具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。

实施例

本实施例一种水下全位置局部干法脉冲MIG焊接系统，如图1所示，包括：

用于监控的工控机；

用于在水下运动作业的水下机器人；

用于为焊接过程提供能量的SiC焊接电源；

用于为焊接过程提供填充丝材，并实时调整送丝速度的潜水送丝装置；

用于为焊接过程提供排水气体的气体装置；

以及用于罩设在工件目标焊接区域以提供干燥焊接空间的送丝罩。

工控机、水下机器人、SiC焊接电源和潜水送丝装置均通过总线进行连接。

如图2所示，SiC焊接电源包括用于将三相交流电转变为焊接电流作为输出的主电路，以及用于对焊接电源进行控制的控制电路；主电路的两个输出极，其中一个输出极用于连接丝材，另一个输出极用于连接工件。

主电路包括依次连接的三相整流滤波电路、SiCMOSFET超高频逆变电路、变压器和全波整流滤波电路。输入整流滤波电路前向连接三相交流电并将其转化为直流母线电压，SiCMOSFET高频逆变电路将直流母线电压转化为交流方波并将其施加在变压器原边，变压器将原边高压小电流转化为副边的低压大电流，经过输出整流滤波电路得到柔性调控输出电流，实现对电弧力的精准调节。

控制电路包括核心模块、超高频驱动模块、负载电压电流采样模块、隔离开关控制模块和通信模块。

核心模块优选采用32位的DSC芯片、8M晶振电路以及3.3V直流供电电路保证控制系统的正常运行，提供PWM、CAN、ADC以及GPIO等丰富的片上外设，DSC芯片内部还嵌入FreeRTOS轻量化实时操作系统，保证有条不紊地进行任务调度、处理采样数据以及产生控制信号。

驱动模块前端经连接DSC芯片的PWM接口，将PWM信号进行放大，后端连接并驱动超高频逆变电路使M1、M4和M2、M3交替导通，完成200kHz 级别的电弧能量调控。电流采样模块前端连接全波整流滤波电路输出端并采样注入电流，后端连接DSC芯片的ADC接口；主控模块以ADC采样0-3.3V的电压信号为反馈，利用增量数字PID算法调整PWM占空比，实现主电路的电流电压调节。隔离开关控制模块采用芯片PC817实现光耦隔离，将GPIO发送的高低电平转换为开关信号传输给气体装置，实现排水气体的输送逻辑控制。通讯模块连接DSC芯片的CAN接口和CAN总线，实现SiC焊接电源和外部设备的数据传输。超高频驱动模块、负载电压电流采样模块和隔离开关控制模块均可采用现有技术。

本实施例SiC焊接电源采用SiC MOSFET作为功率开关，可将逆变频率提升至200kHz以上，最大输出电流600A，且调节范围较宽，脉冲频率可达900Hz，得益于全数字化控制方法，该SiC焊接电源具备短时精细化调节电弧能量的能力，能充分保证不同焊接位置下熔池所受自重、表面张力以及电弧力的平衡，防止熔融金属下淌，有利于提高水下焊接的工艺稳定性和工艺适应性。

送丝罩与水下机器人机械手连接，由水下机器人机械手夹持。

如图3至图6所示，送丝罩包括罩体1；罩体1包括上罩体和下罩体；上罩体和下罩体之间可拆装连接；下罩体从靠近上罩体一侧向远离下罩体一侧延伸时逐渐变小。

罩体1设有半封闭式的焊接定位腔1.1；焊接定位腔1.1的腔口形成与工件目标焊接区域平面贴合的贴合平面，以使罩体1与工件目标焊接区域平面贴合时焊接定位腔1.1相对封闭；在上罩体的顶端，焊接定位腔1.1的腔壁分别设有送丝口2、送气口4和排水阀5；送气口4与气体装置连接，以向焊接定位腔 1.1中输入排水气体。

焊接定位腔1.1中设有与送丝口2连通的送丝导管7。送丝导管7包括与送丝口2连接的管段一，以及连接在管段一靠近焊接定位腔1.1腔口一端的管段二；管段二与焊接定位腔1.1的中心轴线成夹角；管段二的末端与焊接定位腔 1.1的腔口之间留有高度间距；管段二的延长线穿过焊接定位腔1.1的腔口，以实现末端出口与焊接定位腔1.1的腔口位置相对应，从而实现丝材8在送丝导管7中穿行后从末端出口伸出，并与焊接定位腔1.1腔口处的工件目标焊接区域平面相触实现焊接。

管段二与焊接定位腔1.1的中心轴线成夹角，实现倾角送丝；丝材8沿管段一和管段二送丝后在管段二延长线与焊接定位腔1.1腔口平面的相交点即为焊接点；管段二的末端与焊接定位腔1.1的腔口之间留有高度间距，可避免焊接能量烧坏管段二以延长使用寿命。管段一与管段二之间优选通过弧形段圆滑过渡。管段二末端出口设置有导电嘴；主电路用于连接丝材的输出极与导电嘴连接。

焊接定位腔1.1中还设有用于定位的爪状定位模块6。爪状定位模块6包括至少三个定位爪；定位爪之间形成对工件中圆柱状部位进行定位的定位空间；定位空间的中心轴线与焊接定位腔1.1的中心轴线同轴。

送丝罩的工作原理是：罩体1由水下机器人机械手进行夹持；工作时，焊接定位腔1.1的腔口与工件目标焊接区域平面贴合，焊接定位腔1.1形成相对密闭空间。当环绕工件圆柱状部位进行焊接时，通过爪状定位模块6卡在圆柱状部位上进行定位，确保工件准确对中。送气口4与气体装置连接，向焊接定位腔1.1中输入排水气体；利用排水气体从排水阀5排净焊接定位腔1.1内部的水分，提供焊接定位腔1.1内部稳定的气相空间；焊炬根据焊缝路径规划进行运动从而带动送丝罩运动；丝材8通过送丝机送丝，从送丝口2输入到送丝导管7中并沿送丝导管7延伸方向输送，之后从送丝导管7末端出口伸出，与焊接定位腔1.1腔口处的工件目标焊接区域相触。在焊接过程中，随着罩体1 旋转送丝导管7及其里面的丝材8也进行回转，实现焊接路径的移动；焊接定位腔1.1的中心轴线不产生位移，保证了焊接定位腔1.1内气流场的稳定性，解决了弧状、带状及环形焊缝在传统焊接过程中气相空间不稳定的难题。此外，本发明送丝罩也可用于直线、曲线焊缝等焊接应用中。

丝材8与工件接触时，由于丝材8与工件分别连接在焊接电源输出两侧，丝材8与工件相触时短路，电能转化为热能，金属瞬间熔化实现焊接。在焊接过程中，排水阀5可以不断排出因重力而回落的水滴，保证气相空间和电弧燃烧稳定。

送丝罩体积小，易于安装，移动灵活；极好地保证了水下焊接过程的气相空间稳定性，可以处理重力作用下的水流回落问题，适用于立向焊、横焊、仰焊等各种位置的焊接，具备全位置焊接优势。

爪状定位模块6通过连接件3可拆装地设置在焊接定位腔1.1中；可通过更换不同型号的爪状定位模块6，得到不同大小的定位空间，从而匹配大小不同的圆柱状部位进行焊接。

上述水下全位置局部干法脉冲MIG焊接系统的焊接方法，包括如下步骤：

S1步，工控机向水下机器人发送运动轨迹参数，水下机器人按运动轨迹参数运动至工件目标焊接区域附近；工控机向水下机器人发送多轴运动参数，水下机器人根据多轴运动参数带动送丝罩对准焊接起始点，使送丝罩的焊接定位腔腔口与工件目标焊接区域平面进行贴合，使焊接定位腔相对封闭。当工件目标焊接区域带有圆柱状部位时，在送丝罩的焊接定位腔腔口与工件目标焊接区域平面贴合过程中，通过送丝罩的爪状定位模块卡设圆柱状部位来实现定位。

S2步，开启SiC焊接电源，工控机向SiC焊接电源发送焊接工艺参数；SiC 焊接电源通过隔离开关控制模块启动气体装置工作输出排水气体，将送丝罩焊接定位腔内水分排出，保证气相空间的干燥；潜水送丝装置按照设定送丝速度输送丝材，SiC焊接电源按照预设参数输出脉冲焊接电流，通过对应的电弧力保证熔滴过渡稳定和熔池受力平衡；在SiC焊接电源输出脉冲焊接电流期间，送丝罩沿焊接定位腔的中心轴旋转，实现弧状或带状或环形焊缝焊接。

S3步，焊接完成后，SiC焊接电源、潜水送丝装置和气体装置暂停工作，由工控机向水下机器人发送新的运动轨迹参数，水下机器人运动至新的待焊接区域，重复S2焊接过程，直至焊接任务完成。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。