超声辅助水下激光-FCAW复合湿法焊接装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超声辅助水下激光

【技术实现步骤摘要】
超声辅助水下激光
‑
FCAW复合湿法焊接装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种水下焊接技术，尤其涉及一种超声辅助水下激光
‑
FCAW复合湿法焊接装置及方法。

技术介绍

[0002]随着海洋资源及深海油气能源的旺盛需求，水下焊接作为开发海洋、开采海底石油以及组装、维修海上石油平台、海底输油管线及核电站水池等钢结构建造和维修必不可少的关键技术，一直是各国进行海洋工程建设的重点。
[0003]常见的水下焊接方法包括水下湿法焊接、局部干法焊接和干法焊接三类，其中水下湿法焊接由于其经济性和操作方便等优点成为了一种最常见的水下修复方法。但是目前湿法焊接过程及质量的稳定性与可控性相对较差，无法满足日益增长的技术需求。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术提供一种超声辅助水下激光
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FCAW复合湿法焊接装置及方法，将超声技术与水下激光
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FCAW复合湿法焊接技术相结合，通过超声振动过程中产生的超声效应对激光
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FCAW复合焊接过程进行调控，提高水下激光
‑
FCAW复合湿法焊接过程的稳定性，达到改善水下湿法焊接接头质量的目的。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种超声辅助水下激光
‑
FCAW复合湿法焊接装置，包括由激光焊接机构和药芯焊丝电弧焊机构组成的激光
‑
FCAW复合焊接设备以及超声辅助机构，所述激光焊接机构与所述超声辅助机构同轴设置，用于在焊接过程中，利用超声辅助机构产生的超声辐射力作用在焊接工件表面的气泡上，延缓气泡上浮时间，降低气泡上浮频率，同时使气泡浮力对熔滴过渡的排斥作用减弱，从而提高焊接接头的质量。
[0006]优选的，所述激光焊接机构和所述药芯焊丝电弧焊机构分别经夹持机构的设置于行走机构的两端；所述激光焊接机构包括激光头；
[0007]所述超声辅助机构包括固定于所述激光头前端的防水壳体、由上到下依次固定于所述防水壳体内部的超声换能器和超声变幅杆以及依次与所述超声换能器的轴向内孔和所述超声变幅杆的轴向内孔穿接的铜管，所述铜管与所述激光头同轴布置且与所述焊接工件垂直布置；
[0008]所述铜管与连接于所述防水壳体上的通气管的一端连通，所述通气管的另一端与供气机构连通。
[0009]优选的，所述铜管的后端与所述超声换能器的后端平齐，且所述铜管的后端、所述超声换能器的后端与所述防水壳体之间围成充气室，所述充气室与通气管连通。
[0010]优选的，所述超声换能器与超声电源电性连接；
[0011]所述激光头经光纤与激光发生器相连；
[0012]所述激光焊接机构与焊接电源正极电性连接，所述焊接电源负极与所述焊接工件电性连接。
[0013]优选的，所述激光焊接机构包括依次与所述夹持机构连接的焊枪、导电杆和导电嘴，药芯焊丝依次穿过所述焊枪和所述导电杆后由所述导电嘴穿出；
[0014]所述导电嘴的中轴线与所述焊接工件之间的角度为30
‑
60
°
，所述导电嘴与所述焊接工件之间的垂直距离在10mm
‑
20mm之间；
[0015]所述导电嘴前端与所述铜管前端之间的水平距离在5mm
‑
10mm之间。
[0016]优选的，所述激光头与所述焊接工件之间的垂直距离在300mm
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500mm之间；
[0017]所述超声变幅杆的前端与所述焊接工件之间的垂直距离在30mm
‑
150mm之间。
[0018]优选的，所述超声辅助机构的焊接参数为：超声频率：20
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30kHz，超声功率：100
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400W，超声振幅：3
‑
50μm。
[0019]优选的，所述激光焊接机构的焊接参数为：激光能量：1.5
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3kW.
[0020]优选的，所述药芯焊丝机构的焊接参数为：焊接电压：25
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40V，焊接电流：150
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250A；
[0021]超声辅助水下激光
‑
FCAW复合湿法焊接方法，包括以下步骤：
[0022]步骤1：安装调试
[0023]步骤1.1：安装
[0024]分别将激光焊接机构和带有超声辅助机构的药芯焊丝电弧焊机构设置于行走机构两端的夹持机构上；
[0025]步骤1.2：调试
[0026]经夹持机构和行走机构调整激光焊接机构、药芯焊丝电弧焊机构之间的相对距离和角度，以及两者相对于焊接工件的距离和角度，直至导电嘴的中轴线与焊接工件之间的角度为30
°‑
60
°
，导电嘴与焊接工件之间的垂直距离在10mm
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20mm之间；导电嘴与铜管之间的水平距离在5mm
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10mm之间；激光头与焊接工件之间的垂直距离在300mm
‑
500mm之间；超声变幅杆的前端与焊接工件之间的垂直距离在30mm
‑
150mm之间；
[0027]步骤2：启动行走机构，使整体的运行速度控制在2.5
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8m/min，模拟一次行走轨迹，确认运行平稳无障碍后，复位；
[0028]步骤3：打开超声电源，且在待超声辅助机构工作稳定后，打开供气机构，向防水壳体中供气，直至铜管内的水排尽；
[0029]步骤4：输入焊接参数；
[0030]步骤5：依次启动焊接电源和激光发生器，药芯焊丝电弧焊机构的药芯焊丝与焊接工件接触形成回路，产生电弧，激光发生器通过光纤将激光传递到激光头，借助激光头将激光辐射到焊接工件，同时在超声辅助机构的辅助作用下进行湿法焊接；
[0031]步骤6：焊接完毕后，依次关闭行走机构、激光发生器、焊接电源、超声电源和供气机构。
[0032]本专利技术具有以下有益效果：
[0033]通过夹持机构和行走机构调整激光焊接机构和药芯焊丝电弧焊机构至设定的焊接位置，实现激光焊接过程和自保护药芯焊丝电弧焊接过程的耦合，并在超声系统的辅助作用下对水下激光
‑
FCAW复合湿法焊接过程进行调控，达到提高水下湿法焊接接头质量的目的，具体的：
[0034]在焊接过程中，超声振动产生的超声辐射力作用在焊接工件表面的气泡上，延缓
气泡上浮时间，为激光
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FCAW复合焊接提供稳定的气体环境，减少水对激光能量的吸收，提高激光能量的利用率；
[0035]同时，超声作用使气泡上浮频率降低，气泡的扰动作用减弱，导致电弧波动程度降低，进而改善电弧稳定性，并且在超声和激光的协同作用下，使气泡浮力对熔滴过渡的排斥作用减弱，熔滴以平稳的方式发生过渡，有利于提高焊接过程稳定性；
[0036]此外，通过超声振动产生的声流效应可使焊接工件周围的水形成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声辅助水下激光
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FCAW复合湿法焊接装置，其特征在于：包括由激光焊接机构和药芯焊丝电弧焊机构组成的激光
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FCAW复合焊接设备以及超声辅助机构，所述激光焊接机构与所述超声辅助机构同轴设置，用于在焊接过程中，利用超声辅助机构产生的超声辐射力作用在焊接工件表面的气泡上，延缓气泡上浮时间，降低气泡上浮频率，同时使气泡浮力对熔滴过渡的排斥作用减弱，从而提高焊接接头的质量。2.根据权利要求1所述的超声辅助水下激光
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FCAW复合湿法焊接装置，其特征在于：所述激光焊接机构和所述药芯焊丝电弧焊机构分别经夹持机构的设置于行走机构的两端；所述激光焊接机构包括激光头；所述超声辅助机构包括固定于所述激光头前端的防水壳体、由上到下依次固定于所述防水壳体内部的超声换能器和超声变幅杆以及依次与所述超声换能器的轴向内孔和所述超声变幅杆的轴向内孔穿接的铜管，所述铜管与所述激光头同轴布置且与所述焊接工件垂直布置；所述铜管与连接于所述防水壳体上的通气管的一端连通，所述通气管的另一端与供气机构连通。3.根据权利要求2所述的超声辅助水下激光
‑
FCAW复合湿法焊接装置，其特征在于：所述铜管的后端与所述超声换能器的后端平齐，且所述铜管的后端、所述超声换能器的后端与所述防水壳体之间围成充气室，所述充气室与所述通气管连通。4.根据权利要求2所述的超声辅助水下激光
‑
FCAW复合湿法焊接装置，其特征在于：所述超声换能器与超声电源电性连接；所述激光头经光纤与激光发生器相连；所述药芯焊丝电弧焊机构与焊接电源正极电性连接，所述焊接电源负极与所述焊接工件电性连接。5.根据权利要求2所述的超声辅助水下激光
‑
FCAW复合湿法焊接装置，其特征在于：所述药芯焊丝电弧焊机构包括依次与所述夹持机构连接的焊枪、导电杆和导电嘴，药芯焊丝依次穿过所述焊枪和所述导电杆后由所述导电嘴穿出；所述导电嘴的中轴线与所述焊接工件之间的角度为30
°‑
60
°
，所述导电嘴与所述焊接工件之间的垂直距离在10mm
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20mm之间；所述导电嘴前端与所述铜管前端之间的水平距离在5mm
‑
10mm之间。6.根据权利要求2所述的超声辅助水下激光
‑
FCAW复合湿法焊接装置，其特征在于：所述激光头与所述焊接工件之间的垂直距离在300mm
‑
500mm之间；所述超声变幅杆的前端与所述焊接...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建峰，许珍木，占小红，赵艳秋，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：