[发明专利]一种水下焊接装置及方法

说明书

本发明公开一种水下焊接装置，包括激光焊接头、激光清洗头、排水罩、通气口，本发明还提供一种水下焊接方法，将气流通过通气口输入排水罩内，当开口处有气体排出时，将排水罩移到待焊接件处，开口正对待焊接件，排水罩内的水被气体挤压排出后，排水罩与待焊接件之间形成干燥空间；启动激光清洗头和激光焊接头，激光清洗头能够去除待焊接件表面的金属氧化膜和水膜，激光焊接头能够对待焊接件进行焊接。在进行水下焊接时，激光清洗头和激光焊接头一前一后，由前面的激光清洗头对待焊接件表面进行激光清洗，然后激光焊接头运动到清洗后的位置时对该区域进行焊接，不仅可以有效去除金属表面氧化物，还能去除水膜，消除氢源，提高焊接质量。

技术领域

本发明涉及激光加工设备及其周边配套设施技术领域，特别是涉及一种水下焊接装置及方法。

背景技术

进入21世纪以来，随着人口数量爆增，陆地资源储量骤减，生态环境恶化，世界各国纷纷加快了对海洋资源开发利用的步伐。然而，由于受到海洋工程建设及维修等技术条件的限制，目前大量新兴海洋经济产业仅集中在近海领域，在深海领域的发展还比较少。不过可以预见，随着我国经济结构的战略调整，更多适用于深海领域应用的海上工程及大型船舶将逐渐出现，与此相对应的海洋工程结构建设及维修也将大量展开。海上工程及大型船舶由于长期处于阴冷、潮湿的水体环境中，由构件作为阴、阳极物质，水体作为导电溶液的原电池，会对材料进行严重的腐蚀影响，生成金属氧化膜等物质。

金属氧化膜的存在，一方面可能在高温下，分解使得熔池吸氢、吸氧，由于熔池的快速冷却，气体来不及逸出，容易在焊接接头内形成氢气孔。气孔会破坏焊缝金属的致密性，削弱焊缝的有效截面，极大地降低焊缝的力学性能，损害接头的成形效果；另一方面，金属氧化膜可能不分解、不溶于熔体，焊接过程中，浮在熔体表面的氧化皮被破碎并卷入熔体内，留在熔池中形成夹杂。除此之外，氧化膜的结构疏松多孔、易吸收水分、油污等，在这种状态下焊接易引起焊缝气孔率的提高从而影响接头性能。

尽管在水下激光焊接过程中形成了稳定的局部干腔，然而，水对激光焊接的影响并没有完全消除，因为基底浸没在水中，薄层水膜仍然残留在基底表面上。水膜会在高温下产生热分解，导致溶解到焊缝中的氢增加，焊缝含氢量高，易引起裂纹，甚至导致结构的破坏。另外，在水下激光焊接过程的初始阶段，激光束照射在基底区域上，水膜吸收一部分热量，产生了气溶胶粒子，由于气溶胶粒子的吸收和散射效应，导致激光强度的降低，既会影响焊缝成形，也会降低焊接过程的稳定性。

公开号为CN107931872A的中国专利，公开了一种水下激光焊接用排水装置及其使用方法，是现有实现水下局部干法焊接的较为成熟的方案，利用排水罩能够在水下待焊工件表面形成一个稳定的局部干燥空间，但是无法去除工件表面已有的氧化膜等杂质。公开号为CN111872583A的中国专利，公开了一种转角分离式水下激光焊接微型排水装置，将排水罩分为上下两部分，工作时，在下罩体不动的情况下上罩体可以灵活转动，但是仍然无法去除金属氧化膜及水膜，导致焊接质量较差，同时，随着上罩体的运动，焦距随之改变，每次运动后焦距的调节极大降低了焊接效率。

因此，如何改变现有技术中，水下激光焊接过程中金属氧化膜和水膜影响焊接质量的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种水下焊接装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高水下焊接质量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种水下焊接装置，包括激光焊接头、激光清洗头、排水罩、通气口，所述激光焊接头和所述激光清洗头均设置于所述排水罩上，所述激光焊接头和所述激光清洗头分别连接有激光器，所述激光焊接头与所述激光清洗头的激光出射端均伸入所述排水罩内，沿焊接方向，所述激光清洗头位于所述激光焊接头的前方；

所述排水罩具有开口，所述开口正对待焊接件设置，所述通气口设置于所述排水罩上，所述通气口与所述排水罩的内腔相连通，所述通气口能够与外部气源相连通。