DE3128000A1

DE3128000A1 - "schutzpaste zum schweissen, insbesondere zum unterwasserschweissen"

Info

Publication number: DE3128000A1
Application number: DE19813128000
Authority: DE
Inventors: Juhani 42700 Elimäki Niinivaara
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-07-15
Filing date: 1981-07-15
Publication date: 1982-07-01
Also published as: CA1167605A; FR2486843A1; FI802244A; GB2083394A; GB2083394B; NO812416L; NO155481B; NO155481C; IT8167973A0; JPS5739093A; FI67188C; FI67188B; SE8104352L

Description

»we ·

·Ο

Juhani Niinivaara, Soiniityn koulu, 35-4270O Elimäki Heikki Pelkonen, Valimontie 14, SF-451OO Kouvola 10

Schutzpaste zum Schweissen, insbesondere zum Unterwasserschweissen

Diese Erfindung betrifft eine Schutzpaste, die beim Lichbogenschweissen und insbesondere beim Unterwasserschweissen eingesetzt wird.

Die Schweissarbeiten ausführenden und Schweissgeräte und -mittel herstellenden Firmen sind bestrebt, ein Lichtbogenschweissverfahren und Iiichtbogenschv/eissgerät zur Verfugung zu bekommen und/oder zum Verkauf anzubieten, mit denen das Schweissen unabhängig von äusseren Gegebenheiten durchgeführt werden kann. Ist es doch allgemein bekannt, dass das Lichtbogenschweissen - vor allem das unter günstigen äusseren Verhältnissen so brauchbare Schutzgaslichtbogenschweissen - bei Wind, Zug, Regen und/oder feuchter Umgebung, vom Unterwasserschweissen ganz zu schweigen, nicht gelingt.

Das Unterwasserschweissen war in den letzten Jahren G-egenstand zunehmenden Interesses und zunehmender Entwicklungsarbeit. Reparatu-. ren an Bohrinseln, unter Wasser verlegten Gas- und Ölleitungen, Schiffen und Hafenanlagen sind am häufigsten mit Unterwasserschweissen verbunden. Die zu schweisssenden Konstruktionen sind im allgemeinen so beschaffen, dass ihr Heben an die Wasseroberfläche unmöglich oder aber mit sehr hohen Kosten verbunden ist. Ziel beim Unterwasserschweissen ist die Herstellung einer hochwertigen Schweissverbindung.

Die bisher bekannten Unterwasser sch weissverfahren werden auf Grund der Schweissumgebung in zwei Hauptgruppen unterteilt: in Nassverfahren und in Trockenverfahren. Bei den bekannten Nassverfahren werden zum Stabelektrodenschweissen in der Hauptsache gewöhnliche Schweisselektroden mit einem Feuchte schutz in Form von wasserdichtem Vinylanstrich oder Paraffin und beim Schutzgaslichtbogenschweissen zusätzlich zur herkömmlichen Ausrüstung eine Düse verwendet,

aus der peripher ein kegelförmiger""Wasserstrahl" austritt, der das Wasser vom Lichtbogenbereich fernhält. Dieser Wasserstrahl wird mit verhältnismässlg gutem Ergebnis beim .COp-Nassverfahren eingesetzt. Bei nassverfahren hat das Wasser, wie schon die Bezeichnung besagt, ungehinderten Zutritt zum Lichtbogenbereich. Bei den Trockenverfahren verhindert man den Wasserzutritt zum Lichtbogenbereich durch Abdecken desselben mit einem im wesentlichen geschlossenen (der Schweiss-spalt liegt natürlich frei) oder unten offenen undurchsichtigen oder durchsichtigen Schweissschutz. Das Schweissgerät wird bei unten offenen Abschirmvorrichtungen im allgemeinen von unten und bei völlig geschlossenen kleinen Abschirmvorrichtungen durch deren Wandung geführt. Bei genügend grosser Abschirmvorrichtung kann der Schweisser im Inneren derselben arbeiten. Die Abschirmvorrichtungen haben entweder eine Schutzgas- oder eine Luftatmosphäre.

Beim Unterwasserschweissen erzielt man mit den Trockenverfahren zumindest in geringen Tiefen nahezu gleichwertige Schweissnähte wie beim Arbeiten an der Luft, d.h. ausserhalb des Wassers. Als Nachteile der Trockenverfahren sind jedoch das zeitraubende Montieren und Versetzen der Schutzvorrichtungen und das aus dem Arbeiten mit letzteren resultierende umständliche, unflexible Schweissen zu nennen. Ausserdem gibt es zahlreiche Einsatzstellen, wo keine solchen Schutzvorrichtungen zur Anwendung gebracht werden können.

Das ITassschwelssen, welches die vorliegende Erfindung betrifft, stellt bei Unterwasserschweissarbeiten ein sehr flexibles und wirtschaftliches Verfahren dar. Es kann, von der Taucherausrüstung abgesehen, mit dem gleichen Gerät wie beim Überwasserschweissen ausgeführt werden, freilich: was die Schweissnahtgualität betrifft, reichen die Nassverfahren bei weitem nicht an die mit Trockenverfahren erzielbaren Ergebnisse heran. In bezug auf Schweissfähigkeit bieten die Nassverfahren drei Probleme, die sämtlich auf das umgebende Wasser zurückzuführen sind: Hohe Abkühlungsgeschwindigkeit, hoher Wasserstoffgehalt und umgebungsbedingter Druck, der, besonders in grösseren Tiefen, die im Lichtbogen stattfindenden Reaktionen, den Stoffübergang und die Reaktionen zwischen Schmelze und Schlacke beeinflusst»

Das schwerwiegendste Problem bei den Nassverfahren ist die Wasserstoff versprödung, die namentlich auf den in die Schweissverbindung gelangten hohen Wasserstoffgehalt zurückzuführen ist. Die hohe Abkühlungsgeschwindigkeit erschwert weiter das Herausdiffundieren des Wasserstoffes aus der Sch weissverbindung, und Vor- oder Nachwärmen

kommt zum Austreiben des WasserfetjD|ifs,^: _#2?ai Verringerung der Spannungen oder zur Verhinderung spröden Mikrogefüges kaum in Frage. Als Ergebnis der hohen Abklihlungsgeschwindigkeit bildet sich bei Baustählen meistens ein zu Versprödung neigendes, mit hohen inneren Spannungen behaftetes Mikrogefüge.

Ein weiteres bedeutendes Problem bei den nassverfahren ist die mangelhafte KerbSchlagzähigkeit der Schweissverbindung. Der umgebende Druck, besonders in grösseren Tiefen, verändert die Bedingungen für die Schlackenreaktionen, und die schnelle Abkühlung bietet keine kinetischen Voraussetzungen für eine ausreichende Reinigung des Schweissgutes.

Besonders beim Elektrodenschweissen nach dem Fassverfahren unter schv/ierigen Bedingungen ist ein ganz besonders hohes Mass an fachlicheii Könnsn erforderlich, um Schweissfehler wie Porösität, Schlackeneinschlüsse, Schlackenzeile sowie Verbindungs- und Wurzelfehler zu vermeiden.

Mit der erfindungsgemässen Schutzpaste sollen die bisherigen Mangel der Nassschv/eissverfahren ausgeschaltet und eine Schutzpaste geschaffen werden, die sich für das Lichtbogenschweissen unter Wasser oder in einer anderen Flüssigkeit und an der Luft eignet. Die kennzeichnenden Merkmale der Erfindung sind in den beigefügten Patentansprüchen niedergelegt.

Die erfindungsgemässe Schutzpaste enthält als Grundkomponenten Basisstoff, Beleuchtungsstoff, der das Arbeiten erleichtert, und Wasserstoff entfernungsmittel.

Der Basisstoff besteht aus unter Glyzerin gemischter Ölsäure, Stearinsäure und Palmitinsäure.

Als Beleuchtungsstoff kann Phosphor, als Wasserstoffentfernungsmittel Eisenoxid verwendet werden. Magnesium kommt sowohl als Beleuchtungs- wie auch als Viasserstoff entf ernungsmittel in Frage.

Beim Sch v/eis sen von nichtrostendem Stahl und Arbeiten mit austenitischen Elektroden kann der Schutzpaste ausserdem etwas Aluminiumpulver zugesetzt v/erden.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält der Basisstoff 41-60 Gew.% Ölsäure, 8-21 Gr evr,% Stearinsäure und 20-30 Gew.?b

Palmitinsäure. Ausserdem kann e£\ ,"W4 Crew.?? Myri«sti«säure und/oder 1-10 Gew.°o Linolsäure enthalten.

Die zur Beleuchtung dienende Menge amorphen Phosphors ist von der Arbeitstiefe und den Sichtverhältnissen abhängig, "beträgt jedoch im allgemeinen 2-10 %_f "bezogen auf das Basisstoff gewicht.

Das als Wasserstoffentfernungsmittel dienende Eisenoxid wird in einer Menge von vorzugsweise etwa 4—6 °°, "beispielsweise von 5 %_t "bezogen auf das Basisstoffgewicht, eingesetzt. Magnesium kann sowohl als Beleuchtungs- wie auch als Wasserstoffentfernungsmittel eingesetzt werden; es ist dann vorzugsweise in einer Menge von etwa 5-15 %, "bezogen auf das Basisstoffgewicht, anvresend.

Mit dem in den Lichtbogenbereich zu führenden Stoff und/oder mit Wasser eine elektrisch leitende Flüssigkeit, flüssige Mischung, Lösung o.dgl. "bildenden Stoff soll das kontrollierte Brennen des Lichtbogens erleichtert, die Schweissschmelze vergrössert, die Abkühlung der Sch v/eissnah t verzögert und die direkte Anwesenheit von Wasser im Lichtbogenbereich und die Berührung des Wassers mit der Schweissschmelze begrenzt . werden.

Der erfindungsgemässe elektrisch leitende Stoff im Lichtbogenbereich erleichtert das Zünden und Brennen des Lichtbogens unter Wasser. Er bildet beim Verbrennen im Lichtbogenbereich eine Schutzgaszone, die verhindert, dass das Wasser mit dem Lichtbogen und der Schmelze in Berührung kommt. Eine solche Schutzgaszone bildet sich vor allem dann, .wenn organische Stoffe eingesetzt v/erden. Weiter bildet der Stoff eine Schlackenschicht, durch welche die Schmelze in dem Falle, dass der Stoff infolge seiner grossen Menge im Lichtbogen nicht (vollständig) verbrennt, vor der Wirkung des Wassers geschützt wird. Die von dem Stoff gebildete zusätzliche Schlackenschicht verzögert die Abkühlung der Schweissnaht, so dass ein verbesserter Abgang von Gasen aus der Schweissnaht erfolgt. Infolge der langsameren Abkühlung ist es auch leichter, die Schweissnaht in eine akzeptable Form zu bringen. Der Stoff beeinflusst die Schmelzgeschwindigkeit und die Penetration. Die beiden letztgenannten "Vorgänge erfahren besonders dann eine Verbesserung, wenn organische Stoffe eingesetzt werden, die beim Verbrennen im Lichtbogen beträchtliche Mengen an Wärmeenergie entwickeln.

Die Ursachen für die bei Sch v/eissver suchen mit der erfindungsgemässen Schutzpaste erzielten augezeichneten Ergebnissen sind nicht

in ihrem ganzen Umfange bekannt3. gihen.sviiteii.ilrie:Abkühlung der Schv/eissnaht verzögernden Faktor neben der Schutzwirkung der Paste stollen eventuell die elektrischen Nebenströme dar, die infolge der Paste zwischen dem gesamten zu schweissenden Gegenstand und der Elektrode entstehen und das eventuell in der Nähe befindliche Wasser und die Naht einschliesslich der Schlackenschicht und der zusätzlichen Schlackenschicht erhitzen. Auf diese Weise bleibt die Schweissnaht länger als gewöhnlich heiss, der zu Spiödigkeit führende Wasserstoff entweicht aus der Schweissnaht, und letztere gewinnt an Festigkeit.

Bei Einsatz der erfindungsgemässen Schutzpaste im Zusammenhang mit Unterwasserschweissen kann dieses als Nassverfahren gelten, da ja das Wasser einschliesslich eventueller Zusätze nahezu ungehinderten Zutritt zum Lichtbogenbereich hat. Das Verfahren eignet sich für alle Lichtbogen- und Schutzgaslichtbogenschweissarten wie Elektrodenschweissen, MIG-, MiG-, WIG-, Arcatom- und Plasmaschweissen. Das Gerät richtet sich dabei jeweils nach der Schweissmethode.

Die folgende Beschreibung konzentriert sich in der Hauptsache auf das Unterwasserschweissen, da die beim Lichtbogenschweissen unter Wasser auftretenden Probleme gegenwärtig die schwerwiegendsten sind. Das Verfahren bietet jedoch die Möglichkeit, Lichbogenschweissen auch unter anderen äusseren Gegebenheiten, etwa an der Luft, durchzuführen. Dabei verhindert der elektrisch leitende Stoff und/oder der mit Wasser eine elektrisch leitende Flüssigkeit, flüssige Mischung, Lösung 0.dgl. bildende Stoff neben der schädlichen Wirkung des Wassers auch die schädliche Wirkung der Luft auf die Schweissnaht. Bei Einsatz der Schutzpaste in Verbindung mit Lichtbogenschweissen an der Luft kommt es zu einer stärkeren Verbrennungsgasbildung als beim Unterwasserschweissen. In diesem Zusammenhang sei eine Anwendungsform der Erfindung erwähnt, bei welcher das herkömmliche Schutzgas durch Paste ersetzt wird, welche sowohl den Lichtbogen als auch die Schweissnaht schützt. Die Paste eignet sich also ausgezeichnet in Verbindung mit Lichtbogenschweissen sowohl unter Wasser wie an der Luft und schützt dabei sov/ohl den Lichtbogen wie auch die Schv/eissnaht.

Im folgenden sollen Einsatzarten der erfindungsgemässen Paste unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden.

In FIg. 1 bildet sich der Lichtbogen 1 zwischen der Schweißelektrode 9 und dem Grundwerkstoff 13. Gleichzeitig schmilzt die Elektrode 9 und bildet die Schweißnaht 10, die an den Grundwerkstoff 13 anschmilzt. Bei der Bildung der Schweißnaht 10 entsteht aus der Umhüllung der Elektrode 9 auf der Schweißnaht die Schlackenschicht 11. In den Bereich des Lichtbogens 1 wird die erfindungsgemäße Paste 2 über eine Zuleitung 12 eingetragene

Bei der In Fig. 2 gezeigten Anwendungsform wird in den Lichtbogenbereich 14 über die den Lichtbogen 1 und die Elektrode 9 umgebende ringförmige Düse 4 die Paste 2 geleitet, die den Llchtbogenberelch elektrisch leitend macht. Diese Ausführungsform erinnert an Schutzgaslichtbogenschwelssen (MIG, MAG, WIG)» Der Unterschied besteht darin, daß anstelle von Schutzgas erfindungsgemäße Paste verwendet wird. Die Ringdüse kann natürlich bis zum Zusatzwerkstoffdraht reichen. Und natürlich besteht auch die Möglichkeit, zusätzlich Schutzgas einzusetzen, welches z.B. durch den Ringraum zwischen Innenmantel der Düse 4 und Außenmantel der Halterung der Elektrode 9 einströmen kann.

Bei der Anwendungsform in J¹Ig. 3 ist der sich zwischen Schweißelektrode 9 und Grundwerkstoff 13 bildende Lichtbogen 1 teilweise durch erfindungsgemäße Paste 3 geschützt. Die Paste 3 gibt an den Lichtbogenbereich Stoff ab, der den Lichtbogenbereich elektrisch leitend macht. Das Schweissen erfolgt hier unter Wasser, das den zu schweissenden Gegenstand unmittelbar umgibt. Mit Voranschreiten des Schwelssens wird die Paste 3 hinter dem Lichtbogen hergeführt, wobei sich die Schweißnaht in der Form bildet, daß der Lichtbogen In dem Im Pastenstück gebll&eten Hohlraum 7 brennt» Die Paste 3 gibt außerdem an die Oberfläche der Schweißnaht 10 eine diese schützende Schicht 8 ab. Die Schutzschicht verzögert das Abkühlen der Schweißnaht 10 und verhindert, daß Wasser mit der Sehweißnaht In Berührung kommt. Weiter brennt die Paste 3, auf der heißen Schweißnaht 10 liegend, als organischer Stoff auch hinter dem Lichtbogen weiter, was dazu beiträgt, ein zu schnelles Abkühlen der Schweißnaht zu verhindern.

FIg. 4 zeigt eine Schweißelektrode 9 zur Anwendung der Erfindung. Die gewöhnliche Elektrode, entweder umhüllt oder nicht umhüllt, Ist hierbei zusätzlich mit Paste 3 überzogen, die an die Lichtbogenzone diesen elektrisch leitend machenden Stoff abgibt. Der Hohlraum 7 kann natürlich auch auf der offens η Spaltseite durch Paste verschlossen sein, wobei sich der Lichtbogen 1 dann In einem im wesentlichen geschlossenen Raum befindet.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die angeführten Beispiele, sondern kann in ihren Anwendungsformen im Rahmen der beigefügten Patentansprüche variieren. Dabei können die zum betreffenden Gerät gehörenden Leitelemente für den besagten Schweißhilfsstoff z.B. von einer die Schweißelektrode teilweise, vorzugsweise jedoch Im wesentlichen völlig umgebenden Ringdüse, einer oder mehreren in unmittelbarer Nähe der Elektrode angeordneten rohr- oder andersförmlgen Düsen od.dgl. gebildet werden. Welter können die Hilfsstoff-Auftragselemente z.B. von einer Kolben-, Kreisel-, Membran- od.dgl. Pumpe oder einer andersartigen Vorrichtung, etwa einer Förderschnecke od.dgl., gebildet werden.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Beim Sch v/ei säen, insbesondere beim Wassschweissen tinter Wasser einzusetzende Schutzpaste, d a d u r-c h gekennzeichnet, dass ^& sie enthält:

a) einen Basisstoff aus mit Glyzerin vermischter Ölsäure, Stearinsäure und Palmitinsäure,

t>) als Beleuchtungsstoff amorphen Phosphor und/oder Magnesium, c) als Wasserstoffentfernungsmittel Eisenoxid und/oder Magnesium.

2. Schutzpaste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisstoff 41-60 Cr evr,% Ölsäure, 8-21 Gew.% Stearinsäure und 20-30 Gew.% Palmitinsäure enthält.

3. Schutzpaste nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisstoff zusätzlich 1-4 Gew.% Myristinsäure und/oder 1-10 Gew„% Idnolsäure enthält.

4. Schutzpaste nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie 2-10 % amorphen Phoshor, "bezogen auf das Basisstoffgewicht, enthält,

5. Schutzpaste nach irgendeinem der oMgen Ansprüche, dadurch >-. gekennzeichnet, dass sie etwa 4-6 %_t vorzugsweise 5 % Eisenoxid, tie- \ zogen auf das Basisstoffgewicht, enthält,

6. Schutzpaste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet^ dass sie zusätzlich zum Basisstoff und von dessen Gewicht gerechnet etwa 5-15 % Magnesium als Beleuchtungs- und Wasserstoffentfernungsmittel enthält.

7. Schutzpaste nach irgendeinem der oMgen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich Aluminiumpulver enthält.

PeieiUanWtäk