本發(fā)明涉及水下機(jī)器人焊接設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種雙氣流結(jié)構(gòu)局部干法水下機(jī)器人焊接微型排水罩。

背景技術(shù)：

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展、能源戰(zhàn)略的迫切需求，大量的海洋工程建設(shè)和核電站設(shè)備維護(hù)需要在水下焊接作業(yè)。水下焊接作為海洋工程的關(guān)鍵技術(shù)之一，其發(fā)展備受重視。從海上油氣平臺(tái)的安裝建造到海底管線的鋪設(shè)維修，從大型船艦的應(yīng)急修理到核電站乏燃料池修補(bǔ)，水下焊接作業(yè)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

目前水下焊接方法主要有濕法水下焊接、干法水下焊接和局部干法水下焊接等三種方法；其中，濕法水下焊接的成本低，使用方便，但是質(zhì)量較差；干法焊接的設(shè)備復(fù)雜，施工費(fèi)用高，其適應(yīng)的接頭形式有限；局部干法采用微型排水設(shè)備把待焊部位一小塊區(qū)域的水排開從而實(shí)現(xiàn)近似干法焊接效果，綜合了干法焊接的高焊縫質(zhì)量和濕法焊接技術(shù)簡(jiǎn)便易行的優(yōu)點(diǎn)。綜合考慮機(jī)器人焊接的特點(diǎn)和焊縫質(zhì)量，局部干法比較適合水下機(jī)器人焊接。

局部干法焊接主要是靠排水罩通入氣體把水排開進(jìn)而達(dá)到保護(hù)電弧和焊縫的效果，因此排水罩的合理設(shè)計(jì)是水下局部干法焊接的關(guān)鍵所在。在局部干法水下焊接方面，哈爾濱焊接研究所在上世紀(jì)70年代末成功開發(fā)了排水罩式局部干法焊接系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱LD-CO2；華南理工大學(xué)焊接研究所也在上世紀(jì)末開展了局部干法水下焊接的研究，開發(fā)了微型排水罩局部干法水下焊接系統(tǒng)，并采用微型排水閘法進(jìn)行了藥芯焊絲水下焊接的工藝研究。近年來(lái)，北京石油化工學(xué)院也研制成功了局部干法自動(dòng)水下焊接系統(tǒng)，取得了一些研究成果；而南昌大學(xué)也開展了水下機(jī)器人焊接系統(tǒng)的研究。但是，總體而言，國(guó)內(nèi)外局部干法焊接排水罩的尺寸較大，不僅影響焊接機(jī)器人水下焊炬的精確定位，而且工程應(yīng)用局限性很大，對(duì)不同位置的工藝適應(yīng)能力較差，焊接速度較慢，生產(chǎn)效率低。要將局部干法焊接機(jī)器人系統(tǒng)成功應(yīng)用于水下工程作業(yè)，需要設(shè)計(jì)一個(gè)排水效果好、結(jié)構(gòu)合理、尺寸小巧、應(yīng)用靈活的微型排水罩，以便焊接機(jī)器人能夠精確定位以完成優(yōu)質(zhì)的水下焊接工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)與不足，提供一種結(jié)構(gòu)合理、尺寸小巧、應(yīng)用靈活、對(duì)焊接區(qū)域具有良好的排水效果和保護(hù)效果、可提高水下焊接質(zhì)量的雙氣流結(jié)構(gòu)局部干法水下機(jī)器人焊接微型排水罩。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種雙氣流結(jié)構(gòu)局部干法水下機(jī)器人焊接微型排水罩，其特征在于：包括從內(nèi)到外依次設(shè)置的內(nèi)氣罩、外氣罩和擋水套；所述內(nèi)氣罩內(nèi)部形成用于設(shè)置焊炬的焊炬安裝孔；外氣罩與內(nèi)氣罩之間形成呈收斂形的收縮噴管腔體；所述收縮噴管腔體的頂部蓋設(shè)有密封蓋；所述外氣罩連接有至少一個(gè)進(jìn)氣管；進(jìn)氣管的管腔與收縮噴管腔體連通，以實(shí)現(xiàn)壓縮氣體輸入；擋水套與外氣罩連接形成排渣腔體；所述焊炬安裝孔的下部和收縮噴管腔體的下部分別與排渣腔體連通。

本發(fā)明排水罩結(jié)構(gòu)合理，有利于制成小尺寸小體積產(chǎn)品，應(yīng)用靈活；通過(guò)進(jìn)氣管輸入壓縮氣體，壓縮氣體在截面積逐漸縮小的收縮噴管腔體內(nèi)不斷加速，形成高壓氣流，從收縮噴管腔體出口各方向噴射；一方面在焊接區(qū)域周圍形成一個(gè)高挺度的高壓氣幕，將焊接區(qū)域的水排出，另一方面阻止排氣罩外的水進(jìn)入。此外，內(nèi)氣罩內(nèi)流出保護(hù)氣體實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接區(qū)域的進(jìn)一步保護(hù)。通過(guò)這一巧妙設(shè)計(jì)的雙氣流結(jié)構(gòu)，確保了對(duì)焊接區(qū)域排水以及保護(hù)的效果，有利于提高水下焊接質(zhì)量。擋水套安裝在外氣罩外側(cè)，使收縮噴管腔體與水不直接接觸，進(jìn)一步增強(qiáng)排水罩的排水性能，提高對(duì)焊接區(qū)域的保護(hù)能力。擋水套與外氣罩之間留有排渣腔體，為從焊接區(qū)域排出的各種焊渣、雜質(zhì)等提供停留空間，進(jìn)一步提高了水下焊接的質(zhì)量。

優(yōu)選地，所述進(jìn)氣管為兩個(gè)以上；各個(gè)進(jìn)氣管分別與外氣罩連接；各個(gè)進(jìn)氣管分別與收縮噴管腔體相切，以使壓縮氣體進(jìn)入收縮噴管腔體后形成旋轉(zhuǎn)氣流。多路進(jìn)氣管輸入的壓縮氣體經(jīng)匯流后形成螺旋氣流；螺旋氣流經(jīng)過(guò)收縮噴管腔體之后進(jìn)一步加速，形成高壓旋轉(zhuǎn)氣流從收縮噴管腔體出口各方向均勻噴射，可進(jìn)一步提升排水效果，提升對(duì)焊接區(qū)域的保護(hù)效果。由于螺旋氣流的高速旋轉(zhuǎn)，其氣流外側(cè)的壓力高、內(nèi)側(cè)的壓力變小，使得焊接區(qū)域的壓力降低，有效改善焊接電弧隨焊接現(xiàn)場(chǎng)水深增加而趨于收縮的狀況，進(jìn)一步提高了焊接燃弧的成功率和焊接質(zhì)量。

優(yōu)選地，所述收縮噴管腔體的橫截面呈圓環(huán)狀；所述的各個(gè)進(jìn)氣管分別與收縮噴管腔體相切是指，各個(gè)進(jìn)氣管的進(jìn)氣通道與圓環(huán)狀收縮噴管腔體的橫截面外圓相切。

優(yōu)選地，所述的外氣罩與內(nèi)氣罩之間形成收斂形收縮噴管腔體是指，外氣罩從上至下延伸時(shí)逐漸向內(nèi)氣罩靠近形成收斂形收縮噴管腔體。

優(yōu)選地，所述擋水套與外氣罩之間通過(guò)調(diào)節(jié)固定結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)連接；所述調(diào)節(jié)固定結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在擋水套外側(cè)的氣罩外套頭，以及緊固件；所述氣罩外套頭上開設(shè)有長(zhǎng)條形的調(diào)節(jié)槽；緊固件的一端設(shè)置在擋水套中，另一端從調(diào)節(jié)槽中伸出與調(diào)節(jié)槽槽口邊沿相抵實(shí)現(xiàn)固定。調(diào)節(jié)固定結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)擋水套的高度和水平狀態(tài)。

優(yōu)選地，所述內(nèi)氣罩包括內(nèi)氣罩本體和頂設(shè)部；所述頂設(shè)部連接在內(nèi)氣罩本體的頂端，且頂設(shè)部凸出于內(nèi)氣罩本體的外側(cè)；所述密封蓋包括中部帶有通孔的蓋板，以及分別設(shè)置在蓋板內(nèi)沿和外沿的內(nèi)側(cè)邊和外側(cè)邊；所述外側(cè)邊設(shè)置在外氣罩的外側(cè)；所述蓋板內(nèi)沿與頂設(shè)部的下端面相貼合；所述內(nèi)側(cè)邊貼合在內(nèi)氣罩本體的外側(cè)。該設(shè)計(jì)的好處是，密封蓋可穩(wěn)固地設(shè)置在收縮噴管腔體的頂部，防止壓縮氣體形成的高壓使密封蓋松脫而導(dǎo)致密封失效。

優(yōu)選地，所述密封蓋與外氣罩之間設(shè)有密封墊圈一；所述密封蓋與內(nèi)氣罩之間設(shè)有密封墊圈二；可加強(qiáng)排水罩的氣密性，防止氣體從頂部排出而影響排水效果。

優(yōu)選地，所述焊炬安裝孔孔壁設(shè)有用于安裝焊炬的內(nèi)螺紋。

優(yōu)選地，所述擋水套是指由柔性耐高溫復(fù)合材料制成的擋水套。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：

1、更好的排水與保護(hù)效果：本發(fā)明采用獨(dú)立可調(diào)的雙氣流保護(hù)與排水方式，在雙層氣流的內(nèi)氣罩和外氣罩之間形成收縮噴管腔體，利用這一結(jié)構(gòu)巧妙的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣及螺旋噴射氣流；每層氣流均可獨(dú)立調(diào)節(jié)，極大地增強(qiáng)了雙氣流排水的靈活性；旋轉(zhuǎn)氣流經(jīng)收縮噴管腔體壓縮之后加速，沿著內(nèi)氣罩的外圈高速噴射出去而形成高壓氣簾，有效的將水從焊接區(qū)域排開和隔離，顯著提高了排水能力和焊縫保護(hù)效果；

2、水下焊接電弧更易穩(wěn)定：外層旋轉(zhuǎn)氣流經(jīng)過(guò)收縮噴管腔體之后形成高速高壓的旋轉(zhuǎn)氣流從內(nèi)氣罩的外圈噴射出去；由于旋轉(zhuǎn)氣流的外側(cè)壓力高、內(nèi)側(cè)的壓力低，使得處于外層氣流內(nèi)側(cè)的焊接區(qū)域的壓力降低，從而減弱了水深對(duì)電弧的壓縮作用，使得水下焊接電弧更易于自由擴(kuò)展，電弧更為穩(wěn)定；

3、工藝適應(yīng)性更好：本發(fā)明首次在收縮噴管腔體氣簾外加套柔性耐高溫復(fù)合材料擋水套；該擋水套與外氣罩柔性接觸，形成相對(duì)密閉的空間，更易于實(shí)現(xiàn)焊接區(qū)域與水的有效隔離，進(jìn)一步加強(qiáng)了排水保護(hù)效果；擋水套與外氣罩之間形成了相對(duì)封閉的區(qū)域，為水下焊接過(guò)程產(chǎn)生的焊渣、雜質(zhì)等提供了排放空間，從而提高了焊縫成形質(zhì)量；擋水套可能根據(jù)實(shí)際焊接位置需求靈活剪裁，可以適應(yīng)水下平焊、立焊、角焊、坡口焊等多位置水下焊接工藝需求，適用范圍更寬；

4、更適合機(jī)器人焊接：本發(fā)明排水罩整體為空腔結(jié)構(gòu)，重量小，有標(biāo)準(zhǔn)焊炬安裝接口，可直接安裝在機(jī)器人焊炬端部；排水罩的體積非常小巧，具有良好的工藝可達(dá)性，易于定位，非常適合機(jī)器人焊接。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明排水罩的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明排水罩的縱向剖面圖；

圖3是本發(fā)明排水罩的橫向剖面圖；

圖4是實(shí)施例二排水罩的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1為密封墊圈一、2為密封墊圈二、3為焊炬安裝孔、4為焊炬與內(nèi)氣罩之間的密封墊圈、5為內(nèi)氣罩、5.1為頂設(shè)部、5.2為內(nèi)氣罩本體、6為密封蓋、6.1為外側(cè)邊、6.2為蓋板、6.3為內(nèi)側(cè)邊、7為進(jìn)氣管、8為緊固件、9為調(diào)節(jié)槽、10為氣罩外套頭、11為外氣罩、12為擋水套、13為收縮噴管腔體。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

實(shí)施例一

如圖1～圖3所示，本實(shí)施例雙氣流結(jié)構(gòu)局部干法水下機(jī)器人焊接微型排水罩，包括從內(nèi)到外依次設(shè)置的內(nèi)氣罩5、外氣罩11和擋水套12。內(nèi)氣罩5內(nèi)部形成用于設(shè)置焊炬的焊炬安裝孔3；焊炬安裝孔3孔壁設(shè)有用于安裝焊炬的內(nèi)螺紋。外氣罩11與內(nèi)氣罩5之間形成呈收斂形的收縮噴管腔體13；收縮噴管腔體13的頂部蓋設(shè)有密封蓋6；外氣罩11連接有四個(gè)進(jìn)氣管7；各個(gè)進(jìn)氣管7的管腔分別與收縮噴管腔體13連通，以實(shí)現(xiàn)壓縮氣體輸入。擋水套12由柔性耐高溫復(fù)合材料制成。擋水套12與外氣罩11連接形成排渣腔體；焊炬安裝孔3的下部和收縮噴管腔體13的下部分別與排渣腔體連通。

本發(fā)明排水罩結(jié)構(gòu)合理，有利于制成小尺寸小體積產(chǎn)品，應(yīng)用靈活；通過(guò)進(jìn)氣管7輸入壓縮氣體，壓縮氣體在截面積逐漸縮小的收縮噴管腔體13內(nèi)不斷加速，形成高壓氣流，從收縮噴管腔體13出口各方向噴射；一方面在焊接區(qū)域周圍形成一個(gè)高挺度的高壓氣幕，將焊接區(qū)域的水排出，另一方面阻止排氣罩外的水進(jìn)入。此外，內(nèi)氣罩5內(nèi)流出保護(hù)氣體實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接區(qū)域的進(jìn)一步保護(hù)。通過(guò)這一巧妙設(shè)計(jì)的雙氣流結(jié)構(gòu)，確保了對(duì)焊接區(qū)域排水以及保護(hù)的效果，有利于提高水下焊接質(zhì)量。擋水套12安裝在外氣罩11外側(cè)，使收縮噴管腔體13與水不直接接觸，進(jìn)一步增強(qiáng)排水罩的排水性能，提高對(duì)焊接區(qū)域的保護(hù)能力。擋水套12與外氣罩11之間留有排渣腔體，為從焊接區(qū)域排出的各種焊渣、雜質(zhì)等提供停留空間，進(jìn)一步提高了水下焊接的質(zhì)量。

本實(shí)施例中，進(jìn)氣管為四個(gè)；實(shí)際應(yīng)用中，進(jìn)氣管可以為一個(gè)，也可以為兩個(gè)以上。優(yōu)選的方案是，進(jìn)氣管為兩個(gè)以上，各個(gè)進(jìn)氣管7分別與收縮噴管腔體13相切，以使壓縮氣體進(jìn)入收縮噴管腔體13后形成旋轉(zhuǎn)氣流。具體地說(shuō)，收縮噴管腔體13的橫截面呈圓環(huán)狀；各個(gè)進(jìn)氣管7的進(jìn)氣通道與圓環(huán)狀收縮噴管腔體13的橫截面外圓相切。多路進(jìn)氣管7輸入的壓縮氣體經(jīng)匯流后形成螺旋氣流；隨著收縮噴管腔體13的內(nèi)徑逐漸縮小，螺旋氣流逐漸加速，在收縮噴管腔體13出口處速度達(dá)到最大，之后高壓旋轉(zhuǎn)氣流從收縮噴管腔體13出口各方向均勻噴射形成一層穩(wěn)定的氣幕，可進(jìn)一步提升排水效果，提升對(duì)焊接區(qū)域的保護(hù)效果。由于螺旋氣流的高速旋轉(zhuǎn)，其氣流外側(cè)的壓力高、內(nèi)側(cè)的壓力變小，使得焊接區(qū)域的壓力降低，有效改善焊接電弧隨焊接現(xiàn)場(chǎng)水深增加而趨于收縮的狀況，進(jìn)一步提高了焊接燃弧的成功率和焊接質(zhì)量。

外氣罩11從上至下延伸時(shí)逐漸向內(nèi)氣罩5靠近形成收斂形收縮噴管腔體13。外氣罩11內(nèi)壁面的曲線可由維氏公式計(jì)算得到。

擋水套12與外氣罩11之間通過(guò)調(diào)節(jié)固定結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)連接；調(diào)節(jié)固定結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在擋水套12外側(cè)的氣罩外套頭10，以及緊固件8；氣罩外套頭10上開設(shè)有長(zhǎng)條形的調(diào)節(jié)槽9；緊固件8的一端設(shè)置在擋水套12中，另一端從調(diào)節(jié)槽9中伸出與調(diào)節(jié)槽9槽口邊沿相抵實(shí)現(xiàn)固定。調(diào)節(jié)固定結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)擋水套12的高度和水平狀態(tài)。

內(nèi)氣罩5包括內(nèi)氣罩本體5.2和頂設(shè)部5.1；頂設(shè)部5.1連接在內(nèi)氣罩本體5.2的頂端，且頂設(shè)部5.1凸出于內(nèi)氣罩本體5.2的外側(cè)；密封蓋6包括中部帶有通孔的蓋板6.2，以及分別設(shè)置在蓋板6.2內(nèi)沿和外沿的內(nèi)側(cè)邊6.3和外側(cè)邊6.1；外側(cè)邊6.1設(shè)置在外氣罩11的外側(cè)；蓋板6.2內(nèi)沿與頂設(shè)部5.1的下端面相貼合；內(nèi)側(cè)邊6.3貼合在內(nèi)氣罩本體5.2的外側(cè)。該設(shè)計(jì)的好處是，密封蓋6可穩(wěn)固地設(shè)置在收縮噴管腔體13的頂部，防止壓縮氣體形成的高壓使密封蓋6松脫而導(dǎo)致密封失效。

密封蓋6與外氣罩11之間設(shè)有密封墊圈一1；密封蓋6與內(nèi)氣罩5之間設(shè)有密封墊圈二2；可加強(qiáng)排水罩的氣密性，防止氣體從頂部排出而影響排水效果。

本發(fā)明具有如下好處：

1、更好的排水與保護(hù)效果：本發(fā)明采用獨(dú)立可調(diào)的雙氣流保護(hù)與排水方式，在雙層氣流的內(nèi)氣罩和外氣罩之間形成收縮噴管腔體，利用這一結(jié)構(gòu)巧妙的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣及螺旋噴射氣流；每層氣流均可獨(dú)立調(diào)節(jié)，極大地增強(qiáng)了雙氣流排水的靈活性；旋轉(zhuǎn)氣流經(jīng)收縮噴管腔體壓縮之后加速，沿著內(nèi)氣罩的外圈高速噴射出去而形成高壓氣簾，有效的將水從焊接區(qū)域排開和隔離，顯著提高了排水能力和焊縫保護(hù)效果；

2、水下焊接電弧更易穩(wěn)定：外層旋轉(zhuǎn)氣流經(jīng)過(guò)收縮噴管腔體之后形成高速高壓的旋轉(zhuǎn)氣流從內(nèi)氣罩的外圈噴射出去；由于旋轉(zhuǎn)氣流的外側(cè)壓力高、內(nèi)側(cè)的壓力低，使得處于外層氣流內(nèi)側(cè)的焊接區(qū)域的壓力降低，從而減弱了水深對(duì)電弧的壓縮作用，使得水下焊接電弧更易于自由擴(kuò)展，電弧更為穩(wěn)定；

3、工藝適應(yīng)性更好：本發(fā)明首次在收縮噴管腔體氣簾外加套柔性耐高溫復(fù)合材料擋水套；該擋水套與外氣罩柔性接觸，形成相對(duì)密閉的空間，更易于實(shí)現(xiàn)焊接區(qū)域與水的有效隔離，進(jìn)一步加強(qiáng)了排水保護(hù)效果；擋水套與外氣罩之間形成了相對(duì)封閉的區(qū)域，為水下焊接過(guò)程產(chǎn)生的焊渣、雜質(zhì)等提供了排放空間，從而提高了焊縫成形質(zhì)量；擋水套可能根據(jù)實(shí)際焊接位置需求靈活剪裁，可以適應(yīng)水下平焊、立焊、角焊、坡口焊等多位置水下焊接工藝需求，適用范圍更寬；

4、更適合機(jī)器人焊接：本發(fā)明排水罩整體為空腔結(jié)構(gòu)，重量小，有標(biāo)準(zhǔn)焊炬安裝接口，可直接安裝在機(jī)器人焊炬端部；排水罩的體積非常小巧，具有良好的工藝可達(dá)性，易于定位，非常適合機(jī)器人焊接。

實(shí)施例二

本實(shí)施例雙氣流結(jié)構(gòu)局部干法水下機(jī)器人焊接微型排水罩，如圖4所示，應(yīng)用于水下角焊。水下角焊時(shí)，工件相互垂直，擋水套12根據(jù)實(shí)際要求裁剪成V字形以適應(yīng)實(shí)際工程應(yīng)用。本實(shí)施例的其余結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一相同。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。