自保护药芯焊丝水下焊接装置及工艺的研究

摘要

海底石油与天然气蕴藏丰富，人类对海洋能源的渴求引发了海洋工程的大规模建设，水下焊接的应用也越来越频繁。在海洋的恶劣工况下，提高水下焊接的质量、效率及便利性就成为海洋工程开发的一个重要方面。论文以自保护药芯焊丝应用于水下焊接为研究目标，结合水下焊接的特点，从焊接设备、工装设计与改造以及焊接工艺性研究入手，为建立一套自保护药芯焊丝水下焊接装备打下基础，从而为其应用于水下焊接工程创造条件。　　将自保护药芯焊丝应用于水下焊接，首先要解决设备工装问题，本文拟解决以下两个问题。一是设计水下焊接送丝装置系统，送丝系统以保证操作安全、送丝准确、操作灵活为目标。二是改进设计出适合自保护药芯焊丝局部干法水下焊接的微型排水罩，微型排水罩设计以保证能获得优质焊接质量、良好的焊接适应性和高的服役寿命为目标。本文充分考虑了上述要求后，在对结构设计、送丝方法和控制方式等方面进行探讨和对比的基础上，设计了水下焊接送丝装置系统。为了更好的设计出合适的微型排水罩，在对微型排水罩水下焊接原理、特征、空腔体积大小以及结构材料对比研究论证的基础上，设计出寿命长、焊接质量好、适应性好的微型排水罩。由于微型排水罩空腔体积的重要性，本文提出了通过数学建模来分析空腔体积以及透明罩来模拟研究微型排水罩空腔体积的新方法，具有一定的实践和指导意义。最后应用改进的排水罩并采用自保护药芯焊丝进行一系列浅水、深水焊接试验，通过对焊缝的射线照相、力学性能试验结果分析、对比，得出该微型排水罩水下焊接可以得到接近空气的焊接质量，有着良好的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

华南理工大学学位论文原创性声明及学位论文版权使用授权书

第一章绪论

1.1自保护药芯焊丝

1.1.1自保护药芯焊丝的保护机理

1.1.2自保护药芯焊丝的特点

1.1.3自保护药芯焊丝的研究现状与应用

1.2水下焊接技术的发展

1.2.1水下焊接方法的进展简介

1.2.2水下焊接电弧与冶金的研究进展

1.2.3水下焊接材料的发展与应用

1.2.4水下焊接设备的发展

1.3水下焊接相关技术的发展

1.3.1水下焊接无损检测技术(UWNDT)的发展

1.3.2水下焊接模拟技术的研究进展

1.4课题的选题意义及研究内容

本章小结

第二章水下焊接试验系统

2.1常压浅水焊接试验系统

2.2深水压力舱焊接试验系统

2.3深水实地焊接装置系统设计

2.4试验材料

2.4.1焊接试板

2.4.2焊接材料

本章小结

第三章水下送丝装置的设计

3.1水下送丝装置现状

3.2水下送丝装置的要求

3.3水下送丝装置送丝与控制方式

3.3.1脉动送丝法

3.3.2双曲面滚轮行星式送丝法

3.3.3 PWM控制送丝法

3.3.4模糊控制送丝法

3.4水下送丝装置设计

本章小结：

第四章微型排水罩水下焊接特征分析

4.1微型罩局部干法水下焊接方法

4.1.1微型排水罩局部干法水下焊接原理

4.1.2微型排水罩局部干法水下焊接重要特征参数

4.2自保护药芯焊丝焊接电信号特征分析

4.2.1电流电压波形与分析

4.2.2 U-I波形与分析

4.2.3能量波形与分析

4.2.4动态电阻波形与分析

4.3自保护药芯焊丝电弧形貌分析与模拟

4.3.1空气中焊接电弧形态研究

4.3.2水下焊接电弧形态研究

4.3.3微型排水罩局部干法水下焊接电弧形态研究

本章小结：

第五章微型排水罩的改进设计

5.1微型排水罩改进前结构综述

5.2微型排水罩结构的改进设计

5.2.1微型排水罩材料的选择

5.2.2微型排水罩体积及直径的确定

5.2.3微型排水罩后拖尺寸的确定

5.2.4微型排水罩结构的确定

5.2.5微型排水罩结构的定型设计

5.2.6微型排水罩水下焊接效果验证

5.3微型排水罩空腔体积计算的理论探讨

5.3.1微型排水罩空腔体积的数学建模与分析

5.3.2微型排水罩空腔体积的物理模拟分析

本章小结：

第六章微型排水罩水下焊接实验与结果分析

6.1自保护药芯焊丝焊接工艺特点

6.1.1坡口准备

6.1.2焊接电流

6.1.3电弧电压

6.1.4焊丝干伸长

6.1.5焊接速度

6.1.6焊丝倾斜角

6.2自保护药芯焊丝焊接工艺试验

6.2.1焊接试板标记

6.2.2空气中焊接试验

6.2.3水下湿法焊接试验

6.2.4微型排水罩水下堆焊试验

6.2.5微型排水罩水下对接焊试验

6.3焊接试验结果分析

6.3.1两类药芯焊丝水下焊接工艺性对比分析

6.3.2微型排水罩水下焊缝射线照相分析

6.3.3对接焊缝接头力学性能试验与结果分析

6.3.4焊接接头的硬度分布的测定与分析

本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢