防止保护气从配合处漏出；匀气环7与光焊接装置的镜片12之间留有一定间隙，使得保护气可以正常流过。
上螺纹管2与下螺纹管8螺接，以实现通过上螺纹管2与下螺纹管8螺接长度调节，来实现激光焊接装置的镜片12与喷嘴6距离调整；上螺纹管2与下螺纹管8之间通过螺纹锁紧环3来锁定上螺纹管2与下螺纹管8之间的螺接长度。
上螺纹管2与下螺纹管8采用螺纹连接，并配有螺纹锁紧环3，使得排水装置可以通过螺纹变动激光光路的尺寸，通过螺纹锁紧环3辅助固定上螺纹管2和下螺纹管8，在基本不增加排水装置尺寸的情况下有效扩大了离焦量可变动范围，增强了排水装置的适用范围。
环状微型缝隙一的取值范围优选为：匀气腔内径的2％～5％。环状微型缝隙一可将束装保护气整流成均匀环状高压保护气，再输送到匀气环7内孔。
排水罩5套设在下螺纹管8外侧，并向下延伸至喷嘴6外侧，以形成开口向下的排水腔；排水罩5设有用于与排水气输送装置连接的排水进气孔4，排水进气孔4与排水腔连通。
具体地说，排水罩5的上部与下螺纹管8密封连接；排水罩5与下螺纹管8之间通过螺栓进行连接，且排水罩5与下螺纹管8之间设有密封圈二11实现密封。排水罩5在密封连接处下方的区域，设有排水进气孔4，并与下螺纹管8外壁之间形成环状微型缝隙二；排水气从排水进气孔4输入，经环状微型缝隙二整流成均匀环状高压排水气，以实现排水腔排水气压周向均匀。
喷嘴6最底端稍凸出于排水罩5下方。稍凸出于排水罩5的喷嘴6可以使得排水气排出，而不是倒灌入保护气气路。喷嘴6喷孔上大下小；喷嘴6喷孔的最小口径大于采用极限离焦量焊接时激光光斑直径。喷嘴6喷孔的最小口径大于采用极限离焦量焊接时激光光斑直径，可防止激光损伤喷嘴6，较小的口径可以避免焊接飞溅进入保护气气路。
排水装置采用双气路排水；保护气从保护进气孔10通入经匀气环7上方空间先冲刷激光焊接装置的镜片12，然后沿光路经匀气环7内孔、上螺纹管2管孔、下螺纹管8管孔和喷嘴6喷孔排出；排水气从排水进气孔4通入，排水气从排水腔排出；双气设置有效产生了适于焊接的局部真空环境。排水装置气路设计狭窄，能够保证气压衰减小，保证气流稳定，防止焊接飞溅进入气路。排水装置为圆柱形，小尺寸紧凑设计适应于更多工况。
上述小尺寸局部干法水下激光焊接排水装置的排水方法是：首先将保护气从保护进气孔10通入经匀气环7上方空间先冲刷激光焊接装置的镜片12，然后沿光路经匀气环7内孔、上螺纹管2管孔、下螺纹管8管孔和喷嘴6喷孔排出，产生排水效果；之后再将排水气从排水进气孔4通入，排水气从排水腔排出，实现保护气和排水气双气排水形成干燥局部真空；在形成干燥局部真空后，激光焊接装置进行激光焊接；
在激光焊接完成后，关闭激光焊接装置的激光出光，等待至激光焊接装置的激光焊接头冷却；再关闭排水气输送，最后关闭保护气输送。
保护气气压稍大于排水气气压；防止气体倒灌引起水滴或者焊接飞溅使激光焊接装置的镜片12破损。
本发明排水装置可以在30m水深下有效排水，形成局部真空并且有效保护激光焊接头镜片；小尺寸可变离焦量设计，适应多种焊接工况。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种小尺寸局部干法水下激光焊接排水装置，其特征在于：包括上螺纹管、下螺纹管、匀气环、连接模块、排水罩、喷嘴；
所述连接模块、上螺纹管、下螺纹管和喷嘴从上至下依次连接；
所述连接模块和激光焊接装置连接；连接模块设有匀气腔；匀气腔侧壁开设有用于与保护气输送装置连接的保护进气孔；匀气环设置于匀气腔内；匀气环外壁与匀气腔侧壁之间形成环状微型缝隙一；匀气环设有匀气环内孔；上螺纹管设有上螺纹管管孔；下螺纹管设有下螺纹管管孔；喷嘴设有喷嘴喷孔；
所述匀气环内孔、上螺纹管管孔、下螺纹管管孔和喷嘴喷孔从上至下依次连通，形成长直通路，以供激光焊接装置发出的激光穿行；保护气从保护进气孔输入，经环状微型缝隙一整流成均匀环状高压保护气后，从匀气环上方空间进入到匀气环内孔、上螺纹管管孔、下螺纹管管孔和喷嘴喷孔形成的长直通路，再从喷嘴喷孔输出；
所述排水罩套设在下螺纹管外侧，并向下延伸至喷嘴外侧，以形成开口向下的排水腔；排水罩设有用于与排水气输送装置连接的排水进气孔，排水进气孔与排水腔连通。
2.根据权利要求1所述的小尺寸局部干法水下激光焊接排水装置，其特征在于：所述上螺纹管与下螺纹管螺接，以实现通过上螺纹管与下螺纹管螺接长度调节，来实现激光焊接装置的镜片与喷嘴距离调整；上螺纹管与下螺纹管之间通过螺纹锁紧环来锁定上螺纹管与下螺纹管之间的螺接长度。
3.根据权利要求1所述的小尺寸局部干法水下激光焊接排水装置，其特征在于：喷嘴最底端稍凸出于排水罩下方。
4.根据权利要求1所述的小尺寸局部干法水下激光焊接排水装置，其特征在于：所述喷嘴喷孔上大下小；喷嘴喷孔的最小口径大于采用极限离焦量焊接时激光光斑直径。
5.根据权利要求1所述的小尺寸局部干法水下激光焊接排水装置，其特征在于：所述环状微型缝隙一的取值范围为：匀气腔内径的2％～5％。
6.根据权利要求1所述的小尺寸局部干法水下激光焊接排水装置，其特征在于：所述连接模块的顶部设有连接凸环；连接凸环设有用于安装密封圈一的凹槽。
7.根据权利要求1所述的小尺寸局部干法水下激光焊接排水装置，其特征在于：排水罩的上部与下螺纹管密封连接；排水罩在密封连接处下方的区域，设有排水进气孔，并与下螺纹管外壁之间形成环状微型缝隙二；排水气从排水进气孔输入，经环状微型缝隙二整流成均匀环状高压排水气，以实现排水腔排水气压周向均匀。
8.根据权利要求7所述的小尺寸局部干法水下激光焊接排水装置，其特征在于：所述排水罩与下螺纹管之间通过螺栓进行连接，且排水罩与下螺纹管之间设有密封圈二实现密封。
9.一种用于权利要求1所述的小尺寸局部干法水下激光焊接排水装置的排水方法，其特征在于：首先将保护气从保护进气孔通入经匀气环上方空间先冲刷激光焊接装置的镜片，然后沿光路经匀气环内孔、上螺纹管管孔、下螺纹管管孔和喷嘴喷孔排出，产生排水效果；之后再将排水气从排水进气孔通入，排水气从排水腔排出，实现保护气和排水气双气排水形成干燥局部真空；在形成干燥局部真空后，激光焊接装置进行激光焊接；
在激光焊接完成后，关闭激光焊接装置的激光出光，等待至激光焊接装置的激光焊接头冷却；再关闭排水气输送，最后关闭保护气输送。
10.根据权利要求9所述的排水方法，其特征在于：保护气气压稍大于排水气气压。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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