核电站用水下焊接远程控制技术研究

1、核电站用水下焊接远程控制技术研究摘要：目前，核电站的水下焊接修复工作是由潜水焊接操作工完成的，因此质量难以保证。近年来水下干法焊接远程控制技术得以发展。因此，研发了一套用于MIG下水干法自动焊接系统的远程控制技术。这套技术的关键是一个压力容器，该容器能够模拟30M水深环境。在焊接室中装有三个摄像头用于监控设备运行情况以及焊接过程。水下15M深的304和321不锈钢焊接结果表明，这套系统能够满足局部干法焊接的测试要求。这些研究结果对于核电站的水下修复技术发展具有至关重要的意义。关键词：核电站；局部干法焊接；不锈钢1.绪论自从1990年，国外就开始大规模的研究核电站的水下自动焊接修复技术，包括激光

2、焊、GMAW、FCAW等等，他们大多采用局部干法焊接。水下局部干法焊接是在20世纪中期发明的，这项技术能够被用于浅海钢结构和核电站的修复。我国从20世纪70年代可以研究这一技术，因为大规模的核电站建设较晚，因此目前核电站的建设和维护任务依赖与国外的技术。本文研究了用于核电站的水下焊接修复远程控制技术。内容包括：水下焊接测试系统，局部干法焊接排水端盖以及水下焊接过程。304和321不锈钢的水下局部干法焊接测试表明：工件的焊接质量是可靠的。焊缝渗透测试、超声波检查、射线检测以及机械测试完全满足要求。焊接测试装置运行安全可靠。它能模拟15M深的水下环境并且可以实现自动焊接控制。局部干法封盖可以有效的

3、制造一个局部干燥的环境以确保更高的焊接质量。2.水下焊接测试装置核电站水下焊接测试装置主要由水下焊接测试容器、焊接平台液压驱动、空气压缩机、保护气储存系统、电子控制系统、监控系统以及远程焊接操控系统等组成。水下焊接测试容器是像核反应堆一样的垂直容器。在焊接实验时，为了模拟水下环境，测试容器的底部会充满水和空气压缩器制造的高压气体。容器的直径为1.6M。最高工作压力达到0.3MPa。焊接平台是由行走机构、水平调整机构、摇摆机构以及高度调节机构组成，平台可以实现在焊枪和工件之间的移动。在水下焊接测试中，焊接平台可以通过升降机构下潜或者升起。升降机构和焊接平台均由带比例伺服阀的液压系统控制。局部干法

4、焊接的排水端盖是水下远程控制焊接设备的关键组成部分。水下焊接检测摄像头装在排水端盖的顶部。一个自动调节的焊接透镜装在它的前端，透镜可以根据光强自动调节明暗。因此，监控装置不仅可以用来检测弧焊过程而且可以在焊前、焊后做检查。焊枪从排水端盖旁边插入。氩气充满排水端盖在焊枪周围形成干燥的环境，同时也可以作为焊接保护气。焊接质量取决于封面大小、垫片材料以及进口气体类型。排水端盖的直径可由焊接冷却速度以及焊接速度的关系确定。计算公式如下：Dmin=2×t500×Vwelding。此外，合理的长径比是确保气体在端盖内形成层流状态的关键。通过计算和分析，端盖直径为130mm、高度为90m

5、m更为合理。再者，气体进入的方式对层流状态也有很大的影响。在气流进入排水端盖时应该通过金属网减速，这样可以确保气流合理分散，焊接电弧稳定燃烧，气体可以平稳的排出。实际上，端盖的设计不仅可以采纳传统和经验，而且可以通过计算流体动力学软件得到提高。基于边界条件和初始条件，例如端盖尺寸、进气方式、进入速度等等，气体速度分布、应力分布以及层流状态等的参数都可以由FLUENT软件采集。通过上述方法，排水端盖结构可以优化并且层流的稳定性会提高。3.焊接实验在正常的5M和15M水深的压力下进行了304和321不锈钢的局部干法堆焊和对接焊。实验使用的焊接电源是Kemppi数字MIG焊接电源。焊接参数可以PRO

6、4200多功能控制器输入。焊接电源接收标准输入。在焊接模式选定以后焊接电流和自动送死速度匹配。焊接液压驱动平台的其他参数的输入通过别的控制箱来完成。为了分析电流、电压对焊接质量的影响，使用汉诺威弧焊质量分析系统来收集和记录实时数据。此外，它能够利用这套系统的分析软件进行进一步的处理和分析收集的数据，这样就可以用来总结焊接质量和焊接过程参数的关系。焊接测试结果表明焊接实验系统可以安全稳定运行，这套系统可以用来实现局部干法焊接。排水端盖设计合理，它能实现所需要的功能，比如排水、焊接保护以及排烟等等。这套系统满足了不同压力下的焊接测试要求。焊缝成型美观并且没有明显缺陷。15M水深环境下对304不锈钢焊接件进行检验，发现焊接质量完美满足研究要求。渗透测试采用高清渗透材料检测15M水深环境下304不锈钢的焊缝成型和对接表面，没有发现瑕疵。超声波测试USN - 60超声波仪器检测15M水深环境下304不锈钢的焊缝成型和对接表面，没有发现缺陷，焊接质量合格。射线检验2515 x射线机检测15M水深环境下304不锈钢的对接接头，射线相片显示焊接质量合格。机械性能测试机械性能测试结果表面焊缝满足机械性能要求。4.结论1.水下焊接实验装置可以模拟0-15M水深环境，为研究水下高压焊接技术奠定了基础。2.排水端盖设计合理，它能在水下的高压环境下制造