CN117444355A - 远程操控深海金属结构水下自动焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了焊接设备技术领域的远程操控深海金属结构水下自动焊接装置，包括本体，本体内从上到下依次设有蓄电池、控制面板和焊接组件；焊接组件包括滑动块和用于推动滑动块的第一电推杆，滑动块的底部设有焊接头和第一摄像头；滑动块内设有用于推动焊接头移动的推动组件；本体底部设有用于遮挡本体内部的闭合机构；本体底部还设有密封组件，密封组件包括若干支撑板，支撑板的一端与本体转动配合，支撑杆的另一端固定连接有驱动件，驱动件的输出轴一侧固定连接有边缘板；支撑杆的顶部设有用于推动支撑板转动的第二电推杆；支撑板的底部设有用于形成焊接空间的气囊；能根据待焊区域进行自适应贴合形成稳定的焊接空间，提高了焊接质量和效率。

Description

远程操控深海金属结构水下自动焊接装置

技术领域

本发明属于焊接设备技术领域，具体是远程操控深海金属结构水下自动焊接装置。

背景技术

水下焊接在海洋工程、核电核岛以及内陆水资源开发等水下钢结构的连接和在役钢结构件的维护中发挥着关键性的作用，目前水下焊接方法主要包括水下干法焊接、水下湿法焊接以及局部干法水下焊接。

其中，水下干法焊接采用大型气室罩住焊件、焊工在气室内施焊的方法，水下干法焊接安全性最好，但使用局限性很大，应用不普遍。水下湿法焊接是焊工在水下直接施焊，在施焊过程中为克服水的冷却和压力作用造成的引弧及稳弧困难，其引弧电压要高于大气中的引弧电压，而由于水具有导电性，操作人员还是存在焊接的过程中触电的可能性。而局部干法焊接是一种比较新型的焊接方式，利用与焊枪相配合的排水设备，在进行水下焊接时将待焊部位的一小块区域与周围水环境隔离开。该方法的焊缝成形质量不仅与水下干法相类似，同时具有水下湿法焊接技术所具有的设备简单、作业周期短、成本低以及通用性和环境适应性好等特征，因此局部干法水下技术应用前景广泛。

局部干法焊接技术通过待焊区域的局部排水，以降低或消除周围水环境对焊接过程的影响；但是由于待焊区域的钢铁表面往往呈弧形，现有的局部干法焊接技术不能很好的形成隔离环境以满足焊接需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种远程操控深海金属结构水下自动焊接装置，能根据待焊区域进行自适应贴合形成稳定的焊接空间，提高了焊接质量和效率。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种远程操控深海金属结构水下自动焊接装置，包括本体，本体内从上到下依次设有蓄电池、控制面板和焊接组件；

焊接组件包括第一电推杆和滑动块，第一电推杆的输出端与滑动块同轴连接，滑动块的底部设有焊接头、若干照射灯和第一摄像头，焊接头、照射灯和第一摄像头与蓄电池和控制面板电连接；

滑动块内设有用于推动焊接头移动的推动组件，推动组件并与控制面板和蓄电池电连接，本体底部设有用于遮挡本体内焊接头的闭合机构；

本体底部的外沿还设有密封组件，密封组件包括周向布置的若干支撑板，支撑板的中心处固定连接有支撑杆，支撑杆的一端与本体转动配合，支撑杆的另一端固定连接有驱动件，驱动件的输出轴一侧固定连接有边缘板；

支撑杆的顶部与本体之间铰接有用于推动支撑板转动的第二电推杆；支撑板的底部固定连接有气囊，气囊分别连通有第一电磁阀和抽吸管，抽吸管为三叉管，三叉管一端位于气囊下方，三叉管另一端分别连通有负压泵和二氧化碳压缩罐；边缘板底部固定连接有若干吸盘，三叉管另一端与气囊和吸盘连通，且气囊与三叉管之间连通有第二电磁阀，吸盘与三叉管之间连通有第三电磁阀，第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀均与控制面板电连接；

本体底部还设有若干第二摄像头，第二摄像头与控制面板电连接。

采用上述方案后实现了以下有益效果：

人工将本体中心处贴合在待焊区域上，通过第二电推杆带动支撑板与待焊区域的金属表面进行接触，再通过驱动件带动边缘板上的吸盘进行转动，使边缘板形成自适应的抓爪，再通过吸盘的负压将装置初步固定在钢铁表面上，从而能根据待焊区域进行自适应调整。

通过支撑板在待焊区域的金属表面形成拱形空间，通过气囊膨胀的填充作用以及抽吸管排出二氧化碳气体，带动拱形空间的水流进行不规则运动对金属表面进行冲刷，使拱形空间内的水流排出，便于后续形成密封环境，与直接对金属表面焊接相比，经冲刷后的金属表面的附着物减少，既便于后续图像中对焊缝的识别，又便于焊接过程中焊接头与待焊区域进行接触。

当气囊完全膨胀时，气囊与金属表面进行接触，再通过抽吸管对拱形空间内部进行抽吸，气囊内的拱形空间与外界形成压强差，使装置进一步固定在金属表面上，提高焊接过程的稳定性，并使拱形空间形成密封空间，便于后续焊接的进行。

当拱形空间形成密封空间时，工作人员通过第二摄像头确定拱形空间的环境，启动闭合机构打开本体内部，再通过第一电推杆推动滑块块推出焊接头、照射灯和第一摄像头，通过照射灯补充光照，与直接采用第二摄像头和第一摄像头进行采集图像数据相比，在密封空间内进行图像采集，能减少因水流的干扰而导致图像不清晰的问题；

工作人员通过第一摄像头的图像数据对待焊区域的裂缝进行判断，向控制面板发送对应的控制指令，控制面板基于控制指令带动焊接头进行相应的实现，从而对待焊区域进行焊接。

在焊接完成后，气囊内部的受焊接加热的气体对拱形内部进行填充，与直接采用外部空气对拱形内部进行填充相比，受焊接加热的气体既能平衡压强差使装置脱离金属表面，也能利用焊接加热后的气体对焊缝进行降温，便于焊缝进行逐步冷却，从而提高了焊接质量和效率。

进一步，位于气囊下方的三叉管的一端与气囊表面贴合，且三叉管一端与地面呈锐角倾斜布置。

有益效果：当气体从三叉管喷出时，气体沿气囊表面的倾斜向下带动水流变化，进而形成水漩涡对底部的待焊区域进行冲刷，便于后续焊接的进行。

进一步，闭合机构包括两个遮挡板和第一电机，第一电机沿本体中心处对称布置，且第一电机的输出轴与本体转动配合，第一电机的输出轴的一侧与遮挡板的一侧固定连接，遮挡板的直径大于滑动块的直径。

有益效果：通过第一电机带动遮挡板对本体内部进行遮挡，由于遮挡块的直径大于滑动块的直径，使遮挡块与本体之间形成台阶型的阶梯，使外界的水流不易进入本体内部。

进一步，闭合机构和滑动块之间设有内隔板，内隔板一端与本体转动配合有转轴，转轴上套设有扭簧，相邻的内隔板之间相抵，且本体内还开有用于放置内隔板的隔离腔，隔离腔的直径大于滑动块的直径；

滑动块的底部还设有若干推杆，推杆位于焊接头与第一摄像头之间，且推杆的高度大于焊接头的高度。

有益效果：滑动块通过推杆推动内隔板进行转动，使焊接头不与内隔板进行接触，当推杆不再抵住内隔板时，扭簧带动内隔板进行复位；而由于隔离腔的直径大于滑动块的直径，使内隔板与本体之间形成台阶型的阶梯，在闭合机构与滑动块之间形成一个隔离腔，使进入本体内部的水雾不与滑动块以及本体内部的机构直接进行接触。

进一步，推杆沿焊接头周向布置，照射灯均匀布置在推杆靠近焊接头的一侧。

有益效果：通过多个周向布置的照射灯以焊接头为中心进行照射，淡化焊接头形成影子，便于第一摄像头进行拍照取样，便于对焊缝进行识别。

进一步，相邻的遮挡板之间开有相互配合的台阶，相邻的台阶之间开有若干呈半圆弧型的卡槽。

有益效果：通过相邻的台阶之间开有若干呈半圆弧型的卡槽，增大水流的流动轨迹，使水流不易进入本体内部。

进一步，边缘板为可形变的橡胶板，支撑板为金属板。

有益效果：通过坚硬的支撑板作为骨架使装置固定在待焊区域上，通过可形变的边缘板便于与金属表面进行贴合，再通过边缘板上的吸盘吸附在金属表面上，便于实现装置的初步固定。

进一步，遮挡板和本体之间设有用于密封的橡胶圈。

有益效果：通过橡胶圈对遮挡板与本体之间的缝隙进行遮挡，使外界的水流不易进入本体内。

附图说明

图1为本发明实施例远程操控深海金属结构水下自动焊接装置的主视图。

图2为本发明实施例远程操控深海金属结构水下自动焊接装置的俯视图。

图3为图2的局部A的放大图。

图4为图2的局部B的放大图。

图5为图1的局部C的放大图。

图6为图1的局部D的放大图。

图7为图1的局部E的放大图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：本体1、蓄电池11、控制面板12、第一电推杆13、滑动块14、第二摄像头15、推动组件2、第一滚珠丝杆机构21、第二滚珠丝杆机构22、安装座23、焊接头3、第一摄像头31、照射灯32、内隔板4、推杆41、挡板5、第一电机51、卡槽52、支撑板6、第二电推杆61、第二电机62、边缘板63、抽吸管7、气囊71、第一电磁阀72。

实施例1

实施例基本如附图1至7所示：远程操控深海金属结构水下自动焊接装置，包括本体1，本体1内从上到下依次设有蓄电池11、焊接组件和用于与外界建立通讯连接的控制面板12；

焊接组件包括第一电推杆13和滑动块14，第一电推杆13的输出端与滑动块14同轴连接，滑动块14与本体1滑动配合，滑动块14的底部设有焊接头3、若干照射灯32和第一摄像头31，焊接头3、照射灯32和第一摄像头31与蓄电池11和控制面板12电连接，焊接头3位于滑动块14的中心处，照射灯32和第一摄像头31以焊接头3为中心对称布置；

滑动块14内设有用于推动焊接头3移动的推动组件2，推动组件2并与控制面板12和蓄电池11电连接，推动组件2包括相互垂直的第一滚珠丝杆机构21和第二滚珠丝杆机构22，第二滚珠丝杆机构22的两端分别与第一滚珠丝杆机构21的螺母座焊接，第二滚珠丝杆的螺母座与焊接头3焊接；

本体1底部设有用于遮挡本体1内焊接头3的闭合机构，闭合机构包括两个遮挡板5和第一电机51，第一电机51沿本体1中心处对称布置，且第一电机51的输出轴与本体1转动配合，第一电机51的输出轴的一侧与遮挡板5的一侧固定连接，遮挡板5的直径大于滑动块14的直径；

本体1底部的外沿还设有密封组件，密封组件包括周向布置的若干呈扇形的支撑板6，支撑板6的中心处一体成型有支撑杆，支撑杆的一端与本体1转动配合，支撑杆的另一端固定连接有驱动件，驱动件为第二电机62，驱动件的输出轴一侧焊接有边缘板63，其中，边缘板63为可形变的橡胶板，支撑板6为金属板；

支撑杆的顶部与本体1之间铰接有用于推动支撑板6转动的第二电推杆61；支撑板6的底部粘接有气囊71，相邻的支撑板6之间由气囊71固定连接，气囊71远离支撑板6的一端设有凹陷口；气囊71分别连通有第一电磁阀72和抽吸管7，抽吸管7为三叉管，三叉管一端位于气囊71下方，三叉管另一端分别连通有负压泵和二氧化碳压缩罐，例如型号为DET-VP1800W-50L的负压泵；边缘板63底部固定连接有若干吸盘，三叉管另一端与气囊71和吸盘连通，且气囊71与三叉管之间连通有第二电磁阀，吸盘与三叉管之间连通有第三电磁阀，第一电磁阀72、第二电磁阀和第三电磁阀均与控制面板12电连接，所述第一电磁阀72、第二电磁阀和第三电磁阀的常态为常闭状态；

本体1底部还设有若干第二摄像头15，第二摄像头15与控制面板12电连接。

具体实施过程如下：

首先，人工将本体1中心处贴合在待焊区域上，工作人员通过外部设备(例如手机等移动终端)与控制面板12电连接并启动装置，控制面板12启动第二电推杆61进行工作，通过坚硬的支撑板6作为骨架使装置固定在待焊区域上，通过第二电推杆61带动支撑板6与待焊区域的金属表面进行接触，再通过驱动件带动边缘板63上的吸盘进行转动，通过可形变的边缘板63便于与金属表面进行贴合，再通过边缘板63上的吸盘吸附在金属表面上，使边缘板63形成自适应的抓爪，从而能根据待焊区域进行自适应调整。

支撑板6在待焊区域的金属表面形成拱形空间，此时拱形空间内外连通，控制面板12启动第二电磁阀使抽吸管7与气囊71连通，使二氧化碳压缩罐的二氧化碳气体进入气囊71和拱形空间内，通过气囊71膨胀的填充作用以及抽吸管7排出二氧化碳气体，二氧化碳气体带动拱形空间的水流进行不规则运动对金属表面进行冲刷，取出待焊区域表面的杂质，并使拱形空间内的水流排出，便于后续形成密封环境。

当气囊71完全膨胀时，支撑板6抵住气囊71，气囊71与金属表面进行接触，控制面板12使抽吸管7连通负压泵，负压泵再通过抽吸管7对拱形空间内部进行抽吸，气囊71内的拱形空间与外界形成压强差，使装置进一步固定在金属表面上，提高焊接过程的稳定性，并使拱形空间形成密封空间；

与直接对金属表面焊接相比，经冲刷后的金属表面的附着物减少，既便于后续图像中对焊缝的识别，又便于焊接过程中焊接头3与待焊区域进行接触，便于后续焊接的进行。

当拱形空间形成密封空间时，工作人员通过外部设备获取第二摄像头15的图像数据确定拱形空间的环境，当拱形空间的水流排出后，控制面板12通过第一电机51带动遮挡板5打开本体1内部，

控制面板12再通过第一电推杆13推动滑块块推出焊接头3、照射灯32和第一摄像头31，通过照射灯32补充光照，与直接采用第二摄像头15和第一摄像头31进行采集图像数据相比，在密封空间内进行图像采集，能减少因水流的干扰而导致图像不清晰的问题；

工作人员通过外部设备获取第一摄像头31的图像数据，基于图像数据对待焊区域的裂缝进行辨别，建立裂缝对应的控制指令，外部设备向控制面板12发送对应的控制指令，控制面板12基于控制指令控制第一滚珠丝杆机构21带动焊接头3进行竖直方向的移动，控制第二滚珠丝杆机构22带动焊接头3进行水平方向的移动，从而对待焊区域进行焊接。

在焊接完成后，控制面板12通过第一电磁阀72打开气囊71，气囊71内部的受焊接加热的气体对拱形空间内部进行填充，与直接采用外部空气对拱形内部进行填充相比，受焊接加热的气体既能平衡压强差使装置脱离金属表面，也能利用焊接加热后的气体对焊缝进行降温，便于焊缝进行逐步冷却，从而提高了焊接质量和效率。

实施例2

与上述实施例不同之处在于，位于气囊71下方的三叉管的一端与气囊71表面贴合，且三叉管一端与地面呈锐角倾斜布置。

具体实施过程如下：当气体从三叉管喷出时，气体沿气囊71表面的倾斜向下带动水流变化，使拱形空间的水流进行顺时针转动，进而形成水漩涡对底部的待焊区域进行冲刷，减少待焊区域表面的杂物，便于后续焊接的进行。

实施例3

与上述实施例不同之处在于，闭合机构和滑动块14之间设有内隔板4，内隔板4一端与本体1转动配合有转轴，转轴上套设有扭簧，扭簧一端与内隔板4卡接，扭簧另一端与本体1卡接，相邻的内隔板4之间相抵，且本体1内还开有用于放置内隔板4的隔离腔，隔离腔的直径大于滑动块14的直径；

滑动块14的底部还设有若干推杆41，推杆41位于焊接头3与第一摄像头31之间，且推杆41的高度大于焊接头3的高度。

具体实施过程如下：在滑动块14向下滑动过程中，滑动块14通过推杆41推动内隔板4进行转动，使焊接头3不与内隔板4进行接触，从而对焊接头3进行保护，同时内隔板4带动扭簧受到压缩，当推杆41不再抵住内隔板4时，扭簧带动内隔板4进行复位；

而由于隔离腔的直径大于滑动块14的直径，使内隔板4与本体1内部之间形成台阶型的阶梯，在闭合机构与滑动块14之间形成一个隔离腔，使进入本体1内部的水雾不与滑动块14以及本体1内部的机构直接进行接触，达到保护本体1内部的机构的目的。

实施例4

与上述实施例不同之处在于，推杆41沿焊接头3周向布置，照射灯32均匀布置在推杆41靠近焊接头3的一侧。

具体实施过程如下：通过多个周向布置的照射灯32以焊接头3为中心进行照射，淡化焊接头3周围形成影子，在第一摄像头31进行拍照取样时，图像中的待焊区域不会存在大量阴影区域，便于对焊缝进行识别。

实施例5

与上述实施例不同之处在于，相邻的遮挡板5之间开有相互配合的台阶，相邻的台阶之间开有若干呈半圆弧型的卡槽52，遮挡板5和本体1之间设有用于密封的橡胶圈。

具体实施过程如下：在水流与遮挡板5的接触过程中，若干呈半圆弧型的卡槽52增大水流的流动轨迹；以及通过橡胶圈对遮挡板5与本体1之间的缝隙进行遮挡，使水流不易进入本体1内部，从而使本体1内部形成密封环境。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.远程操控深海金属结构水下自动焊接装置，其特征在于：包括本体，本体内从上到下依次设有蓄电池、控制面板和焊接组件；

焊接组件包括第一电推杆和滑动块，第一电推杆的输出端与滑动块同轴连接，滑动块的底部设有焊接头、若干照射灯和第一摄像头，焊接头、照射灯和第一摄像头与蓄电池和控制面板电连接；

滑动块内设有用于推动焊接头移动的推动组件，推动组件并与控制面板和蓄电池电连接；

本体底部设有用于遮挡本体内焊接头的闭合机构；

本体底部的外沿还设有密封组件，密封组件包括周向布置的若干支撑板，支撑板的中心处固定连接有支撑杆，支撑杆的一端与本体转动配合，支撑杆的另一端固定连接有驱动件，驱动件的输出轴一侧固定连接有边缘板；

支撑杆的顶部与本体之间铰接有用于推动支撑板转动的第二电推杆；支撑板的底部固定连接有气囊，气囊分别连通有第一电磁阀和抽吸管，抽吸管为三叉管，三叉管一端位于气囊下方，三叉管另一端分别连通有负压泵和二氧化碳压缩罐；边缘板底部固定连接有若干吸盘，三叉管另一端与气囊和吸盘连通，且气囊与三叉管之间连通有第二电磁阀，吸盘与三叉管之间连通有第三电磁阀，第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀均与控制面板电连接；

本体底部还设有若干第二摄像头，第二摄像头与控制面板电连接。

2.根据权利要求1所述的远程操控深海金属结构水下自动焊接装置，其特征在于：位于气囊下方的三叉管的一端与气囊表面贴合，且三叉管一端与地面呈锐角倾斜布置。

3.根据权利要求1所述的远程操控深海金属结构水下自动焊接装置，其特征在于：闭合机构包括两个遮挡板和第一电机，第一电机沿本体中心处对称布置，且第一电机的输出轴与本体转动配合，第一电机的输出轴的一侧与遮挡板的一侧固定连接，遮挡板的直径大于滑动块的直径。

4.根据权利要求1所述的远程操控深海金属结构水下自动焊接装置，其特征在于：闭合机构和滑动块之间设有内隔板，内隔板一端与本体转动配合有转轴，转轴上套设有扭簧，相邻的内隔板之间相抵，且本体内还开有用于放置内隔板的隔离腔，隔离腔的直径大于滑动块的直径；

滑动块的底部还设有若干推杆，推杆位于焊接头与第一摄像头之间，且推杆的高度大于焊接头的高度。

5.根据权利要求1或4任一项所述远程操控深海金属结构水下自动焊接装置，其特征在于：推杆沿焊接头周向布置，照射灯均匀布置在推杆靠近焊接头的一侧。

6.根据权利要求3所述的远程操控深海金属结构水下自动焊接装置，其特征在于：相邻的遮挡板之间开有相互配合的台阶，相邻的台阶之间开有若干呈半圆弧型的卡槽。

7.根据权利要求1所述的远程操控深海金属结构水下自动焊接装置，其特征在于：边缘板为可形变的橡胶板，支撑板为金属板。

8.根据权利要求3所述的远程操控深海金属结构水下自动焊接装置，其特征在于：遮挡板和本体之间设有用于密封的橡胶圈。