Nahradí robotičtí svářeči potápěče?

Zvyšující se počet aktivit na volném moři vedl k výrobě řady ocelových konstrukcí, které často vyžadují svařování pod vodou.

Poptávka ani komponenty nechybí

Nejčastějším typem svařování pod vodou je tradiční ruční obloukové svařování (MMAW) s krytými elektrodami pomocí potápěčů. Jde ale o časově náročnou práci, která kvůli nestabilním podmínkám nemůže zaručit konstantní kvalitu svaru. Tu může zlepšit obloukové podvodní svařování (FCAW) používané při stavbě offshore struktur. Vylepšení automatizace podvodních svařovacích procesů se tak stalo v důsledku tlaku na vyšší kvalitu svarů a snížení výrobních nákladů stále důležitější. Což vyvolalo potřebu rozvíjet automatická podvodní svařovací zařízení.

Nad problematikou nasazení dálkově ovládaných či automatických systémů pro svařování pod vodou se lidé už nejednou zamýšleli. Myšlenka nahradit draze placené potápěčské specialisty svařovacími roboty je logicky lákavá. Nahrává tomu i skutečnost, že řada komponent potřebných pro takovéto operace je už reálně k dispozici. Např. firma Northwire, ale i řada dalších, vyrábí vodotěsné konektory a spojovací kabely pro podvodní robotiku.

I studiemi projektu robotického zařízení pro podvodní svařování se zabývalo už několik specialistů i firem. Zajímavou studii na toto téma provedl např. mexický designér Francisco Paco Lindoro, který navrhl kombinaci robota s hyperbarickým svařováním. Opravárenské podvodní operace by prováděl robot, který by byl na místo dopravován potápěčem využívajícím hyperbarické přetlakové komory.

Jenže...

Problémů při svařování pod vodou je celá řada a zatím je nejlépe zvládají speciálně vyškolení potápěči, protože co lze na suchu realizovat jednoduše pomocí naprogramovaných automatů, nejde pod vodou, kde se mohou podmínky neustále během okamžiku měnit. Předem daná pravidla nefungují a přizpůsobovat se okamžité situaci zatím zvládne jen zkušený lidský potápěč-specialista. Například zatímco v suchozemském prostředí jsou podmínky svařování uhlíkových ocelí známé, pod vodou je nutné počítat s tím, že se svařovaný materiál prudce ochlazuje. To znamená, že v případě prokalitelného základního materiálu může být provedený svar na první pohled bezchybný, ale spoj může poté prasknout těsně vedle svaru. Dalším problémem je pracovní hloubka. V malých hloubkách (s výjimkou znečištěných vod se špatnou viditelností) je svařování v podstatě bez problémů, i když náročnější vzhledem k tomu, že v místě svařování se tvoří velké množství bublin, které omezují svářeče ve výhledu. Teplota svařovacího oblouku se pohybuje kolem 5000 °C, takže při styku s vodním prostředím vzniká vodní pára, a voda se rozkládá na vodík a kyslík, které občas před svářečem explodují. Za těchto podmínek je k vytvoření kvalitního svaru potřeba profesionálního citu a zkušeností. Ve větších hloubkách dochází navíc působením tlaku k prosycení svarového kovu plyny a svar se tak stává křehkým. Např. ve 100metrové hloubce už nelze provést kvalitní svar. Tyto situace se proto řeší pomocí tzv. habitatu, hermeticky uzavřené nástavby kolem svařovaného potrubí, z níž se odčerpá voda, takže hyperbarické svařování probíhá následně už v suchém prostředí. Svářeči však musí pobývat v hyperbarické komoře a je logické, že takovéto operace jsou technicky i časově náročnou, a tedy i drahou záležitostí.

Roboti v roli automatických svářečů pod vodou by se tak mohli uplatnit spíše v menších hloubkách, nicméně jejich možnosti by mohly výrazně usnadnit inspekci podvodních svarů. V případě, že by byli schopni provést i potřebné opravy, je možná jen otázkou času, kdy se i pod hladinu spustí první svařovací automaty.

První vlaštovky?

V rámci výzkumného projektu ROBHAZ (dostupný opravářský podvodní svařovací systém), financovaného evropskými fondy, probíhal na přelomu milénia výzkum zaměřený na možnost opravy podvodních struktur bez nutnosti využití potápěčů.

Byl vyvinut a testován systém využívající řešení založené na frikčním (třecím) svařování. Cílem bylo vyhnout se problémům spojeným s mokrým a hyperbarickým obloukovým svařováním. Systém tvořil 6osý robot TRICEPT (používaný v automobilovém a leteckém průmyslu) upravený pro práci pod vodou, a modifikovaná víceúčelová svařovací hlava pro frikční svařování. Na pracoviště by byl systém dopravován podvodním dálkově ovládaným zařízením (ROV) nebo dálkově ovládaným nástrojem (ROT) v závislosti na typu aplikace a místě. Hlavní důraz vývoje byl kladen na úpravu existující mobilní třecí svařovací hlavy HMS 3000 určené pro svařování svorníků (Friction Hydro Pillar Processing - FHPP) a uzpůsobení průmyslového robota se šesti stupni volnosti postaveného na rámové konstrukci pro zajištění maximální tuhosti. Axiální zdvih stroje byl rozšířen, aby zvládl opravy úseků až do 30 mm. Modifikovaná svařovací hlava byla integrována ve speciálně navrženém nosiči namontovaném na manipulační podvodní systém.

V současné době však není k dispozici žádný průmyslový plně mechanizovaný robotický systém nevyžadující zapojení potápěčů pro použití v jakékoli hloubce. Dnes používané námořní hydraulické manipulátory nejsou schopny pohybů s velmi vysokou přesností potřebnou pro svářečské práce, vyžadující preciznost v řádu ± 0,2 mm, což může být dosaženo pouze s praktickým použitím elektrického robota. Dálkově ovládané elektrické robotické svařovací systémy robotických ramen vyvinuté pro opravy v jaderném průmyslu jsou však schopné produkovat pouze jednoprůchodové svary tenkých materiálů, a dosud nebyly upraveny pro opravy trhlin v silném ocelovém plechu (typicky 25 mm a více) pod vodou. V rámci projektu ROBHAZ bylo proto vyvíjeno ponorné svařovací elektrické robotické rameno, které bude možné upnout na podvodní uzlové sekce na platformě velkého ROV obdobného typu, jaký je v současné době používán u dodavatelů ke kontrole a údržbě.