专利名称：可用于水下局部干式焊接的无导轨自动跟踪柔性爬行小车的制作方法
技术领域：
本发明专涉及一种爬行小车，尤其是能在水下对管道环缝、纵缝以及球罐等进行局部干式焊接的自动跟踪无导轨柔性爬行小车。
背景技术：
目前水下焊接重要结构一般分为两种方式干法焊接和湿法焊接。所谓干法焊接， 就是在待焊部位建造一个密封舱，将里面的水用气体排开，让焊工和电弧均处在“干”的环境下。干法焊缝的质量高，但目前的常用结构比较复杂，造价较高，并且一般需要潜水员或焊工的参与，准备工作较为繁琐，且限制了深水焊接的进行。所谓湿法焊接，就是使用电焊条直接在水中施焊，电弧在水下环境中燃烧。湿法焊接虽然较干法焊接设备简单，操作方便，但电弧不稳定，焊缝成型不好，焊接接头的性能较差，因此湿法焊接不能用于水下重要结构的焊接。针对以上问题国内外研究机构进行了相关科学研究。华南理工大学开发出了“半自动局部干法水下焊接装置”(申请号200610034009.X)，该装置由水下送丝箱、脉动送丝的焊接电源、焊枪、微型排水罩构成，但需要潜水员的参与；北京石油化工学院开发出了“一种全自动水下焊接设备”(申请号200820233911.9)，该设备可应用于深水以及辐射环境等人员不能进入的场合，但需要庞大的焊接试验舱以及复杂的排水设备，整个设备较为复杂且造价不菲；我们也曾研制了 “带密封舱的水下管道干式焊接工作舱”以及“水下管道干式焊接工作舱”，利用以上舱体可实现水下干式焊接，并且焊接质量较好，但经过长时间工程实际我们发现，由于之前的这些专利普遍存在水下焊接过程中需要大型焊接舱体制造干式焊接空间的问题，造成整个焊接过程较为复杂，设备体积庞大，造价较高，不利于工程实际推广。因此，研制一种全自动且不需大型焊接密封舱的水下焊接设备成为当务之急。
发明内容
根据背景技术所述，本发明的目的在于克服原有水下爬行小车或相关设备不足， 提供可以适应较大管径范围，并在管道外部、内部均可爬行的全自动且不需大型焊接密封舱的可用于水下局部干式焊接的无导轨自动跟踪柔性爬行小车。为了实现上述目的，本发明专利是通过以下技术方案来实现的一种可用于水下局部干式焊接的无导轨自动跟踪柔性爬行小车，主要由焊接小车主体(1)，焊枪位姿调整机构⑵和小型排水装置⑶组成，其中焊接小车主体⑴由刚性连接板(11)在其两侧连接设置磁轮行走机构(12)，两侧的磁轮行走机构(1 通过磁轮轴(1 安装有角型板(13)，并且在其上通过螺栓与下压板(1 连接，在下压板(1 上的前后安装有压簧(16)，压簧(16)上端与上压板(17)连接，在焊接小车主体(1)的两侧安装驱动电机及减速器(19)；在下压板(1 的中央部位固联销轴连接板(18)，其内置的销轴 (181)轴端固联有伞齿轮(182)，在上压板(17)上通过U型连接板(171)还设置有由小齿轮(172)与其固联的角度传感器(14)，通过小齿轮(172)与伞齿轮(182)的啮合构成轴向
3传感装置；由横向移动机构(21)，焊枪高低调节机构02)和焊枪角摆机构03)组成焊枪位姿调整机构0)，横向移动机构固联在刚性连接板(11)上，并与排水罩体04)整体连接，焊枪高低调节机构0 与排水罩体04)整体连接，二者协调运行，在焊枪横向移动机构的一侧安装焊枪角摆机构(23)，其输出轴从径向穿过排水罩体(M)，在排水罩体04)内实现焊枪的角摆；由排水罩体(M)，小型焊枪0 和水下焊接光纤窥视镜组成小型排水装置(3)。焊接爬行小车上的电力部件和机构部件均采用防水设置。由于采用了上述技术方案，本发明具有以下优点和效果1、本发明无需大型焊接舱体制造干式焊接空间，因此成本较低，体积较小，更利于工程实际推广。2、本发明依靠柔性连接，不仅解决了刚性连接情况下小车易脱落和无法逾越障碍的难题，而且利用柔性连接的扭转变形反映偏移量，因此结构简单紧凑，工作可靠，造价低廉，使用维护修理简易，并且根据实际工作需要，更换执行机构，可用于水下管道内外环缝、 纵缝的焊接、焊缝检测、舰船修复等多种工程实际。
图1为本发明整体结构示意2为本发明焊接小车结构示意图
具体实施例方式由图1和图2示出，一种可用于水下局部干式焊接的无导轨自动跟踪柔性爬行小车，主要由焊接小车主体1，焊枪位姿调整机构2和小型排水装置3组成，其中焊接小车主体1由刚性连接板11在其两侧连接设置磁轮行走机构12，两侧的磁轮行走机构12通过磁轮轴12安装有角型板13，并且在其上通过螺栓与下压板15连接，在下压板15上的前后安装有压簧16，压簧16上端与上压板17连接，在焊接小车主体1的两侧安装驱动电机及减速器19 ；在下压板15的中央部位固联销轴连接板18，其内置的销轴181轴端固联有伞齿轮 182，在上压板17上通过U型连接板171还设置有由小齿轮172与其固联的角度传感器14， 通过小齿轮172与伞齿轮182的啮合构成轴向传感装置4 ；由横向移动机构21，焊枪高低调节机构22和焊枪角摆机构23组成焊枪位姿调整机构2，横向移动机构21固联在刚性连接板11上，并与排水罩体M整体连接，焊枪高低调节机构22与排水罩体M整体连接，二者协调运行，在焊枪横向移动机构21的一侧安装焊枪角摆机构23，其输出轴从径向穿过排水罩体M，在排水罩体M内实现焊枪的角摆；由排水罩体M，小型焊枪25和水下焊接光纤窥视镜组成小型排水装置3。其中，焊接爬行小车上所有的电机及电力部件均采用防水设备，机械部件亦经过防水处理，因此本发明可在水下安全工作。当焊接开始时，调整焊枪对准焊缝中心，因磁轮121可绕磁轮轴122旋转，即可保证小车在沿管道环缝或纵缝爬行时，四只磁轮121始终贴紧管道表面。小车沿管道环缝方向爬行时，或沿管道纵缝爬行时，一旦小车爬行过程中偏离环缝方向或纵缝方向，将造成原来在同一平面上的四个接触点不再处于同一平面，而两组磁轮121由于磁力作用始终要与各自的表面保持贴合，此时安装在上压板17和下压板15之间前后两侧的压簧16将产生形变，带动下压板15产生扭转变形，下压板15与销轴连接板18通过螺栓固联，销轴连接板18 内插销轴181的轴端固联伞齿轮182，下压板15的扭转变形带动伞齿轮182摆过一定角度， 通过与之啮合的小齿轮172进行角度传递和放大，小齿轮172安装在角度传感器14的转动轴上，并与转动轴固联，这样爬行过程中微小偏移量将转换为角度传感器14的电压信息从而控制执行机构进行速度和方向调节，使小车恢复沿环缝或纵缝爬行的状态，达到环缝或纵缝自动跟踪的目的。在实施水下焊接作业前，先由潜水员将柔性爬行小车送到指定位置，并依靠焊接小车的磁轮121吸附于待焊工件上，潜水员回到水面。工作人员依靠微型水下焊接光纤窥视镜通过视孔探入排水罩体M内的远程控制设备在水面上可控制柔性爬行小车实现自动焊接，局部干式焊接小型排水装置参见专利200920218303. 5。焊接过程中工作人员可通过此窥视镜在水面上全方位远程清晰观测罩体内的焊接情况。待焊接完成后潜水人员再次进入水下将柔性爬行小车取下并运回水面。柔性爬行小车除完成焊接功能外，随着焊枪被换为割枪等其他设备，此自动跟踪柔性爬行小车还可实现水下的多种钢结构维护。
权利要求
1.一种可用于水下局部干式焊接的无导轨自动跟踪柔性爬行小车，主要由焊接小车主体(1)，焊枪位姿调整机构( 和小型排水装置C3)组成，其特征在于焊接小车主体(1)由刚性连接板(11)在其两侧连接设置磁轮行走机构(12)，两侧的磁轮行走机构(1 通过磁轮轴(1 安装有角型板(13)，并且在其上通过螺栓与下压板(1 连接，在下压板(15)上的前后安装有压簧(16)，压簧(16)上端与上压板(17)连接，在焊接小车主体(1)的两侧安装驱动电机及减速器(19)；在下压板(15)的中央部位固联销轴连接板(18)，其内置的销轴(181)轴端固联有伞齿轮(182)，在上压板(17)上通过U型连接板(171)还设置有由小齿轮(172)与其固联的角度传感器(14)，通过小齿轮(172)与伞齿轮(182)的啮合构成轴向传感装置；由横向移动机构(21)，焊枪高低调节机构02)和焊枪角摆机构03)组成焊枪位姿调整机构0)，横向移动机构固联在刚性连接板(11)上，并与排水罩体04) 整体连接，焊枪高低调节机构0 与排水罩体04)整体连接，二者协调运行，在焊枪横向移动机构的一侧安装焊枪角摆机构(23)，其输出轴从径向穿过排水罩体(M)，在排水罩体04)内实现焊枪的角摆；由排水罩体(M)，小型焊枪05)和水下焊接光纤窥视镜组成小型排水装置(3)。
2.根据权利要求1所述的可用于水下局部干式焊接的无导轨自动跟踪柔性爬行小车， 其特征在于爬行小车上的电力部件和机构部件均采用防水设置。
全文摘要
一种可用于水下局部干式焊接的无导轨自动跟踪柔性爬行小车，主要由焊接小车主体(1)，焊枪位姿调整机构(2)和小型排水装置(3)组成，其中焊接小车主体(1)由刚性连接板(11)和磁轮行走机构(12)组成，在其上设置轴向传感装置(4)，横向移动机构(21)，焊枪高低调节机构(22)，焊枪角摆机构(23)，排水罩体(24)和小型焊枪(25)以及驱动电机(19)等。本发明可用于水下管道各类焊缝的焊接，检测，修复等多种工程的需要，结构简单，造价低廉，使用维护和修理简易。
文档编号B23K9/32GK102248258SQ20101018588
公开日2011年11月23日 申请日期2010年5月21日 优先权日2010年5月21日
发明者吕涛, 曹俊芳, 曹莹瑜, 梁亚军, 薛龙, 邹勇 申请人:北京石油化工学院