Trockenschweißen unter Wasser: hyperbares Schweißen im Habitat

Was hyperbares Trockenschweißen ist

Beim hyperbaren Trockenschweißen wird eine abgeschlossene Kammer — das Habitat — um die Rohrleitung oder das Werkstück platziert, wobei das Wasser aus dem Arbeitsraum verdrängt wird. Im Inneren arbeitet der Schweißer in einer trockenen Gasatmosphäre unter einem Druck, der der umgebenden Wassertiefe entspricht, statt im Wasser selbst.

Dieses Habitat macht aus einer Aufgabe im offenen Wasser etwas, das einer Schweißarbeit über Wasser näherkommt: ein trockenes Werkstück, eine kontrollierte Atmosphäre und genug Raum rund um die Verbindung, um sie ordentlich zu bearbeiten — das Meer wird zurückgehalten, statt gegen den Lichtbogen zu drücken.

Wo hyperbares Trockenschweißen eingesetzt wird

Hyperbares Trockenschweißen ist zur Standardmethode für hochwertige, kritische Verbindungen geworden — Tie-ins und Reparaturen an Unterwasser-Rohrleitungen und anderen druckführenden Offshore-Konstruktionen —, bei denen eine mangelhafte Schweißnaht schwerwiegende Folgen hat.

Rohrleitungs-Auftragnehmer in der Nordsee setzen seit den 1980er-Jahren auf diese Technik, und bereits im Einsatz befindliche Systeme haben Arbeitstiefen von etwa 250 Metern erreicht.

Da die Atmosphäre, das Vorwärmen und die Schweißparameter innerhalb des Habitats gesteuert werden, anstatt dem offenen Wasser überlassen zu bleiben, kann hyperbares Trockenschweißen erforderlich sein, wenn ein Rohrleitungscode, eine Projektspezifikation oder eine Klassifikationsgesellschaft die Abnahmekriterien für druckführende Arbeiten festlegt.

• Tie-ins und Reparaturen an Öl- und Gasrohrleitungen unter Wasser
• Druckführende Offshore-Konstruktionen
• Kritische Verbindungen, bei denen die Projektspezifikation eine kontrollierte, trockene Schweißumgebung erfordert

Warum die Qualität mit dem Überwasserschweißen vergleichbar ist

Eine trockene Schweißzone bedeutet, dass Schweißparameter wie die Gasatmosphäre, die Vorwärmtemperatur und die Wärmeeinbringung allesamt in engeren, besser reproduzierbaren Grenzen gehalten werden können, als offenes Wasser zulässt. Diese Steuerbarkeit ist es, die hyperbares Trockenschweißen ein Qualitätsniveau erreichen lässt, das mit konventionellem Überwasserschweißen vergleichbar ist.

Diese Steuerbarkeit ist auch der Grund, warum hyperbares Trockenschweißen in der Regel die bevorzugte Methode für Reparaturen ist, die kritisch, druckführend oder ermüdungsbelastet sind und bei denen die Schweißumgebung so kontrollierbar wie möglich sein muss.

Die trockene, kontrollierte Atmosphäre vermeidet zudem die sehr schnelle Abkühlung und Wasserstoffaufnahme, die das hyperbare Nassschweißen begrenzen, bei dem der Lichtbogen in direktem Kontakt mit dem umgebenden Wasser steht. Das ist der Hauptgrund, warum hyperbares Trockenschweißen das Verfahren der Wahl ist, wenn die Norm Abnahmekriterien für Überwasserschweißen verlangt.

Logistik und Kosten

All diese Steuerbarkeit hat ihren Preis. Bevor auch nur eine einzige Schweißraupe gelegt wird, muss das Habitat selbst gebaut, abgesenkt und rund um die Rohrleitung oder Konstruktion abgedichtet und anschließend präzise über der Verbindung positioniert werden.

Im Inneren muss die Crew die Gasatmosphäre regeln und den Innendruck über die gesamte Dauer der Arbeiten auf dem der Wassertiefe entsprechenden Niveau halten.

Kommunikation und Inspektionszugang zu einem abgeschlossenen, unter Druck stehenden Raum müssen durchgehend aufrechterhalten werden, und in größeren Tiefen wird diese Arbeit von Closed-Bell- und Sättigungstauchern ausgeführt — Fachleuten, die über längere Zeiträume unter Druck leben und zwischen dem Sättigungssystem und dem Arbeitsort in einer geschlossenen Taucherglocke befördert werden.

Die Koordination all dieser Unterstützung von der Oberfläche kostet Zeit und Geld, lange bevor das eigentliche Schweißen beginnen kann — deshalb ist hyperbares Trockenschweißen bei der Mobilisierung erheblich komplexer und kostspieliger als Nassschweißen. Bei kritischen Unterwasserarbeiten ist diese Investition der Preis für die höhere, gleichmäßiger erreichbare Schweißqualität.

Normen und Qualifikation

Wie beim Nassschweißen sind auch beim hyperbaren Trockenschweißen sowohl ein qualifizierter Schweißer als auch ein qualifiziertes Schweißverfahren erforderlich. Die persönliche Schweißer- oder Schweißbedienerprüfung (LK) weist nach, dass die betreffende Person innerhalb eines festgelegten Bereichs fachlich kompetent ist; die Schweißverfahrensprüfung (LMK/WPQR) weist gesondert nach, dass das Verfahren des Unternehmens unter den qualifizierten hyperbaren Bedingungen eine Verbindung mit den geforderten Eigenschaften erzeugen kann.

Darüber hinaus kann eine Projekt- oder Klassifikationsfreigabe vom Betreiber, Auftraggeber oder von der Klassifikationsgesellschaft — wie DNV, Lloyd’s Register, ABS oder Bureau Veritas — verlangt werden — zusätzlich zur Schweißer- und Verfahrensqualifikation.

• EN ISO 15618-2 — für den Schweißer-Taucher beim manuellen oder teilmechanisierten hyperbaren Trockenschweißen und für den Schweißbediener (welding operator) beim vollständig mechanisierten oder automatisierten Schweißen
• ISO 15614-10 — für die Qualifikation der Schweißprozedur für hyperbares Trockenschweißen; die WPS muss die tatsächlich angewendeten hyperbaren Bedingungen sowie die übrigen wesentlichen Variablen abdecken
• AWS D3.6M — der amerikanische Code für Unterwasserschweißen, wenn dies durch das Projekt oder den Auftraggeber vorgeschrieben wird

Hyperbares Trockenschweißen und unsere Ausbildung

Zur Transparenz: Das Hyperbaric Welding Center bildet Unterwasserschweißer im hyperbaren Nassschweißen aus und qualifiziert sie darin — nicht im hyperbaren Trockenschweißen (Habitat-Schweißen). Das ist die Qualifikation, die den Großteil der zivilen und konstruktiven Unterwasserschweißarbeiten in Europa trägt, und der übliche Ausgangspunkt, bevor sich ein Taucher auf Habitat-Arbeiten bei einem Arbeitgeber spezialisiert.

Ein Schweißer-Taucher, der unsere Qualifikation für Nassschweißen nach EN ISO 15618-1 oder AWS D3.6M unter Aufsicht von DNV abschließt, verfügt über die grundlegende Schweißkompetenz, auf der Arbeitgeber im Bereich des hyperbaren Trockenschweißens mit habitatspezifischer Schulung aufbauen.

Trocken oder nass?

Hyperbares Trockenschweißen ist nicht immer die richtige Wahl: Nassschweißen bleibt flexibel, schneller zu mobilisieren und weniger materialintensiv für Konstruktionsarbeiten, die keine Beherrschung auf Habitat-Niveau erfordern. Die Wahl zwischen beiden Verfahren wird durch die erforderliche Schweißqualität, die Tiefe und die Projektspezifikation bestimmt.

Bei risikoärmeren Konstruktionsarbeiten in geringeren Wassertiefen lohnt sich die zusätzliche Habitat-Logistik selten — dort bleibt Nassschweißen die praktische Standardwahl.