60000字硕士毕业论文水下局部排气罩跟踪焊接试验及工艺研究

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：60000字

论点：水下,焊接,局部

论文概述：

本文以深水焊接机器人相关设备和局部排气罩为对象，研究了水下高压环境下局部排气罩内气流的数值模拟以及高压环境下（深水15米）采用不同局部排气罩的焊接工艺，并对高压环境下高压排

论文正文：

第一章导言

地球的海洋面积超过3亿平方公里。海洋富含石油、稀有元素、核能元素、鱼类、矿藏、可食用植物和其他能够满足人类生存的生物物质。自1970年代以来，许多沿海国家加快了海洋发展的步伐，海洋经济发展迅速。中国人均土地资源份额低于世界平均水平。作为一个发展中的沿海大国，人们的目光逐渐转向了富裕和不发达的海洋。1994年《联合国海洋法公约》和1996年《中国海洋21世纪议程》提出了有效维护国家海洋权益、合理开发利用海洋资源、有效保护海洋环境、实现海洋资源环境可持续利用和海洋事业协调发展的基本思路。自从美国于1954年在墨西哥湾铺设第一条海底管道以来，世界各地已经铺设了许多海底管道。可以推断，世界上所有有海岸线的国家都会向海洋发展。大型钢结构是唯一出海的途径，随之而来的是大面积的水下摆动连接。因此，中国应积极开展水下连接的研究活动。目前，一大批沿海国家已经在水下大型构件焊接和水下干焊修复领域投入了大量资金[2]，特别是在俄罗斯、美国、德国、日本、巴西等技术强国，并取得了许多技术成果。水下摆动关节面临巨大挑战。在高温高压条件下，电弧不稳定，在水介质和盐介质的影响下形成的光亮接头会被冷却，氧和盐金属会导致接头发生非定向化学反应，这是非常困难的。只有不断提高水下干接头的质量，使水下干接头的质量在技术上接近陆地摆动接头的质量，才能保证我国在海洋平台开发和海洋资源开发方面的技术优势，防止其他国家垄断技术。

1.1水下选择性连接方法
自从汉弗莱学者在1802年提出电弧可以在水中燃烧以来，一个多世纪过去了。水下选择性连接一般分为三类:湿法、干法和局部干法。其中，干法可分为高压干水下烟气连接和常压干水下摆动连接。局部干燥方法包括排水罩式、高压水幕式、钢刷式、移动气箱式和等离子弧MIG(惰性气体保护母)局部干燥方法等。一般来说，辉光焊接方法包括闪光焊、钨极氩弧焊、GMWA和FCAW。目前，科学研究已经开始集中于固相水下辉光技术、爆炸辉光和搅拌摩擦烟雾(FSW)。
1.1.1水下湿法选择性结合技术
水下湿法选择性结合技术是电弧直接在水中燃烧以连接母材的技术。水下湿焊可能出现三个主要问题:一是氧致开裂；焊接金属和热影响区(热影响区)是非常坚硬的[4]；c .气孔和夹渣的存在。
1.1.2水下干式爆破技术
水下干式爆破技术是一种外防护结构仍在水中，电弧在防护结构的气体中燃烧以连接母材的技术。当进行水下干焊时，有必要设计和制造复杂的压力容器或工作室。根据压力室或工作室内的不同压力，干式水下摆动焊可分为高压干式水下摆动焊和常压干式水下辉光焊[5】。局部干燥水下干燥关节是摆动关节机器人直接在水中，采用特殊结构的排水罩保护干燥部位，用水用空气体和保护气体排出，局部排气罩与工件之间形成a 空空间，保护效果由保护气体罩结构、局部排气罩尺寸和保护气体流量的相互作用决定。与干辉光焊接相比，局部干法不需要大而昂贵的排水气室，适应性明显提高。它结合了干湿两种方法的优点，是一种相对先进的水下干接缝方法，也是目前水下烟雾接缝研究的热点。局部干式水下焊接可以直接获得接近干式焊接的接头质量。同时，由于其设备简单、成本低和湿式摆动接头的灵活性，它是一种有前途的水下焊接方法[6]。为了适应不同的需求，局部干式水下爆炸可以采用多种方法，如TIG(惰性气体氩弧爆炸)、MIG(惰性气体保护辉光)、MAG(高活性气体保护烟)干式焊接等。干式接头设备昂贵且要求高，并且局部干式接头设备的成本相对较低。深水施工中工件的修复和选择性连接，局部干式连接可保证高质量，节约大量成本。

1.2水下选择性拼接特性
水下拼接是一种融合多种技术的干式拼接技术。由于其环境是水，水下拼接和烟雾拼接在空空气中的差异导致了水下拼接的诸多不利影响，主要表现在以下几个方面:a .水下拼接一般在水下能见度低的河流、湖泊和海洋场地环境中，因此不可能保证水下能见度。此外，由于光被水折射和散射，所看到的不是所获得的，而是在干拼接过程中产生的。尽管500-80(rc)的冷却时间被最小化，但800-150(rC和20-500 c)区间内的干接头淬火将对辉光接头产生巨大的内应力。摆缝后必须避免熔池冷却，因为选缝困难，选缝扩散很小，选缝裂纹容易发生，工件质量难以保证。水中氩气燃烧引起的裂纹倾向大于水下辉光焊接。电弧部分的温度高于i50(rc)，工件始终处于水环境中。因此，工件上必然会有水蒸气。水蒸气在高温下会分解成[氢和[氧。在形成熔池的过程中，[将在自由状态下进入可选接缝。《[》的体积很小，将在金相中转型。经过长期积累，[氢]会结合形成氢，在辉光缝上形成氧诱导的白点，对工件造成很大的损伤。因此，现场摆动连接产生了对新材料和新工艺开发的迫切需求。影响水深的压力计算为压强，因此水深每10米增加一个大气压。压力越大，电弧被压缩的越小。同时，点介质的密度增加，这增加了电离的难度，电弧电压增加，所以飞溅增加了[7]。

1.3水下焊接技术的研究现状...................11-16
1.4 FLUENT软件介绍及研究进展...................16-17
1.5水下焊接技术研究趋势...................17-18
1.6课题研究内容...................18-19
第2章水下焊接机器人系统的组成...................19-36
2.1水下焊接机器人测试系统...................19-20 [/BR/] 2.2受试者测试设施简介...................20-35 [/BR/] 2.3本章概述...................35-36
第3章局部排气罩跟踪焊接试验...................36-41 [/BR/] 3.1水下焊接机器人水下跟踪焊接实验...................36-40 [/BR/] 3.2本章概述...................40-41
第4章水下局部排气罩内高压气体和保护气体湍流的数值模拟...................41-54
4.1 FLUENT软件简介...................41
4.2模型假设和主控制方程...................41-52
4.3本章概述...................52-54
第五章水下局部干焊实验及工艺研究...................54-68
5.1影响水下焊接成形的因素...................54-67
5.2本章概述...................67-68

结论

本文研究了高压水下环境下局部排风罩内气流的数值模拟以及高压环境(15m深水)下不同局部排风罩的焊接过程，并研究了高压排水系统对高压环境下焊接性能的影响。
(1)水下焊接机器人系统确保焊接质量。水下焊接机器人具有焊枪和局部排气罩位置自动调节系统、跟踪系统和观察系统，即使出现偏差，机器人仍能保证水下焊缝的跟踪。
(2)比较研究了水下焊接局部排气罩的两种结构设计，并进行了高压气体混合的数值模拟和实验。实验和仿真结果表明，矩形局部排气罩的跟踪效果优于圆形局部排气罩。最后，实验室采用矩形排气罩，实验结果较为理想。
(3)水下焊接机器人送丝箱的研究。实验表明，送丝机构有必要与机器人一起在水下工作。如果送丝箱在水面上，送丝管大于15m，送丝阻力大，对送丝管道结构的设计提出了很高的要求。
(4)研究了水下焊接的各种因素对焊接的影响，包括水下焊接工艺、水下焊接设备等对水下焊缝质量的影响因素。试验水深10m，焊接电流200-230A，焊接电压28V，保护气体流量40-50 L/min，高压气体流量0.6兆帕，焊接速度300-400脉冲。

参考

[1]杨永勇。水埠。干式高压焊缝跟踪实验系统的研究。北京化工大学，2008。
[2]海上钻井平台水下焊接修复方案[北部]。现代焊接，2010。7:29-31。
[3]高辉。摩擦堆焊试验设备及焊接工艺研究[。北京化工学院，2010。
[4]刘炳虎。《水下管道焊接技术的研究现状及发展趋势》，[。电焊机，2006，36(7):1-3。
[5]杜泽宇。输油管道和海洋结构水下焊接技术。焊接技术，2007。(39): 2-4。[/比尔/] [6]徐鹏飞。水下焊接机器人视觉传感焊缝跟踪方法研究。路楠·曼雪，2008。
[7]叶·熊健。旋转电弧传感器焊枪倾斜角检测及水下焊缝跟踪技术研究[。路楠·曼雪。2007.
[8]阿、中、英、法、德、日、日、卡克、阿、德、日、[、日]。cpocrbo，1981，(6): 13-15。[
[9]潘迪等.干式高压气体保护焊[j]。焊接和金属织物，1985，(8，9，10)。230-238，278-281。
[10]陈小强，李富友。舵叶水下焊接修复。中国船舶修理，2006，19(3):29-30。