核電站用水下焊接遠(yuǎn)程控制技術(shù)研究

1、核電站用水下焊接遠(yuǎn)程控制技術(shù)研究摘要：目前，核電站的水下焊接修復(fù)工作是由潛水焊接操作工完成的，因此質(zhì)量難以保證。近年來(lái)水下干法焊接遠(yuǎn)程控制技術(shù)得以發(fā)展。因此，研發(fā)了一套用于MIG下水干法自動(dòng)焊接系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制技術(shù)。這套技術(shù)的關(guān)鍵是一個(gè)壓力容器，該容器能夠模擬30M水深環(huán)境。在焊接室中裝有三個(gè)攝像頭用于監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況以及焊接過(guò)程。水下15M深的304和321不銹鋼焊接結(jié)果表明，這套系統(tǒng)能夠滿足局部干法焊接的測(cè)試要求。這些研究結(jié)果對(duì)于核電站的水下修復(fù)技術(shù)發(fā)展具有至關(guān)重要的意義。關(guān)鍵詞：核電站；局部干法焊接；不銹鋼1.緒論自從1990年，國(guó)外就開(kāi)始大規(guī)模的研究核電站的水下自動(dòng)焊接修復(fù)技術(shù)，包括激光

2、焊、GMAW、FCAW等等，他們大多采用局部干法焊接。水下局部干法焊接是在20世紀(jì)中期發(fā)明的，這項(xiàng)技術(shù)能夠被用于淺海鋼結(jié)構(gòu)和核電站的修復(fù)。我國(guó)從20世紀(jì)70年代可以研究這一技術(shù)，因?yàn)榇笠?guī)模的核電站建設(shè)較晚，因此目前核電站的建設(shè)和維護(hù)任務(wù)依賴與國(guó)外的技術(shù)。本文研究了用于核電站的水下焊接修復(fù)遠(yuǎn)程控制技術(shù)。內(nèi)容包括：水下焊接測(cè)試系統(tǒng)，局部干法焊接排水端蓋以及水下焊接過(guò)程。304和321不銹鋼的水下局部干法焊接測(cè)試表明：工件的焊接質(zhì)量是可靠的。焊縫滲透測(cè)試、超聲波檢查、射線檢測(cè)以及機(jī)械測(cè)試完全滿足要求。焊接測(cè)試裝置運(yùn)行安全可靠。它能模擬15M深的水下環(huán)境并且可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接控制。局部干法封蓋可以有效的

3、制造一個(gè)局部干燥的環(huán)境以確保更高的焊接質(zhì)量。2.水下焊接測(cè)試裝置核電站水下焊接測(cè)試裝置主要由水下焊接測(cè)試容器、焊接平臺(tái)液壓驅(qū)動(dòng)、空氣壓縮機(jī)、保護(hù)氣儲(chǔ)存系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程焊接操控系統(tǒng)等組成。水下焊接測(cè)試容器是像核反應(yīng)堆一樣的垂直容器。在焊接實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了模擬水下環(huán)境，測(cè)試容器的底部會(huì)充滿水和空氣壓縮器制造的高壓氣體。容器的直徑為1.6M。最高工作壓力達(dá)到0.3MPa。焊接平臺(tái)是由行走機(jī)構(gòu)、水平調(diào)整機(jī)構(gòu)、搖擺機(jī)構(gòu)以及高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成，平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)在焊槍和工件之間的移動(dòng)。在水下焊接測(cè)試中，焊接平臺(tái)可以通過(guò)升降機(jī)構(gòu)下潛或者升起。升降機(jī)構(gòu)和焊接平臺(tái)均由帶比例伺服閥的液壓系統(tǒng)控制。局部干法

4、焊接的排水端蓋是水下遠(yuǎn)程控制焊接設(shè)備的關(guān)鍵組成部分。水下焊接檢測(cè)攝像頭裝在排水端蓋的頂部。一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)的焊接透鏡裝在它的前端，透鏡可以根據(jù)光強(qiáng)自動(dòng)調(diào)節(jié)明暗。因此，監(jiān)控裝置不僅可以用來(lái)檢測(cè)弧焊過(guò)程而且可以在焊前、焊后做檢查。焊槍從排水端蓋旁邊插入。氬氣充滿排水端蓋在焊槍周圍形成干燥的環(huán)境，同時(shí)也可以作為焊接保護(hù)氣。焊接質(zhì)量取決于封面大小、墊片材料以及進(jìn)口氣體類型。排水端蓋的直徑可由焊接冷卻速度以及焊接速度的關(guān)系確定。計(jì)算公式如下：Dmin=2×t500×Vwelding。此外，合理的長(zhǎng)徑比是確保氣體在端蓋內(nèi)形成層流狀態(tài)的關(guān)鍵。通過(guò)計(jì)算和分析，端蓋直徑為130mm、高度為90m

5、m更為合理。再者，氣體進(jìn)入的方式對(duì)層流狀態(tài)也有很大的影響。在氣流進(jìn)入排水端蓋時(shí)應(yīng)該通過(guò)金屬網(wǎng)減速，這樣可以確保氣流合理分散，焊接電弧穩(wěn)定燃燒，氣體可以平穩(wěn)的排出。實(shí)際上，端蓋的設(shè)計(jì)不僅可以采納傳統(tǒng)和經(jīng)驗(yàn)，而且可以通過(guò)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件得到提高?；谶吔鐥l件和初始條件，例如端蓋尺寸、進(jìn)氣方式、進(jìn)入速度等等，氣體速度分布、應(yīng)力分布以及層流狀態(tài)等的參數(shù)都可以由FLUENT軟件采集。通過(guò)上述方法，排水端蓋結(jié)構(gòu)可以優(yōu)化并且層流的穩(wěn)定性會(huì)提高。3.焊接實(shí)驗(yàn)在正常的5M和15M水深的壓力下進(jìn)行了304和321不銹鋼的局部干法堆焊和對(duì)接焊。實(shí)驗(yàn)使用的焊接電源是Kemppi數(shù)字MIG焊接電源。焊接參數(shù)可以PRO

6、4200多功能控制器輸入。焊接電源接收標(biāo)準(zhǔn)輸入。在焊接模式選定以后焊接電流和自動(dòng)送死速度匹配。焊接液壓驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的其他參數(shù)的輸入通過(guò)別的控制箱來(lái)完成。為了分析電流、電壓對(duì)焊接質(zhì)量的影響，使用漢諾威弧焊質(zhì)量分析系統(tǒng)來(lái)收集和記錄實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。此外，它能夠利用這套系統(tǒng)的分析軟件進(jìn)行進(jìn)一步的處理和分析收集的數(shù)據(jù)，這樣就可以用來(lái)總結(jié)焊接質(zhì)量和焊接過(guò)程參數(shù)的關(guān)系。焊接測(cè)試結(jié)果表明焊接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以安全穩(wěn)定運(yùn)行，這套系統(tǒng)可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)局部干法焊接。排水端蓋設(shè)計(jì)合理，它能實(shí)現(xiàn)所需要的功能，比如排水、焊接保護(hù)以及排煙等等。這套系統(tǒng)滿足了不同壓力下的焊接測(cè)試要求。焊縫成型美觀并且沒(méi)有明顯缺陷。15M水深環(huán)境下對(duì)304不銹鋼焊接件進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)焊接質(zhì)量完美滿足研究要求。滲透測(cè)試采用高清滲透材料檢測(cè)15M水深環(huán)境下304不銹鋼的焊縫成型和對(duì)接表面，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)瑕疵。超聲波測(cè)試USN - 60超聲波儀器檢測(cè)15M水深環(huán)境下304不銹鋼的焊縫成型和對(duì)接表面，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)缺陷，焊接質(zhì)量合格。射線檢驗(yàn)2515 x射線機(jī)檢測(cè)15M水深環(huán)境下304不銹鋼的對(duì)接接頭，射線相片顯示焊接質(zhì)量合格。機(jī)械性能測(cè)試機(jī)械性能測(cè)試結(jié)果表面焊縫滿足機(jī)械性能要求。4.結(jié)論1.水下焊接實(shí)驗(yàn)裝置可以模擬0-15M水深環(huán)境，為研究水下高壓焊接技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。2.排水端蓋設(shè)計(jì)合理，它能在水下的高壓環(huán)境下制造