水下摩擦叠焊技术是一种用于水下结构物缺陷修复的新型固相连接技术,与其他水下连接技术相比,水下摩擦叠焊具有对水深不敏感、焊接变形小、力学性能好、效率高等优点,近年在国内外受到高度重视。本文针对水下管状物修复工况多样性问题,在天津大学水下摩擦叠焊原理样机的研究基础上,开展了能够适应水下环境的摩擦叠焊机的夹紧机构以及主轴的定位移动机构和锁紧机构进行设计和仿真研究,并通过现场调试、空气中钻孔焊接试验、水下试验以及各个危险工位的夹紧机构的试验验证了上述结构的可靠性,为水下摩擦叠焊设备的进一步研究和实际工程应用奠定基础。本文首先对水下摩擦叠焊进行需求分析,并对摩擦叠焊修复过程中的典型焊接工位、摩擦叠焊机装夹过程、摩擦叠焊修复过程进行分析,提出了摩擦叠焊机的技术要求。根据上述分析和技术要求建立水下摩擦叠焊工程样机整机方案以及水下摩擦叠焊的修复作业系统,为摩擦叠焊机的夹紧机构和主轴定位移动与锁紧机构设计提供了基础依据。其次,根据管状物的典型结构设计了拟修复结构试验件,并确定了水下摩擦叠焊样机在试验件上的典型焊接工位。根据摩擦叠焊机对于全工位工作的需要,设计了摩擦叠焊机的夹紧机构,并对设备在三个危险焊接工位下的夹紧机构中的夹紧液压缸的直径进行设计计算。通过有限元对危险工况的夹紧机构和管道之间的接触面进行接触状态分析,仿真结果验证了夹紧机构的可靠性,能够满足水下摩擦叠焊的工作需要。再次,对主轴定位移动机构以及主轴锁紧机构进行了危险工况受力分析,并在此基础上设计了可靠的主轴定位移动机构以及锁紧机构,使得摩擦叠焊机主轴能够在全工位条件下移动和锁紧。最后,运用AMESim软件建立液压定位移动液压控制系统的仿真模型,并进行仿真分析,验证了主轴定位移动机构的可靠性,并对主轴定位移动机构的定位误差进行了仿真分析。最后,利用叠焊工程样机对管状物进行空气和水下的钻孔焊接试验,验证了样机的可行性以及主轴定位移动机构的可靠性。其次,对主轴定位移动机构的三个方向进行定位精度和重复定位精度进行试验,得到实际的定位误差要比仿真误差大,并且X轴的定位精度较差,需要对横向移动液压缸的两端固定座进行加强。最后,对水下摩擦叠焊夹紧机构进行了各个危险工位的测试,验证了摩擦叠焊机夹紧机构的可靠性,同时也验证了主轴锁紧机构的可靠性。