专利名称：水下遥控焊接系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及水下焊接实验研究设备，尤其是一种水下遥控焊接组合设备。
背景技术：
核电站放射性容器众多，例如反应堆压力容器、蒸发器、稳压器、冷凝器、乏燃料池、换料水池、给水池等。放射性容器因为核辐射应力等作用而容易产生严重威胁电站安全运行的腐蚀裂纹、表面磨蚀，需要进行漏点补板焊接、裂纹开坡口补焊、磨损腐蚀表面堆焊等形式的焊接修复。为了降低维修成本和辐射影响，焊接在水中进行。虽然在其他许多核电设备维修之中采用了机器人，但是成熟实用的水下遥控焊接系统尚未出现，目前均是由潜水焊工穿着厚重的专业防护服装进行手工焊接。潜水焊工手工焊接，直接暴露在辐射环境之中，而且因为电站不能接受高达每小时50万美元的冷却停堆费用，有的容器内部水温很高，作业环境极其恶劣，一个焊工作业时间通常不超过1小时，另外水面还需要人员监控潜水焊工所受辐射剂量等，从而人力投入成本高昂。采用水下遥控焊接系统进行放射性容器维修，能够极大地降低人员辐射成本和停堆成本，对于核电维修而言具有重要意义。
发明内容
根据背景技术所述，本发明的目的在于提供一种主要由空气压縮机、焊接电源、水
下焊接试验舱、水下焊接摄像机、排水气罩、焊接平台、焊接手控盒、控制系统柜和监视电视
柜组成的水下遥控焊接组合设备，其中水下焊接摄像机、排水气罩和焊接平台安装在水下
焊接试验舱内，空气压縮机将压縮空气充入水下焊接试验舱内直至与工程应用所需要的水
深压力相当的压力水平，焊接保护气体充入排水气罩形成供焊接电弧燃烧所需要的局部干
式空间，焊接平台实现焊接所需要的三维运动，焊接电弧通过水下焊接摄像机进行监视，焊
接操作通过焊接手控盒控制，从而形成水下遥控焊接系统。
为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的 —种水下遥控焊接系统，主要由空气压縮机(1)、Ar气瓶(2)、试验舱液压站(3)、焊接电源(4)、焊接平台液压站(5)、水下焊接试验舱(6)、焊接平台阀组(7)、送丝机(8)、水下焊接摄像机(9)、排水气罩(10)、试验钢板(11)、水面(12)、焊接手控盒(13)、控制系统柜(14)、监视电视柜(15)、水面摄像机(16)、水下摄像机(17)和焊接平台(18)组成，其中水下焊接试验舱(6)内部加水到水面(12)，焊接平台阀组(7)、送丝机(8)、水下焊接摄像机(9)、排水气罩(10)、试验钢板(11)、水面摄像机(16)、水下摄像机(17)、焊接平台(18)安装在水下焊接试验舱(6)内，空气压縮机(1)、Ar气瓶(2)、试验舱液压站(3)、焊接电源(4)、焊接平台液压站(5)、焊接手控盒(13)、控制系统柜(14)和监视电视柜(15)位于水下焊接试验舱(6)外部，水下焊接试验舱(6)内部和外部设备之间，由穿越法兰(63)的电缆、气管来连接；水下遥控焊接组合设备采用PLC系统控制。 所述的水下焊接试验舱(6)是快开锁紧立式压力容器，由试验舱液压站(3)通过液压油驱动油缸实现卡箍(62)的松开锁紧和快开舱门(61)的开启闭合。
所述的焊接平台阀组(7)安装在水面(12)之上，升降支架(181)、焊接行走滑台(182)、焊接摆动滑台(183)、焊接跟踪滑台(184)和焊接高低调节支架(185)均由液压缸通过焊接平台阀组(7)的比例伺服阀进行控制。 所述的焊接平台(18)的水下部分、舱内场景和焊接电弧分别由水下电视(152)、水面电视(153)和焊接电视(154)监视，其中任意一个画面均可以通过大屏电视(151)进行放大，电视系统操作面板(155)对电视进行操作以及进行录像。 所述的排水气罩(10)采用带镇静气室环向进气方式，水下焊接摄像机(9)安装在排水气罩(10)上部，内置冷光照明，采用自动光圈和自动遮光电焊镜片。
所述的PLC系统划分为环境控制子系统(142)以及焊接控制子系统(143)。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下优点和效果 1、本发明区别于目前潜水焊工背负水下送丝箱进行手工作业的局部干式水下焊接，水下遥控焊接组合设备为全自动焊接，可以用于深水以及辐射环境等人员不能进入的场合，降低了劳动强度、提高了生产效率； 2、本发明焊接平台液压驱动，与电机驱动相比、水下密封设计得到很大简化，提高了系统水下作业可靠性； 3、本发明排水气罩采用带镇静气室环向进气方式，提高了罩内气体屏蔽效果，有利于焊接电弧稳定和焊接烟雾排除，提高了摄像清晰程度； 4、本发明水下焊接摄像机内置冷光照明，使得排水气罩不再需要安装照明光源，简化了排水罩的设计； 5、本发明水下焊接摄像头采用自动光圈，能够适应不同气体压力、不同焊接工艺参数的要求； 6、本发明水下焊接摄像头采用"自动遮光电焊镜片"作为摄像头的滤光片，焊前和焊后无需拆卸滤光片、UV镜也可以获得清晰的电视监视效果，实现了焊前、焊接过程当中以及焊后不同阶段的自适应电视监视； 7、本发明通过电视监视水下焊接系统作业和焊接电弧，通过手控盒操作焊接过程，实现了焊接过程的遥控。 8、本发明采用2套PLC系统，分别用于环境控制和焊接控制符合水下遥控焊接系统需要，简化了控制逻辑，提高了系统可靠性。
图1为本发明总体组成示意图
具体实施例方式
由图1示出，一种水下遥控焊接系统，主要由空气压縮机1、Ar气瓶2、试验舱液压站3、焊接电源4、焊接平台液压站5、水下焊接试验舱6、焊接平台阀组7、送丝机8、水下焊接摄像机9、排水气罩10、试验钢板11、水面12、焊接手控盒13、控制系统柜14、监视电视柜15、水面摄像机16、水下摄像机17和焊接平台18组成，其中水下焊接试验舱6内部加水到水面12，焊接平台阀组7、送丝机8、水下焊接摄像机9、排水气罩10、试验钢板11、水面摄像机16、水下摄像机17、焊接平台18安装在水下焊接试验舱6内，空气压縮机1、 Ar气瓶2、试验舱液压站3、焊接电源4、焊接平台液压站5、焊接手控盒13、控制系统柜14和监视电视柜15位于水下焊接试验舱6外部，水下焊接试验舱6内部和外部设备之间，由穿越法兰63的电缆、气管来连接。 水下焊接试验舱6是一个快开锁紧立式压力容器，由试验舱液压站3通过液压油驱动油缸实现卡箍62的松开锁紧和快开舱门61的开启闭合。 快开舱门61闭合之后，空气压縮机1向水下焊接试验舱6内充入压縮空气，直至压力相当于工程应用所需要的水深压力相等。焊接平台液压站5提供的压力油经过焊接平台阀组7之后，控制焊接平台18的运动。Ar气瓶2向排水气罩10内充入焊接保护气体Ar，升降支架181下降，焊接平台18潜入水中，焊接手控盒13操作焊接行走滑台1S2、焊接摆动滑台183、焊接跟踪滑台184和焊接高低调节支架185，实现排水气罩10内部焊枪与试验钢板11的就位对中。焊接手控盒13发出焊接指令，焊接电源4启动，送丝机8送丝，排水气罩10内部焊枪燃弧，焊接过程开始。 焊接平台液压驱动，焊接平台阀组7安装在水面12之上，与电机驱动相比、水下密封设计得到很大简化。升降支架181、焊接行走滑台182、焊接摆动滑台183、焊接跟踪滑台184和焊接高低调节支架185均由液压缸通过焊接平台阀组7的比例伺服阀进行控制。焊接行走滑台182行程满足试验钢板11长度的需要，焊接摆动滑台183以焊缝中心为平衡位置左右高速摆动，焊接跟踪滑台184实现焊枪对于焊缝中心的跟踪，焊接高低调节支架185实现排水气罩10与试验钢板11的接触。 焊接开始之后，通过监视电视柜监视整个焊接过程。水下电视152、水面电视153和焊接电视154分别监视焊接平台18的水下部分、舱内场景和焊接电弧，其中任意一个画面均可以通过大屏电视152进行放大，电视系统操作面板155用于对电视进行操作以及进行录像。 排水气罩IO采用带镇静气室环向进气方式，提高了罩内气体屏蔽效果，有利于焊接电弧稳定和焊接烟雾排除，提高了摄像清晰程度。水下焊接摄像机9安装在排水气罩10上部，内置冷光照明，使得排水气罩不再需要安装照明光源，简化了排水罩的设计。水下焊接摄像机9采用自动光圈，能够适应不同气体压力、不同焊接工艺参数的要求，采用自动遮光电焊镜片作为摄像头的滤光片，焊前和焊后无需拆卸滤光片、UV镜也可以获得清晰的电视监视效果，并且实现了焊前、焊接过程当中以及焊后不同阶段的自适应电视监视。
水下遥控焊接系统采用PLC控制，划分为2个子系统，即用于水下焊接试验舱6内部试验环境建立的环境控制子系统，以及用于焊接电源4、送丝机8和焊接平台18控制的焊接控制子系统。控制系统柜14划分成为3个模块，即控制系统显示操作面板141、环境控制子系统PLC142和焊接控制子系统PLC143。采用2套PLC系统，符合水下遥控焊接系统需要，简化了控制逻辑，提高了系统可靠性。
权利要求
水下遥控焊接系统，主要由空气压缩机(1)、Ar气瓶(2)、试验舱液压站(3)、焊接电源(4)、焊接平台液压站(5)、水下焊接试验舱(6)、焊接平台阀组(7)、送丝机(8)、水下焊接摄像机(9)、排水气罩(10)、试验钢板(11)、水面(12)、焊接手控盒(13)、控制系统柜(14)、监视电视柜(15)、水面摄像机(16)、水下摄像机(17)和焊接平台(18)组成，其特征在于水下焊接试验舱(6)内部加水到水面(12)，焊接平台阀组(7)、送丝机(8)、水下焊接摄像机(9)、排水气罩(10)、试验钢板(11)、水面摄像机(16)、水下摄像机(17)、焊接平台(18)安装在水下焊接试验舱(6)内，空气压缩机(1)、Ar气瓶(2)、试验舱液压站(3)、焊接电源(4)、焊接平台液压站(5)、焊接手控盒(13)、控制系统柜(14)和监视电视柜(15)位于水下焊接试验舱(6)外部，水下焊接试验舱(6)内部和外部设备之间，由穿越法兰(63)的电缆、气管来连接；水下遥控焊接组合设备采用PLC系统控制。
2. 根据权利要求l所述的水下遥控焊接系统，其特征在于所述的水下焊接试验舱(6)是快开锁紧立式压力容器，由试验舱液压站(3)通过液压油驱动油缸实现卡箍(62)的松开锁紧和快开舱门(61)的开启闭合。
3. 根据权利要求1所述的水下遥控焊接系统，其特征在于所述的焊接平台阀组(7)安装在水面(12)之上，升降支架(181)、焊接行走滑台(182)、焊接摆动滑台(183)、焊接跟踪滑台(184)和焊接高低调节支架(185)均由液压缸通过焊接平台阀组(7)的比例伺服阀进行控制。
4. 根据权利要求l所述的水下遥控焊接系统，其特征在于所述的焊接平台(18)的水下部分、舱内场景和焊接电弧分别由水下电视(152)、水面电视(153)和焊接电视(154)监视，其中任意一个画面均可以通过大屏电视(151)进行放大，电视系统操作面板(155)对电视进行操作以及进行录像。
5. 根据权利要求1所述的水下遥控焊接系统，其特征在于所述的排水气罩(10)采用带镇静气室环向进气方式，水下焊接摄像机(9)安装在排水气罩(10)上部，内置冷光照明，采用自动光圈和自动遮光电焊镜片。
6. 根据权利要求1所述的水下遥控焊接系统，其特征在于所述的PLC系统划分为环境控制子系统(142)以及焊接控制子系统(143)。
全文摘要
一种水下遥控焊接系统，主要由空气压缩机(1)、Ar气瓶(2)、试验舱液压站(3)、焊接电源(4)、焊接平台液压站(5)、水下焊接试验舱(6)、焊接平台阀组(7)、送丝机(8)、水下焊接摄像机(9)、排水气罩(10)、试验钢板(11)、水面(12)、焊接手控盒(13)、控制系统柜(14)、监视电视柜(15)、水面摄像机(16)、水下摄像机(17)和焊接平台(18)组成。其中水下焊接试验舱(6)、焊接平台阀组(7)、送丝机(8)、水下焊接摄像机(9)、排水气罩(10)、试验钢板(11)、水面摄像机(16)、水下摄像机(17)、焊接平台(18)安装在水下焊接试验舱(6)内，空气压缩机(1)、Ar气瓶(2)、试验舱液压站(3)、焊接电源(4)、焊接平台液压站(5)、焊接手控盒(13)、控制系统柜(14)和监视电视柜(15)位于水下焊接试验舱(6)外部，并通过电缆、气管和水下焊接试验舱(6)内部设备连接。本发明可以用于深水以及辐射环境等人员不能进入的场合，设备组成紧凑，整体可靠性高，降低了作业风险，减轻了劳动强度，提高了生产效率。
文档编号B23K9/16GK101758322SQ20081024097
公开日2010年6月30日 申请日期2008年12月25日 优先权日2008年12月25日
发明者余燕, 刘德华, 周灿丰, 张俊宝, 朱加雷, 沈秋平, 焦向东, 陈煜 , 顾国兴, 高辉 申请人:北京石油化工学院;上海核工程研究设计院