一种水下高压等离子弧起弧装置及其起弧方法

本发明涉及等离子弧焊接，尤其是涉及一种水下高压等离子弧起弧装置及其起弧方法。

背景技术：

1、我国拥有丰富的海上石油、天然气资源，随着海洋油气资源的开发利用，海底水下输油管道的保有量必将逐渐提升。但由于海底水下输油管线所处环境恶劣，易因意外机械外力撞击、海水和油气的内外腐蚀、年久老化等出现损毁现象。而水下焊接维修是海底水下管道应急维修最快速、可靠的方法，其中水下高压干式焊接方法因其焊接质量好，被公认为水下焊接维修优选方法。目前水下高压干式焊接主要采用的电弧焊方法为钨极氩弧焊(gtaw)和熔化极气体保护焊(gmaw)，但是由于两者电弧均属于自由电弧，随着水深的增加、环境压力增加、焊接电弧收缩，逐渐导致焊接过程不稳定，造成焊接质量下降。

2、等离子弧作为自由电弧的进阶技术，因电弧的高拘束性使其能量密度和指向性均明显优于自由电弧，与激光束和电子束并称三大高能束。等离子弧作为特殊形式的电弧，兼具自由电弧和高能束的优点，不仅在设备造价、工作环境、焊枪灵活性等方面具有明显优势，而且等离子弧又具有更高的电弧品质。将等离子弧焊接技术应用于水下高压焊接必将产生更优质的焊接质量。

3、但是，现有研究表明，空气等离子弧切割电源只能在表压0.2mpa环境中引弧，增加高频引弧器进行升压改造之后，也只能实现0.4mpa可靠引弧。因此，等离子弧在高压环境下的稳定起弧成为制约其应用的关键问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种水下高压等离子弧起弧装置，以解决现有技术中空气等离子弧切割电源在增加高频引弧器进行升压改造之后，引弧压强增幅有限，导致等离子弧在高压环境下的稳定起弧成为制约的技术问题。

2、本发明的目的之二在于提供一种水下高压等离子弧起弧方法。

3、为了实现上述目的之一，本发明提供了一种水下高压等离子弧起弧装置，包括用于提供高压环境的工作舱、离子气混合组件和气电联合控制模块，所述工作舱内设有等离子弧焊枪，所述气电联合控制模块同时与所述离子气混合组件和所述等离子弧焊枪控制连接，所述离子气混合组件和所述等离子弧焊枪连接并连通，所述离子气混合组件用于混合低电离能气体和离子气，且将混和后的气体输送至所述等离子弧焊枪。

4、根据一种可选实施方式，所述离子气混合组件设为倒y型结构。

5、根据一种可选实施方式，所述离子气混合组件的下方设有低电离能气体气瓶和离子气气瓶，所述低电离能气体气瓶和所述离子气气瓶与所述离子气混合组件连接并连通。

6、根据一种可选实施方式，所述离子气混合组件上设有用于控制低电离能气体和离子气流速的气体流量控制器和用于控制低电离能气体和离子气启停的高频电磁阀。

7、根据一种可选实施方式，所述低电离能气体包括但不限于氙气和一氧化碳，所述离子气为氩气。

8、根据一种可选实施方式，所述低电离能气体与所述离子气混合，所述低电离能气体所占比例为50％～90％。

9、为了实现上述目的之二，本发明提供了一种水下高压等离子弧起弧方法，包括以下步骤：

10、步骤s1：调节混合气中低电离能气体和离子气至设定值，并且建立工作舱高压环境；

11、步骤s2：操作气电联合控制模块，执行提前送气-起维弧程序；

12、步骤s3：启动主弧开关，建立稳定主弧；

13、步骤s4：关闭维弧；

14、步骤s5：进行水下高压干式等离子弧焊接。

15、根据一种可选实施方式，所述步骤s1中工作舱的高压环境压力值≥0.15mpa。

16、根据一种可选实施方式，所述步骤s2中的送气-起维弧程序包括打开低电离能气体和离子气流量控制开关，送入低电离能气体与离子气的混合气，10～15s后启动维弧开关，建立稳定的维弧。

17、根据一种可选实施方式，所述步骤s4中的关闭维弧包括关闭低电离能气体流量控制开关，停止低电离能气体供气，并立即增加离子气流量以保证系统离子气流量稳定，在等离子弧焊枪与工件间建立稳定主弧。

18、本发明提供的水下高压等离子弧起弧装置，具有以下技术效果：

19、该种水下高压等离子弧起弧装置包括工作舱、离子气混合组件和气电联合控制模块，工作舱内具有等离子弧焊枪，工作舱能够为等离子弧焊枪提供高压环境，气电联合控制模块同时与离子气混合组件和等离子弧焊枪控制连接，离子气混合组件和等离子弧焊枪连接并连通，离子气混合组件用于混合低电离能气体和离子气，且将混和后的气体输送至等离子弧焊枪，本发明通过联合等离子弧焊枪、离子气混合组件和气电联合控制模块，对离子气电离能的低向定向调控，解决高压环境离子气难电离的问题，实现水下高压环境等离子弧的稳定起弧和焊接过程。

技术特征：

1.一种水下高压等离子弧起弧装置，其特征在于，包括用于提供高压环境的工作舱、离子气混合组件和气电联合控制模块，所述工作舱内设有等离子弧焊枪，所述气电联合控制模块同时与所述离子气混合组件和所述等离子弧焊枪控制连接，所述离子气混合组件和所述等离子弧焊枪连接并连通，所述离子气混合组件用于混合低电离能气体和离子气，且将混和后的气体输送至所述等离子弧焊枪。

2.根据权利要求1所述的水下高压等离子弧起弧装置，其特征在于，所述离子气混合组件设为倒y型结构。

3.根据权利要求2所述的水下高压等离子弧起弧装置，其特征在于，所述离子气混合组件的下方设有低电离能气体气瓶和离子气气瓶，所述低电离能气体气瓶和所述离子气气瓶与所述离子气混合组件连接并连通。

4.根据权利要求3所述的水下高压等离子弧起弧装置，其特征在于，所述离子气混合组件上设有用于控制低电离能气体和离子气流速的气体流量控制器和用于控制低电离能气体和离子气启停的高频电磁阀。

5.根据权利要求1-4任一所述的水下高压等离子弧起弧装置，其特征在于，所述低电离能气体包括但不限于氙气和一氧化碳，所述离子气为氩气。

6.根据权利要求1所述的水下高压等离子弧起弧装置，其特征在于，所述低电离能气体与所述离子气混合，所述低电离能气体所占比例为50％～90％。

7.一种水下高压等离子弧起弧方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的水下高压等离子弧起弧方法，其特征在于，所述步骤s1中工作舱的高压环境压力值≥0.15mpa。

9.根据权利要求7所述的水下高压等离子弧起弧方法，其特征在于，所述步骤s2中的送气-起维弧程序包括打开低电离能气体和离子气流量控制开关，送入低电离能气体与离子气的混合气，10～15s后启动维弧开关，建立稳定的维弧。

10.根据权利要求7所述的水下高压等离子弧起弧方法，其特征在于，所述步骤s4中的关闭维弧包括关闭低电离能气体流量控制开关，停止低电离能气体供气，并立即增加离子气流量以保证系统离子气流量稳定，在等离子弧焊枪与工件间建立稳定主弧。

技术总结
本发明提供了一种水下高压等离子弧起弧装置及其起弧方法，涉及等离子弧焊接技术领域，水下高压等离子弧起弧装置，其特征在于，包括用于提供高压环境的工作舱、离子气混合组件和气电联合控制模块，工作舱内设有等离子弧焊枪，气电联合控制模块同时与离子气混合组件和等离子弧焊枪控制连接，离子气混合组件和等离子弧焊枪连接并连通，离子气混合组件用于混合低电离能气体和离子气，且将混和后的气体输送至等离子弧焊枪。本发明通过联合等离子弧焊枪、离子气混合组件和气电联合控制模块，对离子气电离能的低向定向调控，解决高压环境离子气难电离的问题，实现水下高压环境等离子弧的稳定起弧和焊接过程。

技术研发人员：张瑞英,蒋凡,薛龙,黄继强,邹勇,黄军芬,曹莹瑜,彭勇
受保护的技术使用者：北京石油化工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13