NO170000B - Fremgangsmaate og anordning for elektrisk sveising under vann. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og anordning for elektrisk lysbuesveising under vann.

Fremgangsmåten er spesielt egnet, selv om ikke utelukkende, ved sveising på dypt vann med en belagt elektrode i forbin-delse med karbonstål eller rustfritt stål.

Elektrisk lysbuesveising under vann eller sveising på dypt vann er generelt en vanskelig operasjon som nødvendigvis krever at det tas forhåndsregler på grunn av risikoen som dykkerne som sveiser utsettes for og også på grunn av tilstedeværelsen av elektrisitet. Dårlig sikt, det at dykkerne som sveiser flyter, fører til uregelmessige og unøyaktige bevegelser, smeltet metall avkjøles hurtig, slagg avkjøles hurtig slik at eventuell smeltebadstyring av sveiseren er vanskeligere.

Forskjellige metoder og anordninger for elektrisk sveising under vann er allerede kjent. Deres bruksområder er imidler-tid begrenset, og disse metodene er ikke lengre tilfredsstil-lende under visse betingelser som f.eks. med austenitt-elektroder hvor tynne vegger skal sveises eller hvor det skal sveises ved store dyp etc. Det oppnås ikke noen god kvalitet på sveisingen. På grunn av høyt ioniseringspotensial til vannet og trykk utøvd av vannet på sveiselysbuen, er det vanskelig å tenne og opprettholde lysbuen under sveisingen. I tilfelle hvor lysbuen slukkes på grunn av elektrodeavkjøling tillater ikke vannet en lett gjentennihg av lysbuen. Og når der er stadig stopp og gjentagelse av sveisingen viser de tilveiebrakte sveisingene uakseptable sprekker, porøsiteter og/eller innhold av urenheter.

Tidligere kjente fremgangsmåter for undervannssveising er beskrevet i en publikasjon ved "International conference on Underwater Welding", Trondheim 27.-28. juni 1983, av H.O. Knagenhjelm med tittelen "Deep hyperbaric welding. Mechani-zat i on/automat i on".

Et ytterligere eksempel på lysbuesveising er vist i US-patent nr. 2 770 710.

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en forbedret fremgangsmåte og tilsvarende anordning for sveising under vann. Det er videre et spesielt formål å tilveiebringe en fremgangsmåte og anordning som forenkler sveisingen under vann ved å forenkle tenningen og ved å redusere slukkerisikoen til lysbuen, og således tilveiebringes en forbedret kvalitet på sveisingen.

Den dykkende sveiseren har en bedre kontroll over smelte-badet, opererer hurtigere og med mindre avbrudd og utsettes således for en mindre risiko i løpet av en kortere tid.

Ovenfornevnte tilveiebringes ved hjelp av en fremgangsmåte hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1 samt en anordning hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 6. Ytterligere trekk ved fremgangsmåten og anordningen fremgår av de øvrige uselvstendige kravene.

Oppfinnelsen skal i det påfølgende beskrives nærmere med henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et skjematisk riss av en anordning ifølge oppfinnelsen hvor høyfrekventgeneratoren er anbrakt over vannflaten. Fig. 2 viser et skjematisk riss av en anordning ifølge oppfinnelsen innbefattende en neddykkbar, høyfrekvent generator. Fig. 3 viser et skjematisk riss av en neddykkbar høyfrekvent generator i samsvar med oppfinnelsen.

Undervannssveiseanordningen 1 vist på fig. 1 og 2 innbefatter en sveisegenerator 2, f.eks. forsynt med en 380 volts tre-faset strøm med en frekvens på 50 Hz. Den neddykkbare sveisegeneratoren 2 innbefatter fortrinnsvis en tomgangs-spennings-avskjæringsanordning 3 som eliminerer deler av risikoen for å bli henrettet elektrisk som følge av lekkasje-strømmer og på den andre siden risikoen for feilaktig å starte lysbuen utenfor sveiseskjøten. I tilfelle av at lysbuesveisingen avkuttes, genererer generatoren mellom elektrodene og basismaterlalet en tomgangsspenning i størrelsesorden av 60 til 100 volt som fortrinnsvis må unngås.

Sveisegeneratoren er i og for seg kjent og er definert ved sin statiske karakteristikk [U = f(I)] og sin dynamiske karakteristikk [I = f(U, t)], som velges for å korrespondere forutbestemte og spesielle betingelser for den spesielle undervannssveisingen som skal utføres.

Anordningen 1 innbefatter en sveisestyreenhet 4 (anbrakt i en boks 5 ved overflaten). Denne enheten er i og for seg kjent og innbefatter f.eks. et programmerbart styrekort 6 og er forsynt med en manuell styretrigger 7. Modulen 5 er strøm-forsynt ved hjelp av 8 med 220 volt eller lignende.

Ifølge oppfinnelsen innbefatter anordningen 1 en HT/HF (høyspennings/høyfrekvent) generator 9, f.eks. anbrakt i en boks 5 ved overflaten (fig. 1) eller neddykket i en fluidtett boks 10 (fig. 2). Sveisingen kan bli programmert i kortet 6 eller være utført som forklart nærmere nedenfor.

HF-generatoren har den ulempen at den genererer interferens ved å lede gjennom forbindelseskabler og ved hjelp av elektromagnetiske bølger. Det er av denne grunn fordelaktig å anbringe et interferenseliminatorfilter (ikke vist) oppstrøms av boksen (5 eller 10) til EF-generatoren for å beskytte sveisegeneratoren 2 mot høyfrekvens sendt ved ledning. Elektromagnetisk bølgestråling stoppes av skjermer generelt bestående av metallplater for anordningen, og stålpakninger for forbindelseskablene.

I tilfelle av at det anvendes en fluidtett HF-generator 10 for neddykning (fig. 2), som er mindre gjennomtrengelig av elektromagnetiske bølger enn luft, utgjør denne en beskyt-telse mellom EF-generatoren og sveisegeneratoren 2.

Anordningen 1 innbefatter en elektrodeholder eller en brenner II som bærer sveiseelektroden 12 og forbundet positivt eller negativt i samsvar med anvendt elektrode ved hjelp av en fluidtett, skjermet kabel 13 med sveisegeneratoren via HF-generatoren. Basismaterlalet eller delen som skal bli sveiset 14 er i dette tilfellet anbrakt ved motsatt polaritet med jordingsklemmen 15 og en fluidtett, skjermet kabel 16 forbundet med sveisegeneratoren også via HF-generatoren.

Fig. 3 viser skjematisk den neddykkede EF-generatoren ifølge en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen. Denne generatoren innbefatter et ytre fluidtett hus 17 og genera-torkretsen til den høyfrekvente/høyspenningen 9 (innenfor de prikkede linjene på figuren) forsynt med lav spenning, f.eks. 24 volt, fra overflaten via LV-(lav spennings)-kabelen 18 fra strømforsyningsboksen 5. Den høyfrekvente generatoren 9 er utformet på i og for seg kjent måte som vist på figuren.

Den neddykkbare EF-generatoren er forbundet med strøm-forsyningsboksen 5 via fluidtette og skjermede kabler 19, f.eks. fjernbar ved hjelp av en forseglet pluggtilkobling 20, idet elektrodeholderen 11 og jordingsklemmen 15 er forbundet med boksen 10 til EF-generatoren ved hjelp av fluidtette kabler, henholdsvis 13 og 16, av kortere lengde på et par meter, f.eks. 5 meter lange.

Den neddykkbare EF-generatoren tillater begrensning av lengden på kabelen 13 og 16 og følgelig begrenses dempningen i effekten levert for tenning og understøttelse av lysbuen og bedrer således virkningsgraden ifølge foreliggende oppfinnelse.

Sveisefremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er beskrevet nærmere nedenfor. Den innbefatter tre suksessive faser: Starting, nominell sveising og, til slutt, lysbuestoppingen.

Dykkeren som skal sveise er i posisjon for å starte sveisingen og anbringer enden av elektroden ved punktet hvor han må tenne lysbuen.

Han informerer da operatøren ved vannflaten at han er klar til å starte. Operatøren på overflaten kobler til HT/HF-generatoren som leverer en høyfrekvent spenning til for-syningskablene 13, 16 for elektrodeholderen 11 og jordingsklemmen 15. Den høyfrekvente spenningen danner en pilot eller tennbue mellom elektroden og basismaterlalet eller delen som skal bli sveiset gjennom en vannfilm og gjennom et eventuelt beskyttende belegg til elektroden.

Sveiseren lokaliserer så ved hjelp av pilotlysbuen nøyaktig tennpunktet på delen som skal bli sveiset. Han bekrefter for overflateoperatøren at han er klar til å starte sveisebuen.

Operatøren påvirker triggeren 7 som kobler på sveisekontaktoren og leverer spenningen fra sveisegeneratoren 2 mellom elektroden 12 og delen som skal bli sveiset 14. Da mediumet allerede er blitt ionisert av pilotbuen tennes den høyinten-sive lysbuen nesten umiddelbart. Høyspenning/høyfrekvens blir sendt ut fortrinnsvis ved samme polaritet som elektroden.

I løpet av den andre fasen, dvs. i løpet av sveisingen, blir høyspenningen/høyfrekvensen opprettholdt således at det opprettholdes en stabil lysbue som reduserer spruting av smeltet metall og unngår lysbueavbrudd og muliggjør at sveisestrømmen reduseres, som tillater bruk av enheten på tynn foliemetall uten sammenbrudd. Disse faktorene er gunstige ved regulær smelting av belegget til elektroden som ved danning av et hylster rundt lysbuen reduserer blendingen av sveiseren og gjør det derfor enklere å føre elektroden innenfor skråsnittet.

Alle disse faktorene muliggjør en betydelig forbedring av kvaliteten på sveisesømmen i forhold til konvensjonelle metoder.

Fortrinnsvis anvendes en høyspenning som er forbundet med en svært lav strøm, f.eks. i størrelsesorden av milliampére, for at det skal kunne opereres uten risiko for sveiseren. En høyfrekvens tilført ifølge oppfinnelsen er en frekvens mellom 100 KHz og 10 MHz og fortrinnsvis rundt 1,5 MHz. Effektiv-verdien er fortrinnsvis mellom 1000 og 10 000 volt, f.eks. 4000 volt, idet strømmen som blir generert fortrinnsvis er vekselstrøm eller pulset strøm.

I løpet av tester som har blitt utført for å se de viktige fordelene ved stabilisering av lysbuen med en belagt elektrode har det ifølge oppfinnelsen blitt tilveiebrakt spesielt gode resultater ved en ensrettet spenning for sveisestrømmen og spesielt for en pulset strøm. Slike sveisestrømmer er derfor fortrinnsvis anvendt ved foreliggende oppfinnelse.

Den siste fasen er stoppingen av lysbuen som kan bli utført på to måter: sveiseren skiller plutselig elektroden fra delen som skal sveises og buen slukkes av seg selv. Overflateoperatøren slår så av tomgangsspenningen til generatoren ved å frigjøre triggeren 7 og stopper tilførselen av høyfrekvent spenning ved boksen 5.

sveiseren ber overflateoperatøren å kutte ut sveisestrømmen. Overflateoperatøren slipper triggeren 7, og sveisekontaktoren blir åpnet og kutter lysbuen og tom-

gangsspenningen. Tilførselen av høyspenningsgeneratoren blir så slått av av overflateoperatøren.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for lysbuesveising under vann, karakterisert ved anbringelse av en sveiseelektrode (12) nær en del som skal bli sveiset, som er neddykket i vann, tilførsel av en høyfrekvent spenning mellom elektroden (12) og delen (14) for tenning av en pilotbue mellom elektroden og delen som skal bli sveiset gjennom en vannfilm og for å ionisere vannet med en høyfrekvent strøm som har en svært lav intensitet så snart som pilotbuen har blitt startet, levering av en spenning til elektroden (12) for å generere og opprettholde en sveisebue fra en sveisegenerator (2) for å tilveiebringe en elektrisk bue som har en høy strømintensitet i forhold til intensiteten til den høy-frekvente strømmen, og opprettholdelse av høyfrekventspenningen kontinuerlig overlagret spenningen for å opprettholde sveisebuen i løpet av hele lysbuesveisingen under vann.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den høyfrekvente spenningen har en frekvens som ligger mellom 100 kHz og 10 MHz.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den høyfrekvente spenningen har en effektivverdi mellom 1000 og 10 000 volt.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som sveisespenning anvendes en som er likerettet.

5 . Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som sveisespenning anvendes en som er pulset.

6. Anordning for lysbuesveising under vann med en elektrodeholder (11), en sveisegenerator (2) forbundet med elektrodeholderen, karakterisert ved at sveisegeneratoren (2) er anordnet for å levere en sveisestrøm mellom en elektrode (12) båret av elektrodeholderen og en del som skal bli sveiset (14), og en høyspennings-høyfrekvensgenerator (10) forbundet med elektrodeholderen (11) for å levere en strøm i milli-ampérområdet ved en frekvens mellom 100 kHz og 10 MHz under en spenning fra 1000 til 10000 volt, idet høyspennings-høyf rekvensgeneratoren (10) er anbrakt i et fluidtett hus og er forbundet med holderen (11) ved hjelp av en fluidtett kabel (13) med en lengde mindre enn 5 meter.

7. Anordning ifølge krav 6, karakterisert ved at sveiseelektroden (12) er en belagt elektrode.

8. Anordning ifølge krav 6, karakterisert ved at det videre innbefatter en sveisestrøm-avskjaerings-innretning i tilfelle av at lysbuen stopper, hvorved tomgangsspenningsverdien mellom elektroden (12) og basismaterlalet (14) reduseres til null i tilfelle av at lysbuen stopper.

9. Anordning ifølge krav 6, 7 eller 8, karakterisert ved at sveisegeneratoren (2) er anordnet for å forbli utenfor vannet og at den er forbundet med et fluidtett hus (17) til høyspennings-høyfrekvensgeneratoren via en neddykket kontrollboks (5) som mater ytterligere høyspen-nings-høyf rekvensgeneratoren (10) gjennom en lavspennings-kabel (18).