Trockenschweißverfahren

Nachdem Sie diesen Artikel gelesen haben, lernen Sie die Methode des Trocken-Unterwasserschweißens anhand geeigneter Diagramme kennen.

Beim trockenen Unterwasserschweißen ist die zu schweißende Stelle von einer Kammer bedeckt, aus der Wasser unter Druck ausgeschlossen ist. Das Schweißen, das so durchgeführt wird, ist ähnlich dem, das unter Freiluftbedingungen durchgeführt wird, mit der Ausnahme, dass die Dämpfe und Gase, die beim Schweißprozess erzeugt werden, die geschlossene Umgebung beeinflussen. Es ist jedoch möglich, qualitativ hochwertige Schweißnähte herzustellen, die den Röntgen- und Codeanforderungen entsprechen. Außerdem kann das Schweißen viel schneller durchgeführt werden, was zu erheblichen Einsparungen führt.

Es gibt zwei Hauptvarianten des trockenen Unterwasserschweißens:

(i) trockenes Unterwasserschweißen bei einer Atmosphäre und

(ii) Trockenes Unterwasserschweißen bei hyperbarem Druck.

Bei der ersten Technik wird der Arbeitsbereich, in dem sich das Werkstück und die Werkzeuge befinden, trocken gehalten und auf normalem Atmosphärendruck gehalten. Dies geschieht normalerweise in einem U-Boot oder unter Verwendung eines Druckbehälters. Das Schweißen erfolgt wie in einer Werkstatt, es ist lediglich ein besonderes Verfahren aufgrund des beengten Arbeitsraums und der Folgemaßnahmen für elektrische Sicherheit, Schadgase und Staub erforderlich.

Bei der zweiten Technik wird der zu schweißende Bereich von einer Kammer mit einem Druck bedeckt, der etwas höher als der umgebende Wasserdruck ist. Dies geschieht in einer offenen Bodenkammer oder einem Lebensraum. Abb. 22.5 zeigt den Aufbau für das Überdruckschweißen einer Rohrleitungsverbindung.

Abb. 22.5 Aufbau für hyperbare Schweißnahtverbindungen

Abhängig von der Größe der Kammer gibt es zwei Unterschiede beim Trocken-Unterwasserschweißen, d. H. Einer festen Kammer und einer beweglichen Kammer. Im ersteren ist die Kammer dauerhaft an der Stelle fixiert, bis die Arbeit abgeschlossen ist, und dann wird der gesamte Aufbau abgebaut, während der letztere beweglicher ist, wobei der Bediener die gesamte Kammer zusammen mit sich selbst an den gewünschten Ort bewegt. Ersteres ist daher für größere Jobs sinnvoller und letzteres für kleinere.

In der heutigen Praxis wird praktisch nur trockenes Unterwasserschweißen im Offshore-Bereich durchgeführt, nicht nur, weil es die gewünschte Qualität der Schweißnähte liefert, sondern auch weil die einzige Technik, die in tiefen Gewässern eingesetzt werden kann, ist. Die meisten Offshore-Arbeiten werden derzeit zwar in einer maximalen Tiefe von etwa 300 m durchgeführt, es wird jedoch erwartet, dass sie bis zur Jahrhundertwende für Tiefen bis zu 1000 m erforderlich sein wird.

Die Prozesse, die derzeit für die meisten trockenen Unterwasserschweißen verwendet werden, umfassen SMAW, GTAW und GMAW. Der SMAW ist wegen der großen Menge an Rauch und Dämpfen, die während des Betriebs erzeugt werden, wenig beliebt, was die Verwendung eines umfangreichen Luftbewegungs-, Filter- und Kühlsystems erfordert.

GTAW wird unter Wasser hauptsächlich zur Herstellung von Rohrverbindungen verwendet. Die erzeugten Schweißnähte sind von Röntgenqualität, aber Hochfrequenzversorgungen, die zur Lichtbogenauslösung und Wartung verwendet werden, funktionieren in Tiefen über 100 m nicht. Das Problem wird durch Berührungsstart überwunden, was jedoch zum Einschluss von Wolfram führen kann.

Obwohl inertes Helium für GTAW nicht geeignet ist, da es die Wolframelektrode ernsthaft erodiert und das Starten des Lichtbogens bei hohen Drücken schwierig ist. Obwohl Argon für GTAW Helium überlegen ist, ist es doppelt so narkotisch wie Stickstoff und kann daher nicht als Kammergas verwendet werden. Um dieses Problem zu lösen, wird eine in Fig. 22.6 dargestellte Doppelstruktur-Edelstahldrahtbürstendüse mit Doppelstruktur sowohl für GTAW- als auch für GMAW-Verfahren verwendet.

Das GMAW-Verfahren scheint das größte Potenzial für trockenes Unterwasserschweißen zu bieten. Es ist relativ schnell und kann für alle Positionsschweißungen verwendet werden. Bei diesem Verfahren wird im Allgemeinen eine Stromquelle mit einer flachen Volt-Ampere-Charakteristik verwendet. Als Schutzgas werden Helium, Argon, Argon + 2% O 2 oder Argon + 5% CO 2 verwendet. Argon und Stickstoff verursachen eine Narkose, während Helium atmungsaktiv ist und daher als Kammergas bevorzugt wird.

Wenn Helium als Schutzgas verwendet wird, führt dies bei gleicher Lichtbogenlänge zu einer höheren Lichtbogenspannung, wodurch das Problem der Lichtbogenauslösung verursacht wird. Da Helium jedoch ein sehr guter Wärmeleiter ist, führt dies zu einer höheren Drahtschmelzrate bei tieferem Eindringen und breiteren Schweißperlen. Helium ist jedoch viel kostspieliger als Argon und beschleunigt auch die Abkühlgeschwindigkeit der Schweißnaht. CO 2 -Gas kann zur Abschirmung in geringer Tiefe verwendet werden. In größeren Tiefen wird ein Argon + CO-Gemisch zur Abschirmung verwendet, und die besten Ergebnisse scheinen mit 95% Argon- und 5% CO 2 -Gasgemisch erzielt zu werden.

Normalerweise arbeiten Schweißer für kurze Zeit zu einer Zeit, die zu häufigen Unterbrechungen und damit zu Verzögerungen bei der Arbeitsausführung führt. Für längere Arbeitszeiten wird eine Sättigungstauchtechnik eingesetzt. Bei dieser Technik werden die Körpergewebe eines Tauchers so hergestellt, dass die Gleichgewichtslöslichkeitsgrenzen erreicht werden, die als Sättigung des Inertgases bekannt sind.

Nach dem Sättigen kann der Taucher-Schweißer über einen längeren Zeitraum (z. B. Wochen oder Monate) in einem Lebensraum auf demselben Druck gehalten und für den normalen Betriebszyklus verwendet werden, bis er einen Dekompressionszyklus durchführt, wodurch die Zeit zwischen den Tauchgängen verkürzt wird und effizientes Schweißen ermöglicht wird Operation.

Die Nachteile des Sättigungstauchsystems sind die Anforderungen der zusätzlichen Ausrüstung, der Taucherunterstützungsmannschaft und der Unterstützung in Bezug auf die Lebenserhaltung (einschließlich Telefonkommunikation, Fernsehen, Videokameras für kontinuierliche Beobachtung, Lebenserhaltungsatmosphäre für die Besatzung und Wohnräume). Start und Erholung der Taucher; All dies führt zu hohen Betriebskosten.

Für die meisten Sättigungstaucharbeiten besteht die Atmungsatmosphäre der Besatzungsmitglieder aus etwa 90 bis 95% Helium und 5 bis 10% Sauerstoff, und dieses Gleichgewicht muss genau eingehalten werden.

Der Taucher-Schweißer muss besondere Sicherheitsvorkehrungen für das Unterwasserschweißen gegen eingeschlossene Gase in den zu schweißenden Teilen treffen. Diese Gase sind normalerweise reich an Wasserstoff und Sauerstoff, die beim Zünden explodieren können.