DE19713701A1 - Verfahren zum Entwickeln von Kompressionsrestspannung in korrosionsbeständigen Stählen und Superlegierungen auf Nickelbasis und Reparatur von Spannungskorrosionsrisssen durch Schweißen unter Wasser - Google Patents

Description

Diese Erfindung ist auf eine beträchtliche Verringe­ rung der restlichen Zugspannung und eine Förderung restli­ cher Kompressionsspannung in korrosionsbeständigen Stählen und Superlegierungen auf Nickelbasis gerichtet. In einem anderen Aspekt ist die Erfindung auf das Verhindern der Be­ schädigung solcher Legierungen gerichtet, die durch Span­ nungskorrosionsrisse, Helium-Versprödung und Heißrisse ver­ ursacht wird. Mehr im besonderen betrifft die Erfindung die Anwendung direkten bzw. leitenden Abschreckens, um die Aus­ bildung restlicher Kompressionsspannung zu fördern, um eine Rißbeschädigung bei Strukturen zu verhindern, die aus riß­ empfindlichen Legierungen konstruiert sind.

Diese Erfindung ist auch auf das Schweißen von korro­ sionsbeständigen Stählen und Superlegierungen auf Nickelba­ sis gerichtet. Mehr im besonderen betrifft die Erfindung die Anwendung eines Schweißens mit übertragenem Lichtbogen unter Wasser zur Reparatur und zur Verhinderung einer Be­ schädigung von Strukturen durch Spannungskorrosion und Hit­ zereißen, die aus rißempfindlichen Legierungen konstruiert sind.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Thermisches Schweißen schließt das lokale Erhitzen der Verbindungsstelle zwischen den beiden Abschnitten ein, die verbunden werden sollen, und dies verursacht ein lokales Schmelzen der Verbindungsstelle und irgendwelchen Füll­ stoff-Metalles, das zu der Verbindungsstelle hinzugegeben wird. Die Schweißnaht resultiert aus der Erstarrung dieses geschmolzenen Materials. Dieses lokale Erhitzen verursacht nicht nur ein lokales Schmelzen, sondern auch eine Ausdeh­ nung der Metalle, die benachbart dem Schweißbad liegen. Dieser Ausdehnung folgt ein Zusammenziehen während des Ab­ kühlens. Der beim Schweißen auftretende Temperatur-Gradient führt somit zu einem Gradienten der thermischen Ausdehnung, und dies führt zur Entwicklung von Restspannungen. Diese Spannungen werden als Restspannungen bezeichnet, weil sie als ein Rest der Schweißoperation vorhanden sind. Sie be­ finden sich in den geschweißten Materialien, d. h., es sind keine äußeren Zugkräfte erforderlich. Diese Spannungen sind in dem erstarrten Schweißmetall und in der die Schweißstel­ le umgebenden, wärmebeeinflußten Zone (HAZ) vorhanden. In konventionellen Schweißnähten sind diese Spannungen im all­ gemeinen Zugspannungen innerhalb der Schweißstelle und der HAZ. Diese werden, weiter von der Schweißstelle entfernt, im allgemeinen zu Kompressionsspannungen, doch ist die Grö­ ße der Kompressionsspannung im allgemeinen geringer als die Größe der Zugspannung. Die Gesamtkräfte müssen ausgeglichen sein, wobei dies dadurch bewerkstelligt wird, daß höhere, lokale Zugspannungen durch Kompressionsspannungen ausgegli­ chen werden, die zwar eine geringere Größe haben, sich aber über ein größeres Volumen erstrecken.

Die Größe und Verteilung dieser Restspannungen wird durch die der Schweißstelle zugeführte Wärme, die Geometrie der geschweißten Abschnitte, die Wärmeeigenschaften der ge­ schweißten Materialien und die Wärmeübertragung aus der Schweißstelle und der HAZ bestimmt. Der genaue Wärmegradi­ ent hängt von dem Ausgleich der beim Schweißen zugeführten Wärme und der Rate ab, mit der diese Wärme entfernt wird. Die Grenzbedingung, die beim konventionellen Schweißen in Betracht gezogen wird, geht davon aus, daß diese Wärme durch Leitung in die kälteren Volumina umgebenden Metalles entfernt wird, d. h., solche Volumina, die weiter von der Schweißstelle der geschweißten Materialien entfernt sind.

Es wird relativ wenig Wärme durch Strahlung aus der Schweißstelle und der HAZ oder durch Leitung durch das Gas entfernt, das mit der äußeren Oberfläche der Schweißstelle und der HAZ in Berührung steht. Die hier offenbarte Erfin­ dung ändert dies und verursacht die Entwicklung relativ großer Kompressions-Restspannungen innerhalb der Schweiß­ stelle und der HAZ. Dies kann durch Ausführen des Schwei­ ßens unter Wasser oder einem anderen Medium erfolgen, das zum Abschrecken der Schweißstelle und der HAZ benutzt wer­ den kann. Das Wasser wirkt nun als ein Leitungsmedium, das Wärme sehr wirksam von der Oberfläche der Schweißstelle und der HAZ entfernt. Diese geänderte Wärmeströmung führt zur Entwicklung von Kompressionsspannungen in der Schweißstelle und der HAZ. Dies ist wichtig, weil die Entwicklung dieser Kompressionsspannungen das Hitzereißen oder He-Reißen ver­ hindern kann, das sich beim Abkühlen der Schweißstelle ent­ wickelt, oder die Spannungsrißkorrosion, die nach dem Schweißen auftritt, wenn die Schweißstelle und die HAZ Be­ dingungen ausgesetzt sind, die ein solches Reißen fördern.

Das Hitzereißen resultiert aus der Einwirkung von Zug­ spannungen auf die erstarrende Schweißstelle. Eine Schweiß­ stelle erstarrt im allgemeinen nicht bei einer einzigen, definierten Temperatur. Wenn man nicht mit einem sehr rei­ nen, einzelnen Element oder einzelnen Verbindungsmaterial befaßt ist, findet die Erstarrung über einen Temperaturbe­ reich statt. Während der Erstarrung verursacht das Zusam­ menziehen, das während der Erstarrung oder aufgrund der Temperaturabnahme auftritt, die Entwicklung von Spannungen. Wenn diese Spannungen auf ein erstarrendes Material einwir­ ken, dann verursachen sie die Entwicklung von Hitzerissen.

Dies ist der Fall, weil die vorhandene Flüssigkeit eine Zugspannung nicht aufnehmen kann. Dieses Reißen kann ver­ hindert werden, wenn statt Zug- Kompressionsspannungen ent­ wickelt werden.

Die Helium-Versprödung tritt auch aufgrund der Einwir­ kung von Zugspannungen auf, die während des Abkühlens ent­ wickelt werden, und sie kann ebenfalls dadurch verhindert werden, daß Kompressions- statt Zugspannungen entwickelt werden. Die Helium-Versprödung ergibt sich aus der Entwick­ lung internen Heliums, das durch Kernstrahlung erzeugt wird. Diese Erscheinung verhindert die erfolgreiche Repa­ ratur-Schweißung auf bestrahlten Materialien. Die Entwick­ lung von Kompressionsspannungen macht diese Reparaturen möglich.

Die Entwicklung von restlichen Kompressionsspannungen kann auch die Spannungsrißkorrosion (SCC) mildern. Wie der Name sagt, erfordert doe Spannungsrißkorrosion die Einwir­ kung von Spannung, und Restspannung kann eine wichtige Quelle dieser Spannungen sein. SCC entwickelt sich nach dem Schweißen, wenn die Schweißstelle und die HAZ einem geeig­ neten Medium ausgesetzt sind. Sie kann verhindert werden, wenn man dafür sorgt, daß keine Zugspannungen in Gegenwart dieses Mediums wirken. Die Neigung zur SCC kann daher mini­ miert werden, wenn statt restlicher Zugspannungen restliche Kompressionsspannungen entwickelt werden.

Es wurde nun festgestellt, daß die Reparatur von Be­ schädigungen durch Spannungsrißkorrosion durch Plasma­ schweißen mit übertragenem Lichtbogen in Wasser ausgesetz­ ten Teilen von Kernreaktoren und ähnlichen Vorrichtungen und Strukturen durch Ausführen des Schweißverfahrens unter Wasser möglich ist. Das Schweißverfahren umfaßt das Ein­ richten der erforderlichen Bedingungen, das Bilden eines Schweißbades aus geschmolzenem Metall, das Abkühlen des Schweißbades zur Bildung einer metallurgischen Bindung zwi­ schen benachbarten, nicht geschmolzenen Zonen und das Ab­ schrecken der Schweißstelle auf eine Umgebungstemperatur unterhalb des Schmelzbereiches. Das Schweißbad kann aus ei­ nem verträglichen Legierungs-Füllstoffmetall gebildet wer­ den, das in Pulver- oder Drahtform oder autogen vom repa­ rierten Substrat zugeführt wird. Die Berührung des abküh­ lenden Schweißbades mit dem umgebenden Wasser schafft Wär­ meströmungs-Charakteristika, die Zugspannungen verringern und die Entwicklung von Kompressionsspannungen fördern.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Es ist klar, daß sich zahlreiche Vorteile aus der Ent­ wicklung von Kompressions- statt restlicher Zugspannungen ergeben, und diese Erfindung erzeugt diese günstigen Span­ nungen. Diese Spannungen werden entwickelt, wenn das Schweißen unter Wasser unter Einsatz einer lokalen Aus­ schlußvorrichtung ausgeführt wird, die das Wasser von dem geschmolzenen Schweißbad fernhält. Wenn sich der Schweiß­ brenner bewegt, gibt er die Schweißstelle frei, die zu die­ sem Zeitpunkt erstarrt ist. Trotzdem wird die Wärmeübertra­ gung weg von der Schweißstelle und der HAZ durch Ausführen des Schweißens unter Wasser geändert, und dies verursacht die Entwicklung der Kompressionsspannungen.

Dieses Schweißen unter Wasser kann in einer geringen oder großen Tiefe ausgeführt werden, weil die Ausschlußvor­ richtung auf gerade oberhalb des Umgebungsdruckes gebracht ist. Der Nutzen kann mit oder ohne Einsatz von Füllstoffme­ tall erzielt werden. Es kann konventionelles Füllstoffme­ tall oder spezielles Füllstoffmetall eingesetzt werden, das das Hitzereißen, die He-Versprödung oder SCC mildert.

Es wurde nun gefunden, daß das Plasmaschweißen mit übertragenem Lichtbogen (PTA) unter Wasser eingesetzt wer­ den kann, um Kompressionsspannungen zu entwickeln und da­ durch Hitzereißen, He-Versprödung zu verhindern und SCC zu mildern. Es wurde eine Ausschlußvorrichtung benutzt, die bis zu einem Niveau unter Druck gesetzt wurde, die etwa 24 m (80 feet) Wasser äquivalent war. Dies erfolgte, um Repa­ ratur-Schweißungen in einem Kernreaktor zu ermöglichen, oh­ ne daß das Wasser abgelassen wird, was die Entfernung des Kernbrennstoffes und die Benutzung einer Abschirmung erfor­ dern würde, um die abschirmende Wirkung des Wassers zu er­ setzen. Das Schweißen erfordert die richtige Einrichtung eines Schweißbades, das richtige Verbinden des Schweißbades und der zu verbindenden Materialien und die rißfreie Er­ starrung des Schweißbades. Dies unter Wasser auszuführen erfordert den Gebrauch einer lokalen Ausschlußvorrichtung, um Wasser von dem geschmolzenen Schweißbad fernzuhalten, während es sich in flüssigem Zustand befindet. Dieses Schweißbad kann autogen für die verbundenen Materialien oder mit Füllstoffmetall gebildet werden, das in das Schweißbad in Pulver- oder Drahtform oder als ein Blech oder Draht eingeführt werden kann, der vor dem Schweißen in der Verbindungsstelle abgelegt wird.

Das Verfahren dieser Erfindung benutzt die Schmelz­ schweiß- oder Plattierungstechnik, um Zugspannungen zu ver­ ringern und die Bildung restlicher Rompressionsspannungen in dem geschmolzenen und wiedererstarrten Metall und be­ nachbart der wärmebeeinflußten Zone des behandelten Mate­ rials zu entwickeln. Bei der Ausführung der Erfindung wird durch eine geeignete Wärmequelle, wie einen Schweißbrenner, innerhalb einer geschützten Ausschlußzone, aus der die Um­ gebung ausgeschlossen ist, ein lokal geschmolzenes Schweiß­ bad gebildet. Die Ausschlußvorrichtung ist am Brenner oder einer anderen wärmezuführenden Vorrichtung befestigt und bewegt sich damit. Während sich der Brenner und die Aus­ schlußvorrichtung entlang dem Pfad bewegen, beginnt sich das Schweißbad abzukühlen, und während er sich aus der ge­ schützten Zone bewegt, ist die Schweißstelle der Umgebung ausgesetzt, die als ein Abschreckmedium wirkt. Das Ab­ schreckmedium kühlt die obere Oberfläche der Schweißstelle und die wärmebeeinflußte Zone des behandelten Materials rasch ab. Die Wärme wird aus der geschmolzenen Schweißstel­ le und dem umgebenden Material durch Leitung über das Ab­ schreckmedium statt durch Konvektion, wie beim konventio­ nellen Luftschweißen, abgeführt. Etwas Wärme wird durch Wärmeströmung innerhalb der behandelten Materialmasse abge­ führt. Die hauptsächliche Wärmeströmung für das Verfahren dieser Erfindung erfolgt jedoch durch das Abschreckmedium. Die Wirkung dieser Wärmeströmung ist die Bildung von Kom­ pressionsspannung in der Schweißstelle und der nahen, wär­ mebeeinflußten Zone.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist eine auseinandergezogene Querschnittsan­ sicht eines Brenners und der Flüssigkeits-Ausschlußvorrich­ tung, die eine Flüssigkeit-Ausschlußzone schafft,

Fig. 2 ist eine auseinandergezogene Querschnittsan­ sicht einem Pulver-Zerteilers mit einer Entlüftungsröhre,

Fig. 3 ist eine Gesamtansicht eines Zufuhrsystems für Pulvermaterial,

Fig. 4 veranschaulicht einen beispielhaften Einsatz der Erfindung und von Bedingungen, die zur Erzeugung be­ ständiger Kompressionskräfte in einer Schweißstelle genü­ gen,

Fig. 5 ist eine graphische Darstellung der in einer Schweißstelle und umgebendem Material bei unterschiedlichen Abständen von der Schmelzlinie der Schweißstelle in einer Richtung parallel zur Achse der Schweißstelle entwickelten Restspannungen,

Fig. 6 ist eine graphische Darstellung der in einer Schweißstelle und umgebendem Material in unterschiedlichen Abständen von der Schmelzlinie der Schweißstelle in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche der Schweißstelle ent­ wickelten Restspannungen und

Fig. 7 ist eine schematische Zeichnung eines Plasma­ systems mit übertragenem Lichtbogen und Drahtzuführung unter Wasser.

Die Zeichnungen zeigen allgemein die Ausrüstung, die benutzt oder modifiziert werden kann, um die Erfindung aus­ zuführen.

Fig. 1 zeigt einen Schweißbrenner 10, z. B. einen übertragenen Plasma-Lichtbogen, der im folgenden manchmal als ein PTA-Brenner bezeichnet wird, eine Gaslinse 14 und eine Querschnittsansicht einer becherförmigen Vorrichtung 16 zum Ausschluß von Flüssigkeit, die in der vorliegenden Erfindung brauchbar ist.

Brenner mit übertragenem Plasma-Lichtbogen und Gaslin­ sen sind im Stande der Technik bekannt. Obwohl die Erfin­ dung im Hinblick auf ein Plasmaschweißen mit übertragenem Lichtbogen beschrieben wird, ist das Konzept der Entwick­ lung von Kompressions-Restspannungen durch Unterwasser­ schweißen auf andere Arten von Schweißvorichtungen anwend­ bar, wie Laser-, Wolfram-Inertgas (WIG)- und Metall-Inert­ gas (MIG)-Schweißen.

Der PTA-Brenner 10 in Fig. 1 schließt Elektroden ein, denen für die Aufrechterhaltung eines Schweiß-Lichtbogens geeignete Spannung und Strom zugeführt werden, und einen Gaseinlaß 11 zur Aufnahme einer Gasströmung, die der Regu­ lierung der Gestalt des durch den Lichtbogen entwickelten Plasmas dient. Dieses Gas wird im allgemeinen in eine soge­ nannte Plasma-Mittelgasströmung um die mittlere Elektrode herum zur Zufuhr von Gas zum Plasma und eine sogenannte Ab­ schirm- bzw. Schutzgas-Strömung unterteilt, die normaler­ weise die Oxidation des Schmelzbades und der HAZ verhindern soll, und hier zusätzlich Umgebungs-Gase oder Flüssigkeiten bei umgebenden, hydrostatischen Drucken ersetzen und zur Aufnahme des Umfanges des Plasmas dienen soll. Diese Gas­ strömungen werden durch eine Gaslinse einer kommerziell er­ hältlichen Art, deren Einzelheiten im allgemeinen für die Ausführung der Erfindung nicht wichtig sind, modifiziert und in die unmittelbare Nähe des Lichtbogen-Plasmas gerich­ tet. Die Gaslinse ist mit einem (nicht gezeigten) Gewinde versehen, das zu einem Gewinde 15 auf dem PTA-Brenner paßt, um den Ersatz und Austausch zu erleichtern. Schweißmateri­ alien in Form eines Pulvers können an den Einlässen 12, die Teil des Systems gemäß der Erfindung bilden, die weiter un­ ten detaillierter erläutert werden wird, eingeführt werden.

Die Ausschlußvorrichtung 16 gemäß der Erfindung ist in ähnlicher Weise an Gaslinse oder Brenner mit passendem Ge­ winde 19, das auf einem Montagekragen 18 ausgebildet ist, befestigt. Der Körper 19 der Ausschlußvorrichtung 16 kann konisch oder allgemeiner zylindrisch sein, wie erforder­ lich, um eine Endabmessung A von etwa 2,5 bis etwa 7,5 cm (1-3 inches) zu schaffen. Diese Abmessung A schafft eine Ausschlußregion, die größer als die Länge des Schweißbades ist. Die Erstarrung der Schweißstelle sollte innerhalb der Ausschlußregion beginnen. Das Aussetzen der Schweißstelle gegenüber dem umgebenden Wasser tritt nach Beginn der Er­ starrung des Schweißbades ein. Die Abmessung A ist daher ein wichtiger Aspekt der Erfindung zur Entwicklung einer Kompressionskraft innerhalb der Schweißstelle.

Hinsichtlich des Ausschlusses von Umgebungs-Flüssig­ keiten ist die Abmessung A nicht kritisch, sondern sie sollte, als eine praktische Sache, nicht so groß sein, eine schwere Topologie zu umfassen, an die sich der Rand 20 nicht anpassen kann, oder einen Umfang einer solchen Länge zu schaffen, die eine größere Fläche zum Entweichen von Gas bildet, was größere Gasvolumina erfordern würde, um den Flüssigkeits-Ausschluß aufrechtzuerhalten. Die Minimalgröße sollte Beschädigung durch die Hitze des Schweißprozesses und ein zu rasches Abschrecken der Schweißstelle (z. B. den Kontakt der Flüssigkeit mit dem geschmolzenen Schweißbad) vermeiden.

Der Zweck des Körpers 19 der Ausschlußvorrichtung 16 ist es, eine günstige Geometrie auf die Ausschlußregion zu setzen, die sonst gegen die hohen, hydrostatischen Drucke nicht aufrechterhalten werden kann. Bei hohen, hydrostati­ schen Drucken gestattet das Zusammenfallen von Gasblasen in der Nähe des Lichtbogens ein außerordentlich rasches Ein­ dringen von Flüssigkeit zum Lichtbogen, so daß dieser nicht zuverlässig aufrechterhalten werden kann. Gleichzeitig ist es erwünscht, daß turbulente oder eine hohe Geschwindigkeit aufweisende Gasströmungen in der Nähe des Lichtbogens und des Werkstückes vermieden werden.

Der Rand 20 kann aus gewebtem Metall bestehen, das am distalen Ende der Ausschlußvorrichtung durch Punktschweißen befestigt ist, um ein Anpassen an die Oberfläche des Werk­ stückes und die Schweißnaht oder die Plattierung beim Her­ stellen der Schweißnaht zu gestatten, und das Entweichen von Gasen durch den Körper 19 der Ausschlußvorrichtung 16 mittels relativ kleiner Öffnungen 21 zu gestatten, die gleichmäßig über den Körper 19 verteilt sind. Der Durch­ messer der Öffnungen ist nicht kritisch, solange das Ent­ weichen von Gas gegen den hydrostatischen Druck genügend beschränkt ist, um einen Gasdruck innerhalb der Ausschluß­ vorrichtung aufrechtzuerhalten und die Öffnungen im wesent­ lichen durch Gasblasen zu füllen. Alternativ kann der Kör­ per 19 aus engen draht- oder faser-förmigen Elementen her­ gestellt werden, die gewebt oder montiert werden können, und die ein weiteres Anpassen an die Oberfläche des Werk­ stückes und der Schweißstelle ergeben. Das Entweichen von Gasen durch die Öffnungen oder Räume zwischen Drähten oder Fasern ersetzt Flüssigkeiten, die ansonsten durch den hy­ drostatischen Druck nach innen gedrückt werden würden. Die Begrenzung des Gases durch die Ausschlußvorrichtung 16 ge­ stattet auch, daß die Ausschlußzone zuverlässig mit einem verringerten Gasströmungs-Volumen aufrechterhalten wird, indem man einen Druck über dem umgebenden, hydrostatischen Druck bis zu Wassertiefen aufrechterhält, die mehr als etwa 24 m (80 Fuß) betragen, indem man die Pfade begrenzt, durch die Gas aus der Ausschlußvorrichtung entweichen kann.

Es sollte auch klar sein, daß, während die Ausschluß­ region durch eine Kombination aus dem Plasma-Mittelgas und dem Abschirmgas aufrechterhalten werden kann, das mögli­ cherweise zu einem gewissen Grade durch das Pulver tragende und transportierende Gas ergänzt wird, eine separate Gas­ zufuhr für die Ausschlußvorrichtung selbst geschaffen wer­ den kann. Der Gebrauch einer Ausschlußvorrichtung, wie oben beschrieben, braucht daher keine besonderen Beschränkungen für die Gaszufuhren zu setzen, die für den Betrieb des Schweißbrenners geschaffen werden. Während der Einsatz ei­ nes PTA-Brenners derzeit bevorzugt ist, kann der Gebrauch einer Ausschlußvorrichtung gemäß der Erfindung auch bei irgendeiner anderen Hitzequelle, einschließlich Sauerstoff-, Acetylen- und Kohlenstoff-Lichtbogen-Brennern und Wolfram- Inertgas-Brennern und Gas-Metall-Lichtbogenbrennern sowie oben beschriebenen Plasmabrennern erfolgen. Es sollte je­ doch klar sein, daß die grundlegende Erfindung, wie sie oben beschrieben ist, überhaupt nicht von der Verwendung eines pulverförmigen Schweißmaterials abhängt, wie es oben angegeben ist, und ein bevorzugtes Zufuhrsystem dafür gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiter unten beschrieben, während die Erfindung unter Einsatz konventioneller Schweiß­ stäbe durch kontinuierliche Zufuhr der Schweißlegierung in Draht- oder Pulver-Form oder durch autogenes Bilden des Schweißbades aus den Substraten oder Körpern, die mitein­ ander verschweißt werden, ausgeführt werden kann.

Fig. 2 zeigt eine modifizierte Y-Vorrichtung 30 als einen Pulver-Zerteiler mit einem oder zwei Zufuhrschläu­ chen. Die Y-Vorrichtung ist ähnlich Vorrichtungen, wie sie normalerweise am Boden von Pulver-Trichtern mit Schwer­ kraftzufuhr montiert werden würden, die etwa 90 cm (3 Fuß) oder weniger während des Schweißens über dem Brenner ange­ ordnet sind. Wie gezeigt, ist die Y-Vorrichtung jedoch durch Vergrößern des inneren Hohlraumes 31 und Schaffung eines Loches 32 in der Zufuhrseite der Vorrichtung modifi­ ziert, an der ein Rohr 33 befestigt ist. Diese Modifikati­ onen können erleichtert werden durch Ausbilden der Y-Vor­ richtung in zwei Abschnitten 30a, 30b, die, wie gezeigt, aneinandergeschraubt und mit einer O-Ringdichtung 34 abge­ dichtet sind. Diese modifizierte Y-Vorrichtung wird vor­ zugsweise dicht oberhalb des Brenners montiert. Pulver kann durch den Schlauch 39, der an mit Widerhaken versehenen Einrichtungen befestigt ist, die am unteren Ende der Y- Vorrichtung montiert sind, dem Brenner zugeführt werden.

Durch den Einsatz einer modifizierten Y-Vorrichtung 30 kann eine kontrollierte Menge der Gasströmung für den Pul­ vertransport durch das Loch 32 und das Rohr 33 abgelassen werden, was eine sehr viel größere Gas-Strömungsrate für den Pulvertransport als für das in den Brenner eintretende Gas gestattet. Die so geschaffene Schwerkraftzufuhr vom Zerteiler kann zur Zufuhr von Pulver zum Brenner genügen, wenn der Druck innerhalb des Zerteilers den Druck innerhalb des Brenners oder der Ausschlußregion, wie sie durch die Ausschlußvorrichtung 16 gebildet wird, ausgleicht, so daß es einen rückwärtigen Gasstrom vom Brenner zum Zerteiler nicht gibt. Zur Regulierung der Materialströmung wird es jedoch für bevorzugt angesehen, wenn ein relativ geringes Gasvolumen vom Zerteiler zum Brenner gedrückt wird, um die Pulverzufuhr dorthin zu erleichtern. In jedem Falle können das Volumen und die Geschwindigkeit des Gases, das in die Düse gedrückt wird, leicht auf Niveaus verringert werden, die die Hitzequelle nicht signifikant verziehen und das Bilden einer einzelnen Zugnaht gestatten. Es sollte auch klar sein, daß das Prinzip des Ableitens zusätzlicher Gas­ strömung, das zur Erleichterung des Pulvertransportes be­ nutzt wird, auf einen Trichter irgendeiner Größe angewendet werden kann. Ein kleiner Trichter, der nahe oder auf dem Brenner montiert wird, ist jedoch bevorzugt, da er die Vor­ teile geringer Abstände zur Schweißstelle und einer größe­ ren, potentiellen Verringerung der Gasströmung zum Brenner in Verbindung mit einer guten Pulverzufuhr und der Möglich­ keit aufweist, so konstruiert werden zu können, daß er ho­ hen inneren oder äußeren Drucken widersteht. Die geringe Größe ist besonders geeignet, da die vorhandenen Vorrich­ tungen modifiziert werden können, die Funktion einer ver­ besserten Pulverzufuhr ohne eine signifikante Verzerrung der Wärmequelle zu schaffen.

Ein repräsentatives Pulver-Transportsystem ist in Fig. 3 veranschaulicht. Pulver-Schweißmaterial wird durch den Schlauch 35 zu dem Verteilungsblock 30, der vorzugswei­ se in einem Inertgas hohen Druckes und großer Strömungsge­ schwindigkeit eingehüllt ist, der Y-Vorrichtung transpor­ tiert. Das abgelassene Transportgas, das eine gewisse Menge Pulver enthält, gelangt durch die Entlüftungsleitung 33a zu einem Schwerkraft-Pulverseparator oder -kollektor 36. Die Abtrennung von Restpulver aus dem Gas kann durch den Einbau eines Ablenkbleches 36a verbessert werden. Zur Sicherheit kann auch ein Druckentlastungs-Ventil vorgesehen sein, das zusätzlich einen zu großen Gasdruckaufbau in der Y-Vorrich­ tung 30 verhindert, der die Gasströmung zum Brenner erhöhen würde. Man läßt abgetrenntes Gas zum oberen Abschnitt des Pulver-Separators und -Kollektors 36 durch einen Wasser­ dampf-Filter 37 und ein Strömungs-Meßgerät 38 strömen, so daß der Unterschied in der Menge des Transportgases ober­ halb der zulässigen, entweichenden Gasmenge reguliert wer­ den kann. Dieser Unterschied zwischen Transport- und Abgas- Strömung wird dem Brenner zugeführt, um die Pulverzufuhr und die Aufrechterhaltung der Ausschlußregion zu unterstüt­ zen.

Eine Ausschlußregion kann aufrechterhalten werden und Pulver-Schweißmaterial kann einem Brenner zugeführt werden, der bei solchen hydrostatischen Drucken arbeitet, ohne daß die Wärmequelle verzerrt wird, was zu Schweißstellen hoher Qualität führt. Zusätzlich wurde festgestellt, daß das Schweißen unter Wasser, das durch diese Strukturen erleich­ tert wird, Kompressions-Restspannungen in Schweißstellen erzeugen kann, was das Heißreißen, Helium-Reißen und die Spannungsrißkorrosion verringert. Der Mechanismus der ver­ ringerten Reißkraft beruht auf der Existenz beständiger Kompressionskräfte innerhalb der Schweißnaht und benachbar­ ten Regionen des durch die Hitze beeinflußten Materials.

Die zur Entstehung einer Kompressionsspannung erfor­ derliche Hitze ist erwartungsgemäß eine Funktion des Mate­ rials und der relativen Abmesungen der Ausschlußvorrich­ tung. Die Ausschlußvorrichtung, die zur Erzeugung von Kom­ pressionskräften benutzt wurde, wirkt am deutlichsten bei Wärmezufuhren, die allgemein 1,0 kJ/mm der Schweißstelle übersteigen. Diese Wärmezufuhr ist eine Funktion des Durch­ messers der Ausschlußvorrichtung.

Fig. 4 veranschaulicht das Herstellen einer Schweiß­ stelle unter Bedingungen, die zum Erzeugen von Kompressi­ ons-Restspannungen und die Verhinderung des Heißreißens und der Spannungsrißkorrosion genügen. Das Schweißen im unter­ getauchten Zustand ist schematisch durch einen Flüssigkeit enthaltenden Tank 40 ähnlich dem abgebildet, der bei expe­ rimentellen Versuchen der Erfindung benutzt wurde, der aber ansonsten für die Ausführung der Erfindung nicht nötig ist. Der Brenner 10 mit der Leitung 11 zu Zufuhr von Inertgas, der Gaslinse 14 und einer Ausschlußvorrichtung 16 ist be­ nachbart der Oberfläche 41 angeordnet, an der die Schwei­ ßung vorgenommen werden soll, so daß sich das Plasma 42 bis zu dieser Oberfläche erstreckt. Es sollte klar sein, daß die Ausschlußvorrichtung 16 nicht notwendig ist, ausgenom­ men in beträchtlichen Tiefen, die großen hydrostatischen Druck verursachen, und daß eine Ausschlußregion von etwa der gleichen Größe 43 durch die Gasströmung allein geschaf­ fen werden könnte. Andererseits könnte der bei den experi­ mentellen Versuchen der Erfindung benutzte Tank unter Druck gesetzt werden, um Tiefen von mehr als etwa 24 m (80 Fuß) zu simulieren, wo die Ausschlußvorrichtung 16 notwendig wäre. Schweißmaterial wird durch den Schlauch 35 dem Ver­ teilungsblock 30 der Y-Vorrichtung zugeführt und abgelasse­ nes Transportgas tritt durch den Schlauch 33a nach Druck- und Strömung-Regulierung und Pulver-Trennung, wie oben er­ läutert, aus. Pulverisiertes Schweißmaterial wird durch Schläuche 39 zum Brenner 10 transportiert, wie ebenfalls oben erläutert. Unter der Annahme eines Plasmabrenners mit übertragenem Lichtbogen wird elektrische Leistung durch die elektrischen Verbindungen 44 dem Brenner 10 und dem Werk­ stück 41 zugeführt.

Um eine Schweißstelle herzustellen, wird Inertgas durch den Schlauch 11 zugeführt, um eine Ausschlußregion zu entwickeln, einen Lichtbogen im Brenner 10 zu entzünden, der der Oberfläche 41 Wärme zuführt und ein Bad aus ge­ schmolzenem Metall 45 entwickelt, zu dem pulverisiertes Schweißmaterial und Fließmittel durch die Schläuche 39 hinzugeführt werden. Der Brenner wird dann in die durch den Pfeil 47 angegebene Richtung bewegt, wobei sich das Schweißbad 45 hinter dem Plasma 42 herbewegt. Die Abmessung A der Ausschlußregion wird so ausgewählt, daß A/2 die Länge des Schweißbades 45 übersteigt, so daß die Schweißstelle abgeschreckt wird, kurz nachdem die Erstarrung begonnen hat, wie gezeigt, und es werden beständige Kompressions­ kräfte in der Schweißstelle 46 entwickelt. Diese Kräfte sind in den Fig. 5 und 6 als ein Funktion des Abstandes von der Mittellinie 48 der Schweißstelle in der X- und Y- Richtung, die in Fig. 4 angegeben sind, aufgetragen.

In den Fig. 5 und 6 ist die Spannung in einer Plat­ te, die gemäß der Erfindung geschweißt ist, verglichen mit einer Platte, die konventionell in Luft geschweißt ist. Zugspannungen sind als positiv und Kompressionsspannungen als negativ aufgetragen. Die abgebildeten Messungen wurden nach standardgemäßen Röntgenbeugungs-Techniken vorgenommen. Es ist aus Fig. 5 ersichtlich, daß das Schweißen in Luft die Entwicklung beträchtlicher Zugkräfte in einer Richtung parallel zur Schweißrichtung verursacht, die sich für einen beträchtlichen Abstand über die Plattenoberfläche erstrec­ ken und diese für Spannungsrißkorrosion empfindlich macht, wobei sie nahe der Mittellinie der Schweißstelle maximiert sind. Für die gleiche in Luft geschweißte Platte werden nur geringe Kompressionskräfte weit entfernt von der Schmelzli­ nie der. Schweißstelle entwickelt, während beträchtliche Zugkräfte innerhalb der Schweißstelle entwickelt werden (Fig. 5). Im Gegensatz dazu zeigt die gemäß der Erfindung unter Wasser erzeugte Schweißstelle vorherrschend Kompres­ sionsspannungen an der Mittellinie der Schweißnaht und sehr signifikante Kompressionsspannungen in einer Entfernung von 5 mm bis 20 mm von der Mittellinie der Schweißnaht (Fig. 5). Wie in Fig. 6 gezeigt, werden sehr signifikante Kom­ pressionsspannungen innerhalb der Schweißstelle entwickelt und setzen sich bei beträchtlichen Niveaus bis zu minde­ stens 19 mm von der Schmelzlinie fort, wobei relativ gerin­ ge Zugkräfte in einigen Proben gelegentlich nahe der Schmelzlinie beobachtet werden.

Fig. 7 veranschaulicht den Einsatz eines Füllstoff- Drahtes anstelle von Pulver, um das Schweißbad zu bilden. Es ist auch möglich, die Risse enthaltenden Regionen zu schmelzen und dadurch die Reparatur autogen zu erleichtern.

Experimentelles Verfahren

Unter Benutzung von etwa 2,5 cm (1 in) dickem, korro­ sionsbeständigem Stahl 304 wurden Rißproben hergestellt. Für den PTA-Abschnitt der rißheilenden Untersuchung wurden Risse in einer von zwei Arten simuliert. Entweder wurden Platten Kante an Kante aneinandergefügt und keilförmig ge­ öffnet, um einen etwa 2,5 cm (1 in) tiefen Riß kontrollier­ ter Breite zu erhalten, oder eine Schleifscheibe wurde in die Oberfläche einer Platte versenkt, um einen penny-för­ migen Riß zu erzeugen. Im Falle von Proben, die durch An­ einanderlegen der Kanten von zwei Platten hergestellt wur­ den, wurden die Risse entweder offen gelassen, indem man nur die Endkanten verschweißte und das Oberteil und den Bo­ den des Risses offen ließ, oder sie wurden geschlossen durch vollständiges Verschweißen der keilförmigen Probe an beiden Endkanten und am Boden, um einen verschlossenen Riß zu simulieren. Naturgemäß waren alle penny-förmigen Risse verschlossen. Einige der aneinandergefügten Proben wurden mit einer variablen Breite hergestellt, indem man die Enden bis zu verschiedenen Breiten auseinandernahm, bevor man verschweißte. Dies gestattete eine rasche Bestimmung einer maximalen Breite, die mit einem speziellen Satz von Schweißparametern geschmolzen werden konnte. Eine letzte Rißprobe simulierte zwei seitliche Risse durch sandwich­ artiges Anordnen einer etwa 3 mm (1/8 in) dicken Platte aus 304 S.S. zwischen zwei aneinandergefügten, etwa 2,5 cm (1 in) dicken Platten. In diesem Falle wurden immer geschlos­ sene Risse hergestellt.

Alle Arbeiten wurden unter Wasser innerhalb eines Tanks ausgeführt, der unter Druck gesetzt werden konnte, um verschiedene Tiefen des Wasserkopfes zu simulieren. Es wur­ de ein Stellite Starweld PTA-System mit einem modifizierten Brennermodell 610 benutzt. Die Brenner-Modifikationen ge­ statteten den lokalen Wasserausschluß und die Fern-Pulver­ zufuhr unter Rückdruck-Bedingungen, die durch die simulier­ ten 24 m (80 Feet) Wassertiefe erzeugt wurden. Brenner und Gasströmungs-Bedingungen wurden innerhalb des begrenzten Umfanges dieser Untersuchung nicht variiert. Diese Parame­ ter sowie Strom, Spannung und Wanderungsgeschwindigkeit wurden bei konstanten Einstellungen im allgemeinen auf­ rechterhalten. Gelegentlich wurden Strom und Fahrge­ schwindigkeit variiert, um die Wärmezufuhr zu erhöhen, um weite oder seitliche Risse zu schließen oder die Eindring­ tiefe zu erhöhen. Die nominelle Vorrichtung, Gasströmungs- und Leistungs-Parameter sind in Tabelle 1 gezeigt.

Die Auswertungs-Techniken, die zum Charakterisieren der Ergebnisse von Versuchen benutzt wurden, die simulier­ ten Risse zu heilen, waren visuelle Inspektion, metallogra­ phische Untersuchung eines Querabschnittes der fertigen Schweißnaht und Messungen der Restspannungen auf einer re­ präsentativen Probe. Die visuelle Inspektion wurde benutzt, um zu bestimmen, ob der Riß erfolgreich abgedichtet war, und um die Breite der Schweißnaht mit Dickenmessern mit Feineinstellung zu messen. Die Metallurgraphie bestimmte die Eindringtiefe und die Schweißqualität hinsichtlich mög­ licher Fehler, wie Porosität oder Risse.

Tabelle 1

Tabelle nomineller Parameter für die PTA-Rißheilung unter Wasser

Ergebnisse

Die Ergebnisse dieser Untersuchung zeigen die Fähig­ keit, simulierte Risse von Breiten hermetisch zu verschmel­ zen, die solche übersteigen sollten, die bei der intergra­ nularen Spannungskorrosion erwartet werden, und sie zeigen auch eine beträchtliche Eindringtiefe zur verbesserten, strukturellen Integrität. Tabelle 2 führt die Bedingungen, Parameter und gemessenen Schweißnaht-Abmessungen von unter Wasser ausgeführten Versuchen zur PTA-Rißheilung auf. Die ersten zwölf Eintragungen in Tabelle 2 beschreiben vier Proben mit offenen Rissen variabler Breite. Jede wurde in der Mitte der Schweißstelle (mittlere Position) und auf dem halben Weg zwischen dem Beginn und dem Zentrum der Schweiß­ stelle (Start) sowie dem Zentrum und dem Ende der Schweiß­ stelle (Ende) geschnitten. Alle metallographischen Schnitte wurden quer zur Schweißrichtung ausgeführt. Für diese zwölf Eintragungen sind Daten, die sich auf die gesamte Rißprobe beziehen, ohne Klammern gezeigt und Daten, die sich nur auf die spezielle Schnittstelle beziehen, in Klammern gezeigt. Alle anderen Einträge zeigen Abmessungsdaten auf einem ein­ zelnen Schnitt, der im Zentrum der Schweißnaht vorgenommen wurde. Tabelle 3 führt die Ergebnisse der Reststreß-Mes­ sungen durch Röntgenbeugung an einer Probe mit einem genü­ gend abgedichteten, etwa 0,25 mm (0,005 in) breiten, etwa 2,5 cm (1 in) tiefen, geschlossenen Riß auf, die mit auto­ genen Schweiß-Parametern bei nominell 110 A/etwa 10 cm (4 in)/min hergestellt war.

Tabelle 2 enthält zwei errechnete Werte, die mit jedem Ver­ such zur Rißheilung verbunden sind. Die Spalte der Wärmezu­ fuhr-Werte ist die errechnete Energie/2,5 cm (inch), bezo­ gen auf den Ausgangsstrom und die Ausgangs-Spannung, wie auf den Leistungszufuhr-Meßgeräten angezeigt. Die Glei­ chung, die zum Errechnen dieses Wertes benutzt wird, ist folgende:

Die Betriebs-Zufuhrspannung kann aus diesen Werten zurückgerechnet werden. Es wurden auch die Spannungsver­ luste des etwa 7,5 m (25 foot) langen Kabels, das bei die­ sem Aufbau benutzt wurde, zu 6,5% bei 110 A und zu 9-9,5% bei 165-175 A gemessen. Die dem Werkstück zugeführte Ener­ gie würde, unter Vernachlässigung der Übertragungs-Effizi­ enz, um 6,5-9,5%, in Abhängigkeit vom Strom, geringer sein, als in Tabelle 2 angegeben. Der andere errechnete Wert ist das Aspekt-Verhältnis der Schweißnähte oder die Eindring­ tiefe, dividiert durch die Breite der Schweißnaht. In die­ sem Falle wurde die maximale Eindringtiefe benutzt.

Tabelle 3

Messungen der Oberflächen-Restspannung auf repräsentativen Proben zur unter Wasser ausgeführten PTA-Rißheilung

Betrachtet man die Daten in den Tabellen 2 und 3 und die visuelle Bewertung der Schweißnähte, dann kann die fol­ gende Liste von Schlußfolgerungen gezogen werden:
Bei den nominellen Parametern von 110 A und 10 cm (4 in)/min Fahrgeschwindigkeit (etwa 1/3 der Nennleistung von 300 A, 32 V bei 60% Arbeitszyklus) ohne Zugabe von Füllme­ tall: Offene Risse wurden bis zu einer Grenze von etwa 2,5 mm (0,1 in) in der Breite bis zu einer maximalen Eindring­ tiefe von etwa 3,7 mm (0,15 in) in einem einzigen Schweiß­ durchgang abgedichtet. Geschlossene Risse mit 0,5 mm (0,020 in) Breite, 2,5 cm (1 in) Tiefe wurden in einem einzigen Durchgang erfolgreich abgedichtet. Die Eindringtiefe betrug etwa 1,6 mm (0,065 in). Eine Probe mit geschlossenem Riß von etwa 1 mm (0,40 in) Breite, 2,5 cm (1 in) Tiefe wurde in einem einzigen Durchgang nicht erfolgreich abgedichtet. Interner Dampfdruck führte zu einem Gaslunker in der Schweißnaht. Ein geschlossener, penny-förmiger Riß von etwa 6 mm (0,025 in) Breite und etwa 0,4 mm (0,23 in) Tiefe wurde in einem einzigen Durchgang erfolgreich abgedichtet. Die Eindringtiefe betrug etwa 2,4 mm (0,094 in). Ein ge­ schlossener, penny-förmiger Riß von etwa 1,2 mm (0,050 in) Breite und etwa 0,5 mm (0,2 in) Tiefe wurde wegen eines Gaslunkers nicht erfolgreich abgedichtet. Zwei parallele, geschlossene Risse im Abstand von etwa 3 mm (1/8 in) jeder von etwa 0,13 mm (0,005 in) Breite und 2,5 cm (1 in) Tiefe wurden in einem einzigen Durchgang bis zu einer Tiefe von etwa 2,4 mm (0,096 in) abgedichtet. Zwei parallele, ge­ schlossene Risse von etwa 0,4 mm (0,015 in) Breite wurden wegen eines Gaslunkers nicht erfolgreich abgedichtet. Bei einer höheren Stromstärke (etwa 60% der Nennleistung) ohne Füllstoffzugabe: Offene Risse von etwa 3 mm (1/8 in) Breite wurden noch immer nicht vollständig abgedichtet, doch er­ höhte sich die Eindringtiefe auf etwa 7,5 mm (0,3 in).

Bei höheren Stromstärken (etwa 55% der Nennleistung) mit Füllstoffzugabe: Offene Risse von etwa 3 mm (1/8 in) Breite wurden erfolgreich abgedichtet. Die Eindringtiefe betrug etwa 7,5 mm (0,3 in).

Bei einer durch eine geringere Fahrgeschwindigkeit (7,5 cm (3 in)/min statt 10 cm (4 in)/min) verursachten höheren Wärmezufuhr und Füllmetall-Zugabe: Zwei parallele, geschlossene Risse im Abstand von etwa 3 mm (1/8 in) und etwa 0,13 mm (0,005 in) Breite wurden bis zu einer Tiefe von etwa 2,9 mm (0,118 in) erfolgreich abgedichtet.

Restspannung-Messungen, die in einer repräsentativen Probe mit geheiltem Riß vorgenommen wurden, zeigten vorwie­ gend kompressive Restspannungen an der Oberfläche. Die Spannungsniveaus waren jedoch etwas höher (weniger kompres­ siv) als sie typischerweise in autogenen PTA-Schweißnarben gefunden werden, die unter Wasser an festem, 2,5 cm (1 in) dickem 304 S.S. durch etwa 69 bis etwa 104 N/mm² (10-15 ksi) hergestellt werden, was zu einem fast vernachlässig­ barem Zugspannungsherd im Zentrum der Schweißnaht (nur X- Richtung) und einer mäßigen Zugspannung bei etwa 3 mm (1/8 in) weg von der Schmelzlinie (nur X-Richtung) führte. Die Restspannungswerte sind noch immer viel geringer als für in Luft hergestellte Schweißnähte.

Die Ergebnisse dieser Experimente zeigen die Fähig­ keit, simulierte Risse mit Breiten, die größer sind als sie durch SCC verursacht werden, unter Anwendung des unter Wasser ausgeführten PTA-Prozesses bei lokalem Wasseraus­ schluß hermetisch abzudichten. Das PTA-Potential unter Was­ ser zum strukturellen Schweißen wird auch gezeigt durch Schließen von etwa 3 mm (1/8 in) breiten Spalten in anein­ andergelegten 304-Platten bis zu Tiefen von etwa 7,5 mm (0,3 in) und Breiten von etwa 16,5 mm (0,65 in) unter An­ wendung von nur etwa 60% der verfügbaren Leistung des Systems.

Claims (12)

1. Verfahren zum Entwickeln von Kompressions-Restspan­ nungen in Metallen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus korrosionsbeständigen Stählen und Superlegierungen auf Nickelbasis, umfassend das Bilden eines Bades aus dem ge­ schmolzenen Metall, Abkühlen des Bades zur Bildung einer metallurgischen Bindung mit benachbartem, ungeschmolzenem Metall und Abschrecken des gebundenen Metalles bis zu einer Umgebungstemperatur unterhalb des Schmelzbereiches des Me­ talles durch Kontakt mit einem Abschreckmedium.

2. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend das Bilden des Bades aus geschmolzenem Metall innerhalb einer Ausschlußre­ gion innerhalb eines Volumen des Abschreckmediums und Be­ wegen der Ausschlußregion, um das abkühlende Metall mit dem Abschreckmedium in Kontakt zu bringen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Abschreckmedi­ um Wasser ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Bad unter Was­ ser aus geschmolzenem Metall durch einen Plasma-Schweiß­ brenner mit übertragenem Lichtbogen gebildet wird, an dem eine Ausschlußvorrichtung befestigt und zusammen mit dem Brenner bewegbar ist, innerhalb der sich das Bad geschmol­ zenen Metalles bildet.

5. Verfahren zum Entwickeln von Kompressions-Restspan­ nungen in einem Metallgegenstand, umfassend das Bilden eines Bades aus geschmolzenem Metall auf dem Gegenstand, Abkühlen des geschmolzenen Bades bis zu einer Temperatur unterhalb des beginnenden Schmelzpunktes des Metalles und Abschrecken des erstarrten Metalles durch Kontakt mit einem Abschreckmedium.

6. Verfahren nach Anspruch 1, worin ein Bad aus ge­ schmolzenem Metall durch eine Schmelzschweiß-Einrichtung gebildet wird, das geschmolzene Bad auf eine Temperatur unterhalb des beginnenden Schmelzpunktes des geschmolzenen Metalles durch Beendigung des Erhitzens abgekühlt wird, und das erstarrende Metall durch Leiten von Wärme aus dem er­ starrenden Metall und dem benachbarten, durch Wärme beein­ flußten Metall durch ein Abschreckmedium abgeschreckt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Bad aus ge­ schmolzenem Metall unter Wasser durch einen Plasma-Schweiß­ brenner mit übertragenem Lichtbogen gebildet wird, der mit einer Ausschlußvorrichtung versehen ist, um Wasser auszu­ schließen, während sich der Brenner über eine Metallober­ fläche bewegt.

8. Verfahren zum Reparieren einer Beschädigung durch Spannungskorrosionsrisse in Substraten aus rostfreien Stahl- und Superlegierungs-Materialien auf Nickelbasis, umfassend die Bildung eines verträglichen Schweißbades aus einem geschmolzenen Metall innerhalb einer Ausschlußvor­ richtung an der Stelle der Rißbeschädigung, um den Riß zu füllen, Abkühlen des Schweißbades auf eine Temperatur bei etwa seinem Schmelzpunkt und Abschrecken der Schweißnaht auf die Umgebungstemperatur durch Kontakt mit einem Ab­ schreckmedium, während die Schweißnaht aus der Ausschluß­ vorrichtung austritt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, umfassend das Abschrecken der Schweißnaht durch Kontakt mit Wasser.

10. Verfahren nach Anspruch 8, worin das Schweißbad durch Wärme gebildet wird, die durch einen Plasma-Schweißbrenner mit übertragenem Lichtbogen innerhalb einer Ausschlußvor­ richtung geliefert wird, die an dem Brenner angebracht ist, und worin das Abschreckmedium Wasser ist.

11. Unterwasser-Schweißverfahren nach Anspruch 8, gekenn­ zeichnet durch Bilden eines Schweißbades aus geschmolzenem Metall innerhalb einer wasserfreien Ausschlußvorrichtung durch Energie, die durch einen Plasma-Schweißbrenner mit übertragenem Lichtbogen geliefert ist, der an der Aus­ schlußvorrichtung befestigt ist, Bewegen des Brenners und der Ausschlußvorrichtung entlang einem Pfad zur Bildung einer Schweißnaht und Abschrecken der Schweißnaht durch Kontakt mit Wasser, während die Schweißnaht aus der Aus­ schlußvorrichtung austritt.

12. Vorrichtung zum Unterwasserschweißen, umfassend eine Wasser-Ausschlußvorrichtung, die eine wasserfreie Zone bil­ det, wenn sie auf einer zu schweißenden Oberfläche angeord­ net ist, einen Plasma-Schweißbrenner mit übertragenem Lichtbogen, der an der Ausschlußvorrichtung befestigt ist und geeignet ist zur Bildung eines geschmolzenen Schweißba­ des auf der Oberfläche innerhalb der wasserfreien Zone, eine Einrichtung zum Bewegen der Ausschlußvorrichtung und des Brenners auf der Oberfläche zur Bildung einer Schweiß­ naht innerhalb der Ausschlußvorrichtung und danach zum Abschrecken der Schweißnaht durch Kontakt mit Wasser.