有色金属气体全保护焊接车间及其作业方法技术

本发明专利技术公开了有色金属气体全保护焊接车间及其作业方法，涉及有色金属焊接领域，包括人员过渡舱、工作车间、生命支持系统、供气系统、真空系统和循环洗气系统，人员过渡舱与工作车间连接，工作人员通过人员过渡舱进入工作车间进行焊接作业，被焊工件进入工作车间进行焊接，生命支持系统分别连接人员过渡舱和工作车间并为工作人员提供呼吸气体，供气系统分别连接人员过渡舱和工作车间并提供用于焊接的保护气体，真空系统连接工作车间，用于对工作车间内部抽真空，循环洗气系统连接工作车间，用于在焊接过程中吸收工作车间内部的杂质气体；本申请实现了工作人员进入充满保护气体的工作车间进行焊接作业，可近距离精细操作以提升焊接质量。

【技术实现步骤摘要】
有色金属气体全保护焊接车间及其作业方法
本专利技术涉及有色金属焊接领域，尤其是有色金属气体全保护焊接车间及其作业方法。
技术介绍
钛合金等有色金属在船舶工业、航空航天等领域中应用广泛。由于许多有色金属合金化学性质活泼，高温焊接过程中容易与空气中的氧气、氮气等发生化学反应，影响焊接质量。例如钛合金在高温下具有强烈的吸氢、吸氧、吸氮特性，焊接过程中若不采取保护措施会出现焊缝及热影响区发蓝现象，使焊缝金属冶金质量恶化，焊缝起皱、外观差。因此，有色金属焊接过程中必须采取各类气体保护措施，即利用惰性气体在焊接电弧周围高温区域形成保护层，防止空气中有害气体的侵入，保证焊接质量。目前解决钛合金焊接保护的方法主要包括：1)使用焊枪保护气喷嘴：美国宇航局Marshall航天中心的Gradl等(2009)，哈尔滨工业大学陶汪等(2017)均设计了钛合金焊接同轴保护喷嘴进行焊接保护，但是此种方式容易受使用环境条件影响，对操作人员的使用要求也较高，当气流参数及环境条件发生变化时，会产生紊流，反而影响钛合金焊接气体保护效果；2)使用保护罩等保护工具：湖南大学的张屹等(2013)、中船重工725所的廖志谦等(2007)均采用拖罩等局部保护模具进行钛合金焊接保护，局部气体保护的效果受到气体流量、保护装置结构、焊接工件形状以及人员操作方法等多重因素的影响，保护效果不可靠；对于不同形状的被焊工件需要制作相应的保护模具，并对焊接效果进行多次试验验证，不仅耗费加工工时，还要承担较高的保护模具费用。此外，部分复杂的被焊工件难以制作合适的保护模具，无法对焊接部位进行良好的局部气体保护；3)使用小型真空箱或惰性气体箱：日本东海大学的Kuwahara等(2000)、中国电子科技集团第二研究所廖正贵等(2007)均设计了用于钛合金焊接的保护箱体装置，此类方法通过在小型箱体内抽真空或充入保护气体的方式，实现小型被焊工件的整体保护。但是此类保护箱体一般空间尺寸较小，仅适用于小型焊接件的气体保护，难以容纳船体、飞行器、潜水器等大型被焊工件。此外，此类保护箱体的操作人员仅可以在箱体外进行焊接操作，观察视角及操作空间受限，难以保证良好的焊接质量。
技术实现思路
本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了有色金属气体全保护焊接车间及其作业法，实现了工作人员进入充满保护气体的工作车间进行焊接作业，可近距离精细操作以提升焊接质量。本专利技术的技术方案如下：一种有色金属气体全保护焊接车间，包括人员过渡舱、工作车间、生命支持系统、供气系统、真空系统和循环洗气系统，人员过渡舱分别与工作车间和外部空间连接，工作人员通过人员过渡舱进入工作车间进行焊接作业，工作车间与外部空间连接，被焊工件进入工作车间进行焊接，生命支持系统分别连接人员过渡舱和工作车间并为工作人员提供呼吸气体，供气系统分别连接人员过渡舱和工作车间并提供用于焊接的保护气体，真空系统连接工作车间，用于对工作车间内部抽真空，循环洗气系统连接工作车间，用于在焊接过程中吸收工作车间内部的杂质气体。其进一步的技术方案为，人员过渡舱包括舱体及设置在舱体上的人员进出舱门、人员转换舱门和布气管，工作人员通过人员进出舱门进入舱体，通过人员转换舱门进入工作车间，布气管设于舱体底部并连接供气系统，舱体顶部设有第一排气阀，通过气体吹扫置换法实现空气-保护气体的常压气体过渡置换。其进一步的技术方案为，工作车间包括设备进出舱门、转运平车、桥式起重机、空调及除尘装置、配电及照明设备和舱内焊机，被焊工件通过设备进出舱门进入工作车间，转运平车和桥式起重机用于大型被焊工件的转运，被焊工件为有色金属构件，空调及除尘装置用于维持车间内部温度并清除焊接粉尘，配电及照明设备为工作车间内的用电设备配电及提供照明，舱内焊机放置在焊接工位并对被焊工件实现焊接操作，工作车间顶部设有第二排气阀；工作车间分别连接供气系统和真空系统，通过真空置换法实现空气-真空-保护气体的气体过渡置换。其进一步的技术方案为，生命支持系统包括全封闭气密防护服、呼吸气体进/排气储罐和进/排气接管，呼吸气体进/排气储罐对应连接进/排气接管，呼吸气体进/排气储罐用于存储空气并收集呼出气体，第一进/排气接管设置在工作车间内的操作工位处，第二进/排气接管设置在人员过渡舱内，全封闭气密防护服连接第一进/排气接管或第二进/排气接管为身着防护服的工作人员提供呼吸气体；生命支持系统还包括设置在全封闭气密防护服上的应急呼吸装置，若呼吸气体进/排气储罐和/或进/排气接管发声异常时，由应急呼吸装置为工作人员提供呼吸气体。其进一步的技术方案为，供气系统包括依次相连的液态保护气杜瓦罐、汽化器和气体膨胀机，气体膨胀机的输出端经过总管路分流后分支管路分别连接人员过渡舱和工作车间，在总管路上设有第一阀门，第一分支管路连接工作车间并且第一分支管路上设有第二阀门，第二分支管路连接人员过渡舱并且第二分支管路上设有第三阀门，保护气体储存在液态保护气杜瓦罐中，并经过汽化、降压至常压后输送至人员过渡舱和工作车间；气体膨胀机还通过联轴器连接真空系统，气体膨胀机将压缩保护气体时产生的储能转换为机械能，并通过联轴器带动真空系统完成抽真空操作。其进一步的技术方案为，真空系统包括串联的旋叶式真空泵和罗茨式真空泵，罗茨式真空泵连接工作车间，旋叶式真空泵通过联轴器连接供气系统；当保护气体为氩气时，工作车间要求氩气纯度高于99.99％时，真空度应低于10pa。其进一步的技术方案为，循环洗气系统包括依次相连的循环洗气风机、分子筛吸附柱、铜触媒吸收柱和海绵钛吸收柱，循环洗气风机通过第一管路连接工作车间的顶部，第一管路上设有第四阀门，海绵钛吸收柱通过第二管路接入供气系统以此连接工作车间，第二管路上设有第五阀门，循环洗气风机将车间内部气体从顶部引出，依次通过分子筛吸附柱、铜触媒吸收柱和海绵钛吸收柱后返回工作车间，循环洗气系统与工作车间形成闭环回路用于吸收工作车间内部的杂质气体，维持保护气体的纯度，杂质气体包括氧气、氮气和水蒸气。其进一步的技术方案为，焊接车间还包括气体成分监测系统，气体成分监测系统包括微量氧分析仪以及抽气管路，微量氧分析仪通过抽气管路分别连接人员过渡舱和工作车间，采用测氧含量间接法通过测得的氧气含量反推出保护气体的纯度；循环洗气系统根据气体成分监测系统得出的保护气体的纯度控制自身运行的功率。其进一步的技术方案为，焊接车间还包括视频与安全操控系统，视频与安全操控系统通过设置在工作车间内的摄像头观察工作进程，通过语音装置与车间内工作人员实时语音通讯，并对工作车间内的设备工作状态及参数进行实时监控。一种有色金属气体全保护焊接车间的作业方法，包括：被焊工件进入工作车间后关闭工作车间的舱门；工作人员进入人员过渡舱后关闭人员过渡舱的舱门，生命支持系统为工作人员提供呼吸气体；采用气体吹扫置换法，包括：供气系统向人员过渡舱中充入保护气体，舱内空气通过顶部的第一排气阀向外排出，通过预定时间后实现空气-保护气体的常压气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有色金属气体全保护焊接车间，其特征在于，包括人员过渡舱、工作车间、生命支持系统、供气系统、真空系统和循环洗气系统，所述人员过渡舱分别与所述工作车间和外部空间连接，工作人员通过所述人员过渡舱进入所述工作车间进行焊接作业，所述工作车间与所述外部空间连接，被焊工件进入所述工作车间进行焊接，所述生命支持系统分别连接所述人员过渡舱和所述工作车间并为所述工作人员提供呼吸气体，所述供气系统分别连接所述人员过渡舱和所述工作车间并提供用于焊接的保护气体，所述真空系统连接所述工作车间，用于对所述工作车间内部抽真空，所述循环洗气系统连接所述工作车间，用于在焊接过程中吸收所述工作车间内部的杂质气体。/n

【技术特征摘要】
1.一种有色金属气体全保护焊接车间，其特征在于，包括人员过渡舱、工作车间、生命支持系统、供气系统、真空系统和循环洗气系统，所述人员过渡舱分别与所述工作车间和外部空间连接，工作人员通过所述人员过渡舱进入所述工作车间进行焊接作业，所述工作车间与所述外部空间连接，被焊工件进入所述工作车间进行焊接，所述生命支持系统分别连接所述人员过渡舱和所述工作车间并为所述工作人员提供呼吸气体，所述供气系统分别连接所述人员过渡舱和所述工作车间并提供用于焊接的保护气体，所述真空系统连接所述工作车间，用于对所述工作车间内部抽真空，所述循环洗气系统连接所述工作车间，用于在焊接过程中吸收所述工作车间内部的杂质气体。


2.根据权利要求1所述的有色金属气体全保护焊接车间，其特征在于，所述人员过渡舱包括舱体及设置在所述舱体上的人员进出舱门、人员转换舱门和布气管，所述工作人员通过所述人员进出舱门进入所述舱体，通过所述人员转换舱门进入所述工作车间，所述布气管设于所述舱体底部并连接所述供气系统，所述舱体顶部设有第一排气阀，通过气体吹扫置换法实现空气-保护气体的常压气体过渡置换。


3.根据权利要求1所述的有色金属气体全保护焊接车间，其特征在于，所述工作车间包括设备进出舱门、转运平车、桥式起重机、空调及除尘装置、配电及照明设备和舱内焊机，所述被焊工件通过所述设备进出舱门进入所述工作车间，所述转运平车和桥式起重机用于大型被焊工件的转运，所述被焊工件为有色金属构件，所述空调及除尘装置用于维持车间内部温度并清除焊接粉尘，所述配电及照明设备为所述工作车间内的用电设备配电及提供照明，所述舱内焊机放置在焊接工位并对所述被焊工件实现焊接操作，所述工作车间顶部设有第二排气阀；
所述工作车间分别连接所述供气系统和真空系统，通过真空置换法实现空气-真空-保护气体的气体过渡置换。


4.根据权利要求1所述的有色金属气体全保护焊接车间，其特征在于，所述生命支持系统包括全封闭气密防护服、呼吸气体进/排气储罐和进/排气接管，所述呼吸气体进/排气储罐对应连接所述进/排气接管，所述呼吸气体进/排气储罐用于存储空气并收集呼出气体，第一进/排气接管设置在所述工作车间内的操作工位处，第二进/排气接管设置在所述人员过渡舱内，所述全封闭气密防护服连接第一进/排气接管或第二进/排气接管为身着防护服的工作人员提供呼吸气体；
所述生命支持系统还包括设置在所述全封闭气密防护服上的应急呼吸装置，若所述呼吸气体进/排气储罐和/或进/排气接管发声异常时，由所述应急呼吸装置为所述工作人员提供呼吸气体。


5.根据权利要求1所述的有色金属气体全保护焊接车间，其特征在于，所述供气系统包括依次相连的液态保护气杜瓦罐、汽化器和气体膨胀机，所述气体膨胀机的输出端经过总管路分流后分支管路分别连接所述人员过渡舱和所述工作车间，在所述总管路上设有第一阀门，第一分支管路连接所述工作车间并且所述第一分支管路上设有第二阀门，第二分支管路连接所述人员过渡舱并且所述第二分支管路上设有第三阀门，所述保护气体储存在所述液态保护气杜瓦罐中，并经过汽化、降压至常压后输送至所述人员过渡舱和所述工作车间；
所述气体膨胀机还通过联轴器连接所述真空系统，所述气体膨胀机将压缩所述保护气体时产生的储能转换为机械能，并通过所述联轴器带动所述真空系统完成抽真空操作。

【专利技术属性】
技术研发人员：张万良，龙雷，邹文天，林博群，徐蒙，沈雪，张爱峰，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心，
类型：发明
国别省市：江苏;32