專利名稱：水下鋼結構裂紋摩擦疊焊修復設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種水下焊接修復設備，尤其是實M^接的固態焊接設備。
背景技術：
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^材料產生塑性變形
與流動，通過界面上的擴^u^再結晶冶金反應而實現連接的固態焊接方法。摩擦 焊接4^接頭質量高、適合異種材料的連接、生產效率高、尺寸精度高、設備易
于枳^^化自動化、夠免清潔等突出優點。特別地，對于電弧;tf^應用困難的某些 場合，例如水下鋼結構修復，屬于固相焊接的摩擦,^^獨特的環^it應優勢。
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*€接器結構簡單、相對《更宜、安^itJL連"^質量與7JC深無關，但是其長期 可靠性這"^t感問題的依然存在使得其應用受到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 量較低，通常用于淺水、非重要結構修復。干式高壓焊接可以獲得高質量的焊縫， 目前廣泛應用的水下干式維修系統采用^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1000m水深以深壓力下的焊接，但是，實施成本高昂、 難以實現全自動化，并且難以應用于海底管道之外的海洋平臺等其它鋼結構的維 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，不能完成海底管道破損、 海洋平臺裂紋的修復等復雜任務。
截止1998年時4na:界就已經有6500多^M^洋油氣平臺，我閨也64"M 海洋石油鏑結構上百座。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
;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 構尤其是平臺的水下管式樁基等部位不可^地會出現各種疲勞裂紋。
對于平臺式水下管式樁基的裂紋，目前采用的水下修^復4支術在應用時都存在 一些問題W^接器不僅其水下應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 用于60 m以淺水域；干式高壓焊接可以獲得高質量的接頭，但是當水深達到300m 時電弧難以穩定，特別是因為鋼結構與規則的海底管道不同，不僅結構復雜而且 作業空間受到很大P艮制，需要采用一系列組裝的高壓焊皿包圍待焊鋼結構，整
套系統非常復雜、安裝費時、費用極高。
為了降低水下維修作業成本、提高修復質量，特別是適應海洋石油開發已經 it^^深 m的需要，本實用新型提出了水下鋼結構裂^t擦疊焊這種新型i殳備。
發明內容
根據背景技術所述，本實用新型的目的在于提供一種水下鋼結構裂^tf擦疊 焊修復設備，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，電控系統和數據采集系統等，通過監視器監^L^擦疊焊的
修復過程。
為了實現上述目的，本實用新型是通過以下4支術方案來實現的 一種水下鋼結構裂^擦疊焊修復設備，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(8)和水下遙控機器人(9 )， 以及位于7jc上的液壓動力系統，電控系統和數據采集系統，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(8)在電控系統(10)程序控制下，通過水下遙控機器人(9)和換刀機 構(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)上還設置有工作燈(91 )，液壓驅動 的摩擦主軸頭(5)安#水下《*作 ^手(6)上。
由于采用了上述技術方案，本實用新型具有如下優點和效果
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動移動滑臺實現單元過勸目互搭接，管道焊接^^用手輪 旋轉實現單元過禾1^互##。
4、 本實用新型設計了配套水槽，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構裂紋修復設備總體結構示意圖 M實施方式
一種水下鋼結構裂^f擦疊伴修復設備，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8和水下遙控機器人9，以及位于水上的 液壓動力系統，電控系統和數據采集系統，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8在電控系統10程序控制下，通過水下遙控機器 人9和換刀機構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上還設置有工作燈91，液壓驅動的摩擦主軸 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,最高轉速〉4700rpm,最大扭矩不〈50N.m，塞棒直徑(10~20)咖，待 修結構厚度〉40咖，焊接it^為(40- 120)咖/min;電控系統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，并通過監視器監視 摩擦疊將復過程。
另知，本實用新型設計的摩擦疊焊修復設備進行水下鋼結構裂紋修復作業的
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，并自行完成在鋼結構之上的三維,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以鉆頭為工具預鉆焊孔11。
(4) 換刀機構8為水下IMt;W^手卸下鉆頭、安^S^ 2,摩擦主軸頭5高 速旋轉并下降，完成單元成型。
(5) 電控系統控制引導水下##^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存放了裂紋修復所需的鋼刷、鉆頭、
塞棒、砂輪、探傷儀等。換刀^8在電控系統程序控制下，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^#形式影響著焊接質量，塞棒2可以是圓柱 形，也可以是圓錐形。
權利要求1、一種水下鋼結構裂紋摩擦疊焊修復設備，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(8)和水下遙控機器人(9)，以及位于水上的液壓動力系統，電控系統和數據采集系統，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(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(8)在電控系統(10)程序控制下，通過水下遙控機器人(9)和換刀機構(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)上還設置有工作燈(91)，液壓驅動的摩擦主軸頭(5)安裝在水下操作機械手(6)上。
2、 根據權利要求l所述的設備，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構裂紋摩擦疊焊修復設備，提供一種采用摩擦疊焊方法的水下鋼結構裂紋修復設備，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(8)，和水下遙控機器人(9)，水上主要有液壓動力系統，電控系統和數據采集系統等。采用本實用新型的設備焊接質量優秀，設備簡單，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 優先權日2007年2月16日
發明者周燦豐, 焦向東, 龍 薛, 陳家慶, 輝 高 申請人:北京石油化工學院