水下局部干法焊接机器人局部罩湍流气体的数值模拟及焊接工艺研究

摘要

水下焊接机器人在水下焊接和焊接修复中起着不可替代的作用,越来越多的发达国家把目光转向矿藏丰富的海洋,海洋能源开采平台的建设离不开水下焊接技术和水下焊接自动化的支持。水下焊接过程不同于陆地上的焊接过程,焊缝承受水下高压和焊接熔池急剧冷却、机器人自身结构、观察舱和跟踪CCD等多个因素影响。本文对水下焊接机器人焊接功能、外置送丝机盒的配置、局部罩内的高压气流场进行了数值模拟研究,并对影响焊接质量的焊接工艺参数如水下焊接环境、焊接电流、焊接电压、焊接机器人行走速度、高压气流量、保护气流量、干伸长、导丝管直径和不同种类的焊丝进行了研究。
　　 南昌大学和清华大学合作开发了焊接机器人软件和硬件,对焊接机器人各个部件、对其可能产生的问题和机器人相关水下功能进行了研究,在实验室搭建了水下焊接试验平台,并在长江深水中实地进行了水下焊接试验。
　　 设计了水下焊接用的圆形和矩形结构的局部排气罩,分别对两种局部排气罩的优缺点进行对比,提出了进一步的修改方案。
　　 实验表明高压气和焊接保护气对电弧影响较大,对整个局部排气罩的高压气和高压保护气流动情况进行了数值模拟,研究了高压气和保护气的流动规律,对焊接工艺参数的选用奠定了基础。
　　 研究了水下焊接工艺参数的影响因素,分析了各种工艺参数对焊接产生的影响。对三种焊丝和两种导丝管进行了水下焊接实验,研究了不同焊丝直径和导丝管对焊接的影响。
　　 实验结果表明水下焊接机器人能够实现现场水下焊接,可以为我国未来海上大型构件的开发和修复提供焊接技术支持。