本发明公开了一种水下高压电弧气腔气体采集装置，它由电弧气产生装置和电弧气收集装置组成，所述的电弧气产生装置包括密封水箱、钢板和用于固定焊条的固定台，所述的固定台和钢板均固定在密封水箱的底部，密封水箱的顶部通过气体管道连通有第一压力控制器，第一压力控制器上安装有第一阀门，所述的电弧气收集装置包括通过气体管道依次连通的采气管、气体收集器和第二压力控制器，采气管插入密封水箱内，并使采气管的进气口延伸到电弧气腔内，所述的第二压力控制器与一惰性气体瓶连通，惰性气体瓶的出气口安装有气体瓶阀门。本发明能够模拟水下焊接环境，收集电弧气腔内的气体以便对其成分进行分析。
1.一种水下高压电弧气腔气体采集装置，其特征在于：它由电弧气产生装置和电弧气收集装置组成，所述的电弧气产生装置包括密封水箱(2)、钢板(8)和用于固定焊条的固定台(7)，所述的固定台(7)和钢板(8)均固定在密封水箱(2)的底部，密封水箱(2)的顶部通过气体管道连通有第一压力控制器(1)，第一压力控制器(1)上安装有第一阀门(1-6)，所述的电弧气收集装置包括通过气体管道依次连通的采气管(10)、气体收集器(17)和第二压力控制器(15)，采气管(10)插入密封水箱(2)内，并使采气管(10)的进气口延伸到电弧气腔(9)内，所述的第二压力控制器(15)与一惰性气体瓶(14)连通，惰性气体瓶(14)的出气口安装有气体瓶阀门(14-1)。
2.根据权利要求1所述的水下高压电弧气腔气体采集装置，其特征在于：所述的第一压力控制器(1)和第二压力控制器(15)均由控制器管道(1-5)、旋钮(1-1)、弹簧(1-2)和平衡球(1-3)组成，控制器管道(1-5)与气体管道相连通，控制器管道(1-5)上与气体管道连通处设有控制器阀门(1-4)，旋钮(1-1)设置在控制器管道(1-5)的顶部，弹簧(1-2)的一端连接在旋钮(1-1)上，另一端与平衡球(1-3)连接。
3.根据权利要求1或2所述的水下高压电弧气腔气体采集装置，其特征在于：所述的气体收集器(17)中设置有活塞，活塞从左端移动到右端完成气体的一次收集。
4.根据权利要求3所述的水下高压电弧气腔气体采集装置，其特征在于：在所述的气体收集器(17)和第二压力控制器(15)的两端并联连通有加热器(12)，加热器(12)的两端分别设有第一加热器阀门(12-1)和第二加热器阀门(12-2)，所述的采气管(10)的出口处设有采气管阀门(10-1)。
5.根据权利要求4所述的水下高压电弧气腔气体采集装置，其特征在于：所述的气体收集器(17)的左端设有一个收集器进气阀门(17-1)和一个单向阀(17-2)，单向阀(17-2)上连接有收集器出气阀门(17-3)，气体收集器(17)的左端通过收集器进气阀门(17-1)与采气管(10)连通，气体收集器(17)的右端与第二压力控制器(15)连通，第二压力控制器(15)的右端设有第二阀门(15-1)。
6.根据权利要求1所述的水下高压电弧气腔气体采集装置，其特征在于：所述的密封水箱(2)内固定有丝杠(5)，丝杠(5)的一端与电机(4)连接，丝杠(5)上通过螺纹连接有连接杆(6)，焊条安装在连接杆(6)的下端，固定台(7)上设有用于限制焊条上下左右运动的固定挡圈。
7.根据权利要求1或6所述的水下高压电弧气腔气体采集装置，其特征在于：所述的钢板(8)上电弧气腔(9)的上方设置有挡网(11)。
8.根据权利要求1或4或5所述的水下高压电弧气腔气体采集装置，其特征在于：所述的采气管(10)由玻璃材料制成，且采气管(10)的表面涂敷有保温隔热涂料，所述的密封水箱(2)由钢化玻璃制成。
9.根据权利要求3所述的水下高压电弧气腔气体采集装置，其特征在于：所述的气体收集器(17)上开有用于插入钨棒的内层通孔，内层通孔外采用玻璃胶(18)密封，玻璃胶(18)外测罩有外层罩扣(19)，外层罩扣(19)上与内层通孔对应处开有外层通孔。
10.根据权利要求1所述的水下高压电弧气腔气体采集装置，其特征在于：所述的第一压力控制器(1)上与密封水箱(2)的连接处安装有第一压力表(3)，所述的气体收集器(17)与第二压力控制器(15)之间安装有第二压力表(16)，所述的气体瓶阀门(14-1)的出气端安装有第三压力表(13)。
水下高压电弧气腔气体采集装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种水下高压电弧气腔气体采集装置，属于水下焊接技术领域。
背景技术
[0002] 海洋资源开发及水下工程所包括的海上采油、输油管道和近海大陆架钻井平台等大型钢结构的建造安装、维修等都离不开水下焊接技术，水下焊接技术可对海底管道覆设、损害修补、海上钢结构物水下结构的安装、维修提供方便可靠的技术手段。水下焊接也是水面舰艇、潜艇应急维修、海上救防、抢险救灾等工作的必要技术手段和关键技术之一。干法焊接在气室内使用惰性或半惰性气体，安全性最好，但使用局限性很大，应用不普遍。干法焊接时，焊工应穿戴特制防火、耐高温的防护服。局部干法是焊工在水中施焊，人为地将焊接区周围的水排开的水下焊接方法，其安全措施与湿法相似。湿法焊接是焊工在水下直接施焊，无需将焊接区周围的水排开，应用最广，但安全性最差，现阶段水下焊接的研究如果在焊条电弧焊水下湿法焊接方面能够取得一定的突破，那么水下焊接领域将会有较大的进展。
[0003] 因此要研究焊条燃烧过程中各种因素的相互作用机理，最好通过焊条燃烧所产生的气氛进行分析。为此，我们自主设计制造了一套水下高压电弧气腔气体采集装置。
[0004] 在焊条电弧焊水下湿法焊接过程中，电弧在水下燃烧与埋弧焊相似，是在气腔中燃烧的。焊条燃烧时焊条上的涂料形成套筒使气腔稳定存在，因而使电弧稳定。要使焊条在水下稳定燃烧，必须在焊条芯上涂一层一定厚度的涂料，并用石蜡或其他防水物质浸渍的方法，使焊条具有防水性。焊接过程中的气腔由氢、氧、水蒸气和由焊条药皮燃烧产生的气体组成，焊条燃烧所产生的气氛是研究焊条燃烧反应的重要媒介，现有技术尚未有模拟水下环境收集焊条燃烧气氛的装置。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种水下高压电弧气腔气体采集装置，它能够模拟水下焊接环境，收集电弧气腔内的气体。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种水下高压电弧气腔气体采集装置，它由电弧气产生装置和电弧气收集装置组成，所述的电弧气产生装置包括密封水箱、钢板和用于固定焊条的固定台，所述的固定台和钢板均固定在密封水箱的底部，密封水箱的顶部通过气体管道连通有第一压力控制器，第一压力控制器上安装有第一阀门，所述的电弧气收集装置包括通过气体管道依次连通的采气管、气体收集器和第二压力控制器，采气管插入密封水箱内，并使采气管的进气口延伸到电弧气腔内，所述的第二压力控制器与一惰性气体瓶连通，惰性气体瓶的出气口安装有气体瓶阀门。
[0007] 进一步提供了一种第一压力控制器和第二压力控制器的具体结构，所述的第一压力控制器和第二压力控制器均由控制器管道、旋钮、弹簧和平衡球组成，控制器管道与气体管道相连通，控制器管道上与气体管道连通处设有控制器阀门，旋钮设置在控制器管道的顶部，弹簧的一端连接在旋钮上，另一端与平衡球连接。
[0008] 进一步，所述的气体收集器中设置有活塞，活塞从左端移动到右端完成气体的一次收集。
[0009] 进一步为了防止采集的气体受周围环境冷却在采气管管壁上析出水，在所述的气体收集器和第二压力控制器的两端并联连通有加热器，加热器的两端分别设有第一加热器阀门和第二加热器阀门，所述的采气管的出口处设有采气管阀门。
[0010] 进一步为了反复排出气体收集器中的气体，减少对电弧燃烧气体成分的干扰，所述的气体收集器的左端设有一个收集器进气阀门和一个单向阀，单向阀上连接有收集器出气阀门，气体收集器的左端通过收集器进气阀门与采气管连通，气体收集器的右端与第二压力控制器连通，第二压力控制器的右端设有第二阀门。
[0011] 进一步为了自动完成引弧和保证电弧稳定燃烧，所述的密封水箱内固定有丝杠，丝杠的一端与电机连接，丝杠上通过螺纹连接有连接杆，焊条安装在连接杆的下端，固定台上设有用于限制焊条上下左右运动的固定挡圈。
[0012] 进一步为了阻止气泡大量上浮，使气泡稳定在电弧位置，所述的钢板上电弧气腔的上方设置有挡网。
[0013] 进一步保证气体采集过程中水蒸气不会液化，所述的采气管由玻璃材料制成，且采气管的表面涂敷有保温隔热涂料，所述的密封水箱由钢化玻璃制成。
[0014] 进一步为了便于进行电弧环境下的还原实验，并保证密封性，所述的气体收集器上开有用于插入钨棒的内层通孔，内层通孔外采用玻璃胶密封，玻璃胶外罩有外层罩扣，外层罩扣上与内层通孔对应处开有外层通孔。
[0015] 进一步，所述的第一压力控制器上与密封水箱的连接处安装有第一压力表，所述的气体收集器与第二压力控制器之间安装有第二压力表，所述的气体瓶阀门的出气端安装有第三压力表。
[0016] 采用了上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：
[0017] 1)能够模拟水下高压的环境，使焊条在水下稳定燃烧，并完成电弧燃烧气体的收集；
[0018] 2)通过反复收集并排出气体收集器内收集的气体，能够减少惰性气体对电弧燃烧气体的干扰；
[0019] 3)气体收集完毕后，能够在气体收集器直接进行电弧环境下的还原实验，避免收集的气体在转移过程中混入其余气体。
附图说明
[0020] 图1为本发明水下高压电弧气腔气体采集装置的原理框图；
[0021] 图2为本发明的第一压力控制器的结构示意图；
[0022] 图3为本发明的气体收集器的玻璃胶和外层罩扣的结构示意图；
[0023] 图中，1、第一压力控制器，1-1、旋钮，1-2、弹簧，1-3、平衡球，1-4、控制器阀门，1-5、控制器管道，1-6、第一阀门，2、密封水箱，3、第一压力表，4、电机，5、丝杠，6、连接杆，7、固定台，8、钢板，9、电弧气腔，10、采气管，10-1、采气管阀门，11、挡网，12、加热器，12-1、第一加热器阀门，12-2、第二加热器阀门，13、第三压力表，14、惰性气体瓶，14-1、气体瓶阀门，
15、第二压力控制器，15-1、第二阀门，16、第二压力表，17、气体收集器，17-1、收集器进气阀门，17-2、单向阀，17-3、收集器出气阀门，18、玻璃胶，19、外层罩扣。
具体实施方式
[0024] 为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
[0025] 如图1～3所示，一种水下高压电弧气腔气体采集装置，它由电弧气产生装置和电弧气收集装置组成，电弧气产生装置包括密封水箱2、钢板8和用于固定焊条的固定台7，固定台7和钢板8均固定在密封水箱2的底部，密封水箱2的顶部通过气体管道连通有第一压力控制器1，第一压力控制器1上安装有第一阀门1-6，通过向密封水箱2内填充气体增加压力来增加水压，调节第一压力控制器1可以调节密封水箱2内的压力，模拟不同水深处的水下环境，电弧气收集装置包括通过气体管道依次连通的采气管10、气体收集器17和第二压力控制器15，采气管10插入密封水箱2内，并使采气管10的进气口延伸到电弧气腔9内，第二压力控制器15与一惰性气体瓶14连通，惰性气体瓶14的出气口安装有气体瓶阀门14-1，惰性气体瓶14为氩气瓶。
[0026] 如图1、2所示，第一压力控制器1和第二压力控制器15均由控制器管道1-5、旋钮1-1、弹簧1-2和平衡球1-3组成，控制器管道1-5与气体管道相连通，控制器管道1-5上与气体管道连通处设有控制器阀门1-4，旋钮1-1设置在控制器管道1-5的顶部，弹簧1-2的一端连接在旋钮1-1上，另一端与平衡球1-3连接。启用时需要根据设定的压力进行预调试，调节上方旋钮1-1控制压力的大小，当压力大于调试压力时，气体推动平衡球1-3将多余的气体排放出去，使压力保持在所需的恒定值，停止使用时关闭阀门，装置成为单纯的通气管，而空气无法自主进入密封水箱2。
[0027] 如图1所示，气体收集器17中设置有活塞，活塞从左端移动到右端完成气体的一次收集。
[0028] 如图1所示，在气体收集器17和第二压力控制器15的两端并联连通有加热器12，加热器12的两端分别设有第一加热器阀门12-1和第二加热器阀门12-2，采气管10的出口处设有采气管阀门10-1。
[0029] 如图1所示，气体收集器17的左端设有一个收集器进气阀门17-1和一个单向阀17-2，单向阀17-2上连接有收集器出气阀门17-3，气体收集器17的左端通过收集器进气阀门
17-1与采气管10连通，气体收集器17的右端与第二压力控制器15连通，第二压力控制器15的右端设有第二阀门15-1。
[0030] 如图1所示，密封水箱2内固定有丝杠5，丝杠5的一端与电机4连接，丝杠5上通过螺纹连接有连接杆6，焊条安装在连接杆6的下端，固定台7上设有两个用于限制焊条上下左右运动的固定挡圈，焊条水平放置在固定台7上，通过两个固定挡圈限制焊条上下左右的运动，通过固定台7约束焊条行动轨迹，由电机4带动丝杠5推动焊条以熔化速度向右运动，以保证电弧稳定燃烧，电机4运动使焊条前进和钢板8接触引弧，然后向左运动，完成引弧过程，最后焊条以熔化速度前进，这样避免熔滴过渡对焊接稳定过程的影响。
[0031] 如图1所示，钢板8上电弧气腔9的上方设置有挡网11，可以阻止气泡大量上浮，使气泡稳定在电弧位置。
[0032] 由于采集的气体是高温气体并含有水蒸气，因此采气管10由玻璃材料制成，且采气管10的表面涂敷有保温隔热涂料，气体管道也包裹保温隔热材料，保证气体采集过程中水蒸气不会受周围水的冷却而液化，从而影响分析电弧区气氛的比例，密封水箱2由钢化玻璃制成，以保证能够承受足够的压力以及随时观察到实验的情况。
[0033] 如图3所示，气体收集器17上开有用于插入钨棒的内层通孔，内层通孔外采用玻璃胶18密封，玻璃胶18外测罩有外层罩扣19，外层罩扣19上与内层通孔对应处开有外层通孔。
[0034] 如图1所示，第一压力控制器1上与密封水箱2的连接处安装有第一压力表3，气体收集器17与第二压力控制器15之间安装有第二压力表16，气体瓶阀门14-1的出气端安装有第三压力表13。
[0035] 本发明的工作原理如下：以h米水深环境下的模拟试验为例
[0036] 海水的密度ρ为1.03×103kg/m3，重力加速度g为9.8N/kg，则压强p＝ρgh＝1.03×3 3
10kg/m×9.8N/kg×h≈0.01*h Mpa
[0037] 1)设定第一压力控制器1为0.01*h Mpa，第二压力控制器15为0.01*h Mpa；
[0038] 2)打开第一阀门1-6，关闭第二阀门15-1、采气管阀门10-1，打开第一加热器阀门12-1、第二加热器阀门12-2、收集器进气阀门17-1、收集器出气阀门17-3、气体瓶阀门14-1，开始通氩气三分钟，排出气体收集器17、加热器12和气体管道中的空气；
[0039] 3)关闭收集器出气阀门17-3、收集器进气阀门17-1，打开采气管阀门10-1，继续通氩气五分钟，清除采气管10中的水；
[0040] 4)关闭第一阀门1-6，加热器12开始加热，加热温度170摄氏度以上，继续通氩气十分钟以上，使密封水箱2内达到设定的压力，并清除采气管10管壁的水；
[0041] 5)打开第二阀门15-1、收集器出气阀门17-3，直到活塞达到气体采集器17的最左端，为收集电弧气体作准备；
[0042] 6)焊条9开始焊接，依次关闭收集器出气阀门17-3，第二阀门15-1，第二加热器阀门12-2、第一加热器阀门12-1、气体瓶阀门14-1，关闭加热器12，打开收集器进气阀门17-1；
[0043] 7)当收集到一定量的气体后，关闭收集器进气阀门17-1，依次打开气体瓶阀门14-1、第二阀门15-1、收集器出气阀门17-3，活塞达到最左端后依次关闭阀收集器出气阀门17-
3、第二阀门15-1、气体瓶阀门14-1，打开收集器进气阀门17-1；
[0044] 8)重复步骤7三次，减少氩气占采集电弧气氛气体的比例；
[0045] 9)收集到足够的气体后关闭采气管阀门10-1、收集器进气阀门17-1，气体收集器17中的气体即为需要分析的气体；
[0046] 10)关闭第一压力控制器1、第二压力控制器15，打开第一阀门1-6，清理实验设备。
[0047] 本发明能够模拟水下高压的环境，使焊条在水下稳定燃烧，并完成电弧燃烧气体的收集；通过反复收集并排出气体收集器17内收集的气体，能够减少惰性气体对电弧燃烧气体的干扰；气体收集完毕后，能够在气体收集器17内直接进行电弧环境下的还原实验，避免收集的气体在转移过程中混入其余气体。
[0048] 以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
