一种超声辅助水下湿法气体保护焊接装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水下焊接技术领域，特别是一种超声辅助水下湿法气体保护焊接装置及方法。
【背景技术】
[0002]随着对海洋的开发，水下焊接已经成为海洋结构安装和维修的重要技术手段，但是水下环境使得水下焊接过程比陆上要复杂，并且会产生各种各样陆地未出现的问题。目前水下湿法焊接是应用最为广泛的水下焊接方法，但是由于水的存在，会造成焊缝含氢量高，冷却速度快等问题，进而使焊缝产生淬硬组织；还会使导电介质密度增加，增加电离难度，电弧电压随之升高，电弧稳定性降低。
[0003]为解决水下湿法焊接过程中关键问题，中国专利申请号201310035956.0公开了一种改善水下湿法焊接接头组织性能的方法及装置，采用中/高频感应加热的方法对湿法焊接区域进行焊前的预热或焊后热处理，虽然对减少焊缝及热影响区淬硬组织、降低冷裂纹倾向等湿法焊接缺陷有一定效果，但是由于电弧导电是气体导电，此方法电弧仍然处在水介质中导致电弧电离难度加大，电弧稳定性降低。中国专利申请号201410066059.0公开了一种超声辅助水下湿法焊接方法，这种方法的特点是减少了电弧熄灭率，焊缝熔深增加，提高熔覆率，此种方法虽然排开水对电弧的影响，但电弧处于封闭的气囊内，也不利于电弧电离。日本国家工业研究所公开的刷式局部干法水下焊接，它是把钢刷喷嘴套在水下湿法焊炬上，这种钢刷喷嘴是采用不锈钢丝制成的，保护气体通入到钢刷喷嘴的内腔，腔内气压高于水压，将电弧周围的水排开，这种方法具有干式和湿式的特点，但是整个焊接过程需要消耗大量的惰性气体，增加了实际费用。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种超声辅助水下湿法气体保护焊接装置及方法，以解决现有技术中的技术问题。
[0005]根据本发明的第一方面，提供一种超声辅助水下湿法气体保护焊接装置，包括超声换能器、复合焊炬、导电杆和绝缘套管，所述超声换能器的第一端与所述复合焊炬的第二端相连接，所述超声换能器和复合焊炬沿其轴向设置有相互连通的通孔，所述导电杆和绝缘套管设置在所述通孔内，所述绝缘套管套设在所述导电杆径向外侧，在所述绝缘套管的内壁和导电杆的外壁之间形成有环形的空隙，还包括防水壳体和供气装置，在所述防水壳体内形成密封腔体，所述超声换能器设置在所述密封腔体内，所述密封腔体与所述空隙相连通，所述密封腔体与所述供气装置相连通。
[0006]优选地，所述防水壳体的上端密封连接到所述导电杆的外壁上，所述防水壳体的下端密封连接在所述超声换能器的壳体上。
[0007]优选地，所述防水壳体的上端位于水面上方。
[0008]优选地，所述防水壳体的上端设置有防水管，所述防水管与所述防水壳体密封连接。
[0009]优选地，所述防水管远离所述防水壳体的一端位于水面上方。
[0010]优选地，焊丝为实心焊丝，所述供气装置提供的气体为氩气、二氧化碳、氩气和二氧化碳混合气或二氧化碳和氧气混合气或氩气、二氧化碳和氧气混合气；
[0011]或者，
[0012]焊丝为药芯焊丝，所述供气装置提供的气体为空气。
[0013]优选地，所述供气装置包括储气罐和调节阀，所述储气罐的出气口通过管道与所述防水壳体内部连通，所述调节阀设置在所述储气罐与防水壳体之间的管道上。
[0014]根据本发明的第二方面，提供一种利用上述超声辅助水下湿法气体保护焊接装置进行水下焊接的方法，包括如下步骤:
[0015]步骤一:由所述供气装置向所述防水壳体内供气；
[0016]步骤二:待所述复合焊炬未与所述超声换能器连接的一端处有气体流出时，由移动装置带动所述超声换能器和复合焊炬移动到待焊接部位的上方；
[0017]步骤三:待所述复合焊炬有均匀的气泡产生后，打开超声电源，并调节超声参数；
[0018]步骤四:待所述超声换能器预先工作一段时间后，打开焊接电源，调整焊接参数，形成电弧后，启动所述移动装置，带动所述超声换能器和复合焊炬沿所述带焊接部位的走向移动进行焊接；
[0019]步骤五:焊接结束后先关闭所述焊接电源，然后再关闭所述超声电源，待所述复合焊炬离开水面后再关闭所述储气罐上的调节阀门。
[0020]优选地，所述供气装置的送气量为15?50L/min。
[0021]优选地，所述超声换能器预先工作时间为O?5s。
[0022]本发明提供的超声辅助水下湿法气体保护焊接装置及方法，利用超声波与保护气结合的方法进行水下焊接，采用超声波降低水压对电弧的影响，采用保护气增加电弧电离，提尚电弧的稳定性，从而提尚焊接质量。
【附图说明】
[0023]通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中:
[0024]图1为本发明超声辅助水下湿法气体保护焊接装置的结构示意图；
[0025]图2为本发明水下焊接过程示意图；
[0026]图3为本发明超声辅助水下湿法气体保护焊接装置另一实施例结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
[0028]本发明提供的超声辅助水下湿法气体保护焊接装置利用保护气与超声波结合辅助水下湿法焊接的方法来提高水下湿法焊接的质量，将水对焊接质量的影响降到最低。下面结合具体实施例对本发明超声辅助水下湿法气体保护焊接装置的结构及使用方法进行详细介绍:
[0029]如图1所示，本发明提供的超声辅助水下湿法气体保护焊接装置包括焊接部、超声波发生部和供气部，所述焊接部包括焊接电源1、复合焊炬2、导电杆3、导电嘴4、焊丝5和送丝装置6，所述导电嘴4连接至所述导电杆3的第一端，所述焊炬2沿其轴向设置有通孔，所述导电杆3的第一端沿所述复合焊炬2上的通孔穿过所述复合焊炬2，并使所述导电嘴4露出在所述复合焊炬2的第一端外侧。所述导电杆3与焊接电源I通过导线连接，所述导电杆3及导电嘴4沿其轴向方向设置有送丝孔，所述焊丝5通过所述送丝装置6通过所述送丝孔由所述导电杆3的第二端插入所述导电杆3内，然后在所述送丝装置6的作用下将所述焊丝5的端部送至所述导电嘴4处，并使所述焊丝5的端部露出在所述导电嘴4的外侧。所述超声波发生部包括超声电源7、超声换能器8和防水壳体9，所述超声换能器8设置在所述防水壳体9内，所述防水壳体9形成密封腔体，所述防水壳体9的上端与所述导电杆3的外壁密封连接，所述防水壳体9的下端与所述超声换能器8的外壁密封连接；所述超声电源7设置在所述防水壳体9外侧，并通过导线与所述超声换能器8连接。所述复合焊炬2的第二端与所述超声换能器8的第一端连接，优选地，通过螺纹连接，且所述超声换能器8上沿其轴向方向设置有通孔，所述超声换能器8与所述复合焊炬2连接后，所述超声换能器8上的通孔与所述复合焊炬2上的通孔连通，所述导电杆3由所述超声换能器8的第二端插入，并完全贯穿所述超声换能器8及复合焊炬2，且所述导电杆3的第二端位于所述防水壳体9的外侧，优选地，所述防水壳体9与所述导电杆3、超声电源7的导线及复合焊炬2接触的部分均做密封处理，使所述超声换能器8处于密封的环境中。优选地，还设置有绝缘管10，所述绝缘管10设置在所述超声换能器8及复合焊炬2上的通孔内，其内径大于所述导电杆3的外径，所述导电杆3设置在所述绝缘管10内，使所述绝缘管10的内壁与所述导电杆3的外壁之间形成有环形空隙。所述供气部包括储气罐11，所述储气罐11的出口通过管道与所述防水壳体9连接，用于向所述防水壳体9内提供气体，所述气体充满所述防水壳体9，并通过所述绝缘管10与所述导电杆3之间的空隙排出，防止水通过所述空隙进入所述防水壳体9内。所述储气罐11与防水壳体9的连接管路上设置有调节阀12，用于控制向所述防水壳体9内提供的气体的量。本发明提供的超声辅助水下湿法气体保护焊接装置还包括移动装置(图中未示出)，所述防水壳体9固定到所述移动装置上，并由所述移动装置带动所述焊接部和超声波发生部移动，如果在工作工程中保持所述防水壳体9的上端位于水面上方，这样不需要额外防水措施，避免所述导电杆3与水接触。在另一优选实施例中，如果在工作工程中保持所述防水壳体9的上端位于水面下方，就需要在所述防水壳体9上端设置有防水管14 (如