本发明专利技术公开了一种海洋工程装备大型桩腿振动机械锻打辅助电弧熔敷再制造方法，该方法在电弧熔敷过程中，利用高硬度硬质合金球对高温熔敷层进行锻打。通过控制应变速率、变形层厚度、动态回复和动态再结晶过程，有效消除熔敷层内的粗大柱状晶，细化晶粒，减少不规则孔隙缺陷和残余拉应力，提高了金属修复层的力学性能，实现强塑性同时提高，使得修复层在不进行轧制和热处理的情况下，同样能够具有高的力学性能。并且本发明专利技术通过冲击枪的往复振动，可以在熔敷层垂直熔敷方向上进行横向锻打，形成较大锻打区，有效提高了对熔敷金属微观组织的调控效果，更为有效地实现熔敷层金属的形性调控，提高修复层力学性能。提高修复层力学性能。提高修复层力学性能。
【技术实现步骤摘要】
一种海洋工程装备大型桩腿振动机械锻打辅助电弧熔敷再制造方法及其装置
[0001]本专利技术属于海洋工程设备
，尤其是指一种海洋工程装备大型桩腿振动机械锻打辅助电弧熔敷再制造方法及其装置。
技术介绍
[0002]风能是一种重要的可再生清洁能源。与陆上风电相比，海上风电的储量大，发展前景更加广阔。海洋工程装备是开发利用海上资源的重要支撑。桩腿是部分海洋工程装备的重要部件。现有海上风电安装平台普遍装有尺寸巨大的桩腿，为平台提供较高的稳定性，保证风电机组安装过程的安全性和安装精度。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。
[0003]海上风电平台长期处于海洋环境中，如果能够实现平台失效部件的现场原位修复，降低安装平台的返坞返港停机维修频率，可显著提高平台的利用率，创造更高的经济效益。电弧熔敷具有沉积效率高的特点，尤其适用于中大尺寸零部件的修复。但是，电弧熔敷过程中会形成粗大柱状晶、未熔合孔隙、残余拉应力等缺陷，降低了再制造件的性能。然而，对于桩腿的再制造，不管是现场修复还是拆卸以后进行的修复，很难对其修复层进行相同的轧制和热处理过程，难于实现熔敷层微观组织的显著优化。此外，当前轧制和特种能场辅助电弧熔敷设备结构较为复杂，成本也相对较高，不便于现场灵活施工。
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振动机械锻打辅助电弧熔敷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振动机械锻打辅助电弧熔敷再制造方法，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，找出桩腿损伤区域，进一步检测损伤位置处的缺陷和深度；
[0009]S3：对损伤区域进行打磨和清洗，去除损伤基体、深处缺陷和残留物质；
[0010]S4：利用振动机械锻打辅助电弧熔敷在损伤区域沉积金属层，通过多次往返熔敷，将损伤区域完全填充；
[0011]S5：对电弧堆焊后的区域进行打磨处理，恢复桩腿原有尺寸；
[0012]作为一种优选的方案，所述步骤S2的具体步骤为：
[0013]2.1)检测桩腿外形尺寸，定位桩腿发生损伤的位置；
[0014]2.2)对桩腿损伤位置进行检测，获得损伤位置处的裂纹长度和深度。
[0015]作为一种优选的方案，所述步骤S3的具体步骤为：
[0016]3.1)对桩腿损伤区域进行打磨，去除损伤基体及内部裂纹；
[0017]3.2)对打磨后的损伤位置进行清洗，去除残留物。
[0018]作为一种优选的方案，所述步骤S4的具体步骤为：
[0019]4.1)利用有限元对损伤的桩腿进行建模，计算电弧熔敷时熔敷层温度随着时间的变化；
[0020]4.2)根据熔敷层温度变化曲线，调整振动机械锻打位置和熔敷焊丝之间的距离，使得振动锻打作用于熔敷层高温区；
[0021]4.3)开始振动机械锻打辅助电弧熔敷再制造过程，通过往返熔敷，让损伤区完全恢复。
[0022]作为一种优选的方案，所述步骤S4中，振动机械锻打和电弧熔敷同时开始，振动锻打位置处熔敷层的温度在熔敷金属再结晶温度以上。
[0023]作为一种优选的方案，振动机械锻打采用直径尺寸为2
‑
8mm的硬质合金球，球的直径小于喷枪和焊丝轴线之间的距离。
[0024]作为一种优选的方案，振动机械锻打压力为0.5
‑
10MPa，振动频率为1
‑
10Hz。
[0025]一种海洋工程装备大型桩腿振动机械锻打辅助电弧熔敷再制造的装置，包括绕桩腿移动系统、机械手、激光三维扫描检测系统、X射线探伤仪、砂轮控制系统、清洗系统、电弧熔敷控制系统、振动机械锻打控制系统和控制器；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、X射线探伤仪、清洗系统、电弧熔敷控制系统和振动机械锻打控制系统运动；所述控制器控制激光三维扫描检测系统、X射线探伤仪、清洗系统、电弧熔敷控制系统和振动机械锻打控制系统的工作状态。
[0026]作为一种优选的方案，所述激光三维扫描检测系统用于检测桩腿外形尺寸；
[0027]作为一种优选的方案，所述X射线探伤仪用于检测桩腿金属基体内部裂纹；
[0028]作为一种优选的方案，所述清洗系统用于对被打磨后的桩腿金属基体进行清洗；
[0029]作为一种优选的方案，所述电弧熔敷控制系统用于在桩腿损伤区沉积金属层；
[0030]作为一种优选的方案，所述振动机械锻打控制系统用于对高温电弧熔敷层进行多方位锻打加工，使熔敷层发生塑性变形。
[0031]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。
[0032]作为一种优选的方案，所述电弧熔敷控制系统和振动机械锻打控制系统同步启动工作，且电弧熔敷焊枪和振动机械锻打冲击枪以相同的速度向前移动。
[0033]作为一种优选的方案，所述控制器为计算机。
[0034]实施本专利技术，具有如下有益效果：
[0035]1、本专利技术在电弧熔敷过程中，利用高硬度硬质合金球对高温熔敷层进行锻打。通过控制应变速率、变形层厚度、动态回复和动态再结晶过程，有效消除熔敷层内的粗大柱状晶，细化晶粒，减少不规则孔隙缺陷和残余拉应力，提高了金属修复层的力学性能，实现强塑性同时提高，使得修复层在不进行轧制和热处理的情况下，同样能够具有高的力学性能。与现有轧制辅助电弧熔敷、激光锻造辅助电弧熔敷、特种能场辅助电弧熔敷等技术相比，振动机械锻打辅助电弧熔敷无需复杂的辅助设备、成本低、能耗低、环境适应性强，可工业化
推广，可应用于大型部件的现场原位再制造。
[0036]2、本专利技术通过冲击枪的往复振动，可以在熔敷层垂直熔敷方向上进行横向锻打，形成较大锻打区，有效提高了对熔敷金属微观组织的调控效果，更为有效地实现熔敷层金属的形性调控，提高修复层力学性能。
[0037]3、本专利技术锻打压力影响熔敷层塑性变形层厚度和应变速率，从而有效影响到熔敷层内部的微观组织。锻打压力可在较大范围调节，与超声辅助、激光锻造等工艺相比，振动机械锻打的作用力更大，锻打熔敷层的影响层深度更大。因此，振动机械锻打辅助电弧熔敷对修复层微观组织的调控更加显著。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039]图1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振动机械锻打辅助电弧熔敷再制造方法，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；S2：绕桩腿检测，找出桩腿损伤区域，进一步检测损伤位置处的缺陷和深度；S3：对损伤区域进行打磨和清洗，去除损伤基体、深处缺陷和残留物质；S4：利用振动机械锻打辅助电弧熔敷在损伤区域沉积金属层，通过多次往返熔敷，将损伤区域完全填充；S5：对电弧堆焊后的区域进行打磨处理，恢复桩腿原有尺寸。2.根据权利要求1所述的一种海洋工程装备大型桩腿振动机械锻打辅助电弧熔敷再制造方法，其特征在于，所述步骤S2的具体步骤为：2.1)检测桩腿外形尺寸，定位桩腿发生损伤的位置；2.2)对桩腿损伤位置进行检测，获得损伤位置处的裂纹长度和深度。3.根据权利要求1所述的一种海洋工程装备大型桩腿振动机械锻打辅助电弧熔敷再制造方法，其特征在于，所述步骤S3的具体步骤为：3.1)对桩腿损伤区域进行打磨，去除损伤基体及内部裂纹；3.2)对打磨后的损伤位置进行清洗，去除残留物。4.根据权利要求1所述的一种海洋工程装备大型桩腿振动机械锻打辅助电弧熔敷再制造方法，其特征在于，所述步骤S4的具体步骤为：4.1)利用有限元对损伤的桩腿进行建模，计算电弧熔敷时熔敷层温度随着时间的变化；4.2)根据熔敷层温度变化曲线，调整振动机械锻打位置和熔敷焊丝之间的距离，使得振动锻打作用于熔敷层高温区；4.3)开始振动机械锻打辅助电弧熔敷再制造过程，通过往返熔敷，让损伤区完全恢复。5.根据权利要求4所述的一种海洋工程装备大型桩腿振动机械锻打辅助电弧熔敷再制造方法，其特征在于，所述步骤S4中，振动机械锻打和电弧熔敷同时开始，振动锻打位置处熔敷层的温度在熔敷金属再结晶温度以上。6.根据权利要求1所述的一种海洋工程装备大型桩腿振动机械锻打辅助电弧熔敷再制造方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：勾俊峰，郭金保，陈国华，张永康，王冠，刘江文，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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