[发明专利]高气压环境下盾构机刀盘刀具焊接方法

说明书

一种高气压环境下盾构机刀盘刀具焊接方法，包括构建地层加固区、建立修复工作空间、焊接前准备和焊接维修等步骤。采用高气压环境自适应引弧系统，其包括高频振荡器、直线滑台、控制单元、气压传感器和焊接电源回路，高频振荡器包括一级高压变压器和二级高频耦合变压器，两级变压器对交流输入电压分别进行升压和耦合，同时控制单元根据气压传感器测量的高气压焊接环境气压控制直线滑台移动，从高频耦合变压器的次级获得与环境气压相适应的高频高压，并将该高频高压施加在焊接电源电路中的焊枪与刀盘之间，击穿焊丝与刀具之间的高压空气，实现自适应引弧。另外，焊丝采用自保护药芯焊丝，其分解形成焊接熔池保护气体，焊接产生的烟雾通过盾构机的吸烟机抽吸并排入盾构机的水封槽。该焊接方法操作简单，环境适应性好，焊接效率高。

技术领域

本发明涉及一种高气压环境下盾构机刀盘刀具焊接方法，该方法能够在盾构机刀盘舱的密闭高气压环境中进行优质高效焊接，可以对刀盘刀具的不同部位进行任意位置的焊接维修。

背景技术

盾构机刀盘刀具受到强烈的冲击和高应力的磨料作用，极易发生磨损。磨损之后的刀盘刀具通常需要在隧道现场的高气压环境中进行切割、焊接维修。目前普遍采用焊条焊进行焊接维修。

盾构机刀盘刀具维修焊接的特点为：一是焊接工作量大，二是焊接涉及多种焊接位置而且作业空间狭窄，三是外界对焊接作业的支持难度大。目前普遍采用的焊条焊，其首要缺点是焊接效率低，一是焊条许用焊接电流较小，二是焊条需要更换，用于实际焊接的时间减少，焊工真正运弧焊接的时间仅有整个工作时间的30％，导致现有的盾构机刀盘刀具维修周期很长，严重影响隧道贯通工期。焊条焊的第二个缺点是焊材浪费，每根焊条总有一部分长度只能废弃。焊条焊的第三个缺点是用于刀盘刀具角落狭窄区域焊接时，需要把焊条折弯才能到达焊接区域进行焊接。焊条焊的第四个缺点是焊缝成形外观不够美观。为此，需要采用新的焊接技术提升盾构机刀盘刀具的维修水平。

对于焊接切割电源而言，如果设定工作电流为270A，在一个大气压力下为顺利形成电弧，要求引弧电压高于3kV，引弧频率高于200kHz，才能顺利击穿中性介质气体形成电弧。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种高气压环境下盾构机刀盘刀具焊接方法，该方法可以在盾构机刀盘舱的密闭高气压环境中，对刀盘刀具不同部位进行焊接维修，能够大幅度提高焊接效率。

本发明提供的高气压环境下盾构机刀盘刀具焊接方法，一方面，采用高气压环境自适应引弧系统，根据高气压环境的实际环境气体气压，向焊接电源回路提供焊接所需高频高压，击穿焊丝与盾构机刀盘之间的高压空气，引燃电弧进行焊接。

另一方面，采用自保护药芯焊丝代替焊条。自保护药芯焊丝的许用焊接电流远远大于焊条，焊丝连续送进，自保护药芯焊丝分解形成焊接熔池保护气体、无需额外供应保护气体。自保护药芯焊丝焊接效率是焊条焊的3-5倍，而且没有焊材浪费，可以方便地用于狭窄区域，焊缝美观。再者，自保护药芯焊丝具有优良的全位置焊接性能，可以满足复杂的盾构刀盘维修的需要，而且可以通过药芯配方改善焊缝力学性能。此外，自保护药芯焊丝焊接与气体保护焊相比，不需要保护气体供应，既简化了焊接工艺，也降低了外界对焊接作业的支持要求。

本发明的高气压环境下盾构机刀盘刀具焊接方法，其中，盾构机包括人舱、气垫舱和刀盘舱，人舱具有人舱舱门，气垫舱具有气垫舱舱门和气垫舱法兰，刀盘舱具有刀盘舱舱门和刀盘舱法兰，刀盘位于刀盘舱内；该方法包括以下步骤：

(1)构建地层加固区，建立修复工作空间

先对盾构机的刀盘周围的地层进行加固处理，形成维修作业所需要的地层加固区，地层加固区的掌子面用泥膜保护，从而形成修复工作空间，再往修复工作空间中充入压缩空气以平衡地层泥水压力，并在修复工作空间内设置气压传感器用于测量修复工作空间内的环境气体压力；

(2)焊接前准备