CN117754127A - 一种用于模拟水下局部干法焊接的陆上焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于模拟水下局部干法焊接的陆上焊接装置，涉及水下焊接技术领域，包括可进行压力和湿度调节以模拟水下条件的压力容器，以及位于所述压力容器内的试验平台，所述试验平台上设有焊接部件，所述焊接部件包括用于放置待焊接板材的焊接平台，以及位于所述焊接平台一侧以用于对待焊接板材进行焊接操作的焊接组件，且所述焊接平台中设有用于带动待焊接板材沿焊接方向进行移动的电机带轮传输机构；所述试验平台下方设有用于将试验平台向压力容器外移动的滑轨机构。本申请能够模拟水下局部干法焊接的环境参数，实现水下焊接模拟，分析环境参量对焊缝内部和表面缺陷的影响规律，从而提升水下成形焊缝的质量。

Description

一种用于模拟水下局部干法焊接的陆上焊接装置

技术领域

本发明涉及水下焊接技术领域，具体涉及一种用于模拟水下局部干法焊接的陆上焊接装置。

背景技术

随着海洋工程的快速发展，水下焊接技术在海洋结构的制造和维护中发挥着重要作用。局部干法水下焊接技术由于其在保证焊接质量的同时又具有湿法焊接操作灵活、成本低的优点，成为水下焊接技术研究的热点之一。然而，局部干法水下焊接存在一些问题，如电弧燃烧不稳定、断弧以及焊缝成形效果不理想等。

为了解决上述问题，激光焊接作为一种先进的焊接技术被引入到水下焊接领域。激光焊接不需要使用电极，避免了电极污染或受损的问题，焊接过程稳定且热量集中。随着激光焊接技术的快速发展，激光水下局部干法焊接技术逐渐成为研究的焦点。然而，由于焊接装置相应工件仍处于高压、高湿度、动态气流扰动的环境中，激光局部干法水下焊接存在难以保证焊接质量，无法满足对焊缝要求高的工程的使用要求等问题。

为了保证焊接质量，在焊接正式开始前一般会对焊接作业进行模拟操作，然后基于模拟结果对焊接操作进行改进，但受限于水下作业环境，当前一般很难且准确的对水下焊接进行模拟操作。

发明内容

本申请提供一种用于模拟水下局部干法焊接的陆上焊接装置，能够模拟水下局部干法焊接的环境参数，实现水下焊接模拟，分析环境参量对焊缝内部和表面缺陷的影响规律，从而提升水下成形焊缝的质量。

第一方面，本申请实施例提供一种用于模拟水下局部干法焊接的陆上焊接装置，所述用于模拟水下局部干法焊接的陆上焊接装置包括：

可进行压力和湿度调节以模拟水下条件的压力容器；以及

位于所述压力容器内的试验平台，所述试验平台上设有焊接部件，所述焊接部件包括用于放置待焊接板材的焊接平台，以及位于所述焊接平台一侧以用于对待焊接板材进行焊接操作的焊接组件，且所述焊接平台中设有用于带动待焊接板材沿焊接方向进行移动的电机带轮传输机构；

其中，所述试验平台下方设有用于将试验平台向压力容器外移动的滑轨机构。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述压力容器为横向放置的圆柱体，且所述压力容器内填充有用于实现压力容器内压力调节的氩气。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述压力容器内设有用于实现压力容器内湿度调节的雾化器，所述压力容器内还设有湿度计。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述焊接组件包括位于所述焊接平台上方的焊枪，所述焊枪的后端设有用于带动所述焊枪移动的蜗轮蜗杆机构，所述蜗轮蜗杆机构位于所述焊接平台的一侧，且所述蜗轮蜗杆机构与所述电机带轮传输机构间垂直设置。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述蜗轮蜗杆机构包括呈间隔设置的两根立杆，以及位于两根立杆之间的横杆，所述横杆上穿设有可沿横杆长度方向移动的滑块，所述滑块与焊枪的后端固定，所述横杆与所述电机带轮传输机构间垂直。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述横杆包括多根，且多根横杆平行的设置于所述立杆的上端，且多根横杆均从所述滑块中穿出。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述焊接组件还包括设于所述蜗轮蜗杆机构一侧的储丝盘和送丝机。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述焊接平台的下方设有支撑平台，所述支撑平台上设有用于对焊接平台的移动行程进行限位的限位块。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述焊接平台上设有用于对待焊接板材进行固定的夹具。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述压力容器的侧壁上开设有用于对压力容器内部进行观察的观察窗，所述压力容器内还设有照明灯。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：

(1)相比于水下焊接，本申请的陆上焊接装置操作更为便捷且具有更低的成本，在陆地上进行焊接操作，无需承受水下环境的限制和挑战，操作人员可以更轻松地进行焊接工作，提高了工作效率和操作的安全性，同时，无需投入大量的水下设备和人力资源，同时减少了水下作业所需的维护和修理成本；

(2)提供了一个便捷的试验平台，可用于焊接技术的研发和测试，试验平台的设计使得焊接参数和焊接速度可控，可以进行多种焊接实验，以优化焊接工艺和提高焊接质量；

(3)压力容器的侧壁上增加了一个观察窗，用于高速摄像并观察焊接区域，在试验过程中能够清晰地观察到焊接区域的情况，相比于传统的焊接装置，观察窗的添加使得焊接过程更加可控和可观察，有助于及时调整焊接参数和确保焊接质量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一种用于模拟水下局部干法焊接的陆上焊接装置的结构示意图；

图2为本申请压力容器的侧视图；

图3为本申请压力容器内试验平台的结构示意图；

图中：1-压力容器，2-试验平台，3-观察窗，4-雾化器，5-湿度计，6-焊接平台，7-焊枪，8-蜗轮蜗杆机构，9-立杆，10-横杆，11-滑块，12-储丝盘，13-送丝机，14-支撑平台，15-夹具。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

第一方面，本申请实施例提供一种用于模拟水下局部干法焊接的陆上焊接装置，通过可进行压力和湿度调节的压力容器1的设置，以及在压力容器1进行用于放置待焊接板材的焊接平台6，以及位于焊接平台6一侧用于对待焊接板材进行焊接操作的焊接组件的设置，通过压力容器1实现水下局部干法焊接时高压且湿润环境的模拟，通过焊接平台6和焊接组件在压力容器1内对待焊接板材进行焊接模拟操作，从而实现可在陆地上进行水下局部干法焊接的焊接模拟操作，操作人员无需承受水下环境的限制和挑战，可以更轻松地进行焊接工作，有效提高焊接模拟操作的工作效率和安全性。

一实施例中，参照图1，图1为本申请用于模拟水下局部干法焊接的陆上焊接装置的结构示意图。如图1所示，该陆上焊接装置包括可进行压力和湿度调节以模拟水下条件的压力容器1，以及位于所述压力容器1内的试验平台2。

进一步的，对于压力容器1，参见图1所示，压力容器1为横向放置的圆柱体，压力容器1的两端开口，开口上设有盖体，在进行焊接模拟操作时，压力容器1两端的盖体闭合，以保证压力容器1内部的实验压力要求。在实际的应用过程中，试验平台2的空间尺寸一般为301mm×266mm×580mm，因此，压力容器1的空间尺寸对应设置，从而使得在压力容器1的腔体内能够进行试验平台2，及试验平台2上焊接部件的容纳，形成如图2所示布置方式。

压力容器1的结构硬度需满足实验压力范围[0MPa，0.3MPa]的要求，且实验过程中压强波动小于0.005MPa，且压力容器1内填充有用于实现压力容器1内压力调节的氩气，通过氩气实现压力容器1内压力的调整，从而实现对水下压力环境的模拟。

压力容器1内设有用于实现压力容器1内湿度调节的雾化器4，所述压力容器1内还设有湿度计5。通过雾化器4实现压力容器1内湿度的调节，并通过湿度计5对压力容器1内的湿度进行监测，在雾化器4和湿度计5的共同配合作用下，对压力容器1内的湿度进行有效调节，从而实现水下焊接时湿度环境的模拟。

进一步的，试验平台2下方设有用于将试验平台2向压力容器1外移动的滑轨机构，通过滑轨机构实现试验平台2在压力容器1内沿压力容器1纵向方向的平移操作，从而方便在焊接模拟实验前将试验平台2通过滑轨机构移动至压力容器1外，进行实验前的调试准备工作。在实际的应用过程中，试验平台2可通过滑轨机构移出450mm的长度至压力容器1外部，从而方便进行实验前的调试准备工作。

即对于本申请的压力容器1而言，其为横向放置的圆柱体结构，内部容纳有试验平台2，试验平台2上设有焊接部件。压力容器1的设计允许在其内部产生所需的压力环境，以模拟水下焊接时的压力条件。压力容器1内部设置滑轨机构，以便移动试验平台2进行调整和操作。

进一步的，参见图3所示，对于焊接部件，焊接部件包括用于放置待焊接板材的焊接平台6，以及位于所述焊接平台6一侧以用于对待焊接板材进行焊接操作的焊接组件，且所述焊接平台6中设有用于带动待焊接板材沿焊接方向进行移动的电机带轮传输机构。在进行焊接模拟操作时，将待焊接板材放置于焊接平台6上并固定，然后通过焊接组件对待焊接板材进行焊接操作即可。

在实际的焊接操作过程中，焊接的位置不可能一直不变，因此，在焊接平台6中设置用于带动待焊接板材沿焊接方向进行移动的电机带轮传输机构，在电机带轮传输机构的带动下，焊接平台6沿压力容器1的纵向方向进行移动，由于待焊接板材固定于焊接平台6上，因此，待焊接板材也可沿压力容器1的纵向方向进行移动，从而实现焊接位置的调整，方便焊接操作的进行。

进一步的，参见图3所示，对于焊接组件，焊接组件包括位于所述焊接平台6上方的焊枪7，所述焊枪7的后端设有用于带动所述焊枪7移动的蜗轮蜗杆机构8，所述蜗轮蜗杆机构8位于所述焊接平台6的一侧，且所述蜗轮蜗杆机构8与所述电机带轮传输机构间垂直设置。即蜗轮蜗杆机构8沿压力容器1的横向方向进行布置，从而在蜗轮蜗杆机构8的带动下，焊枪7能够沿压力容器1的横向方向进行移动，同时，在电机带轮传输机构的带动下，待焊接板材可沿压力容器1的纵向方向进行移动，由此，在蜗轮蜗杆机构8和电机带轮传输机构的共同配合作用下，实现焊接位置的调整，方便焊接操作。且焊枪7的后端和蜗轮蜗杆机构8间转动连接，从而实现焊枪7的焊接角度的调整。

进一步的，对于蜗轮蜗杆机构8，蜗轮蜗杆机构8包括呈间隔设置的两根立杆9，以及位于两根立杆9之间的横杆10，所述横杆10上穿设有可沿横杆10长度方向移动的滑块11，所述滑块11与焊枪7的后端固定，所述横杆10与所述电机带轮传输机构间垂直。电机带轮传输机构用以带动待焊接板材沿压力容器1的纵向方向进行移动，横杆10与电机带轮传输机构间垂直设置，横杆10上可滑动的滑块11与焊枪7的后端固定，滑块11在横杆10进行移动的过程中，带动焊枪7进行移动，从而实现焊枪7沿压力容器1的横向方向进行移动。

具体的，横杆10包括多根，且多根横杆10平行的设置于所述立杆9的上端，且多根横杆10均从所述滑块11中穿出。当横杆10仅设置为一根时，滑块11和横杆10之间会发生相对转动，使得焊枪7也发生转动，无法进行焊接操作，故通过多个横杆10的设置，且多根横杆10均从所述滑块11中穿出，在多根横杆10的作用下，对滑块11的周向进行限位，使得滑块11与横杆10间不再发生转动，滑块11仅可沿横杆10的长度方向进行移动，对滑块11的移动方向进行限位，从而保证焊枪7焊接操作时的稳定性。

焊接组件还包括设于所述蜗轮蜗杆机构8一侧的储丝盘12和送丝机13。通过储丝盘12进行焊丝存放，通过送丝机13方便进行填丝操作，保证焊接操作的持续进行。

焊接平台6的下方设有支撑平台14，所述支撑平台14上设有用于对焊接平台6的移动行程进行限位的限位块。在电机带轮传输机构的作用下，焊接平台6在支撑平台14上进行移动，从而实现待焊接板材沿压力容器1纵向方向进行移动。同时，为了防止焊接平台6的无约束移动，在支撑平台14上设置对焊接平台6的移动行程进行限位的限位块，以确保焊接平台6到达两端行程终点位置时能够进行机械限位。

焊接平台6上设有用于对待焊接板材进行固定的夹具15。通过夹具15将待焊接板材稳定的固定于焊接平台6上，从而电机带轮传输机构能够带动待焊接板材进行稳定的移动，方便焊接操作的进行。

对于本申请的陆上焊接装置的焊接部件，主要由焊接平台6、焊接组件、储丝盘12和送丝机13组成。为了实现立焊功能，焊接平台6中设置电机带轮传输机构。蜗轮蜗杆机构8的侧面布置送丝机13，方便在焊接操作时进行填丝。焊枪7连接在蜗轮蜗杆机构8上，便于调整焊枪7的焊接角度。支撑平台14的两端设置了限位块，以确保焊接平台6到达两端行程终点位置时能够进行机械限位。

压力容器1的侧壁上开设有用于对压力容器1内部进行观察的观察窗3，所述压力容器1内还设有照明灯。观察窗3上设置有透明钢化玻璃。即在压力容器1的侧壁上开设一个用于高速摄像的观察窗3，观察窗3的直径不小于100mm，同时在压力容器1内设置一照明灯以便观察压力容器1腔内情况，满足试验过程中的高速摄像需求。

以下对使用本申请所述陆上焊接装置，进行模拟水下局部干法焊接的实施步骤进行说明。

S1：将待焊接板材放置在焊接平台6上，并进行调整和固定；

S2：设置实验压力并通过供气装置将气体注入压力容器1内，使压力容器1内部达到所需压力；

S3：打开照明灯以确保观察窗3的照明；

S4：使用焊枪7进行焊接，通过送丝机13提供焊丝，并调整焊枪7的角度以实现所需的焊接；

S5：在焊接过程中，可以使用雾化器4控制压力容器1内的湿度，并使用湿度计5进行湿度的监测；

S6：焊接完成后，关闭供气装置，排出压力容器1内的气体，并将焊接试验板从焊接平台6上取下。

即在使用申请的陆上焊接装置进行模拟水下局部干法焊接时，首先将待焊接板材放置在焊接平台6上，并进行调整。然后，根据需要设置实验压力，并通过供气装置将气体如氩气注入压力容器1内，使压力腔内部达到所需压力。同时，打开照明灯以确保观察窗3的照明。接下来，使用焊枪7进行焊接，通过送丝机13提供焊丝，并调整焊枪7的角度以实现所需的焊接。在焊接过程中，可以使用雾化器4控制湿度，并使用湿度计5进行湿度的监测。焊接完成后，关闭供气装置，排出压力容器1内的气体，并将焊接试验板从焊接平台6上取下。本申请的用于模拟水下局部干法焊接的陆上焊接装置，可以用于进行各种焊接试验，提供了模拟水下焊接环境的条件，以便进行焊接工艺的研究和优化。

通过可进行压力和湿度调节的压力容器1的设置，以及在压力容器1进行用于放置待焊接板材的焊接平台6，以及位于述焊接平台6一侧用于对待焊接板材进行焊接操作的焊接组件的设置，通过压力容器1实现水下局部干法焊接时高压且湿润环境的模拟，通过焊接平台6和焊接组件在压力容器1内对待焊接板材进行焊接模拟操作，从而实现可在陆地上进行水下局部干法焊接的焊接模拟操作，操作人员无需承受水下环境的限制和挑战，可以更轻松地进行焊接工作，有效提高焊接模拟操作的工作效率和安全性。

本申请实施例的用于模拟水下局部干法焊接的陆上焊接装置，相比于水下焊接，本申请的陆上焊接装置操作更为便捷且具有更低的成本，在陆地上进行焊接操作，无需承受水下环境的限制和挑战，操作人员可以更轻松地进行焊接工作，提高了工作效率和操作的安全性，同时，无需投入大量的水下设备和人力资源，同时减少了水下作业所需的维护和修理成本；提供了一个便捷的试验平台2，可用于焊接技术的研发和测试，试验平台2的设计使得焊接参数和焊接速度可控，可以进行多种焊接实验，以优化焊接工艺和提高焊接质量；压力容器1的侧壁上增加了一个观察窗3，用于高速摄像并观察焊接区域，观察窗3的直径不小于100mm，确保在试验过程中能够清晰地观察到焊接区域的情况，相比于传统的焊接装置，观察窗3的添加使得焊接过程更加可控和可观察，有助于及时调整焊接参数和确保焊接质量。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种用于模拟水下局部干法焊接的陆上焊接装置，其特征在于，所述用于模拟水下局部干法焊接的陆上焊接装置包括：

可进行压力和湿度调节以模拟水下条件的压力容器(1)；以及

位于所述压力容器(1)内的试验平台(2)，所述试验平台(2)上设有焊接部件，所述焊接部件包括用于放置待焊接板材的焊接平台(6)，以及位于所述焊接平台(6)一侧以用于对待焊接板材进行焊接操作的焊接组件，且所述焊接平台(6)中设有用于带动待焊接板材沿焊接方向进行移动的电机带轮传输机构；

其中，所述试验平台(2)下方设有用于将试验平台(2)向压力容器(1)外移动的滑轨机构。

2.如权利要求1所示的一种用于模拟水下局部干法焊接的陆上焊接装置，其特征在于：所述压力容器(1)为横向放置的圆柱体，且所述压力容器(1)内填充有用于实现压力容器(1)内压力调节的氩气。

3.如权利要求1所示的一种用于模拟水下局部干法焊接的陆上焊接装置，其特征在于：所述压力容器(1)内设有用于实现压力容器(1)内湿度调节的雾化器(4)，所述压力容器(1)内还设有湿度计(5)。

4.如权利要求1所示的一种用于模拟水下局部干法焊接的陆上焊接装置，其特征在于：所述焊接组件包括位于所述焊接平台(6)上方的焊枪(7)，所述焊枪(7)的后端设有用于带动所述焊枪(7)移动的蜗轮蜗杆机构(8)，所述蜗轮蜗杆机构(8)位于所述焊接平台(6)的一侧，且所述蜗轮蜗杆机构(8)与所述电机带轮传输机构间垂直设置。

5.如权利要求4所示的一种用于模拟水下局部干法焊接的陆上焊接装置，其特征在于：所述蜗轮蜗杆机构(8)包括呈间隔设置的两根立杆(9)，以及位于两根立杆(9)之间的横杆(10)，所述横杆(10)上穿设有可沿横杆(10)长度方向移动的滑块(11)，所述滑块(11)与焊枪(7)的后端固定，所述横杆(10)与所述电机带轮传输机构间垂直。

6.如权利要求5所示的一种用于模拟水下局部干法焊接的陆上焊接装置，其特征在于：所述横杆(10)包括多根，且多根横杆(10)平行的设置于所述立杆(9)的上端，且多根横杆(10)均从所述滑块(11)中穿出。

7.如权利要求4所示的一种用于模拟水下局部干法焊接的陆上焊接装置，其特征在于：所述焊接组件还包括设于所述蜗轮蜗杆机构(8)一侧的储丝盘(12)和送丝机(13)。

8.如权利要求1所示的一种用于模拟水下局部干法焊接的陆上焊接装置，其特征在于：所述焊接平台(6)的下方设有支撑平台(14)，所述支撑平台(14)上设有用于对焊接平台(6)的移动行程进行限位的限位块。

9.如权利要求1所示的一种用于模拟水下局部干法焊接的陆上焊接装置，其特征在于：所述焊接平台(6)上设有用于对待焊接板材进行固定的夹具(15)。

10.如权利要求1所示的一种用于模拟水下局部干法焊接的陆上焊接装置，其特征在于：所述压力容器(1)的侧壁上开设有用于对压力容器(1)内部进行观察的观察窗(3)，所述压力容器(1)内还设有照明灯。