[实用新型]水下钢结构裂纹摩擦叠焊修复设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种水下焊接修复设备，尤其是实现连接的固态焊接设备。

背景技术

摩擦焊接是在压力作用下，通过待焊界面的摩擦使界面及其附近温度升高，材料的变形抗力降低、塑性提高、界面的氧化膜破碎，伴随着材料产生塑性变形与流动，通过界面上的扩散及再结晶冶金反应而实现连接的固态焊接方法。摩擦焊接具备接头质量高、适合异种材料的连接、生产效率高、尺寸精度高、设备易于机械化自动化、环境清洁等突出优点。特别地，对于电弧焊接应用困难的某些场合，例如水下钢结构修复，属于固相焊接的摩擦焊接具备独特的环境适应优势。

可供选择的水下连接方法分为3类，即机械连接器、电弧焊接和固相焊接。机械连接器结构简单、相对便宜、安装迅速且连接质量与水深无关，但是其长期可靠性这一敏感问题的依然存在使得其应用受到限制。电弧焊接分为湿式焊接、局部干式焊接、干式高压焊接和干式常压焊接。湿式焊接、局部干式焊接接头质量较低，通常用于浅水、非重要结构修复。干式高压焊接可以获得高质量的焊缝，目前广泛应用的水下干式维修系统采用轨道式钨极氩弧焊接，但是因为电弧稳定性降低，通常用于300m水深以浅。钨极氩弧焊接的变异方式等离子弧焊接以及熔化极气体保护焊接可以实现1000m水深以深压力下的焊接，但是，实施成本高昂、难以实现全自动化，并且难以应用于海底管道之外的海洋平台等其它钢结构的维修。干式常压焊接则比干式高压焊接的成本更高，难以推广应用。属于固相焊接的爆炸焊接，因为对于实施安全性的担心，未能推广应用。同样属于固相焊接的摩擦焊接，则在海洋工程之中得到了比较广泛的应用，例如，摩擦螺柱焊设备在水下遥控机器人的支持下，完成了水深接近400米的海底立管阳极附件焊接。但是，这种摩擦焊接只能完成类似螺柱连接的简单任务，不能完成海底管道破损、海洋平台裂纹的修复等复杂任务。

截止1998年时全世界就已经有6500多座在役海洋油气平台，我国也已有各类海洋石油钢结构上百座。因为已探明世界石油储量的80％以上的水深超过500m，因此深水(300～1500m)、超深水(＞1500m)油气资源开采必将成为世界海洋石油工业发展的趋势。由于受到波、浪、流、冰等的交变变载荷作用，这些海洋石油钢结构尤其是平台的水下管式桩基等部位不可避免地会出现各种疲劳裂纹。

对于平台式水下管式桩基的裂纹，目前采用的水下修复技术在应用时都存在一些问题：机械连接器不仅其水下应用的长期可靠性问题一直没有消除，而且在平台裂纹附近的准确就位和安装非常困难；湿式焊接、局部干式焊接，通常只应用于60m以浅水域；干式高压焊接可以获得高质量的接头，但是当水深达到300m时电弧难以稳定，特别是因为钢结构与规则的海底管道不同，不仅结构复杂而且作业空间受到很大限制，需要采用一系列组装的高压焊接舱包围待焊钢结构，整套系统非常复杂、安装费时、费用极高。

为了降低水下维修作业成本、提高修复质量，特别是适应海洋石油开发已经进入超深水域的需要，本实用新型提出了水下钢结构裂纹摩擦叠焊这种新型设备。

发明内容

根据背景技术所述，本实用新型的目的在于提供一种水下钢结构裂纹摩擦叠焊修复设备，包括水下的摩擦主轴头，水下摄像装置和水下遥控机器人，位于水面上的液压动力系统，电控系统和数据采集系统等，通过监视器监视摩擦叠焊的修复过程。

为了实现上述目的，本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

一种水下钢结构裂纹摩擦叠焊修复设备，主要包括位于水下的摩擦主轴头(5)、水下操作机械手(6)、自动刀库(7)、换刀机构(8)和水下遥控机器人(9)，以及位于水上的液压动力系统，电控系统和数据采集系统，其中：水下遥控机器人(9)通过滑动固定座(92)固定在待修裂纹附近位置合适的钢梁上，并可沿钢梁前后滑动，并由水下遥控机器人(9)操控水下操作机械手(6)、自动刀库(7)和换刀机构(8)，自动刀库(7)装储有钻头、塞棒、钢刷、砂轮、探伤仪等，换刀机构(8)在电控系统(10)程序控制下，通过水下遥控机器人(9)和换刀机构(8)为水下操作机械手(6)进行工具拆卸、装卡，摩擦主轴头(5)安装在水下操作机械手(6)上，水下遥控机器人(9)上还设置有工作灯(91)，液压驱动的摩擦主轴头(5)安装在水下操作机械手(6)上。

由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下优点和效果：

1、本实用新型摩擦主轴头采用高压力液压缸、大流量液压马达驱动，能够满足塞棒熔融所需要的大轴向力和高转速要求。

2、本实用新型摩擦主轴头的密封设计，使得摩擦主轴头能够用于水下。