本发明专利技术公开了一种海洋工程装备大型桩腿现场原位再制造方法，该方法采用热喷涂预置涂层、激光重熔、激光锻造的方法，减少了热输入，尤其是减少了桩腿基体的热输入，抑制了金属基体的热变形和热影响区微观组织晶粒的长大，抑制了粗大柱状晶的生长，提高了大型桩腿现场修复的可能性，并且本发明专利技术将激光重熔和激光锻造工艺耦合，在激光重熔过程中对高温重熔金属层进行激光锻造，可以促使高温金属层发生动态回复和动态再结晶，有效的消除了残余拉应力，而且实现了内部微观组织调控，细化了晶粒，减少不规则孔隙缺陷。残余拉应力的消除，有助于抑制修复层的应力腐蚀。微观组织细化有助于修复层耐磨损性能的提高，孔隙缺陷的减少有助于修复层力学性能的提高。复层力学性能的提高。复层力学性能的提高。
【技术实现步骤摘要】
一种海洋工程装备大型桩腿现场原位再制造方法及其制作方法及装置
[0001]本专利技术涉及属于海洋工程设备
，尤其是指一种海洋工程装备大型桩腿现场原位再制造方法及其装置。
技术介绍
[0002]海洋工程装备是开发利用海上资源的重要支撑，比如海上风电安装平台、海上起重船、海洋油汽钻井平台等。桩腿是海洋工程装备的重要组成部件，保证了施工过程的稳定性和安装精度。然而，长期在海洋环境下工作的桩腿，在腐蚀、磨损等作用下不可避免地会发生损伤。桩腿的损伤影响到装备的稳定性和安全性，可能引发安全事故。因此，对于损伤桩腿必须采用有效的措施进行替换或者修复。
[0003]再制造方法用于恢复零件原有尺寸和功能，可极大的降低成本，节约原材料。海洋工程装备桩腿的尺寸普遍巨大，采用再制造的方法恢复其原有尺寸，经济意义更加显著。然而，目前有关桩腿修复的研究，尤其是现场原位进行修复的方法和设备则一直没有研究和制造出来。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于针对上述问题，提供了一种海洋工程装备大型桩腿现场原位再制造方法及其装置。
[0005]本专利技术的目的可采用以下技术方案来达到：
[0006]一种海洋工程装备大型桩腿现场原位再制造方法，包括以下步骤：
[0007]S1：待桩腿提升或者下降位置固定后，在桩腿周围布置绕桩移动系统，包括环形导轨、小车和机械手；
[0008]S2：绕桩腿检测桩腿外形尺寸，定位桩腿存在损伤的位置及范围，采用探伤仪检测桩腿被定位损伤位置内的裂纹长度和深度；
[0009]S3：对损伤位置的金属基体进行减材以消除内部裂纹并将损伤区域打磨规则；
[0010]S4：对减材后的损伤区域进行清洗以去除残留物，检测桩腿外形尺寸，计算损伤量；
[0011]S5：利用热喷涂的方法在损伤区域喷涂金属涂层，金属涂层须完全覆盖桩腿损伤范围，单次喷涂金属涂层厚度在接近最大损伤量的前提下不超过激光重熔深度；
[0012]S6：将桩腿损伤区域内的金属涂层进行激光重熔，在激光重熔过程中对高温凝固金属层进行激光锻造，激光重熔和激光锻造同步进行；
[0013]S7：采用探伤仪检测激光重熔后金属层内是否存在缺陷。如果未发现缺陷，则继续下一修复步骤；如果发现缺陷，则重复步骤S6，在缺陷存在区进行再次激光重熔，重复以上步骤，直到没有检测到缺陷为止；
[0014]S8：检测激光重熔和激光锻造以后桩腿损伤区域的外形尺寸，计算桩腿损伤区修
复增量。如果桩腿损伤区修复增量均为正值，则直接进行下一修复步骤；如果桩腿损伤区修复增量存在负值，则继续重复步骤S5、S6、S7，检测桩腿损伤区外形尺寸，直到桩腿损伤区修复增量均变为正值；
[0015]S9：通过减材去除桩腿损伤区修复层多余部分，恢复桩腿原设计尺寸。
[0016]作为一种优选的方案，所述步骤S3的具体内容：
[0017]根据桩腿损伤区域的范围和深度，控制机械手移动，以对桩腿损伤位置进行减材加工；然后将损伤位置打磨规则；
[0018]作为一种优选的方案，所述步骤S4的具体内容：
[0019]根据损伤区域范围，控制机械手移动，使机械手带动高压水枪移动，将打磨区域残余物质去除掉；然后，检测桩腿损伤区域经减材加工以后的外形尺寸，计算损伤量。
[0020]作为一种优选的方案，所述步骤S5的具体内容：
[0021]将喷枪固定到机械手上，控制机械手移动，在损伤区域喷涂金属涂层并使金属涂层完全覆盖并超过损伤区域；控制机械手带动喷枪往返多次喷涂后，使金属涂层到达设定的厚度；
[0022]作为一种优选的方案，所述步骤S6的具体内容：
[0023]利用有限元模拟计算环境温度下激光重熔层温度的变化，将两束激光位置调整到设定距离；将激光重熔和激光锻造激光头耦合固定后与机械手固定在一起；控制机械手移动，让连续激光器激光头和脉冲激光器激光头同步移动，完成激光重熔和激光锻造；
[0024]作为一种优选的方案，所述步骤S9的具体内容：
[0025]S91:将砂轮机固定在机械手上，控制机械手带动砂轮机移动，以去除修复层多余部分；
[0026]S92:检测桩腿损伤区修复以后的外形尺寸，计算损伤位置修复增量；如果修复增量为零，则修复结束；如果修复增量为正值，则重复步骤S91，直到修复增量变为零。
[0027]一种海洋工程装备大型桩腿现场原位再制造方法的装置，包括绕桩腿移动系统、机械手、激光三维扫描检测系统、减材系统、X射线探伤仪、清洗系统、喷涂控制系统、激光重熔系统和激光锻造系统；所述绕桩腿移动系统控制机械手的绕桩运动状态；所述机械手驱动激光三维扫描检测系统、减材系统、X射线探伤仪、清洗系统、喷涂控制系统、激光重熔系统和激光锻造系统运动；
[0028]所述激光三维扫描检测系统用于检测桩腿外形尺寸；
[0029]所述减材系统用于去除桩腿损伤部位基体以及修复层多余部分；
[0030]所述X射线探伤仪用于检测桩腿基体及激光重熔层内部缺陷；
[0031]所述清洗系统用于对桩腿基体进行清洗；
[0032]所述喷涂控制系统用于在桩腿损伤区域喷涂金属涂层；
[0033]所述激光重熔和激光锻造系统用于对金属涂层进行激光重熔和激光锻造。
[0034]作为一种优选的方案，所述绕桩腿移动系统包括驱动装置、导轨和安装于导轨上的小车，所述驱动装置驱动小车在导轨上移动。
[0035]作为一种优选的方案，所述喷涂控制系统采用超音速电弧喷涂系统、火焰喷涂系统和等离子喷涂系统中的一种。
[0036]作为一种优选的方案，所述激光重熔和激光锻造系统包括连续激光器、连续激光
头、高能脉冲激光器和脉冲激光头；所述连续激光头与连续激光器光纤连接，所述脉冲激光头与高能脉冲激光器光纤连接。
[0037]实施本专利技术，具有如下有益效果：
[0038]1、本专利技术采用热喷涂预置涂层、激光重熔、激光锻造的方法，减少了热输入，尤其是减少了桩腿基体的热输入，抑制了金属基体的热变形和热影响区微观组织晶粒的长大，抑制了粗大柱状晶的生长，提高了大型桩腿现场修复的可能性。
[0039]2、本专利技术采用热喷涂的方法将修复材料沉积到损伤区，然后采用激光重熔的方法将热喷涂涂层进行重熔，实现了修复，不仅提高了材料利用率，而且消除了孔隙，提高了修复层的结合强度。
[0040]3、本专利技术将激光重熔和激光锻造工艺耦合，在激光重熔过程中对高温重熔金属层进行激光锻造，可以促使高温金属层发生动态回复和动态再结晶，有效的消除了残余拉应力，而且实现了内部微观组织调控，细化了晶粒，减少了不规则孔隙缺陷。残余拉应力的消除，有助于抑制修复层的应力腐蚀。微观组织细化有助于修复层耐磨损性能的提高。不规则孔隙缺陷的减少，有助于修复层力学性能的提高。
[0041]4.本专利技术利用激光重熔和激光锻造工艺可以实现金属层的多次重熔和锻造，消除内部孔隙、裂纹等缺陷，实现金属层微观本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种海洋工程装备大型桩腿现场原位再制造方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：待桩腿提升或者下降位置固定后，在桩腿周围布置绕桩移动系统，包括环形导轨、小车和机械手；S2：绕桩腿检测桩腿外形尺寸，定位桩腿存在损伤的位置及范围，采用探伤仪检测桩腿被定位损伤位置内的裂纹长度和深度；S3：对损伤位置的金属基体进行减材以消除内部裂纹并将损伤区域打磨规则；S4：对减材后的损伤区域进行清洗以去除残留物，检测桩腿外形尺寸，计算损伤量；S5：利用热喷涂的方法在损伤区域喷涂金属涂层，金属涂层须完全覆盖桩腿损伤范围，单次喷涂金属涂层厚度在接近最大损伤量的前提下不超过激光重熔深度；S6：将桩腿损伤区域内的金属涂层进行激光重熔，在激光重熔过程中对高温凝固金属层进行激光锻造，激光重熔和激光锻造同步进行；S7：采用探伤仪检测激光重熔后金属层内是否存在缺陷。如果未发现缺陷，则继续下一修复步骤；如果发现缺陷，则重复步骤S6，在缺陷存在区进行再次激光重熔，重复以上步骤，直到没有检测到缺陷为止；S8：检测激光重熔和激光锻造以后桩腿损伤区域的外形尺寸，计算桩腿损伤区修复增量。如果桩腿损伤区修复增量均为正值，则直接进行下一修复步骤；如果桩腿损伤区修复增量存在负值，则继续重复步骤S5、S6、S7，检测桩腿损伤区外形尺寸，直到桩腿损伤区修复增量均变为正值；S9：通过减材去除桩腿损伤区修复层多余部分，恢复桩腿原设计尺寸。2.根据权利要求1所述的一种海洋工程装备大型桩腿现场原位再制造方法，其特征在于，所述步骤S3的具体内容：根据桩腿损伤区域的范围和深度，控制机械手移动，以对桩腿损伤位置进行减材加工；然后将损伤位置打磨规则。3.根据权利要求1所述的一种海洋工程装备大型桩腿现场原位再制造方法，其特征在于，所述步骤S4的具体内容：根据损伤区域范围，控制机械手移动，使机械手带动高压水枪移动，将打磨区域残余物质去除掉；然后，检测桩腿损伤区域经减材加工以后的外形尺寸，计算损伤量。4.根据权利要求1所述的一种海洋工程装备大型桩腿现场原位再制造方法，其特征在于，所述步骤S5的具体内容：将喷枪固定到机械手上，控制机械手移动，在损伤区域喷涂金属涂层并使金属涂层完全覆盖并超过损伤区域；控制机械手带动喷枪往返多次喷涂后，使金属涂层达到设定的厚度。5.根据权利要求1所述的一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：勾俊峰，雷诺，张永康，刘江文，池元清，王冠，张颖，金晔，程旭东，张吉海，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：
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