RO137506A0 - Underwater welding plant - Google Patents

Abstract

The invention refers to a power underwater welding plant to be used in humid and hyperbaric environment. According to the invention, the plant comprises a special power source (1), a compressor (3), a console (2) located on the water surface, which is equipped with a remote welding process monitoring and control panel, a system of electrical interconnection cables and hoses for compressed air and shielding gases, and it consists of a remote-controlled submersible device (5), of the tractor type with magnetic grip, with 2D movement capability, provided with an arm (6) that supports a special welding torch with local drying, which includes an LED lighting system (8), and a mini video camera (7) for monitoring the technological welding process and it further comprises an electrode-wire feeding device (4), provided with a special mechanism which is located inside a pressurized container to prevent water ingress.

Description

INSTALAȚIE PENTRU SUDARE SUBACVATICĂINSTALLATION FOR UNDERWATER WELDING

Invenția se referă la o instalație de sudare subacvatică, mecanizată în mediu umed și hiperbaric. Operațiunile de sudarea subacvatică sunt necesare în construcția podurilor metalice, a agregatelor asociate platformelor marine, la intervenții asupra conductelor submarine utilizate în transportul gazelor naturale sau a petrolului, și de asemenea la lucrări de reparații ale navelor și echipamentelor utilizate în cadrul expedițiilor de cercetare din domeniul geologiei marine.The invention relates to an underwater welding installation, mechanized in a humid and hyperbaric environment. Underwater welding operations are necessary in the construction of metal bridges, aggregates associated with marine platforms, for interventions on submarine pipelines used in the transport of natural gas or oil, and also for repair work on ships and equipment used in research expeditions in the field marine geology.

O instalație de sudare subacvatică convențională este alcătuită din următoarele componente: sursa de alimentare care este poziționată la suprafață, cablul de masă și cablul de sudare prevăzut cu un portelectrod special pentru aplicații subacvatice.A conventional underwater welding installation consists of the following components: the power source which is positioned on the surface, the ground cable and the welding cable equipped with a special electrode holder for underwater applications.

Operațiunea de sudare subacvatică se execută asemănător celei din atmosferă, în general, operațiunea de sudare are loc ca urmare a declanșării unui arc electric între electrod și piesele care urmează a fi sudate și care sunt conectate prin cablul de masă la sursa de alimentare.The underwater welding operation is performed similarly to the one in the atmosphere, in general, the welding operation takes place as a result of the initiation of an electric arc between the electrode and the parts to be welded, which are connected by the ground cable to the power source.

Sursele de alimentare pentru sudarea subacvatică în condiții hiperbarice furnizează o tensiune mai mare decât în cazul sudării la presiune atmosferică, datorită condițiilor specifice, diferite, de transfer a picăturii de metal topit, într-un mediu cu presiune mare. Sudarea manuală subacvatică este o operațiune dificilă din cauza vizibilității reduse și a riscului de electrocutare.Power supplies for hyperbaric underwater welding provide a higher voltage than atmospheric pressure welding due to the specific, different transfer conditions of the molten metal droplet in a high pressure environment. Underwater manual welding is a difficult operation due to low visibility and the risk of electrocution.

în mod obișnuit sudarea subacvatică realizată manual, utilizează surse speciale de energie electrică și electrozi pentru sudare care prezintă un înveliș special. învelișul electrozilor constă din pulberi de mai multe tipuri (rutilici,bazici sau celulozici), care este acoperit cu lacuri speciale, pentru protejarea contra umezirii.typically manual underwater welding uses special power sources and welding electrodes that have a special coating. the coating of the electrodes consists of powders of several types (rutile, basic or cellulosic), which is covered with special varnishes to protect against moisture.

Lucrările de sudare subacvatică manuală cu electrozi înveliți presupune un timp de execuție relativ mare, care conduce la creșterea duratei de submersie a scafandrului sudor. Motivul principal al creșterii duratei de lucru îl constituie timpul necesar pentru schimbarea electrozilor și reluarea operației de sudare. Reluarea operației de sudare presupune îndepărtarea prealabilă a zgurii și reluarea procesului de amorsare a arcului electric.Manual underwater welding work with coated electrodes requires a relatively long execution time, which leads to an increase in the underwater time of the welder. The main reason for the increase in working time is the time required to change the electrodes and resume the welding operation. The resumption of the welding operation requires the prior removal of the slag and the resumption of the electric arc priming process.

Un alt aspect specific al acestui tip de lucrări de sudare este prezența unei tensiuni electrice relativ mari, de mers în gol a sursei de alimentare, până la amorsarea arcului electric, care poate conduce la accidente prin electrocutare a operatorului. Sudarea subacvatică în mediu umed mai prezintă și pericolul apariției hidrogenului în îmbinarea sudată, situație care poate conduce la fisurarea, la rece, a sudurii. în cazul în care sudarea se execută subacvatic, dar cu utilizarea unui clopot hiperbaric, mediul fiind în acest caz uscat, se evită acumularea hidrogenului și se asigură astfel o calitate superioară a sudurii.Another specific aspect of this type of welding work is the presence of a relatively high electric voltage, idling the power supply until the electric arc starts, which can lead to accidents by electrocution of the operator. Underwater welding in a wet environment also presents the danger of hydrogen appearing in the welded joint, a situation that can lead to cold cracking of the weld. if the welding is performed underwater, but with the use of a hyperbaric bell, the environment being in this case dry, the accumulation of hydrogen is avoided and thus a higher quality of the weld is ensured.

Se cunosc astfel de instalații de sudare subacvatică care rezolvă o parte din dificultățile prezentate anterior, care utilizează însă echipamente complexe care conduc la o fiabilitate scăzută și un preț de cost ridicat. Astfel, în brevetul US4039798A se prezintă o instalație de sudare subacvatică, care însă are nevoie de o cameră de aer (clopot), de mare dimensiune, pentru a menține condiții de sudare în mediu uscat.Such underwater welding installations are known which solve some of the difficulties presented above, but which use complex equipment leading to low reliability and a high cost price. Thus, patent US4039798A presents an underwater welding installation, which however needs a large air chamber (bell) to maintain welding conditions in a dry environment.

De asemenea, există și o instalație care realizează sudarea subacvatică prin procedeul MIG/MAG cu uscare locală. O astfel de instalație de sudare subacvatică este compusă din: sursa specială de curent pentru sudare, dispozitiv de avans al sârmei electrod, pistolet special penrtu sudare, cabluri de interconectare și furtunuri pentru alimentarea cu gaze de protecție și pentru crearea camerei (clopotului) pentru uscare locală.There is also a facility that performs underwater welding using the MIG/MAG process with local drying. Such an underwater welding installation is composed of: special welding current source, electrode wire advance device, special welding torch, interconnecting cables and hoses for supplying shielding gases and creating the chamber (bell) for drying local.

Această abordare presupune însă utilizarea unui pistolet de sudare special care generează conuri de aer comprimat, amestec de gaze de protecție și apă, sub presiune, pentru crearea unui mediu relativ uscat, în zona băii de sudare.This approach, however, requires the use of a special welding torch that generates cones of compressed air, a mixture of protective gases and water, under pressure, to create a relatively dry environment in the welding bath area.

Dezavantajul principal al acestei instalații constă în dificultatea în urmărirea de către operatorul-scafandru, a procesului de sudare, din cauza turbulențelor generate de bulele de gaz.The main disadvantage of this installation is the difficulty in following the welding process by the diver-operator, due to the turbulence generated by the gas bubbles.

Sursa specială de curent este un invertor cu ieșire de curent continuu DC, cu o caracteristică U-l rigidă.Transformatorul care asigură conversia de tensiune este este unul cu miez din ferită de mare frecvență și putere. Frecvența de comutație este de circa 18-30 kHz.Puterea transformatorului din invertor este de 25kVA.Tranzistoarele care asigură comutarea fluxului magnetic prin miezul de ferită sunt de tipul IGBT.The special current source is an inverter with DC direct current output, with a rigid U-l characteristic. The transformer that ensures the voltage conversion is one with a ferrite core of high frequency and power. The switching frequency is around 18-30 kHz. The power of the transformer in the inverter is 25kVA. The transistors that ensure the switching of the magnetic flux through the ferrite core are of the IGBT type.

Tensiunea de ieșire a invertorului este de 40-60 VDC în gol (regim fără sarcină), curentul furnizat de sursă este, de obicei, în domeniul 10-450 A, la o durată activă (DA) de 60%, la un ciclu de 10 minute.The output voltage of the inverter is 40-60 VDC at no-load (no-load mode), the current supplied by the source is typically in the range 10-450 A at 60% duty cycle (DU) Ten minutes.

în vederea realizării operației de sudare, se pregătește rostul de sudare (adică poziționarea pieselor în vederea sudării), se cuplează la sursa de curent, atât pistoletul de sudare prin intermediul dispozitivului de avans al sârmei electrod,cât și piesele ce urmează a fi sudate, prin intermediul cablului de masă.in order to carry out the welding operation, the welding joint is prepared (that is, the positioning of the parts for welding), both the welding torch and the parts to be welded are connected to the power source by means of the advance device of the electrode wire, through the ground cable.

Prin acționarea pistoletului de sudare se declanșează arcul electric și în același timp se inițiază avansul sârmei electrod. Aceste manevre sunt precedate de pornirea pompei de apă, a aerului comprimat sau a gazului de protecție, în cazul în care nu se folosește sârmă electrod cu autoprotecție, în vederea creării atât a mediului uscat pentru a face posibilă sudarea, dar și pentru a evita reacțiile de oxidare. După încheierea operației de sudare se oprește avansul sârmei electrod, iar după răcirea băii de sudare se oprește și gazul de protecție.By operating the welding torch, the electric arc is triggered and at the same time the advance of the electrode wire is initiated. These maneuvers are preceded by turning on the water pump, compressed air or shielding gas, if no self-shielding electrode wire is used, in order to create both a dry environment to make welding possible, but also to avoid reactions of oxidation. After finishing the welding operation, the advance of the electrode wire is stopped, and after the welding bath has cooled down, the shielding gas is also stopped.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția propusă, constă în eliminarea inconvenientului reprezentat de lipsa de vizibilitate pe timpul sudării și reducerea timpului de lucru, în condiții de submersie, pentru scafandrul care poziționează echipamentul pe piesele ce urmează să fie sudate.The technical problem that the proposed invention solves, consists in eliminating the inconvenience represented by the lack of visibility during welding and reducing the working time, under submerged conditions, for the diver who positions the equipment on the parts to be welded.

Instalația conform invenției revendicate, înlătură dezavantajele arătate mai înainte prin aceea că, are în alcătuire un dispozitiv submersibil telecomandat tip tractor cu prindere magnetică, cu capacitate de mișcare 2D, prevăzut cu un braț ce susține pistoletul de sudare cu uscare locală, care include un sistem de iluminare cu LED, și o minicameră video pentru urmărirea procesului tehnologic de sudare.The installation according to the claimed invention removes the disadvantages shown above in that it consists of a tractor-type remote-controlled submersible device with magnetic grip, with 2D movement capacity, equipped with an arm that supports the welding torch with local drying, which includes a system of LED lighting, and a mini video camera for watching the technological process of welding.

Instalația conform invenției revendicate, mai cuprinde un dispozitiv de avans al sârmei electrod, prevăzut cu un mecanism special care se află în interiorul unui container presurizat pentru a evita pătrunderea apei.The installation according to the claimed invention also comprises a device for advancing the electrode wire, provided with a special mechanism that is inside a pressurized container to avoid water ingress.

Avantajele soluției propuse constau în:The advantages of the proposed solution consist in:

- Realizarea unei proces de sudare caracterizat printr-o acuratețe sporită datorită faptului că permite monitorizarea și poziționarea în timp real a pistoletului de sudare;- Realization of a welding process characterized by increased accuracy due to the fact that it allows real-time monitoring and positioning of the welding torch;

- Reducerea semnificativă a duratei de timp pentru staționarea în submersie a scafandrului, deoarece acesta trebuie doar să poziționeze echipamentul pe piesele ce urmează să fie sudate, procesul propriu-zis de sudare fiind executat prin telecomandă de la consola aflată la suprafață.- Significant reduction of the time required for the diver to stay underwater, because he only has to position the equipment on the parts to be welded, the actual welding process being performed by remote control from the console on the surface.

Se dă, în continuare un exemplu de realizare a instalației de sudare în legătură cu Figura 1 care reprezintă schița de ansamblu a instalației.Next, an example of the welding installation is given in connection with Figure 1 which represents the overall sketch of the installation.

Astfel, în Figura 1 este prezentată schița de ansamblu a instalației de sudare care cuprinde: sursă specială de curent (1), consolă (2) prevăzută cu un pupitru de monitorizare și comandă, compresor (3),dispozitiv de avans a sârmei electrod (4), dispozitiv de deplasare submersibil telecomandat (5) tip tractor cu prindere magnetică, pistolet special de sudare cu uscare locală (6), prevăzut cu minicameră video (7) și sistem de iluminare cu LED (8),piesa de sudat (9), precum și o pompă de apă (10).Thus, Figure 1 shows the overall sketch of the welding installation, which includes: special current source (1), console (2) equipped with a monitoring and control desk, compressor (3), electrode wire advance device ( 4), submersible remote-controlled moving device (5) tractor type with magnetic grip, special welding torch with local drying (6), equipped with mini video camera (7) and LED lighting system (8), welding part (9) ), as well as a water pump (10).

Operațiunea de sudare cu instalația propusă se desfășoară după cum urmează.The welding operation with the proposed installation is carried out as follows.

în vederea începerii lucrărilor de sudare se va poziționa, de către un scafandru, dispozitivul de deplasare submersibil telecomandat tip tractor 5 cu prindere magnetică, pe una dintre piesele ce urmează a fi sudate. Operatorul aflat la suprafață, prin intermediul consolei 2, de comandă și control, va manevra dispozitivul de deplasare submersibil telecomandat 5 tip tractor, poziționând în permanență arcul electric în rostul de sudare.in order to start the welding works, a diver will position the tractor-type 5 remote-controlled submersible movement device with magnetic grip on one of the parts to be welded. The operator on the surface, by means of the command and control console 2, will operate the tractor-type remote-controlled submersible movement device 5, permanently positioning the electric arc in the welding joint.

Această consolă 2 de control, este în legătură cu pistoletul special de sudare cu uscare locală 6, ce înglobează o minicameră video 7 și o instalație de iluminare cu LED 8, care vor oferi o vizibilitate corespunzătoare a zonei de lucru.This control console 2 is connected to the special welding torch with local drying 6, which includes a mini video camera 7 and an LED lighting installation 8, which will provide a proper visibility of the work area.

Prin această procedură se va controla, de către un operator, în mod permanent, întreaga operațiune de sudare.Through this procedure, an operator will permanently control the entire welding operation.

Pentru realizarea lucrărilor de sudare subacvatică se va folosi ca material de aport o sârmă electrod tubular cu autoprotecție. Acest tip de sârmă electrod tubular, conține in interior un amestec de pulberi speciale (flux), care asigură protecția împotriva reacțiilor de oxidare la nivelul băii de sudare. JTo carry out the underwater welding works, a tubular electrode wire with self-protection will be used as input material. This type of tubular electrode wire contains a mixture of special powders (flux) inside, which ensures protection against oxidation reactions at the level of the welding pool. J

De asemenea, se poate utiliza și sârmă plină sau tubulară de diferite tipuri.Solid or tubular wire of various types can also be used.

Dispozitivul de avans al sârmei - electrod este alcătuit dintr-un recipient în care se află mecanismul de avans și bobina de sârmă electrod. Acest recipient este prevăzut cu două mufe de racord etanșe, una pentru conectarea pistoletului de sudare, iar cealaltă pentru interconectarea sursei de sudare și a echipamentelor aflate la suprafață (consola de comandă și urmărire a procesului de sudare, compresor, pompa de apă, instalația pentru gazul de protecție, cablurile de alimentare și comandă a dispozitivului de deplasare submersibil telecomandat tip tractor cu prindere magnetică și a dispozitivului de avans al sârmei electrod).The wire advance device - electrode consists of a container in which the advance mechanism and the coil of electrode wire are located. This container is equipped with two watertight connection plugs, one for connecting the welding torch and the other for interconnecting the welding source and the equipment located on the surface (control console and monitoring of the welding process, compressor, water pump, installation for the shielding gas, the power and control cables of the tractor-type remote-controlled submersible travel device with magnetic grip and the advance device of the electrode wire).

Pentru a împiedica pătrunderea apei în dispozitivul de avans al sârmei electrod, prin interiorul recipientului se introduce gazul de protecție sau aerul comprimat, pentru păstrarea unei suprapresiuni.In order to prevent water from entering the advance device of the electrode wire, protective gas or compressed air is introduced through the inside of the container to maintain an overpressure.

Uscarea locală, adică asigurarea unui spațiu lipsit de apă, în zona arcului electric, se face prin crearea, cu ajutorul unui compresor 3, a unei camere de protecție locale, cu aer, de forma unui clopot, susținut de un clopot de apă sub presiune asigurată de pompa de apă 10.Local drying, i.e. ensuring a water-free space, in the area of the electric arc, is done by creating, with the help of a compressor 3, a local protection chamber, with air, in the shape of a bell, supported by a water bell under pressure provided by the water pump 10.

Pentru a proteja împotriva pătrunderii apei în dispozitivul de avans al sârmei electrod 4 este necesară pornirea compresorului 3 al instalației de aer comprimat înainte ca operatorul să intre în submersie. Cablul de masă se va fixa de piesa de sudat 9, prin intermediul unui clește și este realizat din cupru multifilar flexibil, cu o secțiune de 70mm².To protect against water entering the electrode wire advance device 4 it is necessary to start the compressor 3 of the compressed air system before the operator enters the submersion. The ground cable will be fixed to the welding part 9, by means of pliers, and is made of flexible multifilar copper, with a section of 70mm ² .

Dispozitivul de deplasare submersibil telecomandat 5 tip tractor cu prindere magnetică are în dotare pistoletul special de sudare cu uscare locală 6.The remote-controlled submersible moving device 5 type tractor with magnetic grip is equipped with the special welding torch with local drying 6.

Pistoletul special de sudare cu uscare locală 6 este conectat la dispozitivul de avans al sârmei electrod printr-un furtun care conține o tresă de cupru prin care trece un tub flexibil pentru ghidarea sârmei electrod.The special welding gun with local drying 6 is connected to the advance device of the electrode wire through a hose containing a copper braid through which a flexible tube passes for guiding the electrode wire.

Acest pistolet special de sudare cu uscare locală 6 are un corp principal compus din două camere cu aer comprimat.o cameră de apă, aflată între cele două camere de aer, o sursă de iluminare cu LED 8, precum și o minicameră video 7 pentru urmărirea procesului de sudare.This special local drying welding torch 6 has a main body composed of two compressed air chambers, a water chamber, located between the two air chambers, an LED lighting source 8, as well as a mini video camera 7 for tracking the welding process.

Sârma electrod este de tip tubulară cu autoprotecție. în cazul în care nu poate fi folosit acest tip de sârmă, se va folosi sârmă plină sau tubulară adecvată tipului de material din care sunt confecționate piesele ce urmează a fi sudate. în această situație, în prima cameră pentru aer comprimat se va folosi gaz de protecție.The electrode wire is of the tubular type with self-protection. if this type of wire cannot be used, solid or tubular wire suitable for the type of material from which the parts to be welded are made will be used. in this situation, shielding gas will be used in the first compressed air chamber.

Furtunul pentru aer comprimat, este armat cu un material textil pentru a se asigura flexibilitatea mișcărilor în procesul de sudare.The compressed air hose is reinforced with a textile material to ensure flexibility of movements in the welding process.

Instalația propusă este destinată lucrărilor de reparații ale structurilor metalice submerse ca de exemplu: picioare de pod, platforme de foraj marine, bordaje de nave, conducte pentru transportul de gaze sau petrol, diferite instalații sau construcții portuare.The proposed installation is intended for the repair work of submerged metallic structures such as: bridge piers, marine drilling platforms, ship sides, pipelines for the transport of gas or oil, various installations or port constructions.

Claims (2)

1. Instalația pentru sudare subacvatică, care cuprinde o sursă specială de curent (1), un compresor (3), o consolă (2) aflată la suprafață, care este prevăzută cu un pupitru de monitorizare și comandă de la distanță a procesului de sudare,un sistem de cabluri electrice de interconectare și furtunuri pentru aer comprimat și gaze de protecție, este caracterizată prin aceea că are în alcătuire un dispozitiv submersibil telecomandat (5) tip tractor cu prindere magnetică, cu capacitate de mișcare 2D, prevăzut cu un braț ce susține un pistolet special de sudare cu uscare locală (6), care include un sistem de iluminare cu LED (8), și o minicameră video (7) pentru urmărirea procesului tehnologic de sudare;1. The installation for underwater welding, which includes a special power source (1), a compressor (3), a console (2) located on the surface, which is equipped with a desk for monitoring and remote control of the welding process , a system of interconnecting electrical cables and hoses for compressed air and protective gases, is characterized by the fact that it consists of a remote-controlled submersible device (5) type tractor with magnetic grip, with 2D movement capability, provided with an arm that it supports a special welding torch with local drying (6), which includes an LED lighting system (8), and a mini video camera (7) for watching the welding technological process; 2. Instalație conform revendicării 1, este caracterizată prin aceea că mai cuprinde un dispozitiv de avans al sârmei electrod (4), prevăzut cu un mecanism special care se află în interiorul unui container presurizat pentru a evita pătrunderea apei.2. Installation according to claim 1, characterized in that it also includes a device for advancing the electrode wire (4), provided with a special mechanism that is inside a pressurized container to avoid water penetration.