第38卷第1期 2017年1月
焊接学报
TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION 水下机器人局部干法焊接系统王振民，谢芳祥，冯允操，张苓2
Vol.38
No.1
January
2017
（1.华南理工大学机械与汽车工程学院，广州510640;2.华南理工大学计算机科学工程学院，广州510640）摘要：针对核电站优质水下焊接修复需求，研制了一套局部干法水下机器人焊接系统，以DSC微处理器为核心，结合二次逆变主电路，设计了全数字多波形柔性输出的大功率水下焊接电源；采用电枢电压反馈控制、高频斩波脉宽调制及动静密封技术，开发了紫型潜水送丝装置；针对焊接局部保护和排渣难题，开发了基于收缩喷管原理的双气帘结构微型排水罩，集成专用水下焊枪、机器人、视觉系统等，搭建水下机器人局部干法焊接试验平台，开展水
下焊接试验，结果表明，研制的局部干法焊接系统样机性能可靠，引弧成功率高，焊接过程稳定，焊缝成形美观关键词：局部干法；水下机器人焊接；水下焊接电源；微型排水罩；潜水送丝装置
中图分类号：TG434 0序言
文献标识码：A
文章编号：0253360X(2017)01000504
1水下焊接系统总体方案设计
核电站经历严重的超设计基准的自然灾害后，
无法完全排除发生核事故的风险：甚基至在核电基准事故中，也有可能会发生水池裂纹、孔洞、破口等事故：采用水下焊接进行修复已成为核电应急维修的一项重要作业方法：核电构件池、堆水池及之乏燃料水池内辐射强，可视性差，影响因素多，水下焊接修复的难度极大[1]，现有的三大水下焊接方法中，局部干法采用微型排水罩将待焊部位一小块区域的水排开从而实现近似干法焊接效果，综合了干法焊接的高焊缝质量和湿法焊接简便易行的优点(2)，非常适合核电水下焊接维修环境[3]，为增强核电基准事故及核事故后应急处理能力，研制适合于核电站强辐射条件下的水下焊接机器人已迫在眉睫，
文中针对核电站水下应急焊接维修的需要，设
计了全数字大功率水下焊接电源、紧渗型的潜水送丝装置、微型排水罩、故障诊断系统以及其它配套设备，并通过系统集成，研制成功一套局部干法水下机器人焊接系统，并开展了相应的工艺调试和试验研究.研制的局部干法水下焊接系统与机器人、视觉系统协同工作，根据不同的焊接需求调整焊接轨迹、焊接参数，并实时跟踪焊接过程电弧行为，及时做出调整，以获得符合要求的焊缝，满足核电应急维修的需要.
收稿日期：201605-25
基金项目：国家自然科学基金资助项目(51375173)：广东省科技计划项
目(2013B011302006、2014B010104002，2014B090901030）；中央高校基本科研业务费培育项目（2015ZP039）
万方数据
所研制的水下机器人局部干法焊接系统主要包括水下焊接电源、潜水送丝装置、微型排水罩以及水下专用焊枪4)，同时将无轨移动机器人、试验水箱、焊接质量分析仪、远程监控计算机、水下视宽系统和供气系统进行集成，构建如图1所示的水下焊接机器人试验平台，
饲服气阀
AC380V
CAN BUS
焊接电源输出
焊接电源电信号焊接电源输出
传感器
鳍水送丝机
排
保护
4
焊接质量分析仪
TCP/IP 旅
远程监控操作终端
故障诊断与显示系统
排水頭工件
香移动小车
水下机器人焊接试验平台
图1局部干法水下机器人焊接系统示意图
Fig. 1Schematic diagram of proposed welding system
水下全景相机主要用于导找待焊区域并进行粗定位，而双目视觉系统主要测量焊接区域的具体位置坐标信息并进行精确定位[3]，为无轨移动机器人的焊接路径规划提供基础数据：水下焊接电源通过控制器局域网与远程操作终端连接，根据自定义的通讯协议实现对水下焊接电源状态及运行过程的远