DE1790038A1 - Unterwasser-Schweissverfahren - Google Patents

Description

5. Mai 1971 G-zd/mü

Ocean Systems, Inc., lew York, U.Y. / U.S .A.

Unterwasser-Schweißverfahren

Die Erfindung betrifft Fntervrasserarbeiten und vorzugsweise ein Verfahren, um Schweißungen hoher Schweißgüte zwischen schweren Metallteilen tief unter Wasser durchzuführen. Der Technik ist es bis heute nicht gelungen, Schweißungen hoher Schweißgüte zwischen tief unter Wasser liegenden schweren Metallteilen durchzuführen. Es war notwendig, die Teile zum Schweißen an die Oberfläche zu holen und danach wieder hinabzulassen. Bis heute können die bekannten Schweißverfahren _mit elektrischen Lichtbogen großer Stärke nicht bei Unterwasserarbeiten angewendet werden, vielleicht weil sie unter hohen Drücken schwierig zu kontrollieren sind und weil sie sowohl Rauch als auch die Absonderung schädlicher und giftiger Stoffkomponenten frei werden lassen.

Die Aufgabe der.Erfindung besteht darin, ein sicheres und zuverlässiges Verfahren für Schweißungen hoher Schweißgüte zwischen schweren Metallteilen, die sich tief unter Wasser befinden, zu schaffen.

Mit der Erfindung ist es weiter möglich, ein rauchloses Schweißverfahren zu schaffen, welches dem Taucher erlaubt, ohne Atemmaske zu arbeiten.

Auch ist es möglich, eine Unterwasserschweißung hoher Schweißgüte und großer Eindringtiefe zu schaffen, welche leicht zu kontrollieren ist und die keine schädlichen oder giftigen Stoffkomponenten absondert.

109848/0611

1790Q38

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben.sich aus den "beiliegenden Darstellungen von Ausführungsbeispielen sowie aus der folgenden Beschreibung."

Es zeigt:

pig. 1 eine isometrische Darstellung einer teilweise aufgebrochenen Vorrichtung zur Durchführung des erfin— dungsgemäßen Verfahrens *

pig. 2 eine Schnittdarstellung einer Frontansicht einer Schweißung gemäß, der Erfindung mit dem unteren Teil einer geeigneten Schweißvorrichtung zur Durchführung der Schweißung.

Die Erfindung beruht darauf, daß der an sich nicht dafür brauchbare Elektrode-Inertgas-Schweißprozess, allgemein in der Schweißtechnik bekannt als TIG-Schweißen (Tungsten Inert Gas-Schweißen; Inertschutzgas Lichtbogenschweißung), welcher normalerweise vollkommen ungeeignet ist zum Versehweißen schwerer Metallteile, in seiner wirkungsweise so grundlegend für Unterwasserarbeiten geändert wird, daß er geeignet ist, ausgezeichnete Schweißungen hoher Schweißgüte an schweren Metallteilen durchzuführen. Dieses Schweißverfahren läßt keinerlei Rauch oder schädliche oder giftige Gase entstehen und läßt den Taucher ohne eine spezielle Maske schweißen. Die Anwendbarkeit dieses Verfahrens beim Unterwasserschweißen schwerer Metallteile ist gänzlich unerwartet, denn TIG-Schweißen ist ein Verfahren geringer stärke und normalerweise in seiner Anwendung auf das Schweißen sehr dünner Metallteile, beispielsweise Bleche, beschränkt. Es ist gewöhnlich beschränkt auf eine Metalldicke von 3 nun (1/8 inch) und darunter, wegen seiner normalerweise geringen Leistungsaufnahme* Ubi das Sehweißbad zu kontrollieren, um die erwünschte Ausführung

109848/0611 ORiGHNAL INSPECTED

der Schweißung zu erhalten, ist es notwendig, mit einem kurzen Lichtbogen zu arbeiten, d.h. gewöhnlich hat der Lichtbogen eine Länge von 6 mm (1/4 inch) oder darunter. Wenn jedoch das Arbeiten unter gewöhnlich auf der Erdoberfläche herrschenden Bedingungen stattfindet, wird ein Lichtbogen dieser Länge von einer sehr geringen spannung, z.B. 7-9 Volt, erzeugt; in diesem Fall is"t die Leistungsaufnahme sehr gering und sie ■ist unzureichend, umgenügende Hitze für das Schweißen schwerer Metallteile aufzubringen. Versuche, die Leistungsaufnahme durch Erhöhung der spannung zu vergrößern, waren nicht erfolgreich, denn dies bewirkt ein Anwachsen der Länge des Lichtbogens und das Ergebnis war der Ve^rl^us"k der Kontrolle über das Schweißbad.

Im Gegensatz zu allen Erwartungen wurde jedoch gefunden, daß der TIG-Schweißprozess in der Überdruck-Umgebung unter Wasser angewandt, die Eigenschaften des Lichtbogens so grundlegend verändert werden, daß es möglich ist, einen kurzen kontrollierbaren Lichtbogen bei einem hohen Spannungszustand zu erhalten, der Schweißungen hoher Güte an schweren Metallteilen ermöglicht.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren vorgesehen, eine elektrische Lichtbogenschweißung zwischen schweren Metallteilen an tief unter wasser liegenden Stellen vorzusehen, dies umfaßt eine Kapsel, um die Teile, die geschweißt werden sollen, einzukapselnj danach das Einführen eines unter Druck stehenden Gases in die Kapsel, um das Wasser daraus zu verdrängen, danach das Zünden und Brennen eines Lichtbogens zwischen einer nicht abbiennepuen Elektrode und der tfahtfuge zwischen den Teilen, die geschweißt werden sollen, um darin ein Schweißbad herzustellen, und um eine Relativbewegung zwischen dem Lichtbogen und. den Teilbezirken der Metallteile, die verschweißt werden sollen, herzustellen, um auch selbst ganz geringe Feuchtigkeit an den Teilstückien, die zusammengefügt werden sollen, zu ver-

1098A8/061 1

17300 3 8

- — 4 -

hindern, welche eine porösität in der Schweißnaht verursachen kann, ist es ratsam, den Druck in der Kapsel beim Absenken derselben von der Oberfläche zu kontrollieren, um zu verhindern, daß Wasser in,der Kapsel über einen bestimmten pegel ansteigt. Dies kann durch das Einführen eines unter Druck stehenden Gases erreicht werden, wenn die Taucherglocke abgesenkt wird. Wenn die Atmosphäre in der Taucherglocke nicht vollkommen inert ist, dann soll vorzugsweise ein Schutzgas entlang der Elektrode ,zum Schutz des Schweißbades strömen. Da dieses elektrische Lichtbogenverfahren rauchlos ist, ist es möglich, eine zum Atmen geeignete Atmosphäre in der Kapsel vorzusehen, die es dem Taucher ermöglicht, ohne spezielle Maske zu schweißen*

Dies wird in bekannter Weise durch Versorgung mit der notwendigen Atemluft erreicht, die, weil sie der Schweißvorrichtung als Schutzgas dient, nur wenig Sauerstoff enthält, vorzugsweise ist diese Atmosphäre, im wesentlichen inert, um das Schweißbad zu schützen und um eine im wesentlichen nicht brennbare Atmosphäre in der Kapsel zu schaffen.

In der zeichnung ist die Erfindung zusammen mit einem Teilstück einer Unterwasser-Rohrleitung, in welche unter Einwirkung von Hitze eine Abzweigleitung eingebracht werden soll,dargestellt. Nachdem das Rohr ρ an seinen platz gebracht ist, werden Führungsieinen L um es herumgelegt und durch Augenbolzen 12 der Kammer 10 hindurchgeführt und die Tauchglocke wird dann von einem an der Wasseroberfläche schwimmenden schiff abgesenkt. Um den oberen Raum der Kammer und die darin befindlichen Schweißeinrichtungen vollkommen trocken zu halten, wird durch die Öffnung 14 unter Druck stehendes Gas eingeführt; der Druck wird dabei so geregelt, daß das Wasser unter der Höhe bleibt, die trocken gehalten werden soll. Nachdem die Kammer mit der Röhre in Berührung gekommen ist, werden die schlitze 16 von einem Taiicher durch das Anbringen von Schürzenstücken 18 verschlossen (abgedichtet)ο Danach betritt der Taucher die Kämmer

109848/0611 original inspected

■ - 5 "- ■

durch den Boden und läßt das klappbare Gitter 20 herunter. Als nächste" s öffnet der Taucher das Kontrollventil (nicht gezeigt) im Inneren der Kammer, um mit Hilfe des unter Druck stehenden Gases noch vorhandenes Wasser aus der Kammer zu entfernen. Als nächstes wird die Atmosphäre innerhalb der Kammer in einem im ■wesentlichen inerten zustand gehalten, um das mögliche Auftreten von Feuer während dem nachfolgenden Schweißvorgang zu verhindern. Die Atmosphäre wird von den Versorgungsschläuchen 22 vom Versorgungsschiff aus geliefert; sie kann aus einer zum Atmen geeigneten Mischung aus inertem (Jas, wie z.B. Helium und Sauerstoff, bestehen, die es dem Taucher ermöglicht, in der Kammer ohne eine spezielle Maske zu arbeiten. Der Taucher beginnt den Schweißvorgang durch das zünden eines Lichtbogens zwischen einer nicht abbrennenden Elektrode 24 und den Teilen W, die miteinander verbunden werden sollen. Der lichtbogen sollte eine Länge zwischen 0,4 und 6,5 mm (1/64 bis 1/4 inch) haben, welche eine ausreichende Kontrolle des Schweißbades erlaubt. Dies erreicht man durch einen Strom von etwa 85 bis 250 Ampere, bei einer Spannung, die ausreicht, den Lichtbogen stabil zu halten.

Es war nicht zu erwarten, daß eine genügend hohe Spannung bei Verwendung in einer unter Druck stehenden Umgebung einen genügend hohen Leistungseingang bewirkt, um eine Schweißung hoher Güte durchzuführen.

In einem Anwendungsbeispiel wurde die Erfindung erfolgreich angewandt bei einer Röhre von 25 cm (10 inch) Durchmesser mit einer Wandstärke von ca. 1 cm (5/8 inch); diese Wandstärke ist mehr als dreimal so stark wie Wandstärken, die normalerweise beim TIG-Schweißen geschweißt werden.

Um das Schweißbad zu schützen, strömt ein schutzgas S vorzugsweise entlang der Elektrode 24 gegen die schweißstelle. Das Schutzgas kann einen geringen Betrag an sauerstoff aufweisen, ohne störend auf die Güte der Schweißung einzuwirken, und es

109048/ 06 1 1 ⁰^NAL INSPECTED

ist deshalb möglich, ein atembares Gemisch von Gas und sauerstoff mittels des Schutzgases in die Kammer zu befördern, die es dem Taucher erlaubt, die in der Kammer herrschende
Atmosphäre während.des Schweißens einzuatmen, nachdem das
Schweißbad errichtet ist, wird durch Relativbewegung zwischen den zu verbindenden Teilen und dem Lichtbogen die Schweißnaht gezogen.

109848/0611

Claims (5)

- 17.9003 fl P at entansprüche

1. Verfahren zum elektrischen Lichtbogenschweißen schwerer Metallteile tief uriber Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß a) die tief unter Wasser befindlichen Metallteile mit einer Tauchglocke (Kapsel) zusammengebracht werden, Tb) mittels unter Druck stehendem Gas, das in die Tauchtetpsel einströmt, das Wasser daraus verdrängt wird,

c) ein Lichtbogen zwischen einer nicht abschmelzenden Elektrode und der Schweißfuge, die sich zwischen den zu verbindenden Teilen befindet, gezündet wird, um ein Λ Schweißbad darin zu erzeugen,

d) durch Relativbewegung zwischen Lichtbogen und den Teilen, die verbunden werden sollen, eine Naht gezogen wird. .'■ ■

2. verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogen eine Länge hat, die vorzugsweise zwischen 0,4 und 6 mm (1/64 bis 1/4 inch) liegt, bei einem Strom von 85 bis 250 Ampere und bei einer Lichtbogenspannung, die genügt, den Bogen bei dieser Länge stabil zu halten, wodurch, eine größere Einbrenntiefe, verglichen mit denselben elektrischen Bedingungen an der Erdoberfläche,

erzielt wird. li

3·- Verfahren nach Ansprüchen 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß ein schutzgas eine Mischung aus zum Atmen geeignetem inertgas und Sauerstoff ist und entlang der Elektrode gegen den Bereich, der verschweißt werden soll, strömt, Tim das Schweißbad zu schützen und doch dem Taucher das Atften der in der Tauchglocke herrschenden Atmosphäre zu erlauben.

109848/061 1

4· Verfahren nach Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Tauchglocke "befindliche Atmosphäre eine atembare Mischung aus inertgas und sauerstoff ist und es dem Taucher ermöglicht, diese Atmosphäre zu atmen, und daß ein S'chxrtqgas entlang der Elektrode zu dem Bereich, der verbunden werden weoll-, strömt, um das Schweißbad zu schützen.

5. Verfahren zum elektrischen Lichtbogenschweißen zwischen schweren Metallstücken/tief unter Wasser liegenden Stellen, gekennzeichnet durch

a) eine Tauchglocke mit offenem Boden,

b) Absenken der Tauchglocke zu dem zu verbindenden Bereich, um den Bereich zu umschließen,

• c) Einführen eines unter Druck stehenden Gases in die Tauchglocke beim Absenken, damit der obere Teil der Tauchglocke trocken bleibt,

d) Verbinden der tief unter Wasser liegenden Metallteile mit der Tauchglocke,

e) Verdrängen von verbliebenem Wasser aus der Tauchglocke mit unter Druck stehendem (Jas und Verschließen des Bereiches in der Tauchglocke, um Eindringen von Wasser zu verhindern,

f) Aufbau und Versorgung einer im wesentlichen inerten nicht brennbaren Atmosphäre in der Tauchglocke,

g) zünden eines Lichtbogens zwischen einer nicht abbrennenden Elektrode und der Schweißfuge zwischen den Metallteilen, um ein Schweißbad zu schaffen, wobei der Lichtbogen eine Länge zwischen 0,4 und 6,5 mm (1/64 bis 1/4 inch) hat, bei einem strom zwischen 85 und 250 Ampere und bei einer Lichtbogenspannung, die genügt, einen stabilen Lichtbogen dieser Länge und dieses Stromes beizubehalten,

©W3HNAL 109848/0611

—- 9 -

h) durch Bewirken einer Relativbewegung zwischen dem Lichtbogen und den zur Bildung einer naht zu verbindenden Bereichen.

tÖ9848/06t1

Leer seite