FI64065B - Foerfarande och anordning foer baogsvetsning under vatten - Google Patents

Description

64065

Menetelmä ja sovitelma vedenalaista kaarihitsausta varten Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 5 mukainen menetelmä, joka on sovellettavissa vedenalaiseen kaarihitsaukseen.

Menetelmä sopii vain ns. Elinin hitsaukseen, jossa puikkoa ei polteta normaaliin tapaan kohtisuorassa asennossa hitsattavaan kohteeseen nähden, vaan puikko asetetaan 10 lappeelleen perusmateriaalin päälle ja poltetaan tässä asennossa kuten sytytyslanka ilman hitsaajan osallistumista tapahtumaan.

Keksinnön kohteena on myös menetelmän toteuttamiseen käytettävä sovitelma.

15 Ennestään tunnetaan ns. "fire-crackern~menetelmä, jossa railoon asetettu yksi tai useampi paksupäällys-teinen puikko peitetään kuparikiskolla, jossa on yksi tai useampi ura puikkoja varten. Syntyneeseen tilaan johdetaan kaasua, yleensä ilmaa, jolloin siellä oleva 20 vesi syrjäytyy. Valokaaren sytytykseen käytetään joko ohutta lankasulaketta tai metallikalvoa, jonka tuhouduttua valokaari alkaa palaa elektrodien ja perusaineen välillä. Elektrodien maksimipituus maalla hitsattaessa on n. 1 m. Vedessä on kuitenkin 25 havaittu voitavan käyttää kaksi kertaa pidempiä elektrodeja. Tämän menetelmän hankaluutena on kuitenkin se, että tarvitaan ulkopuolista painekaasulähdettä veden poistamiseksi. Tämä on hankalaa varsinkin syvällä hitsattaessa. Lisäksi kuparikisko on vaikea 30 tehdä ja asentaa useisiin hitsauskohteisiin, jotka eivät ole suoria ja tasaisia, kuten esimerkiksi putkiliitoksiin.

US-patenttijulkaisusta 4 069 408 tunnetaan menetelmä, jonka mukaan hitsattava kohta peitetään 35 laatikkomaisella rakenteella, joka sisältää erilaisia tahnoja ja jauheita ja jonka yläosassa on ura, jota i 2 64065 myöten pystyasennossa oleva hitsauselektrodi on ^ siirrettävissä. Tämän menetelmän haittana on se, että näkyvyyden puuttuessa hitsaus on suoritettava "sokkona”.

Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa tunne-5 tussa tekniikassa ilmenevät haitat ja saada aikaan uudentyyppinen ja entistä käytännöllisempi menetelmä ja -sovitelma vedenalaista kaarihitsausta varten.

Keksinnön käyttötarkoituksena on myös aikaansaada valokaarialueelle kuiva tila ja estää veden 10 pääsy jäähtyvän kuonan ja hitsisulan päälle.

Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että sovittamalla hitsattavaan kohteeseen tiiviisti sekä puikko että tätä peittävä aine, joka valokaaren palaessa kehittää kaasua, saadaan vesi automaattisesti 15 syrjäytetyksi.

Tämän keksinnön mukaisessa menetelmässä hitsattava kohde peitetään ensin koko hitsattavalta matkalta vettähylkivällä puolikiinteällä aineella, jota seuraa-vassa kutsutaan tiivisteaineeksi. Sitä on levitettävä 20 mahdollisimman leveälle alueelle ja ainakin 1 cm:n •paksuudelta. Tämän jälkeen hitsauspuikko painetaan tiivisteaineen sisään siten, että se on yhdensuuntainen hitsattavaan perusmateriaaliin ja aiotun hitsaussauman kanssa. Kun hitsauspuikko on täydellisesti peitetty 25 vettähylkivän tiivisteaineen sisään, puristetaan aineen päälle joustava, kiinteää ainetta oleva lämmöneristelevy niin tiukasti, että se puristaa puikkoa perusainetta vasten. Lämmöneristelevy on lähes yhtä pitkä kuin hitsattava puikko ja niin leveä, että tiivisteaine jää 30 eristelevyn peittoon lukuunottamatta eristeen sivuilta pursuavaa ylimääräistä tiivisteainetta. Puikon alkupää samoin kuin loppupää jätetään sytytystä varten näkyviin, jotta hitsauskolvi voidaan kiinnittää siihen. Tämän jälkeen puikko voidaan sytyttää oikosulkemalla sen aloituspää het-35 keksi esim. hiilitangon avulla. Kun valokaari syttyy, 3 64065 syntyy lämmöneristeeseen puikon palaessa tunneli. Koska syntyvät palamiskaasut poistuvat tätä tunnelia myöten, ei vesi pääse seuraamaan valokaarta sen edetessä lämmöneris-teen ja tiivisteaineen sisällä. Palamiskaasujen synnyttä-5 mä kaasunpaine tunnelissa on riittävä veden poissa pitämiseen, niin kauan kuin puikko palaa. Hieman ennen kuin puikko on palanut loppuun, peitetään tunnelin alkupää isolla tiivisteainepalalla, jotta vesi ei pääse puikon sammuttua virtaamaan tunneliin ja jäähdyttämään synty-10 nyttä hitsaussaumaa. Myöskään puikon loppupäätä ei saa polttaa niin pitkälle, että tunneli palaa sieltä puhki. Tämä tunneli voi palaa myös päältä puhki, jollei lämmöneriste ole riittävän paksu. Lämmöneristelevy voidaan poistaa n. 15 sekunnin kuluttua hitsauksen 15 päättymisestä . Koska nyt syntynyt hitsaussauma on ollut koko ajan eristettynä vedestä, vastaavat sen ominaisuudet kuivakammiossa tehtyjen hitsien ominaisuuksia.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mikä on esitetty 20 patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaiselle sovitelmalle ominaista on puolestaan se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 7 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

25 Niinpä keksinnön mukainen suojausmenetelmä poistaa kaarialueelta veden hitsauksen aikana ja siten pienentää suurta hitsin jäähtymisnopeutta, joka on haittana konventionaalisissa märkähitsausmenetelmissä.

Lisäetuna kuivakammiomenetelmiin nähden voidaan 30 pitää sitä, että puikosta, lämmöneristeestä ja tiviisteaineesta syntyvät palamiskaasut ovat erittäin kuumia, mikä on edullista ajatellen hitsisulan jäähtymisnopeuden hidastamiäarvetta.

4 64065

Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan oheisten piirustusten mukaisten suoritusesimerk-kien avulla.

Kuvio 1 esittää aksonometrisesti V-railolla 5 varustettua hitsattavaa koelevyä.

Kuvio 2 esittää aksonometrisesti solukumista valmistettua, pohjasta avointa koteloa.

Kuvio 3 esittää aksonometrisesti ulokeharjalla varustettua eristysainelevyä.

10 Kuvio 4 esittää aksonometrisena leikkauskuvantona yhtä keksinnön mukaista hitsaussovitelmaa.

Kuvio 5 esittää aksonometrisesti toista keksinnön mukaista hitsaussovitelmaa.

Kuvio 6 esittää kuvion 5 mukaisessa sovitelmassa 15 käytettävää hitsauspuikkoa.

Kuvio 7 esittää aksonometrisesti kolmatta keksinnön mukaista hitsaussovitelmaa.

Kuvio 8 esittää leikkauskuvantona ja suurennetussa mittakaavassa kuvion 7 · mukaista hitsaussovitelmaa.

20 Kuvio 9 esittää leikkauskuvantona kuvion- 8 mukaisella sovitelmalla aikaansaatua hitsiä.

Esimerkki 1

Hitsattava levy 1 oli Rautaruukki Oy:n hiilimangaani-terästä Pe 52 D, jonka hiiliekvivalentti oli 0,40. Levyn 1 25 keskelle oli pituussuunnassa jyrsitty V-railo 2 (a=70°, kuvio 1). Tämän railon 2 täyttöhitsausta varten valmistettiin keksinnön mukainen suoja. Suojan uloimman osan muodostaa kuvion 2 mukainen solukumista tehty, pohjasta avoin kotelo 3. Kotelon 3 sisäpuolelle jäänyt 220x75x40 mm^:n 30 suuruinen tyhjä tila 4 täytetään joustavalla styrox- levyllä 10, johon oli muotoiltu levyn V-railoon sopiva uloke 11 (kuvio 3). Kumikotelon 3 toiseen päätyseinään 7 tehtiin pohjan puolelle kolomainen aukko 5 palamiskaasu-jen poistoa varten. Jotta kuumat kaasuvirtaukset eivät 35 hiljalleen polttaisi aukkoa 5 suuremmaksi, oli aukon 5 5 64065 kumpikin pää vahvistettu metallilevyillä 6, joita siirtämällä myös kolon 5 suuruutta voidaan asetella.

Myös kumikotelon 3 loppupään päätyseinä 8 oli suojattu metallilevyllä 9, jotta valokaari ja hitsauskaasut 5 eivät polttaisi loppupään päätyseinää 8 puhki.

Hitsausta aloitettaessa asetettiin ensin hitsaus-puikko eli -elektrodi 12 V-railon 2 pohjalle. Tämän jälkeen asetettiin puikon 12 päälle edellä kuvatun mukainen, sopivimmin styrox —eristeestä tehty suojalevy 10 10. Levyn 10 V:n muotoinen uloke 11 sovitettiin hit sattavan levyn 1 V-railoon 2. Tämän ulokkeen 11 tehtävänä 011 painaa hitsauspuikko 12 tiukasti V-railon 2 pohjaan ja syrjäyttää mahdollisimman tarkasti puikon 12 ympärillä oleva vesi. Puikon 12 päälle asetettu 15 suojalevy 10 puristettiin sitten tiukasti hitsattavaa levyä 1 vasten. Koska styrox-eriste on joustavaa ainetta, painautui puikko 12 hieman eristeen sisään, mikä edesauttoi puikon 12 ympärillä olevan veden poistumista.

Puristus (nuoli A, kuvio 4) saatiin tässä tapauksessa 20 aikaan ei-resitetyn ruuvipuristimen ja painelevyn 14 avulla. Tämän jälkeen kiinnitettiin maadoitusjohdin levyyn 1 ja hitsauskolvi suojakotelon 3 takapäätyseinän 8 läpi tulevaan puikon 12 sydänlankaan. Toisessa päätyseinässä 7 olevassa aukossa 5 näkyvä puikon 12 25 alkupää oikosuljettiin hiilitangon avulla, jolloin hitsauspuikko 12 syttyi palamaan. Hitsauspuikon 12 ympäriltä palavan eristeen 10, 13 ja itse hitsaus-puikon 12 palamiskaasut poistuivat kovalla paineella pienestä kaasujenpoistoaukosta 5 estäen suojakotelon 30 3 ulkopuolella olevaa vettä seuraamasta valokaarta suojakotelon 3 sisään. Puikko 12 paloi loppuun hieman ennen takapäätyseinää 8 ja sammui siten itsestään.

Puikon 12 sammuttua pieneni kotelon 3 sisällä oleva kaasunpaine nopeasti, jolloin vesi alkoi virrata 35 kotelon 3 sisään alkupään kaasunpoistoaukosta 5. Vaikka 6 64065 kaasunpoistoaukko 5 olisi sinänsä helppo tukkia esim. muovailuvahalla, ei tämä käytännössä ole tarpeen, sillä syntyneen hitsin lämpötila on jo tässä vaiheessa laskenut reilusti alle 500°C:n lämpötilaan myös 5 hitsin loppupäässä. Täten ei hitsiä jäähdyttävän veden vaikutus enää oleellisesti vaikuta hitsissä olevan vedyn diffuusioon, eikä myöskään karkenemisefektejä enää pääse syntymään. Koska, vettä ei ollut valokaaren palaessa lähellä, ei myöskään palamiskaasujen vetypitoisuus 10 noussut korkeaksi (veden dissosioituminen hapeksi ja vedyksi valokaaren alueella on aikaisemmin ollut suurimpia syitä veden alla tehtyjen hitsien suureen vetypitoi-suuteen).

Hitsauksen loputtua irroitettiin ruuvipuristin ja 15 poistettiin suojakotelo 3. Kotelon 3 sisällä olleen styrox-levyn 10 havaittiin palaneen lähes kokonaan, mutta itse solukumia olevaan koteloon 3 ei ollut tullut vaurioita. Hitsattaessa syntynyt kuona oli helppo poistaa, ja syntynyt hitsi oli erittäin tasaista ja 20 hyvän muotoista, mikä johtui ilmeisesti puikon 12 vakaasta asennosta ja tasaisesta palamisesta, joka eteni automaattisesti. Kun kumikotelosta 3 oli poistettu styrox-jätteet ja asetettu uusi styrox-levy paikoilleen, voitiin seuraava palko hitsata samalla tavalla kuin 25 ensimmäinen. Sitä mukaa kuin V-railo 2 täyttyi, pieneni myös efektiivinen kaasunpoistoaukko 5. Tämän vuoksi suurennettiin kaasunpoistoaukkca 5 metallilevyjen avulla pintapalkoja hitsattaessa.

Hitsatusta levystä 1 jälkeenpäin otetussa 30 röntgenkuvassa ei ollut huokoisuutta, kuonasulkeutumia eikä liittymisvirheitä. Muut levystä 1 otetut testit, kuten kovuus-, taivutus- ja iskusitkeystestit antoivat vastaavia arvoja kuin maan päällä hitsattu vertailulevy.

35 7 64065

Esimerkki 2

Putken 21 päittäishitsaus tapahtui esimerkkiä 1 vastaavalla tavalla. Kumisuojus 23 tehtiin nyt niin pitkäksi, että se ylettyi putken 1 ympäri (kuvio 5), 5 ja styrox-levy 33 muotoiltiin putken 1 ympärille tiiviisti painuvaksi. Putken ulkohalkaisija oli 150 mm. joten normaali 450 mm pitkä taipuisa hitsauspuikko 32 riitti koko putken 1 ympäri (kuvio 6). Jotta hitsaus-kolvi 16 voitiin kiinnittää puikon loppupäähän ja jotta 10 puikon 32 alkupää voitiin oikosulkea, oli kumisuojan 23 alku- ja loppupään väliin jätettävä n. 10 mm:n rako.

Kolvin 18 kiinnittämisen helpottamiseksi taivutettiin hitsauspuikon 32 loppupään paljas sydänlankaosa 35 kohtisuoraan putken 1 pinnasta ylöspäin (kuvio 6).

15 Kumisuojus 23 ja sen sisällä oleva styrox-kerros 33 puristettiin putken 1 ympärille kiristysvanteilla 34 (kuvio 5), jollaisia käytetään mm. pakkausteollisuudessa. Myös tavallinen ruuvikiristettävä letkun-liitin sopii tarkoitukseen hyvin. Koska hitsaus 20 tapahtui nyt kaikissa asennoissa jalko-, pysty- ja lakiasennossa, pienennettiin puikon 32 virtaa pysty- ja lakiasennossa n.15...20 % jalkoasentoon verrattuna.

.Muuten hitsaus tapahtui edellisen esimerkin 1 mukaisesti.

Esimerkki 3 25 Kuvioissa 7 - 9 on esitetty vaihtoehtoinen hitsausmenetelmä putkien 21 päittäishitsaukseen sovellettuna. Menetelmän mukaan hitsausrailoon 22 on sovitettu pastamaista ainetta, esim. sellaista, joka on määritelty FI-patenttihakemuksessa 802244, Tämän 30 päälle on sovitettu hitsauspuikko 33, joka käsittää elestisesta aineesta valmistetun päällysteen 43, jonka poikkileikkaus myötäilee railon 22 poikkileikkausta, sekä päällysteen 43 sisäpuolella olevan sydämen 42, joka koostuu useista langoista. Tällainen rakenne 35 42, 43 on taipuisana hyvin tarkoituksenmukainen.

8 64065

Hitsauspuikon 32 päälle on sovitettu styrox-kerros 33 ja tämän päälle pastakerros 36, joka on levitetty sivusuunnassa railon 22 ulkoreunojen ylitse.

Pastakerros 36 on päällystetty joustavalla päällysver-5 kolia 37» joka magneettien 39 tai muiden puristimien tai teippien avulla pitävät hitsaussovitelmaa tiukasti railoa 22 vasten puristuneena.

Kun hitsauspuikko 32 on esimerkkien 1 ja 2 mukaisesti sytytetty, eristekerros 33 muodostaa palamisen 10 edistyessä onkalon 40 (kuvio 9), jota myöten kuumat hitsauskaasut pääsevät virtaamaan kuonakerroksen 44 ja pastakerroksen 36 välistä ja edelleen hitsin 4l alkupäästä ulos. Tämä kuuma kaasuvirtaus estää hitsin 4l nopean jäähtymisen, jolloin vety pääsee poistumaan 15 hitsistä 4l. Tämän kaasuvirtauksen avulla hitsin 41 lämpötila voidaan pitää jonkin aikaa ns. Curie-pisteen (>725°C) yläpuolella.

Claims (9)

64065

1. Menetelmä vedenalaista kaarihitsausta varten, jonka menetelmän mukaan 5. hitsattavaan kohtaan (2, 22) sijoitetaan pintaa myötäilevästi hitsauselektrodi (12, 32), elektrodi (12, 32) peitetään suojarakenteella (3 - 11, 23, 33 - 39), - sytytetään elektrodi (12, 32) niin, että se 10 palamisen edetessä synnyttää hitsattavaan koh taan (2, 22) halutun hitsin (^1), ja annetaan painekaasun vaikuttaa elektrodin (12, 32) ja suojarakenteen (3 - 11, 23, 33 - 39) välissä niin, ettei ympäröivä vesi pääse 15 tunkeutumaan elektrodille (12, 32) tämän palaessa, tunnettu siitä, että suojarakenteena käytetään vaippaa (3, 23), joka käsittää sisemmän, helposti palavasta, sopi- . 20 vimmin joustavasta aineesta valmistetun palamis- kerroksen (10, 33), jolla elektrodi (12,-32) peitetään, ja ulomman, sopivimmin taipuisasta aineesta valmistetun suojakerroksen (3, 23, 36), jolla palamiskerros (10, 33) peitetään, ja 25 kiinnityselimet (1^, 37 - 39), joilla vaippa (3, 23) kiinnitetään lujasti ja tiiviisti paikoilleen niin, että elektrodin (12, 32) ja palamiskerroksen (10, 33) palaessa syntyvät palamiskaasut estävät veden tunkeutumisen 30 elektrodille (12, 32).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään palamiskerrosta (10, 33), joka on muotoiltu hitsattavan kohdan, esim. railon (2, 22), poikkileikkausta siten myötäileväksi, että 35 se puristaa elektrodia (12, 32) lujasti paikoilleen, 64065 samalla ainakin osittain täyttäen elektrodin (12, 32) ja hitsattavan kohdan (2, 22) välisen tilan.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että palamiskerroksena (10, 33) 5 käytetään vaahtomuovia tai polystyreeniä.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suojakerroksena (3) käytetään kumia tai solukumia.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 10 tunnettu siitä, että suojakerroksena (36) käy tetään ns. suojapastaa, esim. FI-patenttihakemuksen 802244 mukaista suojapastaa, joka päällystetään joustavalla päällysverkolla (37), joka kiinnityselimien, esim. magneettien (39), avulla pitää hitsaussovitelmaa railoa (22) 15 vasten puristuneena.

6. Patenttivaatimuksen 1 tai 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että elektrodin (12, 32) ja hitsattavan kohdan (2, 22) väliin sovitetaan suojapastaker-ros (15, 35).

7. Patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän toteut tamiseen käytettävä sovitelma vedenalaista kaarihitsausta varten, joka sovitelma käsittää hitsattavaan kohtaan (2, 22) sovitettavan hitsauselektrodin (12, 32), jonka kylkiosa myö-25 täilee tätä kohtaa, ja suojarakenteen (3 “ 11, 23, 33 - 39), joka peittää elektrodin (12, 32) hitsattavan kohdan (2, 22) päältä ja ympäriltä, . t* u n n e t t u siitä, että suojarakenne käsittää 30 - sisemmän, helposti palavasta, sopivimmin jous tavasta aineesta valmistetun palamiskerroksen . (10, 33), joka peittää elektrodin (12, 32) hit sattavaa kohtaa (2, 22) vasten, ulomman, sopivimmin taipuisasta aineesta valmis-35 tetun suojakerroksen (3, 23, 36), joka peittää 64065 palamiskerroksen (10, 33) hitsattavan kohdan (2, 22) päältä ja ympäriltä, ja kiinnityselimet (14, 37 - 39) suojarakenteen (3 - 11, 23, 33) kiinnittämiseksi hitsattavan 5 kohdan (2, 22) päälle ja ympärille.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että suojakerroksena on hitsattavaa kohtaa (2, 22) vasten tulevalta osaltaan avoin kotelo (3) tai sentapainen, joka on valmistettu esim. kumista 10 ja jonka ainakin yhdessä seinässä (7) on aukko (5) pala- miskaasujen postamiseksi, ja palamiskerroksena on kotelon (3) sisätilaa (4) ainakin likimain myötäilevä levyrakenne (10), joka on valmistettu esim. vaahtomuovista ja jossa on poikkileikkaukseltaan hitsattavan kohdan, esim. railon 15 (2, 22), poikkileikkausta myötäilevä uloke (11).

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että palamiskerros ja suojakerros koostuvat yhdestä ja samasta kerroksesta, joka on valmistettu suojapastasta, joka on päällystetty joustavalla 20 päällysverkolla (37), joka kiinnityselimien, esim. magneet tien (39), avulla pitää hitsaussovitelmaa railoa (22) vasten puristuneena. 64065