Onderwater lassen: Uitdagingen en technieken

Onderwaterlassen is een gespecialiseerd en uitdagend vakgebied binnen de lasindustrie, dat essentieel is voor het onderhouden en repareren van maritieme constructies, offshore booreilanden, pijpleidingen en schepen. Het vermogen om onder water te lassen is essentieel voor de constructie en het onderhoud van infrastructuur die in of bij water werkt. De unieke omstandigheden van onderwaterlassen, waaronder druk, temperatuur en de aanwezigheid van water, vormen echter aanzienlijke uitdagingen die gespecialiseerde technieken en apparatuur vereisen. Dit artikel onderzoekt de uitdagingen van onderwaterlassen, de technieken die worden gebruikt om deze uitdagingen te overwinnen en de toepassingen van deze essentiële vaardigheid.

Inzicht in onderwaterlassen

Onderwaterlassen, ook bekend als natlassen of hyperbaar lassen, is het proces van het verbinden van metalen in een onderwateromgeving. Het kan op twee manieren worden uitgevoerd: natlassen en drooglassen. Elke methode heeft zijn eigen technieken, voordelen en beperkingen, waardoor ze geschikt zijn voor verschillende toepassingen.

Nat lassen:

• Proces: Bij nat lassen wordt de las direct in het water gemaakt. De lasboog wordt afgeschermd van water door een fluxlaag op de elektrode, die een gasbel creëert rond het lasgebied, waardoor het metaal kan smelten en smelten.
• Voordelen: Nat lassen is relatief snel en kosteneffectief, omdat er geen droge werkomgeving nodig is. Het wordt vaak gebruikt voor noodreparaties en situaties waarin het creëren van een droge kamer onpraktisch is.
• Beperkingen: De aanwezigheid van water tijdens het lassen kan leiden tot problemen zoals waterstofbrosheid, poreusheid en een lagere laskwaliteit. De lasser wordt ook blootgesteld aan het water, wat veiligheidsrisico's met zich meebrengt.

Droog lassen (hyperbaar lassen):

• Proces: Drooglassen wordt uitgevoerd in een droge omgeving die wordt gecreëerd door het werkgebied te omsluiten in een kamer die wordt afgesloten en drooggepompt. Deze methode wordt meestal gebruikt op grotere dieptes en maakt gebruik van een kamer onder druk of een habitat.
• Voordelen: Drooglassen biedt een betere controle over de lasomgeving, wat leidt tot lassen van hogere kwaliteit met minder defecten. Het maakt een grotere precisie mogelijk en wordt minder beïnvloed door de uitdagingen die gepaard gaan met nat lassen.
• Beperkingen: Drooglassen is complexer, tijdrovender en duurder omdat de droge kamer of habitat moet worden gecreëerd en onderhouden. Het vereist ook gespecialiseerde apparatuur en logistiek.

Uitdagingen van onderwaterlassen

Onderwaterlassen kent vele uitdagingen die voortkomen uit de unieke omstandigheden van de onderwateromgeving. Deze uitdagingen moeten zorgvuldig worden beheerst om de veiligheid van de lasser en de integriteit van de las te waarborgen.

1. Druk en diepte:
   • Verhoogde druk: Hoe dieper de lasplaats, hoe hoger de waterdruk. Deze verhoogde druk beïnvloedt het lasproces, de apparatuur en de lasser. Hoge druk kan het gedrag van de lasboog beïnvloeden, waardoor het moeilijker wordt om de stabiliteit te handhaven.
   • Dieptegerelateerde problemen: Naarmate de diepte toeneemt, wordt het risico op decompressieziekte (de bochten) een grote zorg voor de lasser. Er zijn speciale procedures en uitrusting nodig om deze risico's te beheersen, waaronder decompressiekamers en zorgvuldig geplande duikprofielen.
2. Water en elektrische geleidbaarheid:
   • Boogstabiliteit: Water is een geleidend medium dat de lasboog kan verstoren, wat leidt tot instabiliteit en problemen bij het handhaven van een consistent lasbad. Dit kan leiden tot een slechte laskwaliteit en een verhoogd risico op defecten.
   • Risico op elektrische schokken: De combinatie van water en elektriciteit levert een aanzienlijk risico op elektrische schokken op voor de lasser. Onderwaterlassen vereist het gebruik van speciaal ontworpen, geïsoleerde apparatuur om de lasser te beschermen tegen elektrische gevaren.
3. Waterstofbrosheid:
   • Absorptie van waterstof: Tijdens onderwaterlassen kan waterstof uit het water worden geabsorbeerd in het smeltbad, wat leidt tot waterstofbrosheid. Dit fenomeen maakt het lasmetaal bros en gevoeliger voor scheuren, vooral onder spanning.
   • Barsten voorkomen: Het beheersen van waterstofbrosheid vereist een zorgvuldige controle van de lasparameters, het gebruik van elektroden met een laag waterstofgehalte en behandelingen na het lassen om het risico op scheuren te verminderen.
4. Beperkt zicht:
   • Troebelheid en deeltjes: Onderwateromgevingen hebben vaak een slecht zicht door troebelheid, zwevende deeltjes en weinig licht. Dit kan het voor de lasser moeilijk maken om het werkgebied duidelijk te zien, waardoor het risico op fouten en defecten toeneemt.
   • Verlichting en camera's: Om zichtbaarheidsproblemen te beperken, gebruiken onderwaterlassers speciale verlichting en soms camera's op afstand om het lasgebied te bewaken. Deze hulpmiddelen hebben echter hun eigen beperkingen en kunnen lastig te hanteren zijn.
5. Thermische geleidbaarheid en koeling:
   • Snelle afkoeling: Water heeft een hoge thermische geleidbaarheid, wat betekent dat de warmte van de las snel wordt afgevoerd. Deze snelle afkoeling kan leiden tot problemen zoals verhoogde hardheid, restspanningen en scheurvorming.
   • Hitte beheersen: Om snelle afkoeling tegen te gaan, moeten onderwaterlassers de warmte-invoer tijdens het lassen zorgvuldig regelen en mogelijk voorverwarmingstechnieken of warmtebehandelingen na het lassen gebruiken om het risico op defecten te verkleinen.
6. Veiligheidsproblemen:
   • Duikerveiligheid: De veiligheid van de duiker-lasser is van het grootste belang. Gevaren zoals verdrinking, decompressieziekte en elektrische schokken moeten worden beheerst door middel van rigoureuze training, veiligheidsprotocollen en het gebruik van gespecialiseerde apparatuur.
   • Storing in apparatuur: De onderwateromgeving is zwaar voor apparatuur, wat kan leiden tot storingen als deze niet goed wordt onderhouden. Regelmatige inspectie en onderhoud van lasapparatuur zijn essentieel voor de betrouwbaarheid en de veiligheid van de lasser.

Technieken voor onderwaterlassen

Om de uitdagingen van onderwaterlassen het hoofd te bieden, zijn gespecialiseerde technieken en apparatuur ontwikkeld. Deze technieken zijn ontworpen om de laskwaliteit te verbeteren, de veiligheid te verhogen en de structurele integriteit van de gelaste onderdelen te waarborgen.

1. Handmatig booglassen (MMA):
   • Nat lassen met beklede elektroden: MMA-lassen, ook wel bekend als booglassen met afgeschermd metaal (SMAW), is de meest gebruikte techniek voor nat lassen. Hierbij wordt een beklede elektrode gebruikt, waarbij de fluxcoating een beschermende gasbel rond het smeltbad genereert.
   • Elektrodeselectie: Er worden speciale waterstofarme elektroden gebruikt om het risico op waterstofbrosheid te minimaliseren. Deze elektroden zijn ook ontworpen om effectief te functioneren in een natte omgeving, waardoor de boogstabiliteit behouden blijft en porositeit wordt verminderd.
2. Arc Welding (FCAW):
   • Droge lastechniek: FCAW wordt vaak gebruikt bij droog hyperbaar lassen, waarbij een met flux gevulde draad door de lastoorts wordt gevoerd. De flux in de draad genereert een beschermend gasschild en slak, die de las beschermt tegen verontreiniging.
   • Voordelen van FCAW: FCAW is efficiënt en produceert lassen van hoge kwaliteit met een goede inbranding. Het is zeer geschikt voor gebruik in hyperbare kamers waar het beheersen van de lasomgeving kritisch is.
3. Booglassen met gas (GTAW/TIG):
   • Precisielassen: GTAW, of TIG-lassen, wordt gebruikt voor nauwkeurige lassen van hoge kwaliteit, vaak in droge hyperbare lasomgevingen. Deze methode maakt gebruik van een niet-verbruikbare wolfraamelektrode en een inert gasschild, meestal argon, om de las te beschermen.
   • Toepassingen: TIG-lassen wordt vaak gebruikt voor het lassen van non-ferrometalen zoals aluminium en roestvast staal in onderwatertoepassingen. Het wordt geprefereerd vanwege de mogelijkheid om schone, sterke lassen met minimale defecten te produceren.
4. Wrijvingslassen:
   • Lassen in vaste toestand: Wrijvingslassen is een lasproces in vaste toestand waarbij warmte wordt opgewekt door mechanische wrijving tussen een roterend gereedschap en het werkstuk. Deze methode is niet afhankelijk van smelten, waardoor het minder gevoelig is voor de uitdagingen van onderwaterlassen, zoals waterstofbrosheid.
   • Onderwatertoepassing: Wrijvingslassen wordt gebruikt in situaties waar traditioneel booglassen onpraktisch is of waar verbindingen met een hoge sterkte en zonder defecten nodig zijn. Het is vooral nuttig voor het repareren van pijpleidingen en andere cilindrische constructies.
5. Explosielassen:
   • Hoog-energetisch proces: Explosielassen maakt gebruik van gecontroleerde explosies om twee metalen oppervlakken aan elkaar te hechten. Het proces is in staat om ongelijke metalen te verbinden en wordt gebruikt in onderwatertoepassingen waar traditionele lastechnieken niet haalbaar zijn.
   • Gespecialiseerde toepassing: Explosielassen is een nichetechniek die wordt gebruikt voor gespecialiseerde toepassingen, zoals het bekleden en verbinden van grote, complexe constructies waarvoor sterke verbindingen nodig zijn.

Toepassingen van onderwaterlassen

Onderwaterlassen is een essentiële vaardigheid voor het onderhouden en repareren van maritieme infrastructuur en zorgt voor de veiligheid en functionaliteit van constructies die worden blootgesteld aan ruwe mariene omgevingen.

1. Reparatie en onderhoud van schepen:
   • Reparaties aan de romp: Onderwaterlassen wordt vaak gebruikt voor het repareren van scheepsrompen die beschadigd zijn door corrosie, schokken of slijtage. De mogelijkheid om deze reparaties uit te voeren zonder het schip droog te leggen bespaart tijd en kosten.
   • Reparaties aan propeller en roer: Lassers kunnen propellers, roeren en andere onderwatercomponenten repareren of aanpassen terwijl het schip in bedrijf blijft, waardoor stilstand en operationele onderbrekingen tot een minimum worden beperkt.
2. Offshore olie- en gasindustrie:
   • Reparaties aan pijpleidingen: Onderwaterlassers zijn essentieel voor het onderhouden en repareren van onderzeese pijpleidingen voor het transport van olie en gas. Deze pijpleidingen zijn onderhevig aan corrosie, mechanische schade en milieubelasting, waardoor regelmatig onderhoud nodig is.
   • Platformonderhoud: Offshore booreilanden en platforms zijn afhankelijk van onderwaterlassen om de structurele integriteit te behouden, schade te repareren en modificaties uit te voeren. De mogelijkheid om in situ te lassen is essentieel om de veiligheid en betrouwbaarheid van deze constructies te garanderen.
3. Scheepsbouw:
   • Bruggen- en pierenbouw: Onderwaterlassen wordt gebruikt bij de bouw en het onderhoud van bruggen, pieren en andere maritieme infrastructuur. Deze constructies worden blootgesteld aan constante waterstroming, corrosie en mechanische spanning, waardoor duurzame lassen nodig zijn.
   • Dammen en waterbeheersingsconstructies: Lassers voeren kritisch werk uit aan dammen, sluizen en andere watercontrolestructuren en zorgen ervoor dat ze functioneel en veilig blijven. Dit omvat het repareren van poorten, turbines en andere onderwatercomponenten.
4. Sectoren kernenergie en energie:
   • Koelsystemen en reactoren: In de nucleaire industrie wordt onderwaterlassen gebruikt voor het onderhouden en repareren van koelsystemen en reactordelen die onder water werken. Het vermogen om nauwkeurige lassen van hoge kwaliteit uit te voeren is essentieel om de veiligheid van nucleaire faciliteiten te garanderen.
   • Waterkrachtcentrales: Onderwaterlassen wordt gebruikt om de structurele integriteit van hydro-elektrische dammen en turbines te behouden en zo een efficiënte en veilige energieproductie te garanderen.
5. Bergingswerkzaamheden:
   • Berging van scheepswrakken: Onderwaterlassers spelen een belangrijke rol bij bergingsoperaties, waarbij ze secties van scheepswrakken of andere constructies onder water moeten snijden en lassen. Dit werk is vaak complex en vereist gespecialiseerde vaardigheden en apparatuur.
   • Redding onderzeeër: In het geval van een noodsituatie op een onderzeeër kan er een beroep worden gedaan op onderwaterlassers om te helpen bij reddingsoperaties, waaronder het dichten van breuken of het uitvoeren van kritieke reparaties om het schip te kunnen bergen.

Veiligheidsoverwegingen bij onderwaterlassen

Veiligheid is van het grootste belang bij onderwaterlassen vanwege de gevaarlijke aard van het werk. De juiste training, uitrusting en procedures zijn essentieel om de lasser te beschermen en succesvolle werkzaamheden te garanderen.

1. Duiker-Lasser Opleiding:
   • Uitgebreide training: Onderwaterlassers moeten een uitgebreide training volgen in zowel commercieel duiken als lastechnieken. Dit houdt ook in dat ze moeten leren over de effecten van druk, decompressieprocedures en het gebruik van gespecialiseerde lasapparatuur.
   • Certificering: Certificering van erkende organisaties, zoals de American Welding Society (AWS) of de International Diving Contractors Association (IDCA), is vaak vereist om als onderwaterlasser te mogen werken.
2. Onderhoud van apparatuur:
   • Regelmatige inspecties: Lasapparatuur die onder water wordt gebruikt, moet regelmatig worden geïnspecteerd en onderhouden om storingen te voorkomen. Dit omvat het controleren van isolatie, verbindingen en de integriteit van laskabels en elektroden.
   • Back-upsystemen: Back-upsystemen, zoals extra luchttoevoer en noodstroombronnen, zijn essentieel om de veiligheid van de lasser te garanderen als de apparatuur uitvalt.
3. Milieubewaking:
   • Voorwaarden voor monitoring: Voortdurende controle van de omgevingsomstandigheden, waaronder de watertemperatuur, het zicht en de sterkte van de stroming, is nodig om risico's te beoordelen en het lasproces zo nodig aan te passen.
   • Noodprocedures: Lassers moeten bekend zijn met noodprocedures, waaronder het omgaan met storingen in de apparatuur, plotselinge veranderingen in de omgevingsomstandigheden en de noodzaak om snel te stijgen.

Conclusie

Onderwaterlassen is een kritieke en zeer gespecialiseerde vaardigheid die het onderhoud en de reparatie van vitale maritieme infrastructuur mogelijk maakt, van scheepsrompen tot offshore booreilanden. Ondanks de vele uitdagingen die het onderwatermilieu met zich meebrengt, zoals hoge druk, beperkt zicht en het risico op waterstofbrosheid, zijn er gespecialiseerde technieken en apparatuur ontwikkeld om deze obstakels te overwinnen en de kwaliteit en veiligheid van onderwaterlassen te garanderen.

Door de unieke eisen van onderwaterlassen te begrijpen en de juiste methoden toe te passen, zoals natlassen, drooglassen en wrijvingslassen, kunnen professionals op dit gebied complexe en essentiële taken uitvoeren die mariene en offshore-constructies veilig en operationeel houden. Naarmate de technologie zich blijft ontwikkelen, zullen de technieken en veiligheidsmaatregelen die gebruikt worden bij het onderwaterlassen zich verder ontwikkelen, waardoor de mogelijkheden en betrouwbaarheid van dit onmisbare vak verder zullen toenemen.