NO763404L - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte ved undervannssveising.

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte ved buesveising under vann.

Med den økning av "offshore"-industrien man har i dag er det blitt vesentlig å gjøre det mulig å utføre sveiser under vann med en standard som tilfredsstiller nasjonale og internasjonale anerkjente sveisestandarder.

Forsøk er blitt gjort på å sveise under vann uten å foreta noen trekk for å beskytte sveisebuen for vann. Dette har ikke lykkes, delvis fordi vann [som går inn (i buen blir dissosiert og det hydrogen som således dannes oppløses i sveisesmelten. Den hurtige kjølevirkning for vannet på det varme sveisemetall danner hårde martensitiske strukturer i den varme-påvirkede sone (HAZ) som er følsom for hydrogenindusert sprekk-ing, særlig i forbindelser som er utsatt for påkjenninger.

Det er blitt foreslått å hindre vann i å tre inn i buen ved å bruke en sveisebrenner med en dyse som er beregnet på å danne et beskyttende ringformet teppe av vann som er av-standsplasert fra sveisebuen. Med dette utstyrstykke er det foreslått å benytte en halvautomatisk sveisemetode med en forbrukbar sveisetråd og en beskyttelsesgass innbefattende en stor andel argon eller karbondioksyd. Denne metode er beskrevet i "Journal of the Japan Welding Society", 1974, sidene 23 - 30

og sidene 131 - 146.

Når det imidlertid er krevet å variere vinkelen for sveisebrenneren i forhold til arbeidsstykket, som ved manuelt betjent GMA-sveising, kan vannteppebeskyttelsen ikke forhindre relativt store mengder vann i å komme frem til buen. Dessuten vil røk som utvikles av den forbrukbare sveisetråd ha en tendens til å bli inngrenset i bueområdet av vannteppet og derved alvorlig påvirke sveiserens sikt mot buen.

Det er alternativt foreslått å benytte i fuktigheten en dekket sveisetråd eller en fast sveisetråd med en beskyttelsesgass under vann uten noe vanhteppe. Bruken av en fast sveisetråd med en beskyttelsesgass er vanlig, såkalt GMA-sveising.

Slike forslag er fremlagt i flere publikasjoner, f. eks. av

M. L. Levin i "Marine Technology", vol. 4, nr. 3, juni 1973, sidene 73 - 77, og av I. M. Savitch i "International Conference," Welding in Offshore Constructions", 26. - 28. februar 1974, dok. nr. 20, sidene 217 - 220.

Hva sistnevnte tilfelle angår har ingen vestlige for-søk vært istand til å gjenta de påståtte resultater. Tilfreds-stillende sveisinger kan oppnås under vann ved bruk av halvautomatisk GMAW ved under vann å danne et fast kammer, forskyvning av vann fra kammeret ved å føre gass inn i det og så sveise ved hjelp av den vanlige GMA-prosess på kortslutningsmåten som be-nytter en fast sveisetråd. En slik prosess er beskrevet i U.S. patent nr. 3.876.852. M. L. Levin i "Welding in the Sea1, . Marine Technology", vol. 4, nr. 3, juni 1973, sidene 73 - 77

viser også til bruk av halvautomatisk MIG-sveising i et gassfylt kammer under'-vann for å oppnå toppkvalitet for sveisene.

Han fastslår spesielt at sveiseelektroden ikke bør ha noe fluss-middel. P. L. J. Leder og F. W. Luran viser i en artikkel i "Australian Welding Journal" 18, nr. 5, sidene 149 - 159, sep-tember-oktober 1974 også til GMA-sveising under vann, denne gang i et lite håndholdt gassfylt kammer med transparente vegger .

Man har overraskende funnet at til tross for de ovenfor nevnte publikasjoner for bruk av en halvautomatisk GMA-buesveiseprosess (dvs. fast sveisetråd) i det kammer som inneholder gass i de foran nevnte publikasjoner ofte ikke gir skik-kelig sveisemetall, og det er ofte en dårlig sammensmelting mellom sveisemetallet og det hosliggende metall, dvs. sveisemetallet stivner før en riktig sammensmelting med det omgivende metall.

Det er en hensikt med foreliggende oppfinnelse å til-veiebringe en fremgangsmåte for buesveising under vann som er overlegen overfor GMA-sveiseprosessen med fast sveisetråd, når den benyttes i et sveisekammer som inneholder gass.

I henhold til oppfinnelsen er det tilveiebragt en fremgangsmåte for buesveising under vann innbefattende trinnene med tilførsel av gass til et fast sveisekammer som er plasert under vann for å danne en gassformet omgivelse rundt området hvor sveisemetallet skal utfelles og tilmåting av en kontinuerlig forbrukbar buesveisetråd til området hvor sveisemetallet skal utfelles, hvilken tråd omfatter en rørformet slire som inneholder en kjerne som innbefatter pulverformet metall.

Fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse gjør det mulig med buesveising under vann i sveisestillinger som avviker fra en flat stilling og hvor det oppnås en god sammensmelting. Man er av den oppfatning at innesluttingen av metallpulver i kjernen gjør det mulig med sveising i andre still-inger enn en flat stilling. Fremstillingen av et viskøst slagg hjelper også i kontrollen av sveisesmelten. Man tilskriver de gode sveiseegenskaper til den relativt store bueenergi (Joule/ mm) som frembringes av de flussmiddelbelagte elektroder.

Sveisetråden kan mates til det valgte område av en mateinnretning som er forbundet i krets med en kraftkilde som er egnet for vanlig halvautomatisk buesveising.

Kraftkilden kan ha en flat eller synkende karakteri-stikk .

En synkende spenningskarakteristikk er vist på fig. IA på tegningene. Det fremgår at helningen (spenning/strøm) til spenning-strømkurven avtar ^synker) kontinuerlig med øket strøm. Hvis den benyttes med denne type kraftkilde, vil trådmateren være forbundet, i serie med dem.

En synkning i spenningen bevirket av bevegelse av elektroden nærmere til arbeidsstykket vil resultere i at det blir en reduksjon i hastigheten med hvilken tråden mates til brenneren som benyttes av sveiseren. Følgelig vil det bli en reduksjon i hastigheten f oi1 utfelling av sveisemetall. Tilsvarende, hvis sveiseren beveger spissen av elektroden bort fra arbeidsstykket som sveises, vil det bli en økning i spenningen og en tilsvarende økning i hastigheten med hvilken tråden mates til sveisepistolen. På denne måte kan forandring i spenningen i hvert fall delvis kompenseres ved automatisk innstilling av hastigheten med hvilken tråden mates til sveiseområdet.

Fordelaktig kan et vanlig system benyttes med tråd-mating med en konstant hastighet fra en uavhengig drevet trådmater. I dette tilfelle bør det benyttes en kraftkilde med en likestrømsutgang og en relativt flat spenning-strømkarakteri-stikk, som vist på fig. IB. Dette system er velkjent for halvautomatisk inertgassveising og følgelig er driftsforholdene ikke nærmere beskrevet her.

For å danne den gassformede omgivelse benyttes et fast kammer. Kammeret kan delvis eller helt fremstilles av et transparent materiale som er utformet for å passe til den konstruksjon som skal sveises. Den øvre del av kammeret er festet og avtettet mot den konstruksjon som skal sveises.

Basisen til sveisekammeret er fortrinnsvis latt åpen for å muliggjøre for sveiseren å innsette sveisebrenneren i det indre av kammeret gjennom gass/vannskilleflaten, mens han iakttar sveisingen gjennom de transparente vegger. For å danne tørre gassformede omgivelser i kammeret, innføres en inert gass under trykk i kammeret og forskyver vannet som til å be-gynne med er inne i kammeret. Fortrinnsvis er sveisekammeret utstyrt med innretninger for uttrekking av røk som utsendes fra den dekkede elektrodetråd under sveisingen. Dette forhindrer en oppbygging av røk som vil hindre sveiserens sikt mens han sveiser. Røkuttrekningsinnretningen kan omfatte en ledning med en ende i forbindelse med det indre av kammeret,(h^is kammeret har en åpen basisdel,og dens andre ende er ved et nivå tilstrekkelig over og utenfor kammeret til at forskjellen mellom trykket ved den høyere ende og den nedre ende danner et sug som er tilstrekkelig til å trekke røken fra tråden inn i ledningen og ut av kammeret. Denne røkuttrekningsinnretning er mer fullstendig beskrevet i britisk patent nr (søknad nr. 47499/75). Hvis ønsket kan lengden til ledningen i kammeret være utformet av fleksibel slange og kan ha et utvidet munn-stykke som kan være festet til konstruksjonen som sveises, f. eks. ved hjelp av en magnet. Ved denne innretning kan munnen plaseres nær der hvor røken dannes for å muliggjøre at røken suges ut før den fyller kammeret. Denne røkuttrekningsinnret-ning er mer fullstendig beskrevet i britisk patent nr (søknad nr. 16205/76) .

I en alternativ utførelsesform for røkuttreknings-innretninger benyttes en blåser eller vifte for å suge røkfylt gass ut av kammeret, føre det gjennom et filter og tilbakeføre den filtrerte gass til kammeret. Denne røkuttrekningsinnretning er mer fullstendig beskrevet i britisk patent nr (søknad nr. 28421/76).

Sveisekammeret er fortrinnsvis tilstrekkelig stort til at en sveiser-dykker kan arbeide inne i det. Hvis det er det, er det ikke behov for at veggene skal være av transparent materiale, selv om de delvis kan konstrueres av et slikt materiale .

En egnet kraftkilde for bruk ved fremgangsmåten iføl-ge oppfinnelsen markedsføres under betegnelsen MNR 400 (BOC Limited). En egnet trådmater markedsføres under betegnelsen "Lynx Universal" (BOC Limited).

Særlig foretrukket kjernesveisetråd for bruk ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er de som selges under betegnelsen "Innershield". Denne elektrode gir den fordel at den er egnet for bruk i "ut-av-stilling" buesveising (noen ganger betegnet som "positional"). Denne elektrode gir også fordelen av å kunne danne en uvanlig stor mengde varme. Dette hjelper til å eliminere i hvert fall delvis bråkjølingsvirkning på sveisesmelten ved lave omgivelsestemperaturer som er forbundet med undervannssveising, og store varmestrømmer forbundet med de relativt tykke metallseksjoner som ofte benyttes i offshore-konstruksj oner.

De gode varmedannende egenskaper til "Innershield"-elektrodene skyldes deres innbefatning av minst et sterkt deoksydasj onsmiddel.

Uttrykket "sterkt deoksydasjonsmiddel" benyttes her for å indikere et metall hvis reaksjon med oksygen er betydelig mer eksotermisk enn reaksjonen mellom jern og oksygen. For å unngå tvil skal det bemerkes at mangan og silikon, selv om de benyttes meget i sveiseelektroder som deoksydasjonsmidler, ikke her betegnes som "sterke deoksydasjonsmidler". De følgende metaller klassifiseres her som sterke deoksydasjonsmidler: magnesium, aluminium, zirkon, barium og litium. Metaller, såsom kalcium, er teoretisk sett egnet for bruk som "sterke deoksydasjonsmidler", men har en tendens til å reagere så lett og vold-somt med oksygen i fuktighet at vanskeligheter i lagring, hånd-tering og fremstilling av en elektrode som innbefatter disse stoffer umuliggjør deres bruk som sterke oksydasjonsmidler, da dette enten ville være risikabelt eller uegnet eller begge deler. Por noen metaller, f. eks. kalcium, er det antatt at noen av vanskelighetene som er nevnt ovenfor kan reduseres ved dannelse av en legering av metall med typisk jern.

Foretrukne sterke deoksydasjonsmidler er aluminium

og magnesium.

"Innershield"-elektroder inneholder også, såvidt man vet, kalciumfluorid, bariumfluorid (denne forbindelse gir opp-hav til et viskost slagg), en litiumforbindelse og jernoksyd.

Det antas at andre flussmiddelbelagte elektroder som inneholder metalliske sterke deoksydasjonsmidler vil være særlig egnet for bruk ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Det er også ønskelig at elektroden bør inneholde buestabiliserende salter, f. eks. salter av alkalimetaller og sjeldne jordarter.

Elektroder for bruk ved fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse kan også inneholde uorganiske slaggdanneh-de eller flussmiddelforbindelser i deres kjerne. I1 tillegg kan de inneholde pulverformede legeringsmetaller, såsom nikkel.

På tegningens fig. 2 er det skjematisk vist et appa-rat for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, hvor en likestrømskilde 2 er forbundet i serie med motoren 4 til en neddykkbar trådmateenhet 6. Trådmateenheten inneholder også et trekkeelement 8 og en trådspole 10, hvilke komponenter sammen med motoren er plasert i et vanntett hus 12. Motoren 4 er forbundet med kraftkilden 2 ved hjelp av en ledning 14 som går gjennom et rør 16. Navnlerøret 16 inneholder også en be-skyttelsesgassledning 18 som er forbundet med en kilde 20 av beskyttelsesgass, og en ledning 22 som er forbundet med en kilde 23 med gass som er beregnet for bruk ved dannelsen av en loka-lisert "tørr" omgivelse under vann. Omgivelsen vil riktignok ikke være tørr, da det uuSigålig vil være tilbake noe vanndamp.

Fra trådmateenheten 5 transporterer en fortsettelse av navnlerøret 16 gassledningen 18 og den flussmiddelbelagte sveisetråd egnet for ut-av-stilling sveising til en sveisebrenner 24 som er plasert i et sveisekammer 40 av hvilket en vegg 42 er transparent. Den øvre vegg til kammeret har fen fleksibel ' avtetning 30 langs sin kontur, festet til denne, mens bunnen av kammeret er åpen mot sjøen. Ledningen 22 fører fra huset 12 til den øvre vegg av kammeret 40.

Ved drift holdes kammeret 40 mot et arbeidsstykke 32 med sin form, f. eks. ringformet, eller ved å holde innretningen f. eks. med magneter, og arbeidsstykket er forbundet direkte til kraftkilden 2. Trådmateenheten 6 er plasert under vann så nær som mulig til området hvor sveisemetallet skal utfelles. Kraftkilden 2 sammen med kildene for beskyttelsesgass og også en kontrollenhet (ikke vist) for styring av gasstrømmen og sveise-parametrene er plasert over vannflaten. Kraftkilden 2 og trådmateenheten 12 tilføres energi og tilførselen av gasser fra kildene 20 og 2:3 påbegynnes når dykkeren^sveiseren er klar. Gassen fører fra kilden 23 inn i kammeret 40 og forskyver sjøvann fra innsiden av kammeret gjennom bunnen av dette. Dykkeren/ sveiseren innsetter sin brenner i de lokale tørre eller gassformede omgivelser som således er tilveiebragt.

Claims (16)

1. Fremgangsmåte for buesveising under vann, karakterisert ved at det tilføres gass til et fast sveisekammer som er plasert under vann for dannelsen av en gassformet omgivelse rundt det område hvor sveisemetall skal utfelles og at det mates en kontinuerlig forbrukbar buesveisetråd til området hvor sveisemetall skal utfelles, idet tråden omfatter en rørformet slire som inneholder en kjerne som innbefatter metallpulver.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som metallpulver benyttes jern.

3- Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at metallpulveret omfatter minst ett sterkt deoksydasjonsmiddel (som definert i beskrivelsen).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at det benyttes aluminium som et sterkt deoksy-das j onsmiddel .

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved at det benyttes magnesium som et sterkt deoksydasj onsmiddel.

6. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 3 - 5, karakterisert ved at kjernen inneholder kal-siumf. luorid.

7. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 3 - 6, karakterisert ved at kjernen inneholder bariumfluorid.

8. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 3 - 7, karakterisert ved at kjernen inneholder et salt av et alkalimetall og/eller salt av en sjelden jordart.

9- Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 3 - 8, karakterisert ved at kjernen inneholder en forbindelse av litium.

10. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 3 - 9, karakterisert ved at kjernen inneholder pulver av et legeringsmetall.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at legeringspulveret er nikkel.

12. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av de foranstå-ende krav, karakterisert ved at sveisekammeret har en åpen basisdel.

13- Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at kammeret er tilstrekkelig stort til at en sveiser/dykker kan arbeide inne i det.

14. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av de foranstå-ende krav, karakterisert ved at røk som utsendes fra sveisetråden trekkes ut fra eller på annen måte bevir-kes til å føres ut av sveisekammeret.

15.. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av de foranstå-ende krav, karakterisert ved at tråden mates til buen med en trådmater som er forbundet i serie med en kraftkilde med en synkende spenning/strømkarakteristikk.

16. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 1 - l4£ karakterisert ved at sveisetråden mates til buen med en konstant hastighet av trådmateren, idet sveise-strømmen tilføres av en kraftkilde med en flat spenning/strøm-karakteristikk .