NO834721L - Framgangsmaate og anordning for buesveising under vann - Google Patents

Abstract

Framgangsmåte og anordning for buesveising under vann der sveiseelektroden (32) plasseres i sonen (22) som skal sveises i liggende posisjon, idet elektroden er dekt med en vernestruktur (33), og tennes slik at, når brenningen pågår, dannes den ønskede sveis i sonen som skal sveises. Det brukes ei kappe (23) som vernestruktur, der kappa omfatter et indre brennende lag (33) laget av et lett brennende, fortrinnsvis elastisk materiale, som elektroden (32) er dekt med, og et ytre beskyttende lag (23), fortrinnsvis laget av et fleksibelt materiale, som det brennende laget (33) er dekt med. Dessuten finnes et festeorgan (34) som holder kappa (23) fast og tett i posisjon. Sveisegassene dannet under brenningen av elektroden (32) og av det brennende laget (33) forhindrer inntrenging av vann til elektroden (32).

Description

Framgangsmåte og anordning for buesveising under vann.

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en framgangsmåte i samsvar med patentkrav 1, som er anvendelig for buesveising under vann.

Framgangsmåten passer bare til den såkalte Elin-sveising, der elektroden ikke brennes på den vanlige måten vinkelrett på gjenstanden som skal sveises, men elektroden plasseres liggende på det opphavelige materialet og smeltes i denne stillingen som en sikring uten medvirkning av sveis-

eren i prosessen.

Oppfinnelsen vedrører også en anordning som benyttes

for å utføre framgangsmåten.

I kjent teknikk er en såkalt "fire-cracker"-metode kjent, der en eller flere tykt belagte elektroder plassert i et spor dekkes med ei kopperstang som er utstyrt med en eller flere furer for elektrodene. Inn i det frambragte rommet blåses det gass, vanligvis luft, hvorved vannet i rommet fortrenges.

For å tenne lysbuen, brukes enten en sikring med tynn ledning eller en metallfolie. Etter at sikringen eller folien er øde-

lagt starter lysbuen å brenne mellom elektrodene og det opphavelige materialet. Den maksimale lengde for elektrodene under sveising på bakken er omtrent 1 meter. Det bemerkes imidlertid at i vann er det mulig å bruke dobbelt så lange elektroder. Det er imidlertid en ulempe ved denne metoden at det kreves en ytre kilde med trykkgass for å eliminere vannet. Dette er upraktisk, spesielt når sveisingen utføres på dypt vann. Videre er det vanskelig å lage og å installere kopperstanga på flere sveiseobjekter som ikke er rette eller jevne, slik som rørskj øter.

Fra U.S. patent No. 4,069,408, er det kjent en framgangsmåte der området som skal sveises dekkes ved hjelp av en kasseformet struktur som inneholder forskjellige typer pasta og pulver og med en toppdel som er forsynt med et spor langs hvilket den vertikalt stilte sveiseelektroden kan ski-ftes. Det er en ulempe med denne metoden at, da sveiseområdet er ute av syne, må sveisingen utføres "i blinde".

Formålet med oppfinnelsen er å eliminere ulempene som er til stede i kjent teknologi og å skaffe en mer praktisk framgangsmåte og anordning av en ny type for buesveising under vann.

Et annet formål for bruk av oppfinnelsen er å danne et tørt rom innenfor området til buen og å forhindre tilgang på vann til slagget og smeltemassen som skal avkjøles.

Oppfinnelsen er basert på ideen om at ved å anbringe både elektroden og materialet som dekker elektroden tett inntil sveiseobjektet, idet materialet utvikler en gass mens buen brenner, kan vannet fjernes automatisk.

Ved framgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelsen, dekkes sveiseobjektet først over hele avstanden som skal sveises, med et vannavstøtende halv-fast materiale, som i det følgende kalles tettemateriale. Det må fordeles over et så bredt område som mulig og med en tykkelse på minst 1 cm. Deretter presses sveiseelektroden inn i tettematerialet slik at den er parallell med det opprinnelige materialet som skal tsve-ises og med den tiltenkte sveisesømmen. Etter at sveiseelektroden er dekt fullstendig med'det vannavstøtende tettematerialet, presses ei elastisk varmeisolerende plate av fast materiale oppå tettematerialet så hardt at den presser elektroden mot det opprinnelige materialet. Den varmeisolerende plata er nesten like lang som sveiseelektroden og bred'nok til at tettematerialet forblir dekt av isolasjonsplata med unntak av alt overflødig tettemateriale som presses ut fra sidene av isolasjonsmaterialet. Begge endene av elektroden tillates å forbli synlige for tenningsformålet slik at elektrodeholderen kan festes til elektroden. Deretter kan elektroden tennes ved at en et kort øyeblikk kortslutter den ene enden, f.eks. ved hjelp av en karbonstav. Når buen er tent, dannes det en tunnei i varmeisolasjonen når elektroden brenner. Da sveisegassene som dannes strømmer ut langs denne tunnelen, kan ikke vannet følge buen mens buen går framover innenfor varmeisolasjonen og tettematerialet. Gasstrykket som dannes av sveisegassene i tunnelen er tilstrekkelig til å holde vannet ute så lenge som elektroden brenner. Like før elektroden har brent ut, dekkes den ene enden av tunnelen med et stort stykke tettemateriale for at vannet ikke skal kunne strømme inn i tunnelen etter at elektroden har brent ut og avkjøle den frambrakte sveise-

sømmen. Den andre enden av elektroden må heller ikke brennes så langt at tunnelen brennes gjennom på den enden. Denne tunnelen kan også brenne gjennom på oversida hvis ikke varmeisolasjonen er tykk nok. Den varmeisolerende plata kan fjernes ca. 15 sekunder etter at sveisingen er ferdig. Da den frem-

brakte sveisesømmen hele tida var isolert fra vannet, har den tilsvarende egenskaper som sveiser utført i et tørt kammer.

Mer spesielt er metoden ifølge oppfinnelsenkarakterisert veddet som er framsatt i den karakteriserende delen av patentkrav 1.

På den andre sida er anordningen ifølge oppfinnelsenkarakterisert veddet som er framsatt i den karakteriserende delen av patentkrav 7.

Ved hjelp av oppfinnelsen oppnås det betydelige for-deler. Således eliminerer metoden ifølge oppfinnelsen vannet fra området til buen under sveisingen og reduserer derved den raske avkjølingen av sveisen, som har utgjort en ulempe i konvensjonelle metoder for sveising under vann.

Som en ytterligere fordel, sammenlignet med tørr-kammer-metodene, kan det tas i betraktning at sveisegassene dannet av elektroden, varmeisolasjonen og tettematerialet er svært varme, hvilket er fordelaktig i betraktning av kravet om å redusere avkjølingen av smeltemassene.

Oppfinnelsen blir gjennomgått nedenfor i mer detalj

ved hjelp av eksemplifiserende utførelser i samsvar med de vedlagte tegningene.

Figur 1 er et perspektivriss av ei prøveplate som

skal sveises, utstyrt med en V-fuge.

Figur 2 er et perspektivriss av en innkapsling laget

av skumgummi og åpen i bunnen.

Figur 3 er et perspektivriss av ei plate av isolasjons-materiale utstyrt med en framspringende rygg.

Figur 4 er et perspektivriss i gjennomskjæring av

en sveiseanordning ifølge oppfinnelsen.

Figur 5 er et perspektivriss av en andre sveiseanordning ifølge oppfinnelsen. Figur 6 viser en sveiseelektrode som skal brukes i anordningen vist på figur 5. Figur 7 er et perspektivriss av en tredje sveiseanordning ifølge oppfinnelsen. Figur 8 er et gjennomskåret riss i forstørret måle-stokk av sveiseanordningen vist på figur 7. Figur 9 er et gjennomskåret riss av en sveis framstilt ved hjelp av anordningen vist på figur 8. Figur 10 er et skjematisk riss av en fjerde sveiseanordning ifølge oppfinnelsen.

Eksempel 1

Plata 1 som skulle sveises var av karbon-manganstål

Fe 52D fra Messrs. Rautaruukki Oy, hvis karbonekvivalent var 0,40. I midten av plata 1, i lengderetningen, var det skåret en V-fuge ( (X= 70°, figur 1). For fyllsveising av denne fugen 2, ble det framstilt ei beskyttelsesplate i samsvar med oppfinnelsen. Den ytterste delen av plata består av en innkapsling 3 laget av skumgummi og åpen i bunnen, som vist på figur 2.

Det tomme rommet 4 pa 220x75x40 mm 3 inne i innkapslingen 3 fylles med ei plate 10 av elastisk styrefekum, som er utstyrt med et utspring 11 som passer inn i V-fugen i plata (figur 3). En endevegg 7 på innkapslingen 3 ble ved underkanten utstyrt med en sporliknende åpning 5 som utløp for sveisegassene. For at strømmene med varm gass ikke gradvis skulle brenne åpningen 5 større, ble begge endene av åpningen 5 forsterket ved hjelp av metallplater 6, hvorved det også er mulig å justere størrelsen av sporet 5 ved å skifte plata 6. Endeveggen 8 på innkapslingen 3 ble også beskyttet av ei metallplate 9 for at lysbuen og sveisegassene ikke skulle brenne hull gjennom endeveggen 8.

Da sveisingen ble startet, ble sveisetråden eller elektroden 12 først plassert på bunnen av V-fugen 2. Deretter ble ei beskyttelsesplate 10, som beskrevet ovenfor, fortrinnsvis laget av styrenskum, plassert oppå elektroden 12. Det V-formede utspringet 11 på plata 10 ble anbragt i V-fugen 2

på plata 1 som skulle sveises. Funksjonen til dette utspringet 11 var å presse sveiseelektroden 12 hardt ned til bunnen av V-fugen 2 og å fjerne alt vannet rundt elektroden 12 så fullstendig som mulig. Beskyttelsesplata 10 plassert på elek-

troden 12 ble så presset hardt ned mot plata 1 som skulle sveises. Da plata av styrenskum var laget av elastisk materiale, ble elektroden 12 presset ubetydelig inn i isolasjonsmaterialet, som begunstiget elimineringen av vannet rundt elektroden 12.

Sammentrykkingen (pil A, figur 4) ble i dette tilfellet ut-

ført ved hjelp av ei skruepresse, ikke vist, og ei pressplate 14. Deretter ble jordledningen festet til plata 1 og elektrodeholderen til lederen på tråden 12 som gikk gjennom bakveggen 8 på innkapslingen 3. Den ene enden av tråden 12 sett i åpningen 5 på den andre endeveggen 7 ble kortsluttet ved hjelp av en karbonstav, hvorved sveiseelektroden 12 begynte å brenne. Sveisegassene fra isolasjonen 10, 13 som brant rundt sveiseelektroden 12 og fra sveiseelektroden 12 selv strømmet ut ved høyt trykk gjennom den småle gassutblåsingsåpningen 5,

og forhindret derved at vannet utenfor innkapslingen 3 fulgte buen inn i innkapslingen 3. Elektroden 12 brant ut svakt før bakveggen 8 og ble så slukket av seg selv. Etter at tråden 12 hadde blitt slukket, ble gasstrykket i innkapslingen 3 redusert raskt, hvorved vannet begynte å strømme inn i innkapslingen 3 gjennom gassutblåsingsåpningen, 5 på den ene enden. Selv om det ville være i og for seg lett å blokkere gassutblåsningsåpningen 5, f.eks. ved hjelp av modellvoks,

er dette ikke nødvendig i praksis, for temperaturen i den framstilte sveisen er allerede nå redusert til godt under 500^C selv ved den andre enden av sveisen. Således har vann-kjølingen av sveisen ikke lenger noen vesentlig effekt på spredningen av hydrogen i sveisen, heller ikke kani.herde-effekter opptre lenger. Da det ikke .var vann i nærheten mens buen brant, ble ikke hydrogeninnholdet i sveisegassene høyt heller (dissosiasjonen av vann til oksygen og hydrogen innenfor området til buen var tidligere en av hovedgrunnene til den høye hydrogenkonsentrasjonen i undervannssveiser).

Ved avslutningen av sveisingen ble skruepressa

løsnet og innkapslingen 3 ble fjernet. Det ble lagt merke til at plata av styrenskum 10 inne i innkapslingen hadde nesten brent helt opp, men innkapslingen 3 av skumgummi hadde ikke tatt skade. Slagget som var dannet under sveisingen var lett å fjerne, og den framstilte sveisen var svært regelmessig og velformet, hvilket tydeligvis var et resultat av den stabile posisjonen til elektroden 12 og av regelmessig brenning som foregikk automatisk. Etter at restene av styrenskum var fjernet fra innkapslingen 3 og ei ny plate av styrenskum innsatt i posisjon, kunne den følgende strengen sveises på samme måte som den første.

Da V-fugen 2 ble fylt, ble også den effektive gassutblåsningsåpningen 5 redusert. Derfor ble gassutblåsningsåpningen 5 økt ved hjelp av metallplatene mens overflate-strengene ble sveiset.

Røntgenbildet som ble tatt seinere av sveiseplata 1 viste ingen porøsitet, ingen slaggurenheter og ingen feil ved skjøtene. De andre testene tatt fra plata 1, slike som hardhet, bøyning, og tester med fallende vekt, ga verdier tilsvarende de som oppnås på ei referanseplate som ikke var sveiset under vann.

Eksempel 2.

Butt-^sveisingen av røret 21 fant sted på en tilsvarende måte som eksempel 1. Gummiplata 23 ble nå laget så lang at den strakte seg rundt røret 1 (figur 5), og plata 33 av styrenskum ble utformet slik at den kunne presses hardt rundt røret 21. Ytterdiameteren av røret var 150 mm, slik at en normal 450 mm lang fleksibel sveiseelektrode 32 strakte seg rundt hele røret 21 (figur 6). For at det skulle være mulig å feste elektrodeholderen 16 på den andre enden av elektroden, og for at det skulle være mulig å kortslutte den ene enden av elektroden 32, matte det være igjen et rom på rundt 10 mm mellom den første og andre enden på gummiplata 23. For å lette festingen av elektrodeholderen 18, ble den åpne lederenden 35 på den andre enden av sveiseelektroden 32 bøyd vinkelrett oppover fra overflata av røret 21 (figur 6). Gummiplata 23 og laget med styrenskum 33 innenfor den ble presset rundt røret 21 ved hjelp av strammebånd 34 (figur 5) av den typen som brukes f.eks. i pakkeindustrienEi vanlig slangeklemme med skruestramming er også godt brukbar for formålet. Da sveisingen nå ble utført i alle stillinger, d.v.s. nedover, loddrett, og oppover, ble strømmen i elektroden 32 redusert med rundt 15-201 i vertikal og oppoverrettet stilling sammenlignet med nedoverrettet stilling. I de andre henseender foregikk sveisingen i samsvar med ovennevnte eksempel 1.

Eksempel 3.

Figur 7 til 9 viser en alternativ sveisemetode som benyttes til buttsveisingen av rørene 21. Ifølge metoden har et seigt materiale blitt anbragt i sveisefuge 22;f.eks. et

materiale definert i finsk patentsøknad nr. 802244. Oppå

dette materialet har en sveiseelektrode blitt anbrakt som innbefatter et belegg 43 laget av et elastisk materiale og som har ei tverrsnittform som følger tverrsnittet av fugen 22,

så vel som en kjerne 42 inne i belegget 43, der kjernen består av flere tråder. Da den er fleksibel, er en slik konstruksjon 42,43 svært hensiktsmessig. Oppå sveiseelektroden 32 har det blitt lagt et lag av styrenskum 33, og oppå dette et lag av pasta 36, som har blitt spredd på begge sidene av ytterkant-ene på fugen 22. Laget med pasta 36 er dekt med et elastisk nett 37, som holder sveiseanordningen hardt presset mot fugen 22 ved hjelp av magnetene 39 eller hvilke som helst andre presser eller bånd.

Etter at sveiseelektroden 32 er tent i samsvar med eksempel 1 og 2, danner isolasjonslaget 33 et hulrom 40 under brannforløpet (figur 9) langs hvilket de varme sveisegassene kan strømme mellom slagglaget 44 og pastalaget 36 og videre ut gjennom den ene enden av sveisen 41. Denne varme gasstrømmen forhindrer rask avkjøling av sveisen 41, hvorved hydrogenet kan slippe vekk fra sveisen 41. Ved hjelp av denne gass-strømmen, kan temperaturen på sveisen 41 holdes en stund

over det såkalte curie-punktet (>725°C).

I løsningen vist i figur 10, etter pressingen av innkapslingen mot sveiseunderlaget, kan ikke vanntrykket lenger påvirke trykket innenfor buesonen, fordi det er en tett gummi-kant innenfor kantområdet til innkapslingen. Den tynne elastiske plastikkfilmen 49 blir også presset mot kantene på innkapslingen 48 så hardt at elektroden 47 forblir tørr og isolert fra vann. Den elastiske filmen 49 forhindrer ikke automatisk tenning av elektroden 47 og påvirker ikke brenningen av buen eller kvaliteten på sveisen.

Den elastiske kula 51 som henger lengre nede gir

en svak forandring Ap i trykket gjennom slangen 52, for-at, under installasjon, filmen ikke bør presses av vanntrykket og ødelegges mot små hull som muligens er til stéde i innkapslingen 48.

Etter installasjon i en stilling, når ventilen 45 (forbundet med gassutblåsingsåpningen tidligere) er åpnet, dannes det normale atmosfæretrykket innenfor buesonen i innkapslingen 48, hvorved det ytre vanntrykket presser innkaps-

Claims (9)

1. lingen hardt mot underlaget, slik at en separat pressing med skruepresse, magnet, bånd, osv. ikke lenger er påkrevet.

   Isolasjonen i innkapslingen kan lages slik at den isteden for luft, inneholder en gass som samtidig er en vernegass for sveising. I et slikt tilfelle trenger ikke de samme kravene å pålegges strukturen til belegget på elektroden 47 som det som er nødvendig når sveisingen utføres i luft.

   Patentkrav:

   1. Framgangsmåte for buesveising under vann, ifølge hvilken metode

   - en sveiseelektrode (12,32) plasseres i sonen (2,22) som skal sveises i liggende posisjon,

   - elektroden (12,32) dekkes med en vernestruktur (3 til 11,23, 33 til 39) ,

   - elektroden (12,32) tennes slik at den, mens brenningen pågår danner den ønskede sveisen (41) i sonen (2,22) som skal sveises, og

   - en gass under trykk tillates å virke mellom elektroden (12,32) og vernestrukturen (3 til 11, 23, 33 til 39) slik at det om-liggende vannet ikke kan trenge igjennom inn til elektroden (12,32) mens elektroden brenner, karakterisert ved at

   - ei kappe (3,23) brukes som vernestruktur og omfatter et indre brennende lag laget av et lett brennende, fortrinnsvis elastisk materiale (10,33), med hvilket elektroden (12,32) er dekt, og et ytre beskyttende lag (3,23,36), fortrinnsvis laget av et fleksibelt materiale, med hvilket det brennende laget (10,33) er dekt, og festeorgan (14,37 til 39), ved hjelp av hvilket kappa (3,23) er festet fast og tett i stilling slik at sveisegassene som dannes når elektroden (12,32) og det brennende laget (10,33) brenner, forhindrer tilgang på vann til elektroden (12,32) .
2. 2. Framgangsmåte i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at et brennende lag (10,33) brukes som har blitt formet slik at det svarer til tverrsnittet av sonen som skal sveises, f.eks. fuge (2,22), på en slik måte at det presser elektroden (12,32) fast til sin posisjon, mens samtidig det i det minste delvis fyller rommet mellom elektroden (12,32) og sonen (2,22) som skal sveises.
3. 3. Framgangsmåte i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at skumplast eller polystyren brukes som det brennende laget (10,33).
4. 4. Framgangsmåte i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at gummi eller skumgummi brukes som det beskyttende laget (3) .
5. 5. Framgangsmåte i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at en såkalt vernepasta, f.eks.

   en vernepasta ifølge den finske patentsøknad nr. 802244, brukes som beskyttende lag (36), hvilket er dekt med et elastisk nett (37) som holder sveiseanordningen presset mot fugen (22) ved hjelp av festeorgan, f.eks. magneter (39).
6. 6. Framgangsmåte i samsvar med patentkrav 1 eller 5, karakterisert ved at et lag av vernepasta (15,35) anbringes mellom elektroden (12,32) og sonen (2,22) som skal sveises.
7. 7. Anordning for å utføre framgangsmåten i samsvar med patentkrav 1 for buesveising under vann, der anordningen omfatter

   - en sveiseelektrode (12,32) som skal anbringes i sonen (2,22) som skal sveises, der sidedelen av elektroden ligger an mot nevnte sone, og

   - en vernestruktur (3 til 11, 23 33 til 39), som dekker elektroden (12,32) fra toppen og fra rundt sonen (2,22) som skal sveises, karakterisert ved at vernestrukturen omfatter

   - et indre brennende lag (10,33) laget av et lett brennende, fortrinnsvis elastisk materiale, som dekker elektroden (12,32)' mot sonen (2,22) som skal sveises.

   - et ytre beskyttende lag (3,23,36) fortrinnsvis laget av et fleksibelt materiale, som dekker det brennende laget (10,33) fra toppen og rundt sonen (2,22) som skal sveises, og

   - festeorgan (14,37 til 39) for å feste vernestrukturen (3 til 11, 23,33) over og rundt sonen (2,22) som skal sveises.
8. 8. Anordning i samsvar med patentkrav 7 karakterisert ved at det beskyttende laget omfatter en kasseliknende struktur (3) som er åpen på den sida som skal plasseres mot sonen (2,22) som skal sveises og laget f.eks.

   av gummi og ménst en av dens vegger (7) er utstyrt med en åpning (5) for fjerning av sveisegassene, og det brennende laget består av en platestruktur (10) med dimensjoner som i det minste tilnærmelsesvis svarer til det innvendige rommet (4) til den kasseliknende strukturen (3) og som er laget, f.eks. av skumplast og utstyrt med et utspring (11) med et

   tverrsnitt svarende til tverrsnittet av sonen, f.eks. fugen (2,22) som skal sveises.
9. 9. Anordning i samsvar med patentkrav 7, karakterisert ved at det brennende laget og det beskyttende laget består av ett og samme lag, som er laget av en beskyttende pasta dekt med et elastisk dekkende nett (37) som holder sveiseanordningen presset mot fugen (22) ved hjelp av festeorgan, f.eks. magneter (39).