Впервые о возможности сварочного процесса в морской среде заговорили в конце XIX веке: за счет оттеснения жидкости испаряющимися газами, образующимися при плавлении электродов, поддерживается горение дуги.
Официально подводная сварка признана в 1932-м году. Инженер Константин Хренов в длинных резиновых перчатках сваривал детали в смывном бачке с проточной водой, электрод он покрывал водонепроницаемой обмазкой.
Первое практическое применение технологии зарегистрировано в 1936 году, подводная сварка применялась при подъеме судна в акватории Черного моря. Через два года водолазы-сварщики без завода в ДОК отремонтировали пароход Уссури, затем восстановили герметичность днища ледокола Сибиряков после снятия с каменистой отмели.
В начале 1942 года в одном из институтов Москвы была создана специальная лаборатория. Подводная сварка проводилась в огромной учебной камере, изобретались новые способы создания прочных сварных соединений под водой. Сейчас подобных учебных центров много. Технология совершенствуется, разрабатываются новые виды наплавочных материалов, оборудование.
Особенности сварки под водой
Сначала о человеческом факторе:
- организм подводного сварщика во время работы испытывает давление толщи воды, работать с оборудованием сложно;
- из-за поднимающихся пузырьков, вспенивания воды снижена видимость сварочной ванны, чаще происходит смещение наплавки;
- велик риск поражения током – вода хорошо проводит электричество, любой пробой смертельно опасен.
Основные отличия сварочного процесса:
- затруднен розжиг электрода из-за слоя ржавчины;
- работать можно только сверху вниз;
- под давлением воды на воздушный пузырь шов проплавляется глубоко;
- металл сразу остывает, образуются вдавленные чешуйки на соединении;
- работа ведется на повышенных токах;
- при быстрой кристаллизации металл становится хрупким.
Понятно, что работы осуществляет только опытный сварщик, имеющий подготовку водолаза.
Подводная резка металлов
Резка металлов под водой имеет большое значение при выполнении судоремонтных, судоподъемных и аварийно-спасательных работ.
Резка металлов под водой отличается многими специфическими особенностями. Разрезаемый металл находится в воде и интенсивно охлаждается, что затрудняет его достаточный прорев. Резчик, работающий под водой стеснен в своих движениях, так как он одет в специальное водолазное снаряжение. Видимость при подводной резке также ограничена.
Существуют три вида подводной резки металла:
- газопламенная;
- дуговая;
- кислородно-дуговая.
При любом способе резка выполняется в газовой среде, которая создается искусственно или возникает естественно в процессе резки. Нагрев металла при резке под водой обеспечивается созданием газового пузыря, который оттесняет воду как от пламени, так и от нагреваемого участка разрезаемого металла.
Для подводной газокислородной резки применяют специальные резаки, которые работают на газообразном водороде или на жидком горючем бензине. Под водой металл охлаждается интенсивнее, чем на воздухе, поэтому для его подогрева требуется пламя в 10-15 раз мощнее, чем для аналогичных работ на воздухе.
Подводные резаки имеют устройства для создания и поддержания газового пузыря, оттесняющего воду от пламени. Для образования защитного газового пузыря служит углекислый газ, оксид углерода и дополнительно вдуваемый воздух.
Головка водородно-кислородного резака состоит из колпака 3 и мундштуков 1 и 2. По центральному каналу мундштука 1 поступает режущий кислород 4, а по кольцевому каналу между мундштуками 1 и 2 — водородно-кислородная смесь 5, образующая подогревающее пламя 7. Снаружи мундштука 2 имеется колпак 3, через который поступает сжатый воздух 6, служащий для образования пузыря 9 вокруг пламени. Пламя резака зажигают над водой, после чего в мундштук подается сжатый воздух 6 и резак опускают под воду 10 (8 — струя режущего кислорода). Если пламя под водой погасло, то поднимают резак, зажигают и регулируют подогревающее пламя и производят вторичное погружение. При работе на больших глубинах применяют подводное зажигание пламени резака. Для этой цели служит «зажигательная дощечка» и аккумуляторная батарея.
Рисунок 1 — Схема головки водородно-кислородного резака для подводной резки
Резак для водородно-кислородной подводной резки показан на рисунке 2. Водородно-кислородным резаком режут стали толщиной до 70 мм на глубине до 30 м. Резак состоит из мундштука 1, головки 2, колпака 7, вентилей 4 и 6 и рукоятки 5. Режущий кислород подается через вентиль 4 в — центральный канал мундштука 1. Водородно-кислородная смесь поступает в головку 2 по трубке 3, а сжатый воздух — в колпак 7 через вентиль 6. Водород и кислород поступают в резак по шлангам из баллонов. Воздух, подается по отдельному шлангу из компрессора или баллонов. Водородно-кислородное пламя не имеет ярко выраженного ядра (отсутствуют частицы углерода в пламени), что усложняет его регулировку. Поэтому более удобным является применение в качестве горючего бензина. При резке металлов под водой бензин не испаряется, а распыляется кислородом. В зону подогревающего пламени подается распыленный бензин, который успевает испариться и сгореть в кислороде.
Рисунок 2 — Резак для водородно-кислородной резки
Резак для бензинокислородной резки изображен на рисунке 3. Бензорез состоит из головки 1, соединительных трубок 2 и корпуса с рукояткой 3. На корпусе рукоятки резака имеются три вентиля — вентиль 4 для бензина, 5 и 6 для кислорода. Бензин подают из напорного бачка, необходимое давление создается азотом, подаваемым из баллона через редуктор.
Рисунок 3 — Резак для бензин-кислородной подводной резки
Сущность электрокислородной подводной резки заключается в том, что место реза подогревается дугой прямого действия, горящей между изделием и трубчатым стальным электродом, через который подается режущий кислород. Кислород к электроду подводят через электрододержатель, для пуска кислорода держатель снабжен вентилем. Для электрокислородной резки используют металлические, угольные или графитовые электроды, наибольшее применение нашли стальные электроды. Для изготовления электродов применяют стальные цельнотянутые трубки наружным диаметром 5-7 мм, внутренним — 2-3 мм, длиной — 450 мм со специальным водонепроницаемым покрытием. Для питания используют установки постоянного тока. При резке применяется прямая полярность, сила тока не превышает 400 А. Электрокислородную резку можно выполнять на значительных глубинах до 100 м. Расход кислорода составляет 6-10 м3/ч. Недостатком электрокислородной резки стальным электродом является большой расход электродов. Электрод длиной 450 мм расходуется в среднем в течение 1 мин.
а — стального трубчатого электрода; 1 — стальная толстостенная трубка, 2 — обмазка, 3 — канал для кислорода; б — угольного электрода; 1 — угольный электрод или графитовый стержень, 2 — металлическая оболочка, 3 — трубка для кислорода, 4 — покрытие; в — карборундового электрода; 1 — карборундовый стержень, 2 — металлическая оболочка, 3 — канал для кислорода, 4 — покрытие
Рисунок 4 — Поперечный разрез
Для резки применяют также угольные или графитовые электроды. В осевой канал электрода вставляется медная или кварцевая трубочка. Для увеличения электропроводности электрода: и повышения механической прочности стержни покрывают снаружи металлической оболочкой, на поверхность которой наносят водонепроницаемый слой покрытия. Угольный электрод длиной 250 мм горит 10-12 мин.
К недостаткам угольных электродов относится значительный наружный диаметр 15-18 мм, что не позволяет вводить электрод в полость реза. Для электрокислородной подводной резки нашли применение трубчатые карборундовые электроды со стальной оболочкой и водонепроницаемым покрытием. Срок службы карборундового электрода длиной 250 мм, диаметром 12-15 мм — 15-20 мин.
Виды подводной сварки
Сваривать металл в воде можно несколькими способами:
- с изоляцией рабочей зоны (в глубоководной или рабочей камере, портативном боксе);
- непосредственно в воде;
- с использованием ручного или автоматического оборудования.
Сухая подводная сварка в боксе или камере используется редко, слишком велики расходы:
- на подъемно-транспортные механизмы, удерживающие изолирующую конструкцию;
- нагнетателей воздуха;
- приборов, контролирующих показатели создаваемой среды.
Только, когда нужно получить прочные соединения, прибегают к сухим методам.
Гипербарическая сварка – частичное совмещение мокрой и сухой сварки: водолаз-сварщик находится в водной среде, а сварочный процесс происходит в небольшом боксе, из которого воздух вытесняет жидкость.
Мокрая подводная сварка подразумевает розжиг электрода в воде, не требует предварительной подготовки, но качество соединения в этом случае страдает.
Ручная подводная сварка применяется в экстренных случаях, когда важна герметичность, шов не работает на излом, кручение. Для работы необходимы специальные электроды с непромокающей обмазкой. Полуавтоматическая с использованием наплавочной порошковой проволоки применяется для создания однородных прочных швов большой длины. Результат получается хороший. Контролировать процесс проще, чем при использовании электродов по двум причинам:
- у проволоки небольшой диаметр;
- нет вспенивающей воздух обмазки.
Работать полуавтоматами в жидкой среде проще.
К сухим методам прибегают тогда, когда нужно получить прочные соединения.
Как произвести в домашних условиях
Проводить такие работы в домашних условиях не рекомендуется. Для этого необходимо иметь не только навыки сварщика высокого разряда, но и дайвера, а получить их самостоятельно вряд ли удастся. При наличии соответствующих навыков, оборудования и помощника выполнить сварку под водой можно и в домашних условиях.
Требования к безопасности
При проведении таких сварочных работ надо соблюдать следующие правила:
- работу нужно проводить с постоянным током;
- в электроцепи обязательно должен быть аварийный выключатель;
- между сварщиком и контролером должна быть качественная связь;
- костюм водолаза должен обеспечивать высокую степень изоляции сварщика от свариваемых деталей;
- за обрабатываемым изделием могут появляться взрывоопасные газовые карманы, поэтому во время таких работ надо быть внимательным и острожным; подача напряжения осуществляется только при непосредственной сварке или резке, в другое время оборудование должно быть отключено;
- сварщик должен постоянно контролировать свое положение, чтобы не оказаться между заземленным изделием и электрододержателем и стать частью электроцепи;
- соединения должны быть надежными, а зажим к заземлению крепким;
- при замене электрода ток должен быть обязательно отключен;
- с электрододержателем обращаются осторожно, его нельзя направлять на себя или других людей.
Рекомендуем к прочтению Способы сварки ворот в домашних условиях
Костюм водолаза должен обеспечивать высокую степень изоляции сварщика.
Необходимые инструменты и оборудование
Для выполнения подводной варки понадобятся специальные электроды и универсальный их держатель. Здесь не надо подавать кислород, поэтому и оборудование не требуется. Для создания и поддержки электрической дуги понадобится генератор постоянного тока, например BROCO BR-22.
Осуществление отвода водорода
В процессе проведения работ вода, под действием тока и высокой температуры, преобразуется в кислород и водород. Так как получившийся газ легче воды, он самостоятельно поднимается, а на его месте образуются новые пузырьки.
Общее описание процесса
Под водой можно выполнить 2 вида сварки:
- Саморегулируемую. Здесь электрод перемещают относительно линии сварки в перпендикулярном направлении и немного прижимают к детали, чтобы он с ней постоянно контактировал. Выполняется серия швов за счет перемещения электрода поперек линии соединения. Прочный шов получается на длине, равной диаметру электрода, если он 4 мм, то сварные швы получаются шириной 4 мм каждый. При проведении вертикальной сварки движутся сверху вниз, чтобы образующийся газ не ухудшал обзор.
- Управляемую. Сварщик выполняет дугообразные движения электродом, двигая его со стороны в сторону, при этом не касается им свариваемых изделий. Используется при необходимости получения длинного прямого или немного изогнутого шва. Этим способом вертикальный шов выполняется как сверху вниз, так и наоборот.
Под водой можно выполнить саморегулируемую и управляемую сварку.
Технология подводной сварки
Принцип любых сварочных процессов – расплавление металла под воздействием электрической дуги. При розжиге электрода образуется газовый пузырь – вода разлагается под воздействием электротока. Образующийся газ высвобождает пространство для дальнейшего горения электродуги.
Расплав моментально охлаждается окружающей жидкостью без образования шлакового слоя. Температура соленой морской или океанской воды может быть минусовой. Металл не успевает впитать водород, окислиться. Процесс образования пузырей во время горения дуги непрерывный. При пользовании электродами их количество увеличивается, при работе сварочной проволокой их меньше.
Форма шва
Стыковые соединения при плохой видимости выполнить сложно. Для глубинных работ приемлемы тавровые швы и сварка внахлест. Наплавочный шов получается ровным, положение присадки можно скорректировать на ощупь.
Контроль за процессом и исправление дефектов
Когда сварка под водой выполняется электродами, это связано с рядом проблем:
- большое разбрызгивание металла;
- плохая стабильность горения дуги;
- появление газовых пор и включений шлака;
- плохое формирование шва.
Когда сварка под водой выполняется электродами, происходит разбрызгивание металла.
Большое количество газа ухудшает видимость, в результате чего образуются такие дефекты, как непровары и несплавления. Качество шва во многом зависит от квалификации сварки, поэтому к выполнению подводных работ допускаются только сварщики, имеющие высокий разряд.
Решить описанные проблемы помогает использование герметичного механизированного оборудования с применением специальной проволоки. Это позволяет уменьшить выбросы сварочных газов, улучшить качество шва и получить требуемые его характеристики.
Оборудование и расходные материалы
Подводная сварка производится типовыми генераторами тока: трансформаторами, инверторами, выпрямителями. Рекомендуемые параметры применяемого оборудования:
- напряжение 80 – 120 В;
- ампераж 180 – 220 А.
Кабель, шланги должны соответствовать стандартам электробезопасности, подводная сварка сопряжена с поражениями током, особенно в морской воде с высоким содержанием солей. При энергопотерях ухудшается горение дуги.
Электроды для подводной сварки делают с парафиновым или нитролаковым покрытием, часто применяют СВ-08, СВ-08ГА и подобные. Рекомендуемая порошковая проволока – СВ-08Г2С, ППС-АН1. Размер выбирается в зависимости от толщины свариваемых металлов.
Подводная сварка невозможна без использования скафандра. Когда применяется глубоководный металлический, важно соблюдать расстояние до рабочей зоны, чтобы не возникал разряд между инструментом и скафандром.
Что потребуется сварщику
Для сварки под водой понадобится силовое оборудование, его конструкция почти не отличается от того, что используется на суше. То, что предназначено для работы на больших глубинах, может иметь некоторые различия в конструкции.
Кабели и специальные шланги
Технология выполнения работ, а также соблюдение мер электробезопасности предъявляют особые требования к целостности кабелей и шлангов, по которым подводится питание, откачивается вода, подается проволока, защитный газ. Часто такие работы выполняются в морской воде, а она хорошо проводит электрический ток. Наличие на кабелях скруток может стать причиной не только утечки тока, но и быть опасным для сварщика.
Для выполнения работ под водой понадобятся специальные шланги.
Скафандр или подобное оборудование
Сварщик вынужден работать на большой глубине, поэтому ему понадобится специальное снаряжение, это может быть скафандр или подобное оборудование. Соленая вода имеет высокую проводимость, поэтому дуга может образоваться на расстоянии от свариваемых деталей.
При установлении положительной проводимости между ними и металлическими частями скафандра и при сокращении расстояния от них до электрода может появиться разряд.
Электроды, проволоки и т. д.
Используют электроды из низкоуглеродистой стали, т.к. они менее подвержены негативному воздействию жидкости. Имеющаяся на них обмазка дополнительно покрывается защитными средствами, которые за счет создания водонепроницаемого слоя не дают ей преждевременно разрушаться.
Работу выполняют электродами диаметром 4-6 мм, например, марки Св-08 и аналогичными. Для полуавтоматической сварки используют проволоку СВ-08Г2С и аналогичную. При смене электрода оборудование отключается.
Для сварки под водой используют электроды из низкоуглеродистой стали.
Требования к водолазам-сварщикам
Глубинность подводной сварки под водой ограничена возможностями человеческого организма. Во время резкого всплывания возникает декомпрессия – в крови образуются пузырьки газа. Водолаз-сварщик проходит двойное обучение:
- профессиональный курс сварщика на присвоение высокого разряда;
- профподготовку водолазов, дайверов, важно научиться правильно пользоваться аквалангом, рассчитывать время пребывания под водой, определять временные интервалы глубинной выдержки во время всплытия на поверхность.
В процессе подготовки кадров особое внимание уделяется технике безопасности, специалист должен уметь хорошо плавать, проверять оборудование, знать нюансы сварочного процесса. В затрудненных условиях важно правильно организовать рабочее место, чтобы не создавались лишние помехи от течений, волн. В рабочей зоне не должны находиться незакрепленные предметы.
Для подводной работы необходимо иметь представление об устройстве обшивки ремонтируемых судов, особенностях гидросооружений, возводимых мостовых конструкций. Обучение водолазов-сварщиков проводится в специализированных центрах, где есть бассейны, разнообразное сварочное оборудование.
Где в основном применяется
Такой способ соединения деталей применяется при выполнении разных работ на объектах, расположенных под водой:
- нефте-, газо-, водопроводы;
- корпуса судов;
- причалы и мосты;
- нефте- и газодобывающие платформы;
- дамбы;
- другие сооружения.
Сварка под водой применяется при выполнении работ с трубопроводом.
