DE60017241T2

DE60017241T2 - Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung und- verfahren

Info

Publication number: DE60017241T2
Application number: DE60017241T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Chiyoda-ku Obana; Kunio Chiyoda-ku Miyazaki; Hisanori Chiyoda-ku Okamura; Takeshi Chiyoda-ku Tsukamoto; Takahiko Chiyoda-ku Kato; Masato Chiyoda-ku Koshiishi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-02-07
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2020-09-02
Also published as: EP1122018A2; JP2001219269A; EP1122018B1; US6555779B1; KR20010077861A; EP1122018A3; DE60017241D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine neuartige Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 (siehe zum Beispiel JP-A-8/001326) und ein Unterwasser-Bearbeitungsverfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 5 (siehe zum Beispiel JP-A-8/001326).
Üblicherweise kann bei der Unterwasserbearbeitung von Metallen oder Nichtmetallen, zum Beispiel beim Unterwasserschweißen, bei einem Verfahren zum Ausführen des Lichtbogenschweißens mit Mantelelektroden in einer Atmosphäre, aus der kein Wasser verdrängt worden ist, d.h. beim so genannten Nassverfahren, ein Fehler wie etwa Gasblasen in einem Verbindungsteil oder dergleichen auftreten, wodurch ein Problem im Hinblick auf die Zuverlässigkeit entsteht. Weiter muss bei einem Trockenverfahren, bei dem ein zu schweißendes Teil in seiner Gesamtheit von einer Entwässerungskammer umgeben ist, das Wasser in der Kammer mit Druckluft oder Schutzgas verdrängt wird und das auf dem Boden ausgeführte Schweißen dann direkt in der Kammer ausgeführt wird, die Entwässerungskammer eine dem zu schweißenden Teil entsprechende Form aufweisen, was die Anlage teuer macht. Dementsprechend ist ein lokal trockenes Verfahren in einer Höhlung festgelegt, bei dem Wasser örtlich um ein zu bearbeitendes Teil herum verdrängt wird und das Schweißen, die Oberflächenbearbeitung oder dergleichen in der Höhlung ausgeführt wird (dieses Verfahren wird nachstehend als „Verfahren mit lokaler Abschirmung" bezeichnet), und ist sehr erfolgreich als ein Unterwasser-Bearbeitungsverfahren benutzt worden.
Für die Bearbeitung. nach dem Verfahren mit lokaler Abschirmung ist es wichtig, das Wasser aus der lokalen Abschirmung stabil und sicher zu verdrängen, und daher sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, um das Wasser sicher aus der lokalen Abschirmung zu verdrängen. Die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. S49-799939 beschreibt zum Beispiel ein Verfahren, bei dem drei Schutzgasdüsen benutzt werden, eine erste Strahldüse zum Ausstoßen des Schutzgases, eine zweite Strahldüse zum Ausstoßen von Gas in Form eines Hochgeschwindigkeitsstrahls und eine dritte Strahldüse zum Ausstoßen von Wasser in Form eines Hochgeschwindigkeitsstrahls, um in der Abschirmung eine stabile Gasphasenzone zu erzeugen.
Weiter beschreibt die japanische Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr. S55-116785 eine Schweißvorrichtung mit einem schürzenförmigen Trennelement aus Kohlenstofffasern oder dergleichen in einem Schürzenabschnitt einer lokalen Abschirmung.
Darüber hinaus wird in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. S56-141956 ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem in dem vorderen Endabschnitt einer Strahlschweißdüse eine verschiebbare feste Wand vorgesehen ist, die von der Schweißvorrichtung getrennt und ihr gegenüber so angeordnet ist, dass ihr vorderes Ende mit Hilfe eines Bearbeitungsmechanismus (einer Feder) mit einem Muttermaterial in Kontakt gebracht wird, während ein anderer vorderer Endabschnitt des vorderen Düsenendabschnitts geöffnet wird.
Weiter beschreibt die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. S56-6782 ein Verfahren, bei dem dünne metallische oder nicht metallische Drähte so gebündelt sind, dass sie eine ringförmige, bürstenartige flexible Wand bilden. Als die dünnen Metalldrähte werden vorzugsweise hitzebeständige rostfreie Stahldrähte verwendet, und als die dünnen nicht metallischen Drähte werden vorzugsweise Kohlenstofffasern benutzt.
In einem technischen Bereich jedoch, in dem eine hohe Qualität der bearbeiteten Teile in einer Vorrichtung, die zum Beispiel zu einer kerntechnischen Anlage gehört, sehr wünschenswert ist, würde es schon durch ein wenig Restfeuchtigkeit in einer lokalen Abschirmung zu einer Beein trächtigung kommen. In einem allgemeinen Anwendungsbereich, in dem zum Beispiel ein Schiff, eine Brücke oder dergleichen repariert wird, ist es wünschenswert, ein hoch zuverlässiges bearbeitetes Teil zu erhalten. Schließlich ist es äußerst wünschenswert, dass das vorstehend genannte Schweißteil in seiner Gesamtheit von der Verdrängungskammer umgeben ist, um ein bearbeitetes Teil zu erhalten, das einem bearbeiteten Teil möglichst nahe kommt, das mit einem trockenen Verfahren erhalten wird, bei dem das Wasser in der Verdrängungskammer mit Druckluft oder Schutzgas verdrängt wird. Mit der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Technik ist dies jedoch kaum zu erreichen. Die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. S49-79939 beschreibt das Vorsehen einer dritten Düse zum Ausstoßen von Wasser mit hoher Geschwindigkeit, um einen Wasservorhang zu erzeugen, um das Eindringen von Wasser in die lokale Abschirmung zu verhindern. Ein solcher Wasservorhang kann jedoch das Eindringen von Wasser in die lokale Abschirmung nicht vollständig verhindern, wenn das Werkstück eine komplizierte Form aufweist.
Weiter ist bei dem in der japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr. S55-116785 beschriebenen Verfahren die Druckkraft eines Schweißers von einer von dem Arbeiter selbst eingestellten Kraft abhängig, und dementsprechend ist viel Erfahrung nötig, um das Eindringen von Wasser zu verhindern. Außerdem können Reparaturen in einem Kernreaktor aufgrund des Vorliegens von radioaktiver Strahlung nicht nach diesem Verfahren ausgeführt werden.
Weiterhin ist in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. S56-141965 die verschiebbare feste Wand nicht die eine, die den Außenumfang der Schweißvorrichtung vollständig abschirmt, um den Kontakt mit dem Muttermaterial herzustellen, und wenn das Werkstück eine komplizierte Form hat, wäre es außerdem nicht möglich, ein Eindringen von Wasser vollständig zu verhindern.
Weiter kann in der japanischen Patent-Offenlegungs-Schrift Nr. S56-6782 die flexible Wand, die durch Bündeln dünner Drähte in bürstenartiger Form gebildet wird, das Eindringen von Wasser nicht vollständig verhindern, wenn ein Werkstück eine komplizierte Form aufweist.
Vorzugsweise ist ein Zweck der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung und eines Unterwasser-Bearbeitungsverfahrens, die das Eindringen von Wasser in eine Abschirmung wirksam verhindern können, auch wenn ein Werkstück Ausnehmungen und Vorsprünge aufweist, und die Schwankungen des Gasstroms für ein zu bearbeitendes Teil verringern können, sowie die Bereitstellung einer automatischen Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung und deren Anwendung bei einem Kernreaktor.
In einem Aspekt nach der vorliegenden Erfindung wird eine Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Wenn die vorstehend genannte Bearbeitung mit einer Erwärmung innerhalb der Abschirmung verbunden ist, wird vorzugsweise ein nicht oxidierendes Gas eingeführt.
In Verbindung mit dem Wasserdampfvorhang kann die Gasabschirmung um die feste Wand nach der vorliegenden Erfindung das Eindringen von Wasser in ein zu bearbeitendes Teil verhindern, und die Gaszufuhrmenge für die Gasabschirmung kann vermindert werden, während die Schwankung der Gaszufuhrmenge verringert werden kann, wodurch es möglich ist, die Bearbeitung wie etwa das Schweißen unter stabilen Bedingungen auszuführen.
Insbesondere ist eine stabile Gasabschirmung unverzichtbar für das Schweißen mit geringer Wärmezufuhr.
Als Wärmequelle kann ein Lichtbogen oder Laser verwendet werden. Der Lichtbogen ist für das Schweißen mit geringer Wärmezufuhr unter Verwendung eines Hochfrequenz-Impulsstroms besser geeignet.
Die vorstehend genannten Wasserstrahldüsen sind entlang der Schweißfase des Werkstücks so angeordnet, dass sie sich vor und hinter der Schweißfase des Werkstücks in der Richtung der Schweißlinie öffnen und zur Schweißfase des Werkstücks hin verbreitern, wobei sie Wasserstrahlöffnungen aufweisen, die länger als die Breite der Schweißfase des Werkstücks sind. Vorzugsweise sind die Wasserstrahlöffnungen gegenüber dem Werkstück angeordnet und weisen eine dreieckige, rechteckige, vieleckige, halbmondförmige oder elliptische Form oder eine beliebige Kombination dieser Formen auf.
Die vorstehend genannte Abschirmeinrichtung weist weiter vorzugsweise eine solche Funktion auf, dass das Eindringen von Wasser in die Fase des Werkstücks verhindert wird und dass die Schweißvorrichtung unabhängig von der Abschirmeinrichtung zu der Schweißfase des Werkstücks hin bzw. von ihr weg bewegt werden kann.
Weiter weist die Abschirmeinrichtung vorzugsweise eine Beleuchtungsvorrichtung zum Beleuchten des Inneren der Abschirmeinrichtung, eine optische Überwachungsvorrichtung zum optischen Überwachen des Inneren der Abschirmeinrichtung, einen Detektor zum Erfassen eines Drucks in der Abschirmeinrichtung und zum Liefern eines elektrischen Signals zur Anzeige des Drucks und eine Steuereinrichtung zum Vergleichen des Drucks mit einem voreingestellten Druck zur Steuerung des Drucks auf.
Weiter ist die Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung vorzugsweise mit einem Detektor zum Erfassen einer Wassertiefe und zum Liefern eines elektrischen Signals sowie mit einer Funktion versehen, durch die das elektrische Signal von dem Detektor in einen Unterwasserdruck umgewandelt wird.
Die Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann als Laser-Bearbeitungsvorrichtung, Laser-Schweißvorrichtung oder Laser-Oberflächenbearbeitungsvorrichtung eingesetzt werden.
Weiter kann die Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung so installiert werden, dass sie in einer Unterwasser-Umgebung auf einer Schiene oder ohne Schiene bewegt werden kann und dementsprechend eine Kontrolle, eine Prüfung, ein Schleifen, eine Reparatur oder eine Oberflächenbearbeitung einer Struktur in der Unterwasser-Umgebung durchgeführt werden kann. Eine Unterwasser-Bearbeitungsmaschine mit dieser Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung ist mit einem Mechanismus versehen, der ihre Bewegung entlang einer Wandfläche der Unterwasserstruktur ermöglicht, und die Unterwasser-Bearbeitungsmaschine ist weiter mit einem Werkzeug-Befestigungselement versehen, an dem ein Unterwasserwerkzeug befestigt ist, um die vorstehend genannte Unterwasserbearbeitung durchzuführen.
Vorzugsweise wird die vorstehend genannte Unterwasser-Bearbeitungsmaschine unter Fernsteuerung von außerhalb der Unterwasser-Umgebung in die Unterwasser-Umgebung abgesenkt und dann auf eine vorbestimmte Position gebracht, um ein Ultraschall-Prüfverfahren, Kugelstrahlen, Wasserstrahlreinigen, Schleifen und dergleichen durchzuführen.
In einem Aspekt nach der vorliegenden Erfindung kann eine Schweißvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung unabhängig von der vorstehend genannten Abschirmung zu der Schweißfase des Werkstücks hin bzw. von ihr weg bewegt werden.
In einem Aspekt nach der vorliegenden Erfindung wird ein Unterwasser-Bearbeitungsverfahren nach Anspruch 5 bereitgestellt.
In einem Aspekt nach der vorliegenden Erfindung wird ein Kernreaktor in Kombination mit der Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 bereitgestellt, wobei der Kernreaktor Reaktorinnenkomponenten wie zum Beispiel eine Ummantelung, einen Gas-Wasser-Separator, eine Reaktorkernträgerplatte, eine obere Gitterplatte, einen Ummantelungsträger, eine Steuerstabaufnahme und eine Steuerstabantriebsvorrichtungsaufnahme aufweist, wobei diese Komponenten, die den Kernre aktor bilden, aus rostfreiem Stahl aus der austenitischen Gruppe hergestellt sind, und mindestens eine dieser Komponenten durch mehrschichtiges Auftragschweißen repariert wird und das Auftragschweißen pro Durchgang vorzugsweise eine Querschnittsfläche von 0,1 bis 5 mm² und besser noch von 0,5 bis 3 mm² aufweist.
Vorzugsweise wird bei der Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ein Lichtbogen zwischen einer nicht abschmelzenden Dauerelektrode oder einer Abschmelzelektrode, die sich in der Nähe einer Schweißposition befindet, und einem Muttermaterial durch einen Hauptimpulsstrom beim Auftragschweißen mit dem Hochfrequenz-Impulslichtbogenschweißen erzeugt, wobei ein Rückimpulsstrom mit einer anderen Polarität als der Hauptimpulsstrom beim Wechsel vom Einschalt- zum Ausschaltzustand des Hauptimpulsstroms angelegt wird, damit die Anstiegs- und Abstiegsflanken des Hauptimpulses und des Rückimpulses geschärft werden, um einen gerichteten Lichtbogen zu erzeugen, wodurch es möglich ist, das Schweißen mit geringer Wärmezufuhr durchzuführen.
Vorzugsweise wird zwischen den Hauptimpulsströmen nach dem Rückimpulsstrom eine Stromabschaltzeit vorgesehen. Vorzugsweise wird zwischen den Hauptimpulsströmen nach dem Rückimpulsstrom ein Basisstrom angelegt, der kleiner als der Hauptimpulsstrom ist.
Vorzugsweise werden entweder die Spitzenwerte des Hauptimpulsstroms und des Hauptbasisstroms oder die Einschaltzeiten des Hauptimpulsstroms und des Basisstroms regelmäßig geändert. Vorzugsweise wird der Hauptimpulsstrom regelmäßig mit einer Periode von mehreren Hertz auf mehrere zig Hertz geändert, um das geschmolzene Metall zu. bewegen und so das Kornwachstum zu unterdrücken.
Vorzugsweise werden der Hauptimpulsstrom, der Rückimpulsstrom und der Basisstrom, die Einschaltzeit und die Stromabschaltzeit unabhängig voneinander geändert.
Die Anstiegszeit und die Abstiegszeit des Hauptimpulsstroms wird vorzugsweise auf 50 μs eingestellt.
Vorzugsweise werden eine Stromquelle zum Liefern des Hauptimpulsstroms zum Erzeugen eines Lichtbogens zwischen der Dauerelektrode oder der Abschmelzelektrode, die sich in der Nähe der Schweißposition befindet, und dem Muttermaterial, ein Hochfrequenzwandler zum Umwandeln von Gleichstrom in Hochfrequenz-Schweißströme mit unterschiedlichen Polaritäten, und eine Steuereinrichtung zum Anlegen des Rückimpulsstroms mit einer anderen Polarität als der Hauptimpulsstrom beim Wechsel vom Einschalt- zum Ausschaltzustand des Hauptimpulsstroms, um die Anstiegs- und Abstiegsflanken des Hauptimpulsstrom und des Rückimpulsstroms zu schärfen und so einen gerichteten Lichtbogen zu bilden, in die vorstehend genannte Schweißvorrichtung einbezogen.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindungen werden aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich, in der bevorzugte Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben werden.
KURZBESCHREIBUNG VERSCHIEDENER ANSICHTEN
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung.
2a zeigt eine Schnittansicht der Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung.
2b zeigt eine Unteransicht der Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung.
3a zeigt eine Schnittansicht der Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung.
3b zeigt eine Schnittansicht der Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung.
4a bis 4e zeigen Teilansichten der Unterseite der Wasserdüsen nach der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine Schnittansicht einer Unterwasser-Laser-Bearbeitungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine Ansicht eines gesamten Aufbaus der Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung für die Ummantelung eines Siedewasserreaktors.
8 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kernreaktors.
9 zeigt eine Ansicht eines gesamten Aufbaus einer automatischen Unterwasser-WIG-Schweißvorrichtung für die Ummantelung eines Siedewasserreaktors.
10 zeigt eine Ansicht eines Aufbaus einer Hochfrequenz-Impulslichtbogenschweißvorrichtung.
11 zeigt eine Ansicht einer Kurvenform des Hochfrequenz-Impulslichtbogenstroms und einer Signalkurve.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Erste Ausführungsform
Fig. zeigt eine perspektivische Ansicht einer Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist die Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung 101 eine Unterwasser-WIG-Schweißvorrichtung zum Schweißen einer Schweißfase 103 eines Werkstücks 102 als ein in einer Unterwasser-Umgebung zu schweißendes Element. Eine WIG-Schweißstromquelle 108 ist außerhalb der Unterwasser-Umgebung angeordnet, und nur der Teil einer Schweißvorrichtung 104 zum Erzeugen eines Schweißlichtbogens 11 befindet sich unter Wasser. Bei diesem Aufbau sind die Schweißvorrichtung 104 und ein zu schweißendes Teil 110 von einer Trennwand 105 umgeben, um den Kontakt mit Wasser zu verhindern, und Argongas wird als Abschirm- oder Schutzgas 112 auf der Innenseite der Trennwand 105 mit hoher Geschwindigkeit unter hohem Druck einge führt, um einen Wasserverdrängungsraum 113 zu bilden (das Schweißteil 110 befindet sich in einem mit Gas abgeschirmten Raum), aus dem das Wasser lokal verdrängt wird. Die Trennwand 105 ist in Teilen, die der Schweißfase 103 des Werkstücks 102 gegenüberliegen, geöffnet, und die Trennwand 105 hat ein Form, die so beschaffen ist, dass sie die Schweißfase 103 über ihre gesamte Breite und einen flachen Teil des Werkstücks 102 überdeckt. Weiter ist eine feste Wand in einem Schürzenabschnitt vorgesehen, wo die Trennwand 105 Kontakt mit dem Werkstück 102 hat. Außerdem sind Wasserdüsen 107 auf der linken und rechten Seite der Trennwand 105 vorgesehen, und dementsprechend wird Wasser mit hoher Geschwindigkeit und hohem Druck in Richtung der Schweißfase 103 ausgestoßen, um Wasserwände 109 in der Form von Wasservorhängen zu erzeugen und das Wasser aus der Schweißfase 103 zu verdrängen.
Eine feste Wand 106 ist aus einem filzartigen Gewebe aus selbstschmierenden, dehnbaren und flexiblen Fasern mit einer Dicke von etwa 5 mm gebildet.
2(a) ist eine Schnittansicht, die im Detail die in 1 gezeigte Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung zeigt, und 2(b) zeigt eine Ansicht eines Teils der Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung 201, der in Kontakt mit dem Werkstück 202 ist, vom Werkstück 202 her gesehen.
Die Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung 201 nach der in 2(a) gezeigten Ausführungsform ist eine Unterwasser-WIG-Schweißvorrichtung zum Schweißen der Schweißfase 203 des Werkstücks 202 als ein in einer Unterwasser-Umgebung zu schweißendes Element.
Die Schweißvorrichtung 204 befindet sich in dem Wasserverdrängungsraum 242 im Inneren der Trennwand 205 aus einer Aluminiumlegierung, um den Kontakt mit Wasser zu verhindern, und steht in Kontakt mit einem Schweißvorrichtungs-Befestigungselement 236 und ist an diesem befestigt. Die Trennwand 205 ist in Teilen geöffnet, die der Schweißfase 203 des Werkstücks 202 gegenüberliegen, und die feste Wand 206 ist in dem Schürzenabschnitt vorgesehen, wo die Trennwand 205 Kontakt mit dem Werkstück 202 hat. Das Schweißvorrichtungs-Befestigungselement 236 ist so angeordnet, dass es entlang der Trennwand 205 verschiebbar ist. Weiter ist das Schweißvorrichtungs-Befestigungselement 236 mit einer Schweißvorrichtungsfeder 255 versehen. Die Schweißvorrichtung 204 ist mit dem Schweißvorrichtungs-Transportmechanismus (nicht gezeigt) verbunden, wobei sie so mit dem Schweißvorrichtungs-Befestigungselement 236 verbunden ist, dass die Schweißvorrichtung auf und ab bewegt werden kann, um sie zu der bzw. von der Schweißfase 203 des Werkstücks 202 in letzterem entgegengesetzter Richtung unabhängig von der Trennwand 205 zu bewegen. Weiter wird die Schweißvorrichtung durch die Federkraft der Schweißvorrichtungsfeder 225 in einer Richtung weg von der Schweißfase 203 des Werkstücks 202 gedrückt.
Eine Elektrode 212 ist am vorderen Ende der Schweißvorrichtung 204, das der Schweißfase 203 des Werkstücks 202 gegenüberliegt, angebracht, und ein Zusatzdraht 213 wird der Schweißvorrichtung 204 koaxial mit dieser von einer Drahtrolle (nicht gezeigt) durch das Innere einer Drahtführung 243 zugeführt und verläuft durch das Innere einer Drahtspitze 214, um in der Nähe der Elektrode 212 positioniert zu werden. Wie gezeigt, wird der Zusatzdraht 213 in der Schweißlinienrichtung zugeführt, was beim Auftragschweißen die Richtung der Schweißfase 203 ist.
Der Zusatzdraht 213 wird koaxial mit der Schweißvorrichtung 204 zugeführt, und dementsprechend ist die Drahtspitze 214 in einem leichten Winkel eingestellt, damit das vordere Ende des Zusatzdrahts 213 in einem vorbestimmten Abstand von der Elektrode 212 gehalten wird.
Die Schweißvorrichtung 204 ist darin ausgebildet mit einem Schutzgas-Einlasskanal 219, durch den Argongas als Schutzgas aus einer Schutzgas-Zufuhreinrichtung (nicht gezeigt) durch die Schweißvorrichtung 204 der Elektrode 212 zugeführt und als Schutzgas aus dem Außenumfang der Elek trode 212 ausgestoßen wird, um einen von der Elektrode 212 und dem Schweißteil 209 erzeugten Schweißlichtbogen 210 vor der äußeren Umgebung zu schützen. Weiter werden Kühlwasser 220 und eine Stromleitung 221 in die Schweißvorrichtung eingeführt, die daher mit einer Kühlwasserquelle (nicht gezeigt) und einer Schweißstromquelle (nicht gezeigt) verbunden ist.
Optische Überwachungsvorrichtungen 215 und 216 sind in dem Wasserverdrängungsraum 242 im Inneren der aus dem filzartigen Gewebe gebildeten Trennwand 205 vorgesehen. Die optische Überwachungsvorrichtung 215 ist eine Einrichtung zum Überwachen der Elektrode, des vorderen Endes des Zusatzdrahts 213, der Auftragschweißung 226, des Schweißlichtbogens 210 und dergleichen. Ein Lichtschutzfilter 244 ist vor der optischen Überwachungsvorrichtung 215 angeordnet. Ein Lichtschutzfilter-Öffnungs- und -Schließmechanismus (nicht gezeigt) ist so vorgesehen, dass der Lichtschutzfilter 244 die Überwachungsvorrichtung 215 abdeckt, wenn der Schweißlichtbogen 210 beim Schweißen von der Elektrode 212 erzeugt wird, um die Elektrode 212, das vordere Ende des Zusatzdrahts 213 und dergleichen beim Schweißen zu überwachen, und dass der Lichtschutzfilter 244, wenn kein Schweißvorgang erfolgt, aus einer Position vor der optischen Überwachungsvorrichtung 215 weggeschoben ist, um die Elektrode 212, das vordere Ende des Zusatzdrahts 213, die Auftragschweißung 226 und dergleichen zu überwachen. Die optische Überwachungsvorrichtung 216 ist eine Einrichtung zum Überwachen des vorderen Endes des Zusatzdrahts 213, des Schweißlichtbogens 210, des Schweißteils und dergleichen. Ähnlich wie bei der optischen Überwachungsvorrichtung 215 ist ein Lichtschutzfilter 245 vor der optischen Überwachungsvorrichtung 216 angeordnet und arbeitet ähnlich wie der Lichtschutzfilter 244. Von den optischen Überwachungsvorrichtungen 215 und 216 erhaltene optische Bilddaten werden an eine Bildempfangseinrichtung (nicht gezeigt) über mittelt, die außerhalb der Unterwasser-Umgebung angeordnet ist.
Eine kleine CCD-Kamera mit fester Bildröhre wird jeweils für die optischen Überwachungsvorrichtungen 215 und 216 benutzt. Eine Beleuchtungsvorrichtung 218 ist in dem Wasserverdrängungsraum 242 im Inneren der Trennwand 205 angeordnet. Um einen bestimmten Helligkeitsgrad zu erhalten, bei dem die gewünschte Überwachung mit den optischen Überwachungsvorrichtungen 215 und 216 möglich ist, beleuchtet die Beleuchtungsvorrichtung 218 das Innere des von der Trennwand 205 umgebenen Wasserverdrängungsraums 242. Mit der Beleuchtung durch diese Beleuchtungsvorrichtung 218 können die Elektrode 212 in der Schweißvorrichtung, die Schweißfase 203 und der Zusatzdraht 213 präzise auf gewünschte Positionen eingestellt werden, bevor das Schweißen beginnt. Insbesondere ist eine Anfangsposition wichtig, an der das Schweißen beginnt. Ein Drucksensor 217, der in dem Wasserverdrängungsraum 242 im Inneren der Trennwand 205 angeordnet ist, misst einen Druck im Wasserverdrängungsraum 242 und übermittelt die gemessenen Druckdaten an einen Druckmonitor (nicht gezeigt). Durch Messen des Drucks in der Schweißvorrichtung 204 kann der Druck auf einem gewünschten Wert gehalten werden, und folglich kann das Schweißen mit zufrieden stellendem Ergebnis durchgeführt werden. Außerdem können durch Erfassung des herrschenden Drucks die Drücke und Mengen des Wassers aus den Wasserzuführkanälen 224 und 227 auf gewünschte Werte eingestellt werden, um ein durchgängig gleichmäßiges Schweißen zu ermöglichen.
Weiter kann ein lokaler Gasaustritt durch Messung einer Druckänderung festgestellt werden, und dementsprechend kann erkannt werden, ob Wasser in das Innere der Schweißvorrichtung eindringt oder nicht. So ist es möglich, das Eindringen von Wasser in die Schweißvorrichtung zu verhindern, wodurch ein Unterwasserverfahren mit einem hohen Maß an Zuverlässigkeit durchgeführt werden kann. Die feste Wand 206 ist in dem Schürzenabschnitt vorgesehen, wo die Trennwand 205 Kontakt mit dem Werkstück 202 hat. Die feste Wand 206 ist an einem Haltering 222 für die feste Wand mit einer torusartigen Scheibenform befestigt, der wiederum mit Hilfe von Federn 223 für die feste Wand an der Trennwand 205 befestigt ist. Weiter ist die feste Wand 206 mit Haltestiften 237 für die feste Wand an der Trennwand 205 befestigt. Die feste Wand 206 ist so eingerichtet, dass sie durch die Federkraft der Wandfedern 223 immer Kontakt mit dem Werkstück 202 hat. Die feste Wand 206 ist so beschaffen, dass sie die Schweißfase 203 in ihrer Gesamtheit in deren Breitenrichtung abdeckt.
Das heißt, auch wenn der Abstand zwischen der festen Wand 206 und dem Werkstück 202 aufgrund von Ausnehmungen und Vorsprüngen des Werkstücks 202 variiert, wenn die Schweißvorrichtung 204 bewegt wird, kann der Druck des Schutzgases geregelt werden, während der Abstand dazwischen auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird.
Wasserdüsen 240 und 241 sind auf der linken und rechten Seite der Trennwand 205 angeordnet. Die Wasserdüsen 240 und 241 sind daran mit den Wasserzuführkanälen 224 und 227 verbunden, die wiederum mit einer Wasserpumpe (nicht gezeigt) verbunden sind. Außerdem sind Wasservorhang-Außenumfangselemente 230 und 232 und Wasservorhang-Innenumfangselemente 231 und 233 in einer dem Werkstück 202 entgegengesetzten Richtung vorgesehen. Weiter bewirkt die Kombination der Wasservorhang-Außenumfangselemente 230 und 232 und der Wasservorhang-Innenumfangselemente 231 und 233, dass die Wasserstrahlöffnungen 207 und 228 dem Werkstück 202 sowie der Schweißfase 203 gegenüberliegen. Weiter sind bei dem Aufbau mit den Wasservorhang-Außenumfangselementen 230 und 232 und den Wasservorhang-Innenumfangselementen 231 und 233 Wassersümpfe 238 und 239 in den Wasserdüsen 240 und 241 vorgesehen. Die Wassersümpfe 238 und 239 stehen mit den Wasserstrahlöffnungen 207 und 208 in Verbindung. Das Wasser aus den Wasserstrahlöffnungen 207 und 208 wird durch die Was sersümpfe 238 und 239 und durch die Wasservorhang-Außenumfangselemente 230 und 232 und die Wasservorhang-Innenumfangselemente 231 und 233 geleitet und dann aus den Wasserstrahlöffnungen 207 und 208 ausgestoßen, um die Wasservorhänge 208 und 234 zu bilden. Die Wasserstrahlöffnungen 207 und 228 sind länger als die Schweißfase 203 in der Breitenrichtung, das heißt sie decken die Schweißfase 203 in ihrer Gesamtheit in der Breitenrichtung ab.
Die Wasserstrahlöffnungen 207 und 208 sind durch die Wasservorhang-Außenumfangselemente 230 und 232 und die Wasservorhang-Innenumfangselemente 231 und 233 so festgelegt, dass sie eine rechteckige Form haben.
Die Wasservorhang-Außenumfangselemente 230 und 232 und die Wasservorhang-Innenumfangselemente 231 und 232 bestehen aus einer Aluminiumlegierung oder aus Messing.
Im Folgenden wird die Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung 201 mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau erläutert.
Bei der Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung 201 wird das Abschirm- oder Schutzgas 211 ausgestoßen, um den Wasserverdrängungsraum 242 außerhalb der Unterwasser-Umgebung festzulegen, ehe die Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung in das Wasser eingetaucht wird, und Wasser wird aus den Wasserstrahlöffnungen 207 und 228 ausgestoßen, um die Wasservorhänge 208 und 234 zu erzeugen. Das heißt, das Schutzgas 235 wird durch den Schutzgas-Einlasskanal 219 aus der Schutzgas-Zufuhreinrichtung (nicht gezeigt) in die Schweißvorrichtung 204 eingeleitet, und danach wird das Schutzgas 211 aus dem Außenumfang der Elektrode 212 mit einer vorbestimmten Durchflussmenge und einer vorbestimmten Durchflussgeschwindigkeit ausgestoßen. Außerdem wird Wasser aus den Wasserzuführkanälen 224 und 227 in den Wasserdüsen 240 und 241 mit Hilfe der Wasserpumpe (nicht gezeigt) mit einer vorbestimmten Durchflussmenge und einer vorbestimmten Durchflussgeschwindigkeit zugeführt, um die Wasservorhänge 208 und 234 zu erzeugen.
Die Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung 201 wird, nachdem sie in den vorstehend genannten Zustand gebracht worden ist, in die Unterwasser-Umgebung eingebracht. Danach wird abgewartet, bis sie eine gewünschte Position erreicht hat, das heißt die Position des Schweißteils 209 für die Schweißfase 203 des Werkstücks 202 als ein in der Unterwasser-Umgebung zu schweißendes Element. Dabei ist das Schutzgas 211 zuvor ausgestoßen worden, und die Wasservorhänge 208 und 234 sind außerhalb der Unterwasser-Umgebung erzeugt worden. Um das Eindringen von Wasser in den Wasserverdrängungsraum 242 zu verhindern, werden das Schutzgas 211 und das Wasser bei der Bewegung unter Wasser vorzugsweise mit gewünschten Durchflussmengen und Durchflussgeschwindigkeiten zugeführt.
Es wird gewartet, bis die unter Wasser gebrachte Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung 201 sich dem Werkstück 202 genähert hat, so dass die in der Trennwand 205 der Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung 201 vorgesehene feste Wand 206 die Schweißfase 203 des Werkstücks 202 in der Breitenrichtung abdeckt. In dieser Phase wird begonnen, das Wasser in der Schweißfase 203 von einem Teil des Werkstücks 202 durch das Schutzgas 211 nach außen zu verdrängen, der durch den Vorsprung der Trennwand 205, durch das Schutzgas 211 und die Wasservorhänge 208 und 234 festgelegt ist, und weiter wird begonnen, das Wasser auf einem flachen Teil des Werkstücks 202, der durch den Vorsprung der festen Wand 206 festgelegt ist, durch das Schutzgas 211 ebenfalls nach außen zu verdrängen, um mit der Bildung des Wasserverdrängungsraums 242 zu beginnen. In dieser Phase wird vorzugsweise der Wasserverdrängungsraum 242 über dem Werkstück 202 vollständig ausgebildet, bevor die feste Wand in engen Kontakt mit dem flachen Teil des Werkstücks 202 gebracht wird.
Wenn die feste Wand 206 Kontakt mit dem Werkstück 202 hat, werden die feste Wand 206 und der Wandhaltering 222 in einer Richtung senkrecht zu dem Werkstück 202 zurückgeschoben, um die Wandfedern 223 zusammenzudrücken, und dement sprechend wird die feste Wand 206 durch die Wirkung des Wandhalterings 222 durch die Federkraft der Wandfedern 223 gegen den flachen Teil des Werkstücks 202 gedrückt, so dass die feste Wand 206 immer in Kontakt mit dem flachen Teil des Werkstücks 202 steht. Weil die feste Wand 206 aus dem filzartigen Gewebe aus Kohlenstofffasern besteht, ist die feste Wand 106 in sich elastisch, was bevorzugt ist.
Wenn die feste Wand 206 Kontakt mit dem Werkstück 202 hat, wird das Schutzgas 211 in Form von Blasen durch die Lücke zwischen der festen Wand 205 und dem Werkstück 202 in das Wasser abgegeben, und weil die feste Wand 206 aus dem filzartigen Gewebe aus Kohlenstofffasern besteht, wird das Schutzgas 211 auch in Form von Luftblasen durch das filzartige Gewebe in das Wasser eingeleitet.
In dieser Phase werden die Durchflussmenge und Durchflussgeschwindigkeit des Schutzgases 211 vorzugsweise mit dem Drucksensor 217 in dem Wasserverdrängungsraum 242 geregelt, um den Druck in dem Wasserverdrängungsraum 242 so einzustellen, dass er höher als der Wasserdruck um die Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung 201 ist. Dadurch wird verhindert, dass Wasser von außerhalb der Trennwand 205 in den Wasserverdrängungsraum 242 eindringt, sondern zur Außenseite der Trennwand 205 abgeleitet wird, wo der Druck niedriger als in dem Wasserverdrängungsraum 242 ist, wodurch es möglich ist, den Wasserverdrängungsraum 242 stabil auszubilden.
Wenn die feste Wand 206 Kontakt mit dem Werkstück 202 hat, wird verhindert, dass Wasser von außerhalb der Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung 201 durch die Schweißfase 203 in den Wasserverdrängungsraum 242 eindringt, weil das Schutzgas 211 in Form von Luftblasen durch die Trennwand 205 zur Außenseite der Trennwand 205 hin verdrängt wird. Außerdem dienen die durch das aus den Wasserstrahlöffnungen 207 und 228 ausgestoßene Wasser erzeugten Wasservorhänge 208 und 234 als eine Sperre, die verhindert, dass Wasser von außerhalb der Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung 201 durch die Schweißfase 203 in den Wasserverdrängungsraum 242 eindringt. In dieser Phase wird die Durchflussmenge und Durchflussgeschwindigkeit des Schutzgases 211 vorzugsweise auf gewünschte Werte geregelt, damit die Wasservorhänge 208 und 234 nach außen hin allmählich in umgekehrt V-förmiger Form erweitert werden, wodurch es möglich ist, die Bildung der Wasservorhänge 208 und 234 im Inneren des Wasserverdrängungsraums 242 zu verhindern.
Obwohl das den Wasserzuführkanälen 224 und 227 in den Wasserdüsen 240 und 241 aus der Wasserpumpe (nicht gezeigt) zugeführte Wasser aus den Wasserstrahlöffnungen 207 und 228 mit einer gewünschten Durchflussmenge und einer gewünschten Durchflussgeschwindigkeit ausgestoßen wird, um die Wasservorhänge 208 und 234 zu bilden, ist es in dieser Phase auch möglich, die Durchflussmenge und die Durchflussgeschwindigkeit des in die Wasserzuführkanäle 224 und 227 eingeleiteten Wassers so einzustellen, dass die Wasservorhänge 208 und 234 mit jeweils unterschiedlicher Form gebildet werden.
Die Elektrode 212 wird gesteuert anhand der von der optischen Überwachungsvorrichtung 215 erhaltenen Bilddaten leicht auf ein gewünschtes Schweißteil 209 gedrückt. Die Bilddaten werden an die Bildempfangseinrichtung (nicht gezeigt) übermittelt, die außerhalb der Unterwasser-Umgebung angeordnet ist, und die Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung 201 wird verschoben, so dass die Elektrode 212 ferngesteuert durch Betätigung seitens eines Arbeiters oder automatisch als Reaktion auf die Bilddaten auf der Bildempfangseinrichtung eine Position senkrecht über dem gewünschten Schweißteil 209 auf der Schweißfase 203 des Werkstücks 202 annimmt. In dieser Phase werden die Lichtschutzfilter 244 und 245 vor den optischen Überwachungsvorrichtungen 215 und 216 mit Hilfe der Lichtschutzfilter-Öffnungs- und -Schließmechanismen (nicht gezeigt) aus den Positionen vor den optischen Überwachungsvorrichtungen 215 und 216 weggeschoben. In dieser Phase beleuchtet die Beleuchtungsvorrichtung 218 in dem Wasserverdrängungsraum 242 im Inneren der Trennwand 205 das Innere des von der Trennwand 205 umgebenen Wasserverdrängungsraums 242 mit einer Helligkeit, bei der die gewünschte Überwachung mit Hilfe der optischen Überwachungsvorrichtungen 215 und 216 erfolgen kann.
Wenn die feste Wand 206 Kontakt mit dem Werkstück 202 hat, um den Wasserverdrängungsraum 242 einschließlich der Schweißfase 203 vollständig zu bilden, wird die in der Schweißvorrichtung 204 vorgesehene Elektrode 212 herangeführt, um eine Position einzunehmen, die sich in einem gewünschten vertikalen Abstand von dem gewünschten Schweißteil 209 auf der Schweißfase 203 des Werkstücks 202 befindet, um den Beginn des Schweißvorgangs vorzubereiten. In dieser Phase steht die Schweißvorrichtung 204 mit dem Schweißvorrichtungs-Befestigungselement 236 in Verbindung und ist mit dem Schweißvorrichtungs-Transportmechanismus (nicht gezeigt) verbunden, und dementsprechend nähert sich die Elektrode 212 an, um durch die Funktion des Schweißvorrichtungs-Transportmechanismus (nicht gezeigt) eine Position einzunehmen, die sich in einem gewünschten vertikalen Abstand von dem gewünschten Schweißteil 209 befindet. Weil die Schweißvorrichtung 204 durch die Wirkung des Schweißvorrichtungs-Befestigungselements 236 unabhängig von der Trennwand 205 bewegt wird, ist die Trennwand 205 immer in einer festen Positionsbeziehung mit dem Werkstück 202. Daher hat die in der Trennwand 205 vorgesehene feste Wand 206 immer Kontakt mit dem Werkstück 202, und dadurch ist es möglich, das Eindringen von Wasser um die Trennwand 205 in den Wasserverdrängungsraum 242 zu verhindern.
Der Beginn des Schweißens für das gewünschte Schweißteil 209 erfolgt durch Berührungszündung, wobei die Elektrode 212 in Kontakt mit dem Schweißteil 209 gebracht und dann wieder von ihm getrennt wird. Dieser Vorgang wird durch den Schweißvorrichtungs-Transportmechanismus (nicht gezeigt) ausgeführt, wobei das Trennen der Elektrode 212 von dem Schweißteil 209 mit hoher Geschwindigkeit mit Hilfe der Federkraft der Schweißvorrichtungsfeder 225 erfolgt.
Der Abstand, um den die Elektrode 212 von dem Schweißteil 209 getrennt wird, wird gleich der Länge des Schweißlichtbogens 210. Diese Länge des Schweißlichtbogens wird in Abhängigkeit von einer gewünschten Schweißspannung, einem gewünschten Schweißstrom, einer gewünschten Wärmezufuhr und einem gewünschten Auftragsgrad bestimmt.
Ein Lichtbogen 230 wird von der Elektrode 212 erzeugt, um das Schweißen zu beginnen, und danach wird die Schweißvorrichtung 204 mit der Elektrode 212 entlang der Richtung der Schweißlinie (angezeigt durch den Pfeil) in der Längsrichtung der Schweißfase 203 des Werkstücks 202 bewegt, während der Zusatzdraht 213 der Elektrode 212 mit einer gewünschten Geschwindigkeit zugeführt wird, um das Auftragschweißen der Fase durchzuführen. In dieser Phase wird die mit dem Schweißvorrichtungs-Befestigungselement 236 verbundene Schweißvorrichtung 204 gleichzeitig mit der Bewegung der Trennwand 205 bewegt, um das Schweißen durchzuführen. Die Fahrgeschwindigkeit der Schweißvorrichtung 204, die gleichzeitig mit der Bewegung der Trennwand 205 in der Richtung der Schweißlinie bewegt wird, das heißt die Schweißgeschwindigkeit, wird in Abhängigkeit von einem gewünschten Grad der Auftragschweißung 226 bestimmt. Außerdem wird der Grad der Auftragschweißung 226 durch eine Geschwindigkeit bestimmt, mit der der Zusatzdraht 213 vorgeschoben wird.
Vor Beginn des Schweißens für das gewünschte Schweißteil 209 werden die Lichtschutzfilter 244 und 245 vor den optischen Überwachungsvorrichtungen 215 und 216 durch die Lichtschutzfilter-Öffnungs- und Schließmechanismen (nicht gezeigt) gesteuert, um die optischen Überwachungsvorrichtungen 215 und 216 vor letzteren abzudecken. Die optischen Überwachungsvorrichtungen 215 und 216 führen durch die Lichtschutzfilter 244 und 245 die Überwachung einer Länge des Schweißlichtbogens 210, die Überwachung eines Vorschubgrads des Zusatzdrahts 213 zu der Elektrode 212, einer Form des durch das Auftragschweißen gebildeten Auftrags nach ei ner Berührungszündung, bei der die Elektrode 212 Kontakt mit dem gewünschten Schweißteil 209 macht und dann wieder von ihm getrennt wird, und während des Auftragschweißens durch, während dessen die Schweißvorrichtung 204 mit der Elektrode 212 bewegt wird. Die so erhaltenen optischen Bilddaten werden an die Bildempfangseinrichtung (nicht gezeigt) außerhalb der Unterwasser-Umgebung übermittelt. Eine gewünschte Schweißspannung, ein gewünschter Schweißstrom, ein gewünschter Wärmezufuhrwert, ein gewünschter Grad der Auftragschweißung, eine gewünschte Fahrgeschwindigkeit der Schweißvorrichtung oder die Schweißgeschwindigkeit und eine gewünschte Vorschubgeschwindigkeit des Zusatzdrahts 213 werden entsprechend den so erhaltenen optischen Bilddaten durch Betätigung seitens eines Arbeiters oder automatisch ferngesteuert.
Wenn die Schweißvorrichtung 204 und die Trennwand 205 gleichzeitig entlang der Schweißlinie in der Längsrichtung der Schweißfase 203 des Werkstücks 202 (in Pfeilrichtung in der Abbildung) bewegt werden, wird die in der Trennwand 205 vorgesehene feste Wand 206 bewegt, wobei sie auf dem flachen Teil des Werkstücks 202 gleitet. Bei dieser Bewegung gleitet die feste Wand 205 auf dem Werkstück, während sie durch die Wirkung des Wandhalterings 222 durch die Federkraft der Wandfedern 223 gegen das Werkstück 202 gedrückt wird. Auch wenn das Werkstück 202 eine leichte Unebenheit aufweist, kann die feste Wand 206 aufgrund der Federkraft der Wandfeder 223 und der Flexibilität der festen Wand 206 selbst, die aus dem filzartigen Gewebe aus Kohlenstofffasern gebildet ist, der Oberflächenunebenheit des Werkstücks 202 folgen, und daher ist sie immer stabil in Kontakt mit dem Werkstück 202, wodurch das Eindringen von Wasser von außerhalb der Trennwand 205 in den Wasserverdrängungsraum 242 verhindert werden kann. Weiter können auch die in der Schweißfase 203 gebildeten Wasservorhänge 208 und 234 das Eindringen von Wasser in den Wasserverdrängungsraum 242 durch die Schweißfase 203 verhindern, auch wenn die Schweißvorrichtung 204 und die Trennwand 205 gleichzeitig entlang der Schweißlinie in der Längsrichtung der Schweißfase 203 des Werkstücks 202 (in Pfeilrichtung in der Abbildung) bewegt werden.
In einer Situation, in der das Auftragschweißen für die Schweißfase 203 ausgeführt wird, um die Schweißfase 203 bis zu einer Höhe gleich oder höher als der Höhe des flachen Teils des Werkstücks 202 zu füllen, wenn das Volumen der Auftragschweißung 226 im Verhältnis zur Tiefe und Breite der Schweißfase 203 gering ist, so dass die Schweißfase 203 nicht auf einmal durch Schweißen gefüllt werden kann, muss das Auftragschweißen mehrfach wiederholt werden, um Auftragschweißschichten 226 übereinander anzuordnen, um die Schweißfase 203 zu füllen. Der Betrieb in diesem Fall wird anhand von 3(a) und 3(b) erläutert.
3(a) und 3(b) zeigen Längsschnittansichten der in 2 gezeigten Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung 201, gesehen in Längsrichtung der Schweißfase 203.
Wie in 3(a) gezeigt, wird die Trennwand 205 bis zu einer gewünschten Position an dem gewünschten Schweißteil 209 in der Schweißfase 203 des Werkstücks 202 entlang der Schweißlinie in der Längsrichtung der Schweißfase 203 nach oben bewegt, und dementsprechend werden die an der Trennwand 205 befestigte Schweißvorrichtung 204 und die Elektrode 212 bewegt, während das Auftragschweißen ausgeführt wird, um die Auftragschweißung 226 zu bilden. Es ist zu beachten, dass die Richtung der Schweißlinie in der Längsrichtung der Schweißfase 203 des Werkstücks 202 senkrecht zu der Ebene der Oberfläche in 3(a) verläuft.
Um die Länge des Schweißlichtbogens 210 auf einen gewünschten Wert einzustellen, werden eine gewünschte Schweißspannung, ein gewünschter Schweißstrom, ein gewünschter Wärmezufuhrwert, ein gewünschter Auftragsgrad, eine gewünschte Fahrgeschwindigkeit der Schweißvorrichtung 204 oder die Schweißgeschwindigkeit, eine gewünschte Vorschubgeschwindigkeit des Zusatzdrahts 213 und dergleichen durch Betätigung durch einen Arbeiter oder automatisch entsprechend den von den optischen Überwachungsvorrichtungen 215 und 216, vorzugsweise von der optischen Überwachungsvorrichtung 215, an die Bildempfangseinrichtung (nicht gezeigt) außerhalb der Unterwasser-Umgebung übermittelten optischen Bilddaten ferngesteuert. Die gewünschte Steuerung erfolgt ähnlich der vorstehenden Beschreibung.
Wenn die Schweißfase 203 mit dem durch das vorstehend beschriebene Schweißen gebildeten Schweißauftrag nicht gefüllt werden kann, wird das Schweißen mehr als zweimal wiederholt, um mehr als zwei Auftragschweißschichten 226 zu bilden, das heißt, ein mehrschichtiges Auftragschweißen wird durchgeführt.
Beim Bilden von mehr als zwei Auftragschweißschichten muss die Elektrode 212 an ein Schweißteil 304 neben der gewünschten Position gebracht werden, wobei diese Bewegung wie folgt ausgeführt wird. Wie in 3(b) gezeigt, erfolgt die Bewegung entsprechend den von den optischen Überwachungsvorrichtungen 215 und 216 erhaltenen Bilddaten. Die Bilddaten werden an die Bildempfangseinrichtung (nicht gezeigt) außerhalb der Unterwasser-Umgebung übermittelt, und dann wird die Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung 201 ferngesteuert durch die Betätigung durch einen Arbeiter oder durch automatische Betätigung entsprechend den Bilddaten auf der Bildempfangseinrichtung (nicht gezeigt) bewegt, um die Elektrode 212 senkrecht über dem gewünschten nächsten Schweißteil 304 in der Schweißfase 203 des Werkstücks 202 zu positionieren. In dieser Phase werden die Lichtschutzfilter 244 und 245 vor den optischen Überwachungsvorrichtungen 215 und 216 mit Hilfe der Lichtschutzfilter-Öffnungs- und Schließmechanismen (nicht gezeigt) aus Positionen vor den optischen Überwachungsvorrichtungen 215 und 216 weggeschoben.
Im Vergleich mit den vertikalen Positionen der Elektrode 212, der Schweißvorrichtung 204, des Schweißvorrichtungs-Befestigungselemente 236 bezogen auf das Schweißteil 209, die in 3(a) gezeigt sind, sind die in 3(b) gezeigten Positionen durch längere Abstände von dem Schweißteil 209 getrennt. Dementsprechend wird eine Lücke 303 zwischen dem Schweißvorrichtungs-Halterungselement 302 und der Schweißvorrichtung 204 größer. Außerdem wird die Schweißvorrichtungsfeder 225 in 3(b) stärker zusammengedrückt als bei der in 3(a) gezeigten Situation.
Außerdem wird das nächste gewünschte Schweißteil 304 in 3(b) um eine gewünschte Distanz in der Breitenrichtung der Schweißfase 203 von dem in 3(a) gezeigten gewünschten Schweißteil 209 verschoben, und daher ist es erforderlich, auch die Position der Elektrode 212, die senkrecht über dem Schweißteil 209 angeordnet ist, um die gewünschte Distanz in der Breitenrichtung der Schweißfase 203 zu verschieben. Die Bewegung der Elektrode 212 entlang der Schweißlinie in der Längsrichtung der Schweißfase 203 oder in der Breitenrichtung der Schweißfase 203 entspricht der Bewegung der Trennwand 205 und der Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung 201 durch die Schweißvorrichtung 204 und das Schweißvorrichtungs-Befestigungselement 236, und dementsprechend ist der Grad der Bewegung der Elektrode 212 gleich dem der Trennwand 205 und der Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung 201.
Auch während der gewünschten Bewegung der Elektrode 212 in der Breitenrichtung der Schweißfase 203 werden die Wasservorhänge 208 und 234 in der Schweißfase 203 gebildet, weil die Wasserstrahlöffnungen 207 und 228 eine solche Form aufweisen, dass sie die Schweißfase 203 über deren gesamte Breite abdecken, und folglich ist es möglich, das Eindringen von Wasser von außerhalb der Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung 201 durch die Schweißfase 203 in den Wasserverdrängungsraum 242 zu verhindern. Um zu verhindern, dass die Wasservorhänge 208 und 234 in dem Wasserverdrängungsraum 242 gebildet wird, werden die Durchflussmenge und Durchflussgeschwindigkeit des Schutzgases 211 vorzugsweise auf gewünschte Werte geregelt, um die Wasservorhänge 208 und 234 immer in einer Form zu bilden, die sich nach außen hin erweitert, das heißt in einer umgekehrten V-Form.
Durch Bewegen der Trennwand 205 auf eine gewünschte Position an dem nächsten gewünschten Schweißteil 304 in der Schweißfase 203 des Werkstücks 202 entlang der Schweißlinie in der Längsrichtung der Schweißfase 203 werden die an der Trennwand 205 befestigte Schweißvorrichtung 204 und die Elektrode 212 bewegt, während das Schrägschweißen für die Schweißfase 203 ausgeführt wird, um die Auftragschweißung 226 zu bilden. Es ist zu beachten, dass die Schweißlinie in der Längsrichtung der Schweißfase 203 senkrecht zu der Ebene der Oberfläche in 3(b) verläuft.
Durch Wiederholen der vorstehenden Schritte wird das Auftragschweißen für die Schweißfase 203 mehrfach ausgeführt, um die Auftragschweißschichten übereinander anzuordnen und die Schweißfase 203 zu füllen.
Als Nächstes werden die verschiedenen Formen der Wasserdüsen anhand von 4(a) bis 4(e) beschrieben.
4(a) bis 4(e) zeigen verschiedene Formen von Wasserdüsen 440, die zu erkennen sind, wenn die Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung 201 vom Werkstück 202 her gesehen wird, und nicht wie in 2(b).
In 4(a) hat eine durch ein Wasservorhang-Außenumfangselement 430 und ein Wasservorhang-Innenumfangselement 431 festgelegte Wasserstrahlöffnung 407 eine elliptische Form. Folglich hat die Projektion der zur Schweißfase 203 des Werkstücks 202 hin gebildeten Wasservorhänge 208 und 234 eine elliptische Form auf der Schweißfase 203.
In 4(b) hat eine durch ein Wasservorhang-Außenumfangselement 430 und ein Wasservorhang-Innenumfangselement 431 festgelegte Wasserstrahlöffnung 407 eine Halbmondform, so dass sie sich in einer Richtung umgekehrt zu der der Trennwand 15 entgegengesetzten Richtung wölbt. Folglich hat die Projektion der zur Schweißfase 203 des Werkstücks 202 hin gebildeten Wasservorhänge 208 und 234 eine Halbmond form, die in Richtung der Schweißfase 203 auf die Schweißfase 203 projiziert wird.
In 4(c) hat eine durch ein Wasservorhang-Außenumfangselement 430 und ein Wasservorhang-Innenumfangselement 431 festgelegte Wasserstrahlöffnung 407 eine Halbmondform, so dass sie sich in einer der Trennwand 15 entgegengesetzten Richtung wölbt. Folglich hat die Projektion der zur Schweißfase 203 des Werkstücks 202 hin gebildeten Wasservorhänge 208 und 234 eine Halbmondform auf der Schweißfase 203.
In 4(d) hat eine durch ein Wasservorhang-Außenumfangselement 430 und ein Wasservorhang-Innenumfangselement 431 festgelegte Wasserstrahlöffnung 407 eine Halbmondform, so dass sie sich in einer der Trennwand 15 entgegengesetzten Richtung wölbt. Außerdem sind beide Enden der Wasserstrahlöffnung 407 mit zweiten Wasserstrahlöffnungen 408 verbunden. Weiter sind Gasstrahlkanäle 409 in der Nähe der zweiten Wasserstrahlöffnungen 407 vorgesehen. Die zweiten Wasserstrahlöffnungen 408 brauchen nicht mit den Wasserstrahlöffnungen 407 verbunden zu sein, wenn sie sich neben letzteren befinden.
Bei diesem Aufbau verbreitern sich die aus den zweiten Wasserstrahlöffnungen 408 ausgestoßenen Wasservorhänge 208 und 234 entgegengesetzt zu der Schweißfase 203 nach außen.
In 4(e) besteht eine durch ein Wasservorhang-Außenumfangselement 430 und ein Wasservorhang-Innenumfangselement 431 festgelegte Wasserstrahlöffnung 407 aus mehreren Öffnungen mit kleinem Durchmesser.
Zweite Ausführungsform
5 zeigt eine Längsschnittansicht einer Unterwasser-Laser-Schweißvorrichtung 501 in einer Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung.
Die Unterwasser-Laser-Schweißvorrichtung 501 ist eingerichtet zum Schweißen einer Schweißfase 503 eines Werk stücks 502, das ein in einer Unterwasser-Umgebung zu schweißendes Element darstellt.
Eine darin vorgesehene Laser-Schweißvorrichtung 504 mit einer Kondensorlinse 516 und einer Schutzglasscheibe 512 an ihrem vorderen Ende ist in einem Wasserverdrängungsraum 542 im Inneren einer Trennwand 505 angeordnet, damit sie nicht mit Wasser in Kontakt kommt, und steht in Kontakt mit einem Laser-Schweißvorrichtungs-Befestigungselement 536 und ist an diesem befestigt. Die Trennwand 505 ist in Teilen geöffnet, die der Schweißfase 503 des Werkstücks 502 gegenüberliegen, und eine feste Wand 506 aus einer Aluminiumlegierung ist in einem Schürzenabschnitt vorgesehen, in dem die Trennwand 505 Kontakt mit dem Werkstück 502 hat. Das Laser-Schweißvorrichtungs-Befestigungselement 536 ist so angeordnet, dass es entlang der Trennwand 505 verschiebbar ist. Die Laser-Schweißvorrichtung 504 ist mit dem Laser-Schweißvorrichtungs-Befestigungselement 536 und mit einem Laser-Schweißvorrichtungs-Transportmechanismus (nicht gezeigt) verbunden, und die Laser-Schweißvorrichtung 504 kann unabhängig von der Trennwand 505 senkrecht zu der Schweißfase 503 des Werkstücks 502 hin- bzw. herbewegt werden.
Weiter wird ein Zusatzdraht 513 von einer Drahtrolle (nicht gezeigt) durch eine Drahtführung 543 zugeführt und wird in der Nähe eines Schweißteils 509 durch eine Drahtspitze 514 am vorderen Ende des Zusatzdrahts 513 positioniert. Wie gezeigt, wird der Zusatzdraht 513 in der Richtung der Schweißlinie vorgeschoben, das heißt in der Richtung des Auftragschweißens in der Schweißfase 503. Schutzgas-Strahlöffnungen 519 und 520 sind in der Nähe der Schutzglasscheibe 512 an der Laser-Schweißvorrichtung 504 vorgesehen. Argongas in der Form von Schutzgas 511 und 512 wird aus einer Schutzgas-Zufuhreinrichtung (nicht gezeigt) zugeführt und dann ausgestoßen, so dass ein von der Laser-Schweißvorrichtung 504 ausgehender Laserstrahl 510, das Schweißteil 509 und das Schutzglas 512 und dergleichen vor einer äußeren Umgebung geschützt sind. Außerdem ist eine optische Faser (nicht gezeigt) mit der Laser-Schweißvorrichtung 504 verbunden.
Die Schutzgas-Strahlöffnungen 519 und 520 sind mehrfach vorgesehen. Eventuell kann auch nur eine davon vorgesehen sein.
Eine optische Überwachungsvorrichtung 515 ist in dem Wasserverdrängungsraum 512 im Inneren der Trennwand 505 vorgesehen. Die optische Überwachungsvorrichtung 515 mit einer kleinen CCD-Kamera mit fester Bildröhre ist eine Einrichtung zum Überwachen des vorderen Endes des Zusatzdrahts 513, einer Auftragschweißung 526, des Schweißteils 509 und dergleichen. Ein Lichtschutzfilter 529 ist vor der optischen Überwachungsvorrichtung 515 angeordnet. Ein Lichtschutzfilter-Öffnungs- und -Schließmechanismus (nicht gezeigt) ist vorgesehen, so dass, wenn das vordere Ende des Zusatzdrahts 513, das Schweißteil 509 und dergleichen beim Schweißen überwacht werden, der Lichtschutzfilter 529 die optische Überwachungsvorrichtung 515 vor letzterer abdeckt, aber der Lichtschutzfilter 529 aus einer Position vor der optischen Überwachungsvorrichtung 515 weggeschoben wird, wenn kein Schweißvorgang erfolgt. Von der optischen Überwachungsvorrichtung 515 erhaltene optische Bilddaten werden an eine Bildempfangseinrichtung (nicht gezeigt) außerhalb der Unterwasser-Umgebung übermittelt.
Eine Beleuchtungsvorrichtung 518 ist in dem Wasserverdrängungsraum 512 im Inneren der Trennwand 505 vorgesehen. Die Beleuchtungsvorrichtung 518 beleuchtet das Innere des Wasserverdrängungsraums 512 im Inneren der Trennwand 505 mit einer Helligkeit, bei der die gewünschte Überwachung mit der optischen Überwachungsvorrichtung 515 erfolgen kann.
Ein Drucksensor 517 ist in dem Wasserverdrängungsraum 512 im Inneren der Trennwand 505 vorgesehen, um einen Druck in dem Wasserverdrängungsraum 512 zu messen, und die gemessenen Druckdaten werden an einen Druckmonitor (nicht gezeigt) übermittelt.
Eine feste Wand 506 aus einem filzartigen Gewebe, ähnlich wie vorstehend beschrieben, ist in einem Schürzenabschnitt vorgesehen, wo die Trennwand 505 Kontakt mit dem Werkstück 502 hat. Die feste Wand 506 ist an einem Haltering 522 für die feste Wand mit einer torusartigen Scheibenform befestigt, der wiederum mit Hilfe von Federn 523 für die feste Wand an der Trennwand 505 befestigt ist. Weiter ist die feste Wand 506 mit einem Haltestift 537 für die feste Wand an der Trennwand 505 befestigt. Die feste Wand 506 ist so eingerichtet, dass sie durch die Federkraft der Wandfedern 523 durch die Wirkung des Wandhalterings 522 immer Kontakt mit dem Werkstück 502 hat. Die feste Wand 506 deckt die Schweißfase 503 über deren gesamte Breite ab.
Wasserdüsen 540 und 541 sind auf der linken und rechten Seite der Trennwand 505 angeordnet. Die Wasserdüsen 540 und 541 sind weiter daran mit den Wasserzuführkanälen 524 und 527 verbunden, die mit einer Wasserpumpe (nicht gezeigt) verbunden sind. Außerdem sind Wasservorhang-Außenumfangselemente 530 und 532 und Wasservorhang-Innenumfangselemente 531 und 533 in einer dem Werkstück 502 entgegengesetzten Richtung vorgesehen. In der Kombination der Wasservorhang-Außenumfangselemente 530 und 532 und der Wasservorhang-Innenumfangselemente 531 und 533 liegen die Wasserstrahlöffnungen 507 und 528 dem Werkstück 502 sowie der Schweißfase 503 gegenüber. Weiter sind bei dem Aufbau mit den Wasservorhang-Außenumfangselementen 530 und 532 und den Wasservorhang-Innenumfangselementen 531 und 533 Wassersümpfe 538 und 539 in den Wasserdüsen 540 und 541 vorgesehen, die mit den Wasserstrahlöffnungen 507 und 508 in Verbindung stehen. Wasser aus den Wasserzuführkanälen 524 und 517 fließt durch die Wassersümpfe 538 und 539 und durch die Wasservorhang-Außenumfangselemente 530 und 532 und die Wasservorhang-Innenumfangselemente 531 und 533 und wird aus den Wasserstrahlöffnungen 507 und 528 ausgestoßen, um die Wasservorhänge 508 und 534 zu bilden. Die Wasserstrahlöffnungen 507 und 528 weisen eine Länge auf, die größer als die Breite der Schweißfase 503 ist, um die Schweißfase 503 über ihre gesamte Breite abzudecken.
Weiter ist die Form der Wasserstrahlöffnungen 507 und 508 in den Wasserdüsen 540 und 541 ähnlich der, wie sie für die zweite und vierte Ausführungsform beschrieben ist.
Bei dieser Ausführungsform bestehen die Wasservorhang-Außenumfangselemente 530 und 532 und die Wasservorhang-Innenumfangselemente 531 und 533 aus einer Aluminiumlegierung oder aus Messing.
Der Betrieb der so aufgebauten, in 5 gezeigten Unterwasser-Laser-Schweißvorrichtung 501, das heißt das Einbringen der Unterwasser-Laser-Schweißvorrichtung 501 in die Unterwasser-Umgebung, das Verdrängen des Wassers und das für das mehrschichtige Auftragschweißen und dergleichen erforderliche Bewegen der Unterwasser-Laser-Schweißvorrichtung 501 entspricht der Beschreibung unter Bezugnahme auf 2 und 3.
Dritte Ausführungsform
6 zeigt eine Ansicht eines gesamten Aufbaus einer Vorrichtung zum Ausführen des Unterwasserschweißens mit der Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung 601 ähnlich der nach der ersten Ausführungsform.
Als Erstes wird die Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung 604 mit einer Wasserverdrängungseinrichtung zum Verhindern des Eindringens von Wasser von außerhalb eines Schweißteils beschrieben. Eine Trennwand 604 ist um den Außenumfang einer Schweißvorrichtung 603 mit einer Elektrode 610 vorgesehen, die einen Schweißlichtbogen 609 zum Schweißen eines gewünschten Schweißteils 608 erzeugt. Diese Trennwand 604 weist eine feste Wand 605 in einem Schürzenabschnitt auf, der in Kontakt mit einem Werkstück 602 steht, und ist auf der Außenseite mit Wasserstrahlöffnungen 606 und 607 versehen, wobei sie einen Aufbau hat, der sich in einer dem Werkstück 602 entgegengesetzten Richtung öffnet. Diese Schweißvorrichtung 603 ist mit einer Schweißstromquelle 621 außerhalb einer Unterwasser-Ümgebung verbunden. Weiter ist ein Drucksensor 611 im Inneren der Trennwand 604 angeordnet, und ein Wassertiefenmesser 614 ist auf der Außenseite der Trennwand 604 angebracht.
Beim Schweißen werden die Durchflussmenge und die Durchflussgeschwindigkeit des Schutzgases 631 vorzugsweise unter Überwachung mit dem Drucksensor 611 in der Trennwand 604 so geregelt, dass der Druck im Inneren der Trennwand 604 höher ist als der Druck des die Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung 601 umgebenden Wassers. Dadurch wird verhindert, dass Wasser von außerhalb der Trennwand 604 in das Innere der Trennwand 604 eindringt, und das Schutzgas 631 wird zur Außenseite der Trennwand 604 hin ausgestoßen, wo der Druck niedrig ist. Auf diese Weise kann eine stabile Wasserverdrängung erfolgen.
Zunächst wird ein elektrisches Signal, das von dem Wassertiefenmesser 614 zur Feststellung der Wassertiefe übermittelt wird, wenn die Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung 601 Kontakt mit dem Werkstück 602 hat, an einen Druckwandler 616 gegeben, der in einer Druckregeleinrichtung 630 außerhalb der Unterwasser-Umgebung angeordnet ist, um das elektrische Signal in ein Wasserdrucksignal zum Überwachen der Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung 601 umzuwandeln. Weiter wird das so umgewandelte Wasserdrucksignal einem Druckvergleicher 617 zugeführt. Gleichzeitig wird ein Drucksignal (nachstehend als „Trennwand-Innendrucksignal" bezeichnet) von dem Drucksensor 612 an der Trennwand 604 einem Druckmonitor 615 in einer Druckregeleinrichtung 630 außerhalb der Unterwasser-Umgebung zugeführt, um die Überwachung durchzuführen. Danach wird das Trennwand-Innendrucksignal von dem Druckmonitor 615 einem Druckvergleicher 617 zugeführt. Auf diese Weise können der Druck im Inneren der Trennwand und der Druck außerhalb der Trennwand, das heißt der Trennwand-Innendruck und der Wasserdruck, mit Hilfe des Druckmonitors 615 und des Druckwandlers 616 überwacht werden. Außerdem ist es möglich, eine solche Tatsache zu überwachen, dass das Eindringen von Wasser in das Innere der Trennwand 604 verhindert wird, wenn der Trennwand-Innendruck höher als der Wasserdruck ist, und dass Wasser von der Außenseite der Unterwasser-Umgebung in das Innere der Trennwand 604 eindringt, wenn der Trennwand-Innendruck gleich dem oder etwas niedriger als der Wasserdruck ist.
Wenn daher der Druck im Inneren der Trennwand 604 sinkt, nimmt die Durchflussmenge des aus einer Gasquelle 622 in das Innere der Trennwand 604 strömenden Schutzgases 631 als Reaktion auf das Drucksignal zu, um den Druck im Inneren der Trennwand 604 zu erhöhen und dadurch zu verhindern, dass Wasser in das Innere der Trennwand 604 eindringt.
Darüber hinaus wird eine Differenz zwischen Drucksignalen, die den Trennwand-Innendruck und den Wasserdruck angeben, verglichen und verstärkt, um ein Differenzsignal 642 zu erzeugen. Das Differenzsignal 624 wird mit einem Bezugssignal 625 verglichen, das von einem Bezugssignalgenerator 619 geliefert und mit Hilfe des Signalvergleichers 618 voreingestellt wird, und das Ergebnis des Vergleichs wird als ein Vergleichssignal 629 geliefert.
Eine Gas-Steuereinrichtung 620 erhält dieses Vergleichssignal 629 und regelt die Durchflussmenge des aus der Gasquelle 622 zugeführten Schutzgases 631, um das Bezugssignal so einzustellen, dass es immer größer als das voreingestellte Bezugssignal ist. Das heißt, die Durchflussmenge des Schutzgases, das durch einen Gasschlauch 623 in das Innere der Trennwand 604 eingeleitet wird, wird so geregelt, dass damit automatisch der Druck im Inneren der Trennwand 604 geregelt wird. Mit diesem Verfahren kann das Eindringen von Wasser in das Innere der Trennwand 604 automatisch verhindert werden.
Außerdem wird die Zufuhrmenge des Wassers geregelt, das aus einer Wasserquelle durch einen Wasserschlauch 628 in die Wasserzuführkanäle 612 und 613 geleitet und aus den Wasserstrahlöffnungen 606 und 607 ausgestoßen wird, um Was servorhänge zu bilden. Vorzugsweise führt eine Wasser-Steuereinrichtung 626 eine ähnliche Regelung wie die Gas-Steuereinrichtung 620 durch.
Vierte Ausführungsform
7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung 703 zum Ausführen von Reparaturschweißungen an einer Ummantelung 702 eines Siedewasserreaktors unter Verwendung der in 6 gezeigten Vorrichtung, und 8 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kernreaktors.
Die Kernstruktur in einem Kernkraftwerk ist einer großen Menge radioaktiver Strahlung ausgesetzt. Insbesondere müssen Arbeiten in einer Unterwasser-Umgebung ausgeführt werden, in der in Anbetracht der Sicherheit für einen Arbeiter bei der Durchführung von Reparaturen an Strukturen wie einer Ummantelung 702, einer oberen Gitterplatte 709 oder eines Dampftrockners 710 in einem Druckbehälter 708, der Brennstäbe 707 enthält, eine automatische Fernsteuerung erfolgen kann.
Als Reparaturarbeiten kommt eine Unterwasserbearbeitung wie Kontrolle, Prüfung, Herstellung, Reparatur und Oberflächenbearbeitung in Frage. Eine solche Unterwasserbearbeitung wird wie folgt durchgeführt: Bei einer regelmäßigen Prüfung des Kernreaktors wird zuerst ein Teil festgestellt, an dem Risse oder dergleichen repariert werden müssen. Das bedeutet, dass hierzu eine Ultraschall-Fehlerdiagnose, ein Lichtschnittverfahren, ein direktes Überwachungsverfahren oder dergleichen benutzt wird. Wenn ein Defekt oder Fehler bestätigt wird, wird eine Reparatur durchgeführt, aber das Reparaturverfahren unterscheidet sich je nach der Größe und Form eines zu reparierenden Teils, der Schwere des Fehlers und dergleichen. Ist der Fehler groß, wird er durch Elektroerosivbearbeitung, Schleifen oder dergleichen vollständig beseitigt, und danach wird ein Auftragschweißen durchgeführt. Ist ein Fehler klein, wird das Auftragschweißen direkt durchgeführt, und wenn ein Fehler verursacht wird, wird die Oberfläche des Teils einer Wärmebehandlung oder Oberflächenbearbeitung wie z.B. Kugelstrahlen unterzogen. Nach Abschluss des Reparaturschweißens muss die Qualität des reparierten Teils kontrolliert werden. Zu diesem Zweck wird ein Verfahren der direkten Kontrolle des Schweißteils, ein Verfahren zur Untersuchung desselben mit Ultraschall-Prüfverfahren oder dergleichen verwendet.
Die Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung 703 zur Durchführung der vorstehend genannten Unterwasserbearbeitung kann verschiedene Unterwasser-Bearbeitungswerkzeuge aufweisen, die zur Ausführung der genannten Arbeiten erforderlich sind, und weist auch eine Transporteinrichtung auf, die in Richtung der X-, Y- und Z-Achsen sowie entlang einer Wandfläche einer Struktur in dem Reaktor bewegt werden kann. Auf diese Weise kann sie frei und gleislos in der Unterwasser-Umgebung bewegt werden. Die Unterwasser-Bearbeitungswerkzeuge werden an einem Werkzeug-Befestigungselement 706 befestigt, das an der Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung vorgesehen ist. Weiter weist die Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung 703 eine Saugeinrichtung 705 mit Saugnäpfen oder Magneten auf, um einen vorbestimmten Abstand von einer Wandfläche einer Struktur in dem Reaktor aufrechtzuerhalten.
Strom wird von einer Schweißstromquelle zugeführt, die außerhalb des Druckbehälters 708 oder an einer Stelle angeordnet ist, wo sie nicht dem Reaktorwasser 714 ausgesetzt ist, und die gewünschten Schweißparameter werden von einer Steuereinrichtung (nicht gezeigt) geliefert. Auf diese Weise wird über ein Kabel 704 das Schweißen mit dem Unterwasser-Bearbeitungswerkzeug 703 mit Hilfe der Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung 701 in dem Reaktorwasser 714 ausgeführt. Die Schweißbedingungen können mit einer Überwachungskamera (nicht gezeigt) in der Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung 704 überwacht werden.
Obwohl das Werkzeug-Befestigungselement 706 außerhalb der Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung 703 vorgesehen ist, kann es auch in der Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung 703 enthalten sein.
Als weitere Teile, die mit dieser Ausführungsform repariert werden können, sind ein Gas-Wasser-Separator 711, eine Kernträgerplatte 712, die obere Gitterplatte 709, ein Ummantelungsträger, eine Steuerstabaufnahme, eine Steuerstabantriebsvorrichtungsaufnahme und dergleichen denkbar.
Eine Unterwasser-WIG-Schweißvorrichtung wird zwar als das Unterwasser-Bearbeitungswerkzeug 701 benutzt, aber jede Laser-Schweißvorrichtung, Laser-Bearbeitungsvorrichtung, Laser-Oberflächenbearbeitungsvorrichtung, Ultraschall-Fehlerprüfvorrichtung, Elektroerosiv-Bearbeitungsvorrichtung, Schleifvorrichtung, Kugelstrahlvorrichtung, Wasserstrahlvorrichtung oder Kombination derselben kann ebenfalls verwendet werden. Dieses Unterwasser-Bearbeitungswerkzeug 701 wird entsprechend dem jeweiligen Arbeitsschritt wie Kontrolle, Prüfung, Herstellung, Reparatur, Oberflächenbearbeitung oder dergleichen ausgewählt und an dem Werkzeug-Befestigungselement 706 befestigt.
Zu beachten ist, dass die vorliegende Erfindung in dieser Ausführungsform für einen Siedewasser-Kernreaktor angewendet wird, selbstverständlich aber auch für andere Leichtwasserreaktoren wie etwa einen Druckwasserreaktor angewendet werden kann.
Was die Werkzeuge für Prüfung und Reparatur angeht, das heißt die Unterwasser-Bearbeitungswerkzeuge 701, können auch verschiedene andere als die für diese Ausführungsform beschriebenen Werkzeuge benutzt werden.
Fünfte Ausführungsform
9 zeigt eine perspektivische Ansicht eines gesamten Systems zum Ausführen des Auftragschweißens für eine Ummantelung ähnlich der vierten Ausführungsform unter Verwendung einer automatischen Unterwasser-WIG-Schweißvorrich tung, die auf einer Laufschiene 52 verfahrbar ist. Eine automatische Schweißvorrichtung nach dieser Ausführungsform ist von so geringer Größe, dass sie zusammen mit der Laufschiene 52 durch die Lücken in einer oberen Gitterplatte 709 passt.
Durch Eingeben beliebiger Schweißparameter in eine Schweiß-Steuereinrichtung 46 wird einer Schweißvorrichtung 3 elektrischer Strom von einer Schweißstromquelle zugeführt, und ein Schweißteil, dem ein beliebiges Schutzgas aus einer Gaszufuhr-Steuereinrichtung 48 und Wasser aus einer Wasserzufuhr-Steuereinrichtung 47 zugeführt wird, wird mit dem Schutzgas abgeschirmt, um das Schweißen durchzuführen. Bei dieser Ausführungsform sind Überwachungskameras 42a und 42b vor und hinter dem Schweißteil im Inneren der bei der ersten Ausführungsform beschriebenen Schweißvorrichtung 3 angeordnet; diese sind integral in das Innere des Schweißvorrichtungskörpers eingearbeitet (in der Abbildung sind beide gezeigt), um die Bearbeitungsbedingungen zu überwachen. In dem Schweißvorrichtungskörper ist Kohlenstofffaserfilz an der festen Wand angebracht, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform. Die Unterwasser-Überwachungsvorrichtung 42a zum Bestätigen einer Schweißposition und die Unterwasser-Überwachungsvorrichtung 42b zum Überwachen der Qualität des Schweißteils 51 sind vor und hinter der Schweißvorrichtung 3 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist die feste Wand aus Kohlenstofffasern vorgesehen, um eine stabile Höhlung zu erhalten. Für die Überwachungsvorrichtungen wird jeweils eine kleine CCD-Kamera mit fester Bildröhre benutzt.
Als Erstes werden die Form einer Schweißfase und eine Schweißposition mit der Unterwasser-Überwachungsvorrichtung 42a bestätigt. Ein von der Unterwasser-Überwachungsvorrichtung 42a aufgenommenes Bild wird in Form eines elektrischen Signals an eine Bildverarbeitungsvorrichtung 100 übermittelt. In dieser Phase wird ein Abweichungswert von einer Ausgangsform berechnet und bestimmt. Überschreitet die Ab weichung der Form der Schweißfase einen Regelwert, wird ein Signal zum Ändern der Schweißparameter an die Schweiß-Steuereinrichtung 46 gegeben, um die Einstellungen zu ändern und Schweißparameter zu erhalten, mit denen das Schweißen ordnungsgemäß durchgeführt werden kann. Überschreitet die Abweichung der Schweißposition einen Regelwert, wird außerdem ein Signal zur Korrektur der Abweichung an die Schweiß-Steuereinrichtung 53 gegeben, um das Schweißen an der richtigen Position auszuführen. In diesem Fall wird der Abstand zwischen der Schweißvorrichtung 3 und der Unterwasser-Überwachungsvorrichtung 42a kontrolliert, um eine vorherige Verzögerungszeit einzustellen.
Das Unterwasser-Schweißsystem besteht hauptsächlich aus der Steuereinrichtung über Wasser und der Schweißvorrichtung unter Wasser. Bei dem Verfahren zum Zuführen eines Schweißdrahts wird dieser von der Einrichtung über Wasser der Unterwasser-Schweißvorrichtung mit einem Verfahren nach dem Push-Pull- oder Druck-Zug-System vorgeschoben, wenn das Schweißen in einem flachen Teil erfolgt, aber wenn die Push-Pull-Drahtvorschub-Steuereinrichtung wegen der Wassertiefe schwierig zu benutzen ist, wird der Draht direkt an der Unterwasser-Schweißvorrichtung angebracht. Die Steuereinrichtung über Wasser ist mit der Bildverarbeitungsvorrichtung 100, der Drahtvorschubeinrichtung 91 auf der Druckseite, der Schweiß-Steuereinrichtung 46 und der Wasserzufuhr-Steuereinrichtung 47 versehen. Das Reaktorwasser 714 in dem Kernreaktor wird als Wasserquelle benutzt, wie gezeigt.
Die Steuereinrichtung über Wasser und die Schweißvorrichtung unter Wasser sind über Schläuche miteinander verbunden, zu denen ein Schweißdraht-Vorschubschlauch 94, ein Schutzgas-Zufuhrschlauch 95 und ein Wasserstrahl-Zufuhrschlauch 96 gehören, sowie über Kabel, zu denen ein Schweißkabel 97 und ein Steuerkabel 98 gehören. Weiter verläuft in der automatischen Unterwasser-Schweißvorrichtung eine Schiene 52 parallel zu der Schweißfase 50 der Ummante lung 702, und eine Schweißantriebsvorrichtung 53 läuft darauf, um die Ummantelung mit dem vorstehend beschriebenen Unterwasser-Schweißverfahren zu schweißen. Die Schweißantriebsvorrichtung 53 ist dabei mit einer Positionseinstellvorrichtung 54 zum Einstellen der Position der Schweißvorrichtung 3 (im Folgenden als „Unterwasser-Schweißvorrichtung" bezeichnet) in senkrechter und seitlicher Richtung und einer Drahtvorschubeinrichtung 55 auf der Zugseite integriert. Diese Unterwasser-Schweißvorrichtung ist vorteilhaft, weil mit ihr über längere Zeit geschweißt werden kann.
10 zeigt eine Ansicht eines Aufbaus einer Hochfrequenz-Impulsschweißvorrichtung unter Verwendung der automatischen Unterwasser-Schweißvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung; sie umfasst eine Impulsschweißstromquelle 901, eine Schweißvorrichtung 903 mit einer Lichtbogenelektrode 902 und eine Schweißvorrichtungs-Antriebseinrichtung 904. Die Lichtbogenelektrode 902 ist gegenüber einem zu schweißenden Teil der Ummantelung 702 positioniert. Die Schweißvorrichtungs-Antriebseinrichtung 904 (Servomotor) bewegt die Schweißvorrichtung vor und zurück, um die Länge eines zwischen der Lichtbogenelektrode 902 und der Ummantelung 905 erzeugten Lichtbogens 906 einzustellen. Die Schweißvorrichtung 903 stößt Schutzgas in der Umgebung des Lichtbogens 906 aus, um die Teiloxidation in dem Schweißteil zu verhindern.
Die Impulsschweißstromquelle 901 und die Schweißvorrichtung 903 sind über ein Impulsstrom-Zuführungskabel 919 miteinander verbunden, und dazwischen ist eine Impulsstrom-Erfassungseinrichtung 921 vorgesehen. Die Impulsschweißstromquelle 901 liefert einen konstanten Stromquellenimpuls entsprechend einem Messwert 926 eines von der Impulsstrom-Erfassungseinrichtung 921 erfassten Impulsstroms.
Die Impulsschweißstromquelle 901 und die Ummantelung 905 sind über ein Impulsstrom-Zuführungskabel 950 miteinander verbunden, und eine Lichtbogenspannungs-Erfassungsein richtung 908 ist zwischen dem Impulsstrom-Zuführungskabel 950 und der Schweißvorrichtung 903 vorgesehen. Ein Messwert für eine von der Lichtbogenspannungs-Erfassungseinrichtung 908 erfasste Lichtbogenspannung wird einer Einschaltzeit-Mittelwertbildungseinrichtung 909 zugeführt und dort verarbeitet. Ein mit diesem Verfahren erhaltener Einschaltzeit-Mittelwert der Lichtbogenspannung wird einer Halbwellengleichrichterschaltung 910 zugeführt und mit einem Lichtbogenspannungs-Referenzwert verglichen. Die Schweißvorrichtungs-Antriebseinrichtung 904 wird mit einem Ausgangssignal der Halbwellengleichrichterschaltung 940 angesteuert. Wenn der Mittelwert der Lichtbogenspannung mit dem Lichtbogenspannungs-Referenzwert übereinstimmt, so dass das Ausgangssignal des Lichtbogenspannungsvergleichers 910 null wird, wird der Stellantrieb der Schweißvorrichtungs-Antriebseinrichtung 904 gestoppt.
Die Impulsschweißstromquelle 901 weist mehrere IGBTs auf, um den Impulsstrom in einem Impulsfrequenzbereich von 1 bis 25 kHz zuzuführen. Durch Reduzieren der Induktivitäten der Stromquellenschaltung und des Impulsstrom-Zuführungskabels 19 kann ein Impulsstrom erhalten werden, der innerhalb einer kurzen Zeit von 10 bis 50 μs von 500 auf 0 A ansteigen kann, und in gleicher Weise auch ein Impulsstrom, der innerhalb einer kurzen Zeit von 0 auf 500 A abfallen kann. Die Kurvenform dieses Impulssignals weist einen hohen Spitzenwert auf, so dass sich eine winklige Form wie z.B. eine Dreiecksform oder eine Trapezform mit einer geneigten Oberseite ergibt. Der Basisstrom hat eine Stromstärke von 0 oder weniger als 1/10 des Spitzenwerts, so dass der Lichtbogenstrom kontinuierlich ohne Unterbrechung zugeführt wird. Dieser Basisstromwert wird auf etwa 1/5 des herkömmlichen Basisstromwerts gesenkt. Der Spitzenwert des Impulsstroms sollte angesichts des Richtwirkung des Lichtbogens sinnvollerweise auf einen Wert im Bereich von etwa 300 bis 800 A eingestellt werden.
Die Einschaltzeit-Mittelwertbildungseinrichtung 909 ist so eingerichtet, dass sie einen Einschaltzeit-Mittelwert über einen Zeitraum vom Beginn der Anstiegszeit, wo der Absolutwert der Lichtbogenspannung mit einer vorbestimmten Polarität größer als ein vorbestimmter Wert wird, bis zum Ende der Abstiegszeit, ermittelt. Die Einschaltzeit-Mittelwertbildungseinrichtung 909 weist eine Impulsbreitenmessschaltung, eine Lichtbogenstrom-Integrationsschaltung und eine Rechenschaltung auf.
Die Impulsbreitenmessschaltung legt mit Hilfe eines Vergleichers einen Lichtbogenspannungs-Referenzwert fest und erhält eine Impulsbreite, die den Zeitraum vom Beginn der Anstiegszeit, wo der Absolutwert der Lichtbogenspannung mit einer vorbestimmten Polarität größer als ein vorbestimmter Wert wird, bis zum Ende der Abstiegszeit abdeckt.
Die Lichtbogenspannungs-Integrationsschaltung integriert eine Lichtbogenspannung beim Einschalten eines Impulses und hält während des Ausschaltens des Impulses. Die Rechenschaltung dividiert den integrierten Wert durch eine Impulsbreite Tp, um einen Mittelwert einer Lichtbogenspannung beim Einschalten des Impulses für jeden Impuls zu erhalten. Weiter berechnet sie einen Mittelwert aus mehreren Impulsen.
Die Impulsbreitenmessschaltung in der Einschaltzeit-Mittelwertbildungseinrichtung 909 kann entfallen, wenn eine Impulsbreitenmessschaltung für einen Impulsstrom in die Schweißstromquelle 901 integriert ist.
So wird der Mittelwert der Lichtbogenspannung über einen Zeitraum, in dem der Absolutwert der Lichtbogenspannung den vorbestimmten Wert Vb überschreitet, durch die Einschaltzeit-Mittelwertbildungseinrichtung 909 erhalten, und der Einschaltzeit-Mittelwert der Lichtbogenspannung wird mit dem Lichtbogenspannungs-Referenzwert verglichen, um einen Differenzwert dazwischen zu erhalten. Danach wird der Antrieb der Schweißvorrichtungs-Antriebseinrichtung 4 ent sprechend der Differenz gesteuert, und dementsprechend wird die Steuerung der Lichtbogenlänge zufrieden stellend.
Das heißt, die Beziehung zwischen dem Mittelwert der Lichtbogenspannung während der Einschaltzeit, der durch die Einschaltzeit-Mittelwertbildung erhalten wird, und der Lichtbogenlänge ist durch eine Kurve A gezeigt. Im Gegensatz dazu ist die Beziehung zwischen dem Mittelwert der Lichtbogenspannung, der durch einen herkömmlichen periodischen Zyklus erhalten wird, und der Lichtbogenlänge durch eine Kurve B angegeben. Die Gradienten dieser Kurven A und B geben Lichtbogenspannungsempfindlichkeiten an, bei denen es sich um Verhältnisse einer Schwankung der Mittelwerte der Impulslichtbogenspannung im Verhältnis zur Schwankung der Lichtbogenlänge handelt. Der Gradient der Kurve A nach der vorliegenden Erfindung ist größer als der der herkömmlichen Kurve B, das heißt, sie ist hoch empfindlich.
Die Steuerung der Schweißvorrichtungs-Antriebseinrichtung, mit der die Lichtbogenlänge auf der Grundlage des Mittelwerts der Impulslichtbogenspannung, die hoch empfindlich ist, eingestellt wird, ist hoch empfindlich, und dementsprechend ist eine zufrieden stellende Steuerung möglich.
Weil der Mittelwert der Lichtbogenspannung während der Einschaltzeit des Impulses nach der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen konstant wird, wird er nicht durch eine Schwankung des Schweißstroms beeinflusst. Daher wird der Mittelwert der Lichtbogenspannung kleiner, so dass ein Absinken der Lichtbogenspannungsempfindlichkeit verhindert wird, auch wenn das Schweißen durch Verringern des Schweißstroms mit einem niedrigen Wärmezufuhrparameter erfolgt, wie ein spezifisches Reparaturschweißen gezeigt hat, das nachstehend beschrieben wird, wodurch der Schweißvorrichtungsantrieb zufrieden stellend gesteuert werden kann.
Ein spezifisches Reparaturschweißen nach dieser Ausführungsform wurde wie folgt durchgeführt.
Schweißverfahren: WIG-Schweißen durch Zuführen eines Schweißdrahts aus SUS308L oder SUS316L mit einem Durchmesser von 0,6 mm; Muttermaterial der Ummantelung: austenitische rostfreie Stähle SUS304, SUS304L und SUS316L mit einer Dicke von 50 mm; einseitige V-förmige Schweißfase mit einer Breite von 10 mm und einer Tiefe von 25 mm; Schweißspannung: 120 Volt; Spitzenschweißstrom 600 Ampere; Zeit konstant eingestellt auf 79 μs. Weiter wurden die Zeiten t1 = 50 μs, t2 = 4 μs, t3 = 25 μs und t1 = 20 μs, t2 = 4 μs, t3 = 55 μs abwechselnd mit Intervallen von 0,25 s geändert, um das Schweißen mit niedriger Wärmezufuhr durchzuführen. Als Ergebnis (siehe die Impulsstrom-Kurvenform in 11) wurde der Mittelwert (mittlerer Lichtbogendruck) in Synchronisation mit der Umschaltperiode variiert, und folglich wurde das Schweißmaterial bewegt, um das Kornwachstum zu unterdrücken. Eine Auftragschicht pro Impuls hat eine Breite und Höhe, die beide etwa 1 mm betragen mit der Anzahl der Schweißimpulse von etwa 70 bei dieser Ausführungsform, so dass sich eine Querschnittsfläche von etwa 1,7 mm² ergibt. Der Rückimpulsstrom betrug etwa die Hälfte des Spitzenstroms. Außerdem begrenzte die Schwankung des Hochfrequenz-Impulsstroms das Kornwachstum. Das Ergebnis einer Ultraschallprüfung des Werkstücks, das bei den vorstehend genannten Bedingungen geschweißt wurde, zeigte eine geringere Wärmeeinflusszone (WEZ) im Vergleich zu einem Werkstück, das nach einem herkömmlichen WIG-Schweißverfahren geschweißt wurde, und daher waren der Verbindungsbereich und das Muttermaterial klar zu unterscheiden. Es ist zu beachten, dass das vorstehende Ergebnis durch Ändern der Einschaltzeit (t1) des Haupt-Peaks zur Änderung der mittleren Spannung (mittlerer Lichtbogendruck) erhalten wurde, wobei die Umschaltzeit konstant eingestellt war. Das gleiche Ergebnis kann jedoch auch erhalten werden, indem der Basisstrom für t3 und der Spitzenstrom des Hauptstroms regelmäßig variiert werden.
Der Grund, weshalb das stabile Auftragschweißen auch bei geringer Wärmezufuhr erfolgen kann, um das Unterwasserschweißen mit einer Schweißfase durchzuführen, ist der, dass das oben genannte Impulsschweißen verwendet wird, und außerdem kann das Wasser beim Schweißen wirksam aus der Schweißvorrichtung verdrängt werden. Das heißt, mit Hilfe der festen Wand kann durch Zuführen nur einer geringen Menge Schutzgas verhindert werden, dass Wasser in die Schweißvorrichtung eindringt, und außerdem kann mit dem Wasservorhang und dem Schutzgas verhindert werden, dass Wasser in die Schweißfase eindringt. Dadurch kann ein bekannter Nachteil, nämlich dass der Lichtbogen aufgrund der Zufuhr einer großen Menge Gas instabil ist, beseitigt werden.
Das Auftragschweißen und andere Verfahren können auch für die anderen Komponenten außer der Ummantelung durch Hochfrequenz-Impulsschweißen nach dieser Ausführungsform durchgeführt werden, ähnlich den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.
Mit der Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung und dem Unterwasser-Bearbeitungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung gemäß der Festlegung in den anliegenden Ansprüchen kann das Schweißen eines Werkstücks mit einer unebenen Oberfläche oder einer Schweißfase und mit einer komplizierten Form ausgeführt werden, wobei das Eindringen von Wasser in die Abschirmung wirksam verhindert werden kann, und weiter kann das Schweißen mit einem hohen Maß an Zuverlässigkeit mit geringerer Schwankung des Gasstroms im Bearbeitungs- oder Prüfteil durchgeführt werden.

Claims

Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung (201) mit einer Abschirmeinrichtung (205) zum lokalen Bedecken eines Werkstücks (202) mit Gas in einer Unterwasser-Umgebung, um das Werkstück (202) zu schweißen, während ein Wassereintritt in eine Abschirmung verhindert wird, wobei die Abschirmeinrichtung (205) eine feste Wand (206) aufweist, die aus einem Abschirmelement aufgebaut ist, das in einem in Kontakt mit dem Werkstück (202) geratenden Teil verschiebbar ist und eingerichtet ist, in Gebrauch so in Kontakt mit dem Werkstück (202) zu geraten, daß es den Außenumfang des Schweißorts umgibt, und von einer Druckkraft auf- und nieder bewegt zu werden, wobei die Unterwasser-Bearbeitungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie außerdem eine Wasserstrahleinrichtung (207, 228) aufweist, um bei Gebrauch in Verlaufsrichtung der Schweißfase (203) auf der Vorderseite und der Rückseite der festen Wand (206) einen Wasservorhang (208, 234) zu erzeugen, der länger als die Schweißfase (203) in Breitenrichtung ist und direkt auf das Werkstück (202) geworfen wird.
Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schweißvorrichtung (204) mit einer Bogenelektrode (212), einem Schweißvorrichtungskörper (236) zum Halten der Schweißvorrichtung, wobei die feste Wand (206) auf der Werkstückseite des Schweißvorrichtungskörpers unter Umgebung des Außenumfangs der Schweißvorrichtung (204) angeordnet ist, sowie durch eine im Schweißvorrichtungskörper vorgesehene Abschirmgas-Zufuhreinrichtung zum Ausstoßen eines nicht oxidierenden Gases (211) in den Schweißvorrichtungskörper, um einen Schweißbereich des Werkstücks (202) mit dem nicht oxidierenden Gas zu bedecken.
Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Laser-Schweißvorrichtung (504) zum Aussenden eines Laserstrahls (510), einen die Schweißvorrichtung tragenden Schweißvorrich tungskörper, wobei die feste Wand (506) auf der Werkstückseite (502) des Schweißvorrichtungskörpers vorgesehen ist, so daß sie den gesamten Umfang der Schweißvorrichtung umgibt, und durch eine im Schweißvorrichtungskörper vorgesehene Abschirmgas-Zufuhreinrichtung zum Ausstoßen eines nicht oxidierenden Gases (511) in den Schweißvorrichtungskörper, um einen Schweißbereich des Werkstücks (502) mit dem nicht oxidierenden Gas zu bedecken.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Schweißvorrichtungskörper ein Drucksensor (611) zur Erfassung eines Gasdrucks in der Abschirmung, eine optische Überwachungsvorrichtung (215, 216) zur optischen Überwachung eines Bearbeitungszustands in der Abschirmung und/oder eine Beleuchtungsvorrichtung (218, 518) zum Beleuchten des Inneren der Abschirmung vorgesehen sind.
Unterwasser-Bearbeitungsverfahren, bei dem ein Werkstück (202) in einer Unterwasser-Umgebung lokal mit einem Abschirmelement (205) abgedeckt wird, wobei das Abschirmelement (205) eine feste Wand (206) aufweist, die aus einem Abschirmelement aufgebaut ist, das in einem mit dem Werkstück (202) in Kontakt geratenden Teil so verschiebbar ist, daß es den Außenumfang des Bearbeitungsorts umgibt, wobei das Abschirmelement mit Gas (211) gefüllt wird; wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß das Werkstück geschweißt wird, während die Vorder- und die Rückseite des Abschirmelements mit einem Wasservorhang (208, 234) bedeckt werden, der von einer Wasserstrahleinrichtung (207, 228) in Verlaufsrichtung der Schweißfase erzeugt wird und länger als die Bearbeitungszone in Breitenrichtung ist und direkt auf das Werkstück (202) geworfen wird.
Kernreaktor in Kombination mit der Unterwasserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, mit Innenkomponenten wie beispielsweise einer Ummantelung (702), einem Gas-Wasser-Separator (711), einer oberen Gitterplatte (709), einem Ummantelungsträger, einer Steuerstabaufnahme und einer Steuer stabantriebsvorrichtungsaufnahme, die aus rostfreiem Stahl aus der austenitischen Gruppe hergestellt sind und von denen mindestens eine Komponente durch mehrschichtiges Auftragsschweißen repariert wird, wobei das mehrschichtige Auftragsschweißen pro Durchgang eine Querschnittsfläche von 0,1 bis 5 mm² aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5 unter Verwendung zur Reparatur eines Kernreaktors, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Innenkomponente des Kernreaktors, wie beispielsweise eine Ummantelungung (702), ein Gas-Wasser-Separator (711), eine obere Gitterplatte (709), ein Ummantelungsträger, eine Steuerstabaufnahme und eine Steuerstabantriebsvorrichtungsaufnahme, die aus rostfreiem Stahl aus der austenitischen Gruppe hergestellt sind, durch mehrschichtiges Auftragsschweißen geschweißt wird, wobei das Innere des Abschirmelements mit Gas gefüllt wird und das mehrschichtige Auftragsschweißen unter Verwendung eines Schweißdrahts mit einem geringeren Durchmesser als 1 mm und einer Wärmequelle durchgeführt wird.
Automatisches Unterwasserbearbeitungsgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Unterwasserbearbeitungsvorrichtung, in der ein Werkstück (202) in einer Unterwasserumgebung lokal mit dem Abschirmelement abgedeckt wird, das Abschirmelement mit Gas gefüllt wird, um das Werkstück zu schweißen, während es mit dem Wasservorhang (208, 234) bedeckt wird, der aus der Wasserstrahleinrichtung (207, 228) am Außenumfang des Abschirmelements ausgestoßen wird, mit einer Gaszufuhrvorrichtung zur Zufuhr von Gas in das Abschirmelement hinein, einer Wasserzufuhrvorrichtung zur Zufuhr von Wasser in die Wasserstrahleinrichtung, einer mit der Unterwasserbearbeitungsvorrichtung integrierten Antriebsvorrichtung (53) zum Antrieb der Unterwasserbearbeitungsvorrichtung entlang des Werkstücks und einer Steuervorrichtung (46) zur Durchführung des Schweißvorgangs entsprechend einem vorab gespeicherten Programm.