发布日期： 2018-05-28
水下干式高压焊接实验室（Underwater Hyperbaric Welding Lab）
高压焊接试验舱与海底管道维修机器人 4Kw光纤激光焊接装置
（1）海底管道水下干式高压焊接维修
海底管道损伤之后需要进行维修，干式高压焊接是保持管道完整性最好的维修方法。干式舱下潜并跨骑在待修管道上，水面支持船舶向舱内充入高压气体排除海水形成干式高压空间，潜水员将管道自动焊机安装在管道上进行焊接维修。
水下干式焊接舱下潜 水下干式管道维修遥操作焊接
焊接过程船上监视 焊接成功的海底管道焊缝
北京石油化工学院与海洋石油工程股份有限公司合作，在国家863计划重大项目“水下干式管道维修系统”的支持下，建造了干式高压焊接试验装置，可以用于100m水深以内的高压焊接实验，研制了遥操作干式高压海底管道维修焊接机器人实现了船上焊工遥操作与水下干式舱内潜水员的协同作业，开发了用于60m水深以内的高压环境管道全位置自动焊接工艺，焊接质量达到美国焊接学会水下焊接规范《AWS D3.6M:1999 Specification for Underwater Welding》规定的A类接头要求，而且采用高压空气作为干式舱内加压排水气体，工程作业成本显著降低。水下干式高压焊接在渤海湾完成了海上试验，焊工在母船上遥操作水下干式舱内的焊接机器人，获得了质量优良的6"管道全位置焊缝。
（2）深水干式高压电弧焊接关键技术
与常压环境不同，焊接电弧在高压气体环境的压力作用下存在突出的、因为反向等离子流的抑制作用而导致的熔滴过渡困难问题，北京石油化工学院开展了添加纵向磁场、改善焊接电源性能、激光增强等作为技术手段的熔滴过渡增强技术研究。
国家自然科学基金项目“海洋结构物修复用空气加压高压MIG焊接的外加磁场控制”本项目进行了0.7MPa压力范围以内外加纵向磁场对于脉冲MIG焊接过程的影响研究，重点研究了外加纵向磁场对阴极反向等离子流、焊接过程稳定性、焊缝成形的影响，研究表明外加纵向磁场对于高压脉冲MIG焊接峰值阶段的阴极反向等离子射流具有一定的抑制作用，可以有效地促进压力环境下的熔滴过渡。
外加纵向磁场对阴极反向等离子射流的抑制（平均焊接电流100A，磁场强度200Oe）
国家自然科学基金项目“电源特性对高压环境焊接电弧行为的影响规律与控制策略” 统计分析了不同环境压力下脉冲MAG焊的电流电压波形和数据，探讨了其概率密度分布规律与高气压环境下焊接电弧稳定性的关系，采用提高电弧电压的方式来补偿电弧能量损失。研究表明提高电弧电压方式对高气压环境下焊接稳定性的提高具有显著的作用，在0.3MPa和0.5MPa压力环境下，电弧电压分别提高3V和5V时，焊接过程可与常压环境相当，该研究可为高气压环境下脉冲MAG焊参数优化匹配提供理论依据与试验基础。
脉冲MAG焊U-I图（0.3MPa、 31.8V） 脉冲MAG焊电压概率密度分布图（0.3MPa、 31.8V）
国家自然科学基金项目“激光增强水下MIG焊接熔滴过渡控制的机理与特性研究”利用激光能量密度极大的特点，采用激光照射金属熔滴，激光及光致等离子体对熔滴的辐射而使被辐射的熔滴表面液态金属高速蒸发，产生一个反冲压力Fr，该力的大小与熔滴过渡力处于同一量级，从而促进熔滴过渡。在试验系统设计中，通过在水下MIG焊接过程中引入激光，控制激光束入射方向与焊丝之间的角度θ、激光束的功率密度等参数来控制熔滴过渡的状态、过渡时机和熔滴尺寸，在可控较低焊接电流下实现稳定的水下MIG焊接熔滴过渡。
激光增强熔滴过渡MIG焊接试验系统
