本技术介绍了一种结合超声波技术的水下电弧焊接设备及其操作流程,该设备由焊接枪、耦合装置和超声波辅助系统组成。焊接枪由第一管、第二管和连接件构成,第二管末端配备导电喷嘴,连接件固定于第一管上。
背景技术
海洋资源开发、跨海交通设施、船舶海工装备的建造以及国防建设等大大加速了离岸工程结构/海洋工程结构的需求,在水下现场进行焊接已是大势所趋。相较于干法等需要建造排水设施封闭住焊接区域的水下焊接工艺,水下湿法焊接直接在水下引弧,利用焊丝药芯成分受热造气以及水的气化形成动态的笼罩电弧的气泡,维持电弧燃烧。该工艺具有显著的成本和适应性优势,在大规模应用的背景下具有相对最佳的应用前景。
然而,在该焊接过程中,焊丝和工件直接置于水中,电弧燃烧和填充材料向焊缝的过渡(熔滴过渡)在主要由药芯造气剂和水不断发生受热分解、蒸发或反应形成的气泡内进行。受不稳定存在及形态不断变化的气泡影响,电弧的导电位置、电压和电流不稳定,并存在频繁的熄弧现象。气泡上浮时,可能产生缩颈,进而上浮的气体和下方新产生的气体团分离并继续上浮,留下一个较小的新气泡笼罩电弧和熔滴,缩颈、分离过程可能导致电弧的不稳定存在。由于受到气流等阻力影响,使得熔滴以大滴排斥或不规则短路过渡的方式进行过渡,熔滴尺寸较大且频率较低,下落轨迹呈现随机、非轴向形态,导致熔滴过渡不稳定、产生很多飞溅以及焊缝出现不对称、不均匀的现象,焊缝及热影响区的组织性能偏离预期,影响了焊接质量。
水下湿法焊接的熔滴主要受到气泡内气体拖拽力和电弧力的排斥而导致其难以自由下落,被迫长大至较大尺寸甚至被排斥偏离焊丝轴线。专利号CN202310120306.X公开了一种超声辅助水下激光-FCAW复合湿法焊接装置,利用超声辅助机构产生的超声辐射力作用在焊接工件表面的气泡上,延缓气泡上浮时间,降低气泡上浮频率,同时使气泡浮力对熔滴过渡的排斥作用减弱,从而提高焊接接头的质量。但是,超声振动在跨介质传播时,如果界面两侧介质的声学特性(声阻抗或声速)相差过大,则大部分超声会被反射(超声传播公式),因此上述技术仅仅在水体中传播超声,对气泡内的电弧和熔滴仅能做到间接调控,无法实现对熔滴的直接调控。
实现思路