專利名稱：水下鋼結(jié)構(gòu)裂紋摩擦疊焊修復(fù)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種水下焊接修復(fù)設(shè)備，尤其是實M^接的固態(tài)焊接設(shè)備。
背景技術(shù)：
摩擦雜是在壓力作用下，通過待焊界面的摩#^吏界面及其附^度升高， 材料的變形抗力降低、塑性提高、界面的氧^JI破碎，伴l^材料產(chǎn)生塑性變形
與流動，通過界面上的擴^u^再結(jié)晶冶金反應(yīng)而實現(xiàn)連接的固態(tài)焊接方法。摩擦 焊接4^接頭質(zhì)量高、適合異種材料的連接、生產(chǎn)效率高、尺寸精度高、設(shè)備易
于枳^^化自動化、夠免清潔等突出優(yōu)點。特別地，對于電弧;tf^應(yīng)用困難的某些 場合，例如水下鋼結(jié)構(gòu)修復(fù)，屬于固相焊接的摩擦,^^獨特的環(huán)^it應(yīng)優(yōu)勢。
可供選擇的水下連接方法分為3類，即積^i接器、電弧焊接和固相焊接。 才;1*€接器結(jié)構(gòu)簡單、相對《更宜、安^itJL連"^質(zhì)量與7JC深無關(guān)，但是其長期 可靠性這"^t感問題的依然存在使得其應(yīng)用受到P艮制。電弧焊接分為濕式烀接、 局部干式焊接、干式高壓焊接和干式常壓焊接。濕式焊接、局部干式焊##頭質(zhì) 量較低，通常用于淺水、非重要結(jié)構(gòu)修復(fù)。干式高壓焊接可以獲得高質(zhì)量的焊縫， 目前廣泛應(yīng)用的水下干式維修系統(tǒng)采用^1式鴒極氬弧焊接，但:是因為電孤穂、定 性降低，通常用于300m水深以淺。鴒極氬弧萍接的變異方式等離子弧焊接以;5Jt 化極氣體保護焊接可以實現(xiàn)1000m水深以深壓力下的焊接，但是，實施成本高昂、 難以實現(xiàn)全自動化，并且難以應(yīng)用于海底管道之外的海洋平臺等其它鋼結(jié)構(gòu)的維 修。干式常壓焊接則比干式高壓焊接的成本更高，難以推廣應(yīng)用。屬于固相焊接 的爆炸焊接，因為對于實施安全性的擔心，未能推廣應(yīng)用。同樣屬于固相焊接的 摩擦焊接，則在海洋工程之中得到了比較廣泛的應(yīng)用，例如，摩擦^^i殳備在 水下遙控機器人的支持下，完成了水深接近400米的海底立管陽極附件焊接。但 是，這種摩擦燼接只能完成類似螺柱連接的簡單任務(wù)，不能完成海底管道破損、 海洋平臺裂紋的修復(fù)等復(fù)雜任務(wù)。
截止1998年時4na:界就已經(jīng)有6500多^M^洋油氣平臺，我閨也64"M 海洋石油鏑結(jié)構(gòu)上百座。因為已探明世界石油儲量的8OW以上的水深超過50Om,因 此深水(300~ 1500m)、超深水Ol500ai)油氣資源開采必將成為世界海洋石油工業(yè)
;Ol的趨勢。由于受到波、浪、流、水等的交變變載荷作用，這些海洋石油鋼結(jié) 構(gòu)尤其是平臺的水下管式樁基等部位不可^地會出現(xiàn)各種疲勞裂紋。
對于平臺式水下管式樁基的裂紋，目前采用的水下修^復(fù)4支術(shù)在應(yīng)用時都存在 一些問題W^接器不僅其水下應(yīng)用的長期可靠性問題一直沒有消除，而M 平臺裂紋附近的準確就位和安裝非常困難；濕式焊接、局部干式焊接，通常只應(yīng) 用于60 m以淺水域；干式高壓焊接可以獲得高質(zhì)量的接頭，但是當水深達到300m 時電弧難以穩(wěn)定，特別是因為鋼結(jié)構(gòu)與規(guī)則的海底管道不同，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且 作業(yè)空間受到很大P艮制，需要采用一系列組裝的高壓焊皿包圍待焊鋼結(jié)構(gòu)，整
套系統(tǒng)非常復(fù)雜、安裝費時、費用極高。
為了降低水下維修作業(yè)成本、提高修復(fù)質(zhì)量，特別是適應(yīng)海洋石油開發(fā)已經(jīng) it^^深 m的需要，本實用新型提出了水下鋼結(jié)構(gòu)裂^t擦疊焊這種新型i殳備。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)背景技術(shù)所述，本實用新型的目的在于提供一種水下鋼結(jié)構(gòu)裂^tf擦疊 焊修復(fù)設(shè)備，包括水下的摩擦主軸頭，水下攝像裝置和水下遙控機器人，位于水 面上的液壓動力系統(tǒng)，電控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，通過監(jiān)視器監(jiān)^L^擦疊焊的
修復(fù)過程。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型是通過以下4支術(shù)方案來實現(xiàn)的 一種水下鋼結(jié)構(gòu)裂^擦疊焊修復(fù)設(shè)備，主要包括位于水下的摩擦主軸頭 (5 )、水下IMt^手(6 )、自動刀庫(7 )、換刀機構(gòu)(8)和水下遙控機器人(9 )， 以及位于7jc上的液壓動力系統(tǒng)，電控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其中水下遙控機器 人(9)通過滑動固定座(92)固定在待修裂紋附近位置合適的鋼梁上，并可沿鋼 梁前后滑動，并由水下遙控機器人(9) ^^控水下^^作才貞手(6 )、自動刀庫(7) 和換刀補(8)，自動刀庫(7)裝儲有鉆頭、塞棒、鋼刷、砂錄、探傷儀等，換 刀機構(gòu)(8)在電控系統(tǒng)(10)程序控制下，通過水下遙控機器人(9)和換刀機 構(gòu)(8)為水下操作M手(6)進行工具拆卸、裝卡，摩擦主軸頭(5)安裝在水 下操作才W成手(6)上，水下遙控機器人(9)上還設(shè)置有工作燈(91 )，液壓驅(qū)動 的摩擦主軸頭(5)安#水下《*作 ^手(6)上。
由于采用了上述技術(shù)方案，本實用新型具有如下優(yōu)點和效果
1、 本實用新型摩擦主軸頭采用高壓力液壓缸、大流量液壓馬達驅(qū)動，能夠 滿^S棒熔融所需要的大軸向力和高^i4要求。
2、 本實用新型庫擦主軸頭的密封i殳計，〗吏得摩擦主軸頭能夠用于水下。
3、 本實用新型邇過更換夾具，既可以用于平板焊接，也可以用于管道焊接， 平板焊接采用液壓油釭驅(qū)動移動滑臺實現(xiàn)單元過勸目互搭接，管道焊接^^用手輪 旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)單元過禾1^互##。
4、 本實用新型設(shè)計了配套水槽，操作時工件、塞棒沒于水中，可以進行水下 摩擦疊焊。
5、 本實用新型實驗裝置采用計算M序自動控制，操作、記錄方便。

圖1為本實用新型水下鋼結(jié)構(gòu)裂紋修復(fù)設(shè)備總體結(jié)構(gòu)示意圖 M實施方式
一種水下鋼結(jié)構(gòu)裂^f擦疊伴修復(fù)設(shè)備，主要包括位于水下的摩擦主軸頭5、 水下操作才械手6、自動刀庫7、換刀機構(gòu)8和水下遙控機器人9，以及位于水上的 液壓動力系統(tǒng)，電控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其中水下遙控機器人9通過滑動固定 座92固定在待修裂紋附近位置合適的鋼梁上，并可沿鋼梁前后滑動，通過滑動座 102固定有水下遙控機器人10，在其上設(shè)置有水下攝像裝置9，并由7jc下遙控機器 人9操控水下,才/l^手6、自動刀庫7和換刀機構(gòu)8，自動刀庫7裝儲有鉆頭、塞棒、 鋼刷、砂輪、探傷儀等，換刀機構(gòu)8在電控系統(tǒng)10程序控制下，通過水下遙控機器 人9和換刀機構(gòu)8為水下操作Wfe手6進行工具拆卸、裝卡，摩擦主軸頭5安裝在水 下^ft4;L^手6上，水下遙控機器人9上還設(shè)置有工作燈91，液壓驅(qū)動的摩擦主軸 頭5安裝在水下^l作;l^手6上，其主^i殳計指標為工作水深〉1000m，最大軸向壓 力〉2T,最高轉(zhuǎn)速〉4700rpm,最大扭矩不〈50N.m，塞棒直徑(10~20)咖，待 修結(jié)構(gòu)厚度〉40咖，焊接it^為(40- 120)咖/min;電控系統(tǒng)的人機界面實時顯示 和控制焊接軸向壓力、旋#^、插Aii^等焊接工藝M，并通過監(jiān)視器監(jiān)視 摩擦疊將復(fù)過程。
另知，本實用新型設(shè)計的摩擦疊焊修復(fù)設(shè)備進行水下鋼結(jié)構(gòu)裂紋修復(fù)作業(yè)的
典型過程
(1) 水下遙控機器人9^X水下工作場M^后，通過滑動固定座92固定在 待修裂紋附近位置合適的鋼梁上，并自行完成在鋼結(jié)構(gòu)之上的三維,和固定。
(2) 從自動刀庫7中取出鋼刷，通過換刀^) 8作為水下IMtW^手清理 裂^面的工具。
(3 )水下操作W^手6以鉆頭為工具預(yù)鉆焊孔11。
(4) 換刀機構(gòu)8為水下IMt;W^手卸下鉆頭、安^S^ 2,摩擦主軸頭5高 速旋轉(zhuǎn)并下降，完成單元成型。
(5) 電控系統(tǒng)控制引導水下##^手6,裂紋，在新的合適位置，開始 下一個單元過程。
再知，自動刀庫7為水下lJMt^手6存放了裂紋修復(fù)所需的鋼刷、鉆頭、
塞棒、砂輪、探傷儀等。換刀^8在電控系統(tǒng)程序控制下，按照工序需要為水 下##才械手6進行工絲卸、裝卡。
塞棒2形狀和單元過程的相互^#形式影響著焊接質(zhì)量，塞棒2可以是圓柱 形，也可以是圓錐形。
權(quán)利要求1、一種水下鋼結(jié)構(gòu)裂紋摩擦疊焊修復(fù)設(shè)備，主要包括位于水下的摩擦主軸頭(5)、水下操作機械手(6)、自動刀庫(7)、換刀機構(gòu)(8)和水下遙控機器人(9)，以及位于水上的液壓動力系統(tǒng)，電控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于水下遙控機器人(9)通過滑動固定座(92)固定在待修裂紋附近位置合適的鋼梁上，并可沿鋼梁前后滑動，并由水下遙控機器人(9)操控水下操作機械手(6)、自動刀庫(7)和換刀機構(gòu)(8)，自動刀庫(7)裝儲有鉆頭、塞棒、鋼刷、砂輪、探傷儀等，換刀機構(gòu)(8)在電控系統(tǒng)(10)程序控制下，通過水下遙控機器人(9)和換刀機構(gòu)(8)為水下操作機械手(6)進行工具拆卸、裝卡，摩擦主軸頭(5)安裝在水下操作機械手(6)上，水下遙控機器人(9)上還設(shè)置有工作燈(91)，液壓驅(qū)動的摩擦主軸頭(5)安裝在水下操作機械手(6)上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其特征在于塞棒的形狀是圃柱形或圃錐形。
專利摘要一種水下鋼結(jié)構(gòu)裂紋摩擦疊焊修復(fù)設(shè)備，提供一種采用摩擦疊焊方法的水下鋼結(jié)構(gòu)裂紋修復(fù)設(shè)備，水下主要有摩擦主軸頭(5)，水下操作機械手(6)，自動刀庫(7)，換刀機構(gòu)(8)，和水下遙控機器人(9)，水上主要有液壓動力系統(tǒng)，電控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。采用本實用新型的設(shè)備焊接質(zhì)量優(yōu)秀，設(shè)備簡單，可靠易行，成本低廉，使用維護修理簡易。
文檔編號B23K20/12GK201055938SQ20072000519
公開日2008年5月7日 申請日期2007年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月16日
發(fā)明者周燦豐, 焦向東, 龍 薛, 陳家慶, 輝 高 申請人:北京石油化工學院