DE2710116A1

DE2710116A1 - Verfahren und vorrichtung zum ersetzen eines fluessigkeitsvolumens durch ein entsprechendes gasvolumen in einem eingetauchten umschlossenen raum

Info

Publication number: DE2710116A1
Application number: DE19772710116
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Budliger; Jean Katzarkoff; Rolf Roggen; Valentin Stingelin; Guido Walt
Original assignee: Battelle Memorial Institute Inc
Current assignee: Battelle Memorial Institute Inc
Priority date: 1976-03-05
Filing date: 1977-03-04
Publication date: 1977-09-15
Also published as: NO147441B; NO147441C; CA1062480A; NO770761L; NL7702283A; IT1084024B; FR2343143B1; FR2343143A1; ES456523A1; SE414718B; JPS52108352A; CH608568A5; SE7701925L; GB1532182A; US4172974A

Description

PATENTANWÄLTE

27101Ί6

D-I BERLIN-OAHLEM 33 · PODBIELSKIALLEE ββ D-β MÜNCHEN 99 · WIDENMAYERSTRASSE 4Θ

BERLIN: DIPL-ΙΝβ. R. MÜLLER.BORN ER

BATTELLE MEMORIAL INSTITUTtf^{ÜNCHEN: DIPI}"^INa- ^HAN8-^{HtlNRICH weY}

DlPL-INe-EKKEHAROKURNKR Berlin, den 4. März 1977

Verfahren und Vorrichtung zum Ersetzen eines Plüssigkeitsvolumens durch ein entsprechendes Gasvoluinen in einem eingetauchten umschlossenen Raum

(Priorität: Schweiz, Nr. 2744/76 vom 5. März 1976)

Anlage

17 Seiten Beschreibung 8 Patentansprüche 3 Blatt Zeichnungen

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BERLIN: TELEFON (O3O) 831 9ΟΘ8 MÜNCHEN: TELEFO N (O BB) 99 BS 80

KABEL: PROPINDUS · TELEX O1 84Ο67 KABEL: PROPlNDUS ■ TE LEX OS 94 944

Die unterseeischen Arbeiten erleben eine erhebliche Ausbreitung, was mit der Entwicklung der Bodenforschung und der Ausnutzung von Kohlenwasserstoffablagerungen im Meer durch die sogenannte "offshore"-Technologie in Verbindung steht. Das Wesentliche der Herstellungsund Konstruktionsvorgänge der unterseeischen Plattformen oder Rohrleitungen wird gegenwärtig außerhalb des Wassers durchgeführt. Bestimmte Einbau- und Unterhaltungsarbeiten können jedoch nur unter Wasser durchgeführt werden.

Das ist insbesondere der Pail beim Schweißen, beim Brennschneiden mit Sauerstoff und sogar bei der Aufbringung bestimmter Beschichtungen mittels Plasmaprojektion, Anstrich mit der Farbspritzpistole usw.. Von diesen Arbeiten stellt das Lichtbogenschweißen zweifellos wegen des für die Qualität der Schweißung nachteiligen, störenden Einflusses des Wassers auf den Schweißvorgang, insbesondere auf die Stabilität des Lichtbogens, ein besonders komplexes Problem dar. Der Schweißlichtbogen verhält sich unter Wasser tatsächlich anders als an der freien Luft. Wenn der Lichtbogen unter Wasser errichtet ist, erzeugt die Verbrennung der die Elektrode umhüllenden Materialien, die Verdampfung und die Zersetzung des Wassers um den Lichtbogen herum Gasblasen. Wenn der Druck der Gasblasen ausreichend ist, verlassen sie den Bereich des Lichtbogens und gelangen an die Wasseroberfläche. Die dadurch erzeugte Strömung

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beeinträchtigt die Stabilität des Lichtbogens. Der aus der Zersetzung des Wassers unter der Einwirkung der vom Lichtbogen ausgestrahlten Warne stammende Wasserstoff dringt in das in Schmelze befindliche Metall ein und macht die Schweißraupe brüchiger. Das Vorhandensein des Wassers verursacht aufgrund der plötzlichen von ihm erzeugten Abkühlung die Härtung der Schweißraupe.

Es gibt verschiedene Lösungen, die diese Nachteile zu vermeiden suchen. Eine dieser Lösungen besteht darin, durch eine Schutzgasatmosphäre in einen dichten Behälter nahe der zu schweißenden Oberfläche die gleichen Schweißbedingungen wie außerhalb des Wassers zu schaffen. Dieser Behälter soll den Schweißer aufnehmen, was einen bedeutenden Umfang erfordert.

Diese Lösung ist äußerst teuer und nicht flexibel. Das bedeutet, daß die Verschiebung des Behälters während der Arbeit nicht möglich ist. Jede Verschiebung erfordert einen Dichtheitsbruch, einen Neuaufbau der Dichtheit und eine erneute Schaffung der Schutzgasatmosphäre mit allen den Schwierigkeiten, Zeitverlusten und der Arbeit, die mit diesen Vorgängen verbunden sind. Die in einem solchen begehbaren Behälter verwendeten Schweißarten sind im wesentlichen auf das TIG-Verfahren des englischen "tungstene inerte gas" beschränkt, bei dem kein Zusatzmetall verwendet wird, und möglicherweise auf das MIGr-Verfahren des englischen "metal inert gas", erlauben aber aufgrund des Ausströmens schädlicher Grase, die die

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Atmosphäre der Glocke nicht einatembar und die Sichtbarkeit schlecht machen würden, nicht das Schweißen mit einem Pulver.

Nach einem anderen Vorschlag bringt man eine kleine halbkugelförmige Glocke in der Größenordnung von 5 cm Durchmesser an der zu schweißenden Oberfläche an, durch die man die Elektrode einführt, und man verwendet die während des Schweißens erzeugten Gase, um das Wasser aus der Nähe des Lichtbogens zu entfernen. Dieses experimentelle Verfahren hat mit umhüllten Elektroden zu guten Ergebnissen geführt, wobei die Umhüllung einen wesentlichen Bestandteil Eisenpulver enthielt. Dieses Verfahren bereitet aber Schwierigkeiten bei der Industrialisierung. Es ist empfindlich gegen die Stellung im Raum aufgrund der Schwerkraft. Es ist auf Elektroden beschränkt, die eine ausreichende Gasmenge erzeugen können.

Der die Glocke während der Schweißung anfüllende Dunst führt zu einer schlechten Sicht. Schließlich ist das Verfahren auf einen bestimmten Schweißvorgang begrenzt und schließt jeden anderen Vorgang aus, der kein Gas freisetzt.

Schließlich ist auch schon in der PR-PS 2 197 689 und der DT-PS 2 342 648 ein Schweißbrenner für das Unterwasserschweißen vorgeschlagen worden, der von einer Doppelglocke umgeben ist, deren entsprechende Ränder nach außen geneigt sind und eine ringförmige Düse zwischen sich begrenzen.

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Der zwischen diesen beiden Glocken gebildete Raum wird mit einer unter Druck stehenden Wasserquelle verbunden, während das Innere der Glocke mit einer Quelle Inertgas wie beispielsweise Argon verbunden ist. Wenn das unter Druck stehende Wasser in den Raum zwischen den beiden Glocken eingeleitet wird, während der Schweißbrenner eingetaucht ist, entweicht das Wasser aus diesem Raum durch die ringförmige Düse und bildet einen nach außen geneigten Vorhang. Dieser Vorhang übt auf das im Inneren der Glocke befindliche Fluid eine Pumpwirkung aus. Wenn gleichzeitig das Argon oder ein anderes Schweißgas in die Glocke eingeführt wird, bildet sich eine inerte Atmosphäre. Auf jeden Pail darf zum Aufrechterhalten dieser Gasblase der Pumpvorgang für den Wasservorhang nicht unterbrochen werden, so daß, wenn das Wasser einmal aus der Glocke entfernt ist, dann das Gas gepumpt wird, wodurch das Wasser daran gehindert wird, in die Glocke zurückzukehren, solange sich dem eine Strömung vom Inneren dieser Glocke nach außen entgegenstellt. Die Stabilität der so gebildeten Gasblase ist unmittelbar abhängig von der Geschwindigkeit der Strömung des Wasservorhanges. Je mehr diese Geschwindigkeit erhöht wird, umso wesentlicher wird die Pumpwirkung, so daß der Gasverbrauch einerseits als Punktion dieser Geschwindigkeit und andererseits proportional zur Tiefe ansteigt. Ein starker Gasverbrauch ist bei einem Schweißverfahren unter Wasser hinderlich, da die Sicht als Punktion der Menge der aus der Glocke entweichenden Blasen abnimmt. Es ist dies also eines der bei diesem Verfahren auftretenden Probleme, das auch nur durch Schaffung einer automatischen Schweißanlage mit Fernsteuerung gelöst werden

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konnte, die eine teure Einrichtung und eine komplexe Verwendung erfordert. Darüber hinaus ist dieses Verfahren sehr empfindlich gegenüber der Stellung der Glocke, und die Bildung der Gasblase bei senkrechter Glockenöffnung erweist sich als recht schwierig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, die es ermöglicht, zumindest teilweise den Nachteilen der bekannten Verfahren abzuhelfen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ersetzen eines Flüssigkeitsvolumens durch ein entsprechendes Gasvolumen in einem eingetauchten umschlossenen Raum, der von einer Glocke und einer gegenüber der öffnung dieser Glocke angeordneten Fläche umschrieben ist, wobei man das Flüssigkeitsvolumen austreibt, indem sein Druck gegenüber dem Druck der umgebenden Flüssigkeit erhöht wird. Für dieses Verfahren wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß man der in der Glocke enthaltenen Flüssigkeitsmenge eine im wesentlichen koaxial zur Drehachse der Glocke verlaufende Wirbelbewegung beibringt, und daß man mindestens einen AbfLußdurchlaß nahe dem Rand der Glocke beibehält, um diese Flüssigkeit durch Zentrifugation zu zwingen, aus der Glocke auszuströmen, und daß man gleichzeitig Gas unter Druck in die Glocke einführt.

Erfindungsgemäß wird auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens vorgeschlagen derart, daß sie eine Glocke, eine Leitung zur Verbindung dieser Glocke mit einer Druckgasquelle und eine Einrichtung zum Erzeugen einer

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Wirbelbewegung der in der Glocke enthaltenen Flüssigkeit aufweist.

Gegenstand der Erfindung ist darüber hinaus die Anwendung dieses Verfahrens dergestalt, daß ein Lichtbogenschweißvorgang auf der gegenüber der öffnung der Glocke angeordneten Oberfläche durch Bildung des Lichtbogens in dem im Inneren der Glocke gebildeten Gasvolumen ausgeführt wird.

Die Hauptvorteile dieser Erfindung sind augenscheinlich. Sie liegen in der Unempfindlichkeit gegenüber der 3tellun_t^, in der Schaffung einer Schutzgasatmosphäre, in der Möglichkeit, die Schweißung kontinuierlich auf einer getrockneten Oberfläche auszuführen und in der Schaffung eines Arbeitsbereichs mit guter Sicht.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Anwendungen der Erfindung werden nachstehend anhand von in der beigefügten Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Ea zeigen

Pig. 1 eine Ansicht einer Schweißanlage unter V/asser;

Pig. 2 einen Axialschnitt durch einen Schweißbrenner entsprechend einer ersten Ausführungsform;

Pig. 3 eine der Pig. 2 entsprechende Ansicht einer zweiten Ausführungsform;

Pig. 4 eine der Pig. 2 entsprechende Ansicht einer Abwandlung dieser Ausführungsform;

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Pig. 5 und 6 zwei Anwendungen des Verfahrens zur Schweißung

von eine Schrägfläche bildenden Stücken bzw. Winkelstücken; und

Pig. 7 ein Schliffbild einer entsprechend dem

erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführten Schweißung.

Pig. 1 veranschaulicht eine besondere Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in bezug auf die Schweißung einer unterseeischen Leitung. Man sieht in dieser Figur ein Rohr 1, das ein Taucher gerade mit Hilfe eines Lichtbogenschweißbrenners 2 schweißt, der mit einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Bildung einer Gasblase nahe der Oberfläche des Rohrs 1 versehen ist. Zu diesem Zweck ist der Brenner 2 mit einer auf einer Barke 4 angebrachten Schweißmaschine 3 über eine komplexe Verbindungsleitung 5 verbunden, die einen elektrischen Leiter zum Verbinden der Schweißelektrode mit der Stromquelle der Schweißmaschine J_t eine Speiseleitung für den Brenner mit Schweißgas unter Druck, dessen Quelle einen Teil der Schweißmaschine 3 darstellt, und eine durch eine Pumpe P gespeiste Leitung aufweist, deren Aufgabe im folgenden näher beschrieben wird.

Pig. 2 veranschaulicht mehr im einzelnen das Ende eines Lichtbogenschweißbrenners 2, der mit einer Vorrichtung 6 zur Durchführung des Verfahrens zur Bildung einer Gasblase nahe dem Teil der zu schweißenden Fläche S verbunden ist. Diese Vorrichtung 6 weist eine Glocke 7 aus Plexiglas oder einem anderen durchscheinenden Material auf, wenn der Arbeitsbereich sichtbar sein soll,die am Ende des Brenners

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angeordnet ist, der eine in einer rohrförmigen Hülse 9 angeordnete Elektrode 8 aufweist, die mit der Schweißanlage 3 der Pig. 1 über die Gasspeiseleitung der komplexen Leitung 5 verbunden ist.

Lager 11, von denen nur eines in Pig. 2 sichtbar ist, sind zwischen der Hülse 9 und der Glocke 7 angeordnet, so daß letztere drehen kann. Das obere Ende dieser Glocke v/eist einen ringförmigen Absatz aus Schaufeln 12 auf, die em Ausgang eines Spiralgehäuses 13 angeordnet sind, die aus einer mit der Pumpe P der Pig. 1 über eine Leitung der komplexen Leitung 5 verbundenen Leitung 14 gespeist wird. Schließlich erstreckt sich ein Schirm 16, dessen Aufgabe weiter unten beschrieben wird, radial in bezug auf die Achse der Glocke 7. Die Bildung einer Gasblase wird erreicht, indem die Glocke nahe der Oberfläche 3 angeordnet wird, ohne daß die Glocke 7 auf diese Oberfläche aufgesetzt wird. Das Werkzeug könnte mit einem Anschlag versehen sein, der einen bestimmten Abstand zwischen dem Rand der Glocke und der Oberfläche S begrenzt. Im folgenden ist jedoch zu erkennen, daß ein solcher Anschlag nicht völlig unentbehrlich ist. Es kann beispielsweise nützlich 3ein, wenn die Kanten der zu verschweißenden Stahlbleche unregelmäßig sind, eine Maske 15 gegenüber der Seite anzubringen, auf der man schweißt, um die Menge des Wassers zu verringern, das in die Glocke durch den Spalt zwischen den :',u verschweißenden Stahlblechen angesaugt wird. Man spei.st daher gleichzeitig das Spiralgehäuse 13 mit Druckwasser, wenn die umgebende Flüssigkeit Wasser ist wie bei praktisch allen Anwendungsarten, und die Leitung 10 mit Gas, das abhängin von der Art der Schweißung von verschiedener Art sein kann.

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Das aus dem Gehäuse 1*5 entweichende Druckwasser trifft auf die Schaufeln 12, die diesen Druck des Wassers in auf die Glocke 7 ausgeübte Tangentialkraft umwandeln, um diese in Richtung des Pfeils P zu drehen. Die Drehung dieser Glocke wird fortschreitend durch Reibung auf das V/asser übertragen, insbesondere auf das V/asser in der Clocke 7. Die Wirbelbewegung des Wassers erzeugt Zentrifugalkräfte, die dazu neigen, das Wasser durch den Durchlaß zwischen dem Rand der Glocke 7 und der Oberfläche S des -u schweißenden Werkstückes zu treiben. Da gleichzeitig Druckgas durch die Leitung 10 in die Glocke eingeleitet wird, wird das aus der Glocke austretende Wasser durch Gas ersetzt, wodurch eine Gasblase im Inneren der Glocke entsteht, die erlaubt, daß der zwischen der Elektrode 8 und der Oberfläche 3 gebildete Lichtbogen in einer Schutzgasatmosphäre arbeitet, wobei die Zusammensetzung des Gases bekannt ist. Wenn das Wasser erst einmal aus der Glocke ausgetrieben und die Gasblase gebildet ist, dient die Drehung der Glocke zur Aufrechterhaltung des Gleichgewichts zwischen dem umgebenden Wasser und der Gasblase. £s versteht sich, daß der Ga3zufluß derart konstant ist, daß Blasen kontinuierlich au3 der Glocke 7 entweichen. Info.l^e der Drehung des V/assers werden die Blasen ebenfalls in Drehung versetzt, so daß sie eine Art Schraubenbewegung in der Richtung des Pfeiles F ausführen, wenn sie aus der Glocke 7 austreten. Um einen Bereich mit guter Sicht zu schaffen, ist der radiale t'chirn 16 eingesetzt worden, der dazu dient, die Blasen abzufangen, so daß auf der anderen Seite des üchirns 16 ein Bereich mit guter Sicht erhalten wird. Selbstverständlich handelt es sich bei diesem nur um eines von zur Lösung des Problems der Sicht vorstellbaren Mitteln.

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Lie zweite, in Pig. 3 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich nur ganz gering von der vorhergehenden. In diesem zweiten Fall ist die Glocke 7a im Verhältnis zur rohrförmigen Hülse 9 fest angebracht. Schaufeln 12a sind im Inneren der Glocke 7a zwischen der rohrförmigen Hülse 9 des Brenners 2 und der Innenseite der Glocke am Ausgang eines Spiralgehäuses 13a in der Glocke angeordnet und werden aus einer mit der Pumpe P der Pig. 1 über eine komplexe Leitung 5 verbundenen Leitung 14a gespeist. Der Brenner ist völlig mit dem der Pig. 2 identisch. Püsse 7'a sorgen für einen gleichmäßigen Abstand des unteren Glockenrandes von der Fläche S.

In dieser Ausführungsform wird das aus dem Spiralgehäuse 13a unter Druck ausströmende Wasser selbst in einer ihm von den festen Leitschaufeln 12a mitgeteilten Wirbelbewegung angetrieben. Dieses V/asser überträgt nach und nach auf das in der Glocke enthaltene Fluid eine Wirbelbewegung, wobei diese Bewegung die Zentrifugalkräfte induziert, die das Wasser au3 der Glocke austreiben, und wobei das Wasser entsprechend von dem durch die Leitung eingeleiteten Gas ersetzt wird. Daraus entsteht ein Gleichgewichtsverhältnis, bei dem die Glocke eine Gasblase umschließt, die von einem ,wie in der Zeichnung veranschaulicht, gegen die V/ände der Glocke gelegten Wasserschleier umgeben ist. Das Vorhandensein dieses Wasserschleiers gegen die Innenseite der Glocke bildet einen Schutz gegen Schweißspritzer und gewährleistet die Erhaltung der Transparenz der Glocke und folglich der Sichtbarkeit des Schweißbereichs.

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Fig. 4 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform der Pig. 2, bei der der Rand der Glocke 7 eine ringförmige Randleiste 7b aufweist, die gleichmäßig verteilte Haarbüschel 17 trägt. Diese Büschel schaffen zwischen sich Räume, die es ermöglichen, daß zwischen ihnen V.asser oder Gas aus der Glocke entweicht. Außerdem ermöglichen sie, daß die Glocke sich den Ungleichmaßigkeiten der zu schweißenden Oberfläche besser anpaßt. Das Vorhandensein dieser Büschel trägt dazu bei, die Schaffung eines Gleichgewichts zwischen dem die Glocke umgebenden Vasser und der inneren Gasblase zu erleichtern. Im Gegensatz zu dem vorerwähnten Verfahren, das einen Pumpeffekt verwendet, ermöglicht die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Zentrifugation, ein Gleichgewicht zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Glocke zu schaffen, ohne daß sich zwischen den beiden Medien eine Strömung bildet. Sicherlich ist ein gewisser Gasverbrauch im Laufe der Schweißung erforderlich, um eine Schutzgasatmosphäre für die Bildung des Lichtbogens zu schaffen; aber die Stabilität der Gasblase stellt nicht eine Funktion der Strömungsgeschwindigkeit de3 Gases dar. Infolgedessen kann die Dichte der Blasen verringert und die Sicht verbessert werden.

Die Durchführung des erfindungsger.Ußen Verfahrens ist offensichtlich abhängig von der Erhaltung eines gleichmäßigen Abstandes zwischen dem Rand der Glocke und der gegenüber der Öffnung dieser Glocke gelegenen Oberfläche. Es gibt noch zwei weitere Fälle der Schweißung außer den bereits erwähnten, nämlich die Schweißung mit einer Schrägfläche, wie in Fig. 5 dargestellt, und die Schweißung mit Winkelstücken, wie in Fig. 6 dargestellt, wo die Glocke nicht immer unverändert verwendet werden kann.

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In diesen beiden Fällen kann nan die Schwierigkeit mit Hilfe von Keilen überwinden. Wie in Fig. 5 kann man einen Keil 18 mit Kanälen 18a verwenden, durch die ein Kühlfluid strömen soll, um die Schweißung des Keils zu verhindern. In dem Pail der SchweiSung von Winkelstücken kann eine Druckplatte 19 die Oberfläche eines der zu schweißenden Stücke verlängern, um eine kontinuierliche Fläche gegenüber der öffnung der Glocke zu bilden.

Es sind im Lichte der obigen Beschreibung bestimmte Vorteile der vorliegenden Erfindung feststellbar. Dazu gehört die Tatsache, daß die Schweißung bei guter Sicht ohne vorherige Vorbereitung kontinuierlich von Hand ausgeführt werden kann. Verschiedene Arten der Schweißung sind anwendbar, ob sie nun Gas oder Dämpfe erzeugen wie die MIG-Verfahren mit Zusatzdraht, oder kein Gas frei werden lassen wie die TIG-Verfahren, dafür aber die Zufuhr vcn Argon oder Helium erfordern, um das Plasma für den Lichtbogen zu bilden. Die Art des in die Glocke eingeführten Gases kann dem gewählten Lichtbogenschweißverfahren angepaßt werden. Auch die Verfahren mit Pulver können aufgrund des kontinuierlichen Abzuges der Dämpfe angewand t werden, während die TIG-Verfahren aufgrund der Zufuhr von Gas in das Innere der Glocke anwendbar sind.

Bei dem TIG-Verfahren muß der Schweißer nur die Stellung der Glocke gegenüber der Schweißung steuern, während die Stellung der Elektrode im Inneren der Glocke fest bleibt.

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Beim MIG-Verfahren, bei dem die Elektrode aus einen als Metallzufuhr dienenden Draht oder Stab gebildet ist, kann der Verschub der Elektrode kontinuierlich durchgeführt werden. Es gibt auf dem Markt Speiseanlagen, die so eingerichtet sind, daß sie die Schweißparameter wie beispielsweise die Spannung des Lichtbogens al::. Punktion der Eigenschaften dieses Lichtbogens anpassen. Auf diese Weise steuert der Schweißer nur die Einstellung und die Verschiebung in geradlinifer Bewegung der Schweißglocke. Dies ermöglicht, den nanuellen Schv/eißvorgang maximal zu vereinfachen.

Das beschriebene Verfahren erlaubt nicht nur, eine gesteuerte Atmosphäre um den Lichtbogen herum v.xx schaffen, sondern macht das Schweißen unter 'v'asser fast ebenso einfach wie das Schweißen außerhalb des Wassere, da dieses Verfahren praktisch keine bestirnmten Vorbereitungen verlangt. Die Bildung der Gasblase findet sozusagen sofort statt, und die Schweißung kann sofort durchgeführt werden. Es ist bemerkenswert, daß die Entfernung zwischen dem Rand der Glocke und der zu schweißenden Oberfläche kein großes Problem darstellt, da sich der Glocke ein erewi33er Widerstand entgegensetzt, wenn sie sich der zu achweißenden Oberfläche nähert, und zwar einerseits aufgrund des herausgeschleuderten Wassers zwischen dem Rand der Glocke 7 und der Oberfläche S und andererseits aufgrund dee aus der Glocke ausgestoßenen Gases. Um eine gewisse Gleichmäßigkeit des Abstandes zwischen dem Rand der Glocke und der zu schweißenden Oberfläche zu gewährleisten, kann man Anschläge vorsehen. Diese können auf der Randleiste der Glocke 7a*angeordnet sein, wie dies durch Vorsprünge 7'a in Pig. 3 veranschaulicht ist, wenn die Glocke feststehend ist. In dem Fall der sich drehenden Glocke kann man auf

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der rohrförmigen Hülse 9 ein (nicht dargestelltes) Dreibein anbringen. Ein erfahrener Arbeiter kann jedoch auf diese Führungen verzichten. Bei der Abwandlung der Pig. 4 sind die Haare der Bürste gegen die zu r.ehwoißende Oberfläche gedruckt und bestimmen mit Genauigkeit den Abstand zwischen der Elektrode und dieser Oberfläche. Das Verfahren ist in jeder Stellung der Glocke durchführbar, ob deren Drehachse senkrecht oder waagerecht verläuft, ob die zu schweißende Oberfläche unterhalb oder oberhalb der Glocke liegt. Diese Unempfindlichkeit de3 Verfahrens gegenüber den Schwerkräften stellt zweifellos eine seiner interessantesten Besonderheiten dar. Bisher wiesen tatsächlich nur die Verfahren unter Verwendung dichter Glocken diesen Vorteil auf, und zwar zum Preis außerordentlicher Investitionen.

Diese Unempfindlichkeit gegenüber den Stellungen rührt daher, daß entgegen den Verfahren, die den Druck eines Gases verwenden, um das Wasser aus der Glocke zu treiben, d.h. statischen Verfahren, die schwerkraftenpfindlich sind, das erfindungsgemäße Verfahren nit Hilfe dynamischer Mittel einen überdruck schafft, so daß die Gasblase im Inneren der Glocke unabhängig von der Stellung ist und nur die Nassendurchflußleistung des Gases mit der Tiefe ansteigt. Dieser dynamische Druck wird an der Peripherie und unabhängig von der Ausrichtung der Glocke im Raum angelegt, wobei nur die Gasblase empfindlich ist für diese Ausrichtung, aber der Differentialdruck im Verhältnis zu dem des Wasser gering sein kann, wobei sein Einfluß nicht hinderlich ist.

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Mit Hilfe dieses Verfahrens sind Versuche angestellt worden unter Verwendung einer drehenden Glocke aus Plexiglas mit 6 cm Durchmesser, um Baustahlblech mit 5 mm Dicke zu schweißen. Die Schweißung wurde in ein oder zwei Schritten ausgeführt, einen von Jeder Seite der Bleche, mit Hilfe einer Wolframelektrode und unter Zufuhr von Argon für die Schweißung.

Die mit dem negativen Pol einer Gleichstromquelle verbundene Elektrode wurde durch einen otrom von 150 A beim ersten Schritt und 100 A beim zweiten Schritt gespeist. Die Vorschubgeschwindigkeit betrug 7 cm/min in beiden Fällen und die Durchflußmenge an Argon 28 l/min. Die Vorschubgeschwindigkeit des Brenners betrug etwa 2 500 t/min, und der Raum zwischen dem Rand der Glocke und dem Blech lag zwischen 1,5 und 2 mm, wobei der Lichtbogen eine Länge von 2,5 mm hatte. Pig. 7 zeigt das Schliffbild der erhaltenen Schweißung. Die Härtemaße dieser Schweißung haben Ergebnisse erbracht, die zwischen 216 und 300/uHV lagen, gemessen mit einem Gewicht von 50 g, wobei die Härte der geschweißten Stahlbleche ungefähr 230,uHV betrug. Andererseits und im Gegensatz zu einem häufig angetroffenen Mangel bei unter Wasser durchgeführten Schweißungen zeigen die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführten Schweißungen praktisch keine Porositäten, wie dies das Schliffbild zeigt. Schließlich kann man auch die sehr gute Gleichmäßigkeit der Schweißraupe anführen.

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Es sind weitere Versuche durchgeführt worden mit einer festen Glocke, wobei der Wirbel mit Hilfe von Düsen erzeugt wurde. Diese Versuche haben gezeigt, da.3 es möglich war, im wesentlichen die gleichen Bedingungen zu realisieren wie bei einer drehenden Glocke und zwar durch Halten des Randes der Glocke in einer Entfernung von 2 bis 4 mm von der Oberfläche.

Das beschriebene Verfahren kann natürlich auch für andere unter Wasser durchgeführte Vorgänge verwendet werden. Es kann insbesondere verwendet werden für das Schneiden mit Schneidbrenner, für Sandstrahlgebläse oder zun Strahlen mit Stahlkies und im allgemeinen für alle Vorgänge, die auf einer eingetauchten Oberfläche durchgeführt werden, die von Flüssigkeit befreit werden muß.

In einer Abwandlung kann die Gesamtheit der Glocken 7 oder 7a oder wenigstens der die öffnung dieser Glocke darstellende Teil auch aus einem weichen durchscheinenden oder auch nicht durchscheinenden I-'aterial wie beispielsweise Polyäthylen oder Kautschuk gefertigt sein. Der Vorteil dieser Abwandlung liegt darin, daß die Anpassung der Glocke an die Ungleichmäßigkelten der Oberfläche oder an eine nicht ebene Fläche, wie beispielsweise an die Krümmung eines Rohres,möglich ist. Dieser Vorteil kann auch mit Hilfe der Abwandlung der Fig. 4 erreicht werden.

Patentansprüche - 27 098

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Claims

Patentansprüche

\ 1./Verfahren zum Ersetzen eines Flüsaigkeitsvoluxens durch ein entsprechendes Gasvolunen in einem eingetauchten umschlossenen Raum, der von einer Glocke und einer gegenüber der öffnung dieser Glocke angeordneten Fläche umschrieben ist, wobei man das Flüssigkeitsvolumen aus dieser Glocke austreibt, indem sein Druck gegenüber dem Druck der umgebenden Flüssigkeit erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, daß man der in der Glocke enthaltenen Flüssigkeitsinenge eine im wesentlichen koaxial zur Drehachse der Glocke verlaufende Wirbelbewegung beibringt, und daß man mindestens einen Abflußdurchlaß nahe dem Rand der Glocke beibehält, um diese .Flüssigkeit aurch Zentrifugation zu zwingen, aus der Glocke zu entweichen, und daß man gleichzeitig Druckgas in die Glocke einführt.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch "!,gekennzeichnet durch eine Glocke (7), eine Leitung (5) zur Verbindung iiener Glocke (7) mit einer Druckgasquelle und eine Einrichtung (12) zur Erzeugung einer Wirbelbewegung der in der Glocke enthaltenen Flüssigkeit.
3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Ausführung eines Lichtbogenschweißvorganges auf der der öffnung der Glocke (7) gegenüberliegenden Fläche (S) durch Bildung des Lichtbogens in dem im Inneren der Glocke geschaffenen Gasvolumen.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung der Wirbelbewegung der Flüssigkeit aus der drehbar um ihre Drehachse angebrachten Glocke (7), einem Antriebselement und einem mit der Glocke formschlüssig verbundenen Organ

(12) besteht, um das Antriebselement mit der Glocke in Eingriff zu bringen, und so angeordnet ist, daß sie auf die Glocke ein Kräftepaar um die Drehachse anlegt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß die Glocke (7) mit einer Speiseleitung (14) versehen ist, die mit einer Druckwasserquelle verbunden werden soll, wobei diese Leitung in eine ringförmige, an dem oberen Teil der Glocke angebrachten Kancer

(13) mündet und die Kammer in Verbindung mit dein unteren Teil dieser Glocke steht mittels einer ringförmigen Beschaufelung, deren Schaufeln (12) so ausgerichtet sind, daß sie dem aus dieser Kammer kommenden, zum unteren Teil der Glocke führenden Wasser eine auf der Drehachse dieser Glocke zentrierte Wirbelbewegung beibringen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der seine Öffnung begrenzende Teil der Glocke (7) aus einem weichen Material (17) besteht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (7b) der Glocke (7) einen Kranz von im wesentlichen parallel zur Drehachse der Glocke (7) verlaufenden Haarbüscheln (17) trägt.

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8· Vorrichtung nach Anspruch 2_fdadurch gekennzeichnet, daß ein fester Schirm (16) sich im wesentlichen derart radial zu der Glocke (7) erstreckt, daß der schraubenförmige Weg der aus der Glocke austretenden Gasblasen unterbrochen ist.

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