Подводная сварка и резка
Подводная сварка и резка
введение
В связи с постоянно возрастающим числом морских установок возникает
необходимость осуществления сварки для соединений трубопроводов, а также
при проведении ремонтных работ опорных конструкций.
Опыт осуществления подводной сварки пока невелик, но уже очевидно, что
качество сварных соединений и технология сварочного процесса нуждается в
совершенствовании.
1. разновидности подводной сварки
В настоящее время применяют 4 основных метода подводной сварки:
Сварка в сухой глубоководной камере;
Сварка в рабочей камере (водолазный колокол);
Сварка в портативном сухом боксе;
Мокрая сварка.
2. Подводная сварка в сухой среде
Сварку выполняют в сухой глубоководной камере, которая вмещает в себя
как сварщика, так и сварной узел. Сварка в такой камере осуществляется в
абсолютно сухой среде. Сварные швы, полученные в ней, не отличается по
качеству от сварных швов, сделанных на суше. Однако сухая глубоководная
камера очень громоздка, Ее сооружение длительный, дорогостоящий и сложный
процесс, требующий использования вспомогательных судов и плавучих кранов.
Для создания естественной среды камеру с открытым дном или подводную
сварочно-монтажную камеру устанавливают на места будущих соединений труб.
После того как между трубой и камерой помещены уплотнения, а внутри труб –
пневматические заглушки, газ, находящийся в водолазном снаряжении, вытеснят
морскую воду из камеры. Затем сварщик-водолаз входит в камеру и выполняет
сварку в сухой среде. Термин "сварка в сухой среде" обозначает сваривание
при высоком гидростатическом давлении сварщиком-водолазом, полностью
находящимся в сухой среде, созданной под водой.На рис. 2.1 представлен
барокомплекс состоящий из гидротанка, жилого и шлюзового модулей. Гидротанк
барокомплекса имеет диаметр 3,7 м и состоит из двух отсеков: верхнего и
нижнего, заполненного водой. Жилой модуль (внутренний диаметр 2,14м)
одновременно является декомпрессионной камерой и соединяет верхнию часть
гидротанка со шлюзовым модулем. Шлюзовой модуль ,в котором всегда
поддерживается атмосферное давление, используется в случае необходимости
принять людей или передать крупные прдметы в жилой модуль, в то время когда
он находится под давлением. Гидротанк и жилой модуль оборудованы
индивидуальными системами жизнеобеспечения, которые поддерживают нужную
температуру, влажность, парциальное давление кислорода; удаляют из камеры
двуокись углерода и другие вредные примеси, обусловленные
жизнедеятельностью организма. Сварщики вдыхают смесь гелия и кислорода, в
которой в независимости от глубины поддерживается парциальное давление
кислорода 29,4 кПа.
Для сварки в барокамерах применяют то же сварочное оборудование,
такой же электродержатель, шланг-кабель, токоподвод и т. д., что и в
естественных условиях. Так же используют оборудование для удаления паров и
продуктов сгорания, корректор речи в гелиево-кислородной среде,
телевизионную установку с монитором внутри модуля, газоанализатор и пр.
При погружении на небольшой период времени пользуются следующими режимами
декомпрессии:
|Глубина, м |Время на глубине, мин |Время декомпрессии, ч |
|75 |30 |2 |
|75 |60 |5 |
|93 |30 |3,3 |
|93 |60 |9 |
|137 |30 |12 |
|137 |60 |22 |
Поскольку время пребывания на дне ограничено, а обычный промежуток
между погружениями составляет 2 ч, представляется целесообразным для
осуществления всех водолазных работ, за исключением кратковременных
осмотров, использовать метод погружения, при котором ткани тела водолаза,
работающего под водой, насыщается инертным газом. Скорость насыщения
зависит в основном от глубины погружения и времени нахождения под водой.
Время декомпрессии зависит от количества растворенного газа. С наступлением
состояния насыщения время декомпрессии становится постоянным и зависит от
дальнейшей экспозиции. Это явление позволяет осуществлять подъем водолазов
после погружения в колоколе, в котором сохраняется давление, равное глубине
погружения, до тех пор, пока водолазы не перейдут в декомпрессионную камеру
на палубе, в которой поддерживается такое же давление. Таким образом,
удается избежать декомпрессии между отдельными погружениями и предоставить
отдых водолазам.
Метод длительного пребывания позволяет водолазам проводить на глубине
более длительный период, а время декомпрессии при этом не увеличивается.
Недостаток этого метода – использование дополнительного оборудования и
привлечение дополнительного обслуживающего персонала, что ведет к большим
затратам материальных средств.
Кроме водолазного колокола может быть использован погружаемый аппарат с
выходом водолаза через шлюзовое устройство.
На рис.2.2 представлен общий вид системы с использованием сварочно-
монтажных камер с нормальным атмосферным давлением.
Приведенная система позволяет решить проблемы связанные с декомпрессией
сварщиков-водолазов. Очевидно, что оборудование такой камеры весит немало и
центрирование труб занимает много времени, но гарантируемое качество
сварных швов оправдывает затраты времени.
Доставка персонала осуществляется сухим способом в камере с
атмосферным давлением.
Применение глубоководной водолазной техники уже оправдало себя на глубине
до 200 м, в настоящее время возможно погружение на глубину до 300 м.
Пока ни одно приспособление не может заменить мастерство водолазов и их
способность двигаться в ограниченных пространствах в районе свариваемого
соединения. Однако на глубине 600 м возникает физиологический и медицинский
барьер, не позволяющий дальнейшее погружение. На глубинах от 300 до 600 м
погружение водолазов следует рассматривать лишь как крайнюю необходимость,
а работы на глубинах свыше 600 м должны осуществляться посредством
дистанционно управляемых рабочих комплексов, а также подводных аппаратов с
нормальным давлением.
3. сухая глубоководная (гидросварка)
Для осуществления гидросварки необходимо обеспечить локализованную
стабильную сухую газовую среду вокруг свариваемого соединения и сварочной
головки при помощи изготовленных по особому заказу камер или при помощи
легких портативных боксов. В обоих случаях непрерывная полуавтоматическая
сварка электродной проволокой осуществляется в сухой среде.
Закрепляемое на месте сварки заграждение, называемое гидробоксом,
изготавливают частично или полностью из прозрачного материала. Бокс должен
плотно прилегать к свариваемому соединению и обеспечивать герметичность.
Основание бокса делается открытым для возможности ввода в нее водолазом-
сварщиком сварочной головки. Для вытеснения из бокса воды и создания сухой
среды в него подается смесь инертных газов под соответствующим давлением.
Через прозрачные стенки бокса сварщик может наблюдать за дугой и сварочной
ванной. Гидробокс обычно изготовляют по специальному заказу, при
необходимости его можно быстро и просто изготовить на месте.
На рис.1. изображен гидробокс для ремонта вертикального трубопровода.
Плавящаяся электродная проволока подается с определенной скоростью через
гибкий шланг к водонепроницаемой сварочной головке, находящейся в руках
водолаза-сварщика. Инертный газ может подаваться к головке для того, чтобы
выпускаться вместе со сварочной проволокой и защищать сварочную дугу,
возникающую между концом электрода и свариваемого участка.
Установка подачи проволоки, которая включает механизм подачи проволоки,
тяговый привод и катушку проволоки в водонепроницаемом кожухе, располагают
под водой недалеко от места сварки. В кожухе при помощи системы подачи газа
постоянно поддерживается давление газа больше, чем давление окружающей
воды. Напряжение подается на дугу от источника постоянного тока,
находящегося на поверхности и подсоединенного к электродной проволоке и
свариваемому участку. Защитный газ, силовой кабель и кабель для контрольно-
измерительных приборов подаются к установке подачи проволоки, а значит, и к
головке при помощи одного шланг-кабеля.
Контроль за проведением сварки, подача проволоки и прочее
осуществляются с находящегося на поверхности пульта управления, где
расположены контрольно-измерительные приборы, позволяющие регулировать
процесс сварки, освобождая от этой обязанности водолаза. Связь водолаза с
пультом управления непрерывно поддерживается по радио, хотя контрольно-
измерительные приборы позволяют достаточно точно регулировать процесс
сварки. Оборудование для полуавтоматической подводной сварки с непрерывной
подачей проволоки схематически изображено на рис.2.
Рис.2 . Оборудование для сухой глубоководной полуавтоматической сварки.
1 – источник энергии (генератор постоянного тока или импульсный генератор);
2 – контрольно-измерительная аппаратура; 3 – контрольный блок (подача газа,
скорость подачи проволоки и пр.); 4 – запасы газа (4' – агрегат подачи
проволоки; 4'' – защитный газ для сварочной головки; 4''' – газ для
гидробокса); 5 – шланг для подачи газа; 6 – силовой кабель; 7 – шланг для
подачи проволоки; 8 – шунт; 9 – земля; 10 – центральный кабель; 11 –
катушка с проволокой; 12 – подводный агрегат подачи проволоки; 13 – тянущие
валки; 14 – плавящаяся проволока; 15 – мотор; 16 – герметичный шланг-
кабель; 17 – гидробокс; 18 – головка полуавтомата; 19 – сварочная дуга; 20
– подача газа в гидробокс; 21 – свариваемое изделие.
4. Мокрая сварка
1. Ручная дуговая сварка
2. Полуавтоматическая сварка
4. 1 СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА
Способ дуговой сварки под водой основан на способности дуги устойчиво
гореть в газовом пузыре при интенсивном охлаждении окружающей водой (рис
4.1). Газовый пузырь образуется за счёт испарения и разложения воды, паров
и газов расплавленного металла и обмазки электрода.
Вокруг горящей дуги выделяется большое количество газов, что приводит
к повышению в газовом пузыре и частичному выделению газов в виде пузырьков
на поверхности воды. Вода разлагается в дуге на свободный водород и
кислород; последний соединяется с металлом образуя окислы. Взвешенные в
воде продукты сгорания металла и обмазки, состоящие преимущественно из
окислов железа, образуют облако взвесей, которое затрудняет наблюдение за
дугой.
Устойчивое горение дуги под водой можно объяснить принципом минимума
энергии Штеенбека, т.е. условное охлаждение какого-либо участка дуги
компенсируется увеличением количества выделяемой энергии на нем. Для
компенсации тепловых потерь из-за охлаждающего действия воды и наличия
большого количества водорода напряжение на дуге под водой требуется более
высокое напряжение (30-35В). Сварку под водой выполняют на постоянном и
переменном токе. На постоянном токе дуга горит более устойчиво, чем на
переменном, т.к. постоянный ток разлагает воду еще до возбуждения дуги, а
переменный ток разлагает воду и образует газовый пузырь в момент короткого
замыкания под действием высокой температуры.
С увеличением глубины и давления окружающей среды устойчивость дуги не
нарушается; возрастает только напряжение и увеличивается ток.
Подводная сварка возможна в пресной речной и соленой морской воде. В
качестве источников питания используют однопостовые и многопостовые
сварочные агрегаты, сварочные преобразователи и трансформаторы, имеющие
напряжение холостого хода 70-110 В.
4. 2. особенности прОцесса
Продукты разложения воды – водород и кислород, находящийся в зоне
дуги, оказывает заметное влияние на качество сварных швов. Водород
интенсивно растворяется в жидком металле, вызывая охрупчивание швов, а
кислород окисляет сталь и в первую очередь содержащиеся в ней легирующие
элементы. Окислы частично всплывают, переходя в шлак, и частично остаются в
металле шва в виде неметаллических включений, уменьшающие вязкость и
пластические свойства металла шва.
Из-за непосредственного контакта с водой основного металла и металла
шва теплоотдача низкоуглеродистой стали значительно выше, чем при сварке на
воздухе, что может привести к появлению закалочных структур в металле шва и
в зоне термического влияния.
Наличие повышенного давления и охлаждающее действие среды приводят к
сжатию столба дуги и повышение температуры последнего. Это может увеличить
температурный градиент металла шва и вызвать перегрев электродного металла.
Водолаз-сварщик заключен в водонепроницаемый костюм и находится в плотной
среде, стесняющей его движение, кроме того, на него действует
дополнительное гидростатическое давление, снижающее его подвижность.
Водолаз находится в весьма неустойчивом положении с небольшой отрицательной
плавучестью.
Ухудшенная видимость и наличие подводных течений создают
неблагоприятные условия как для существования дугового разряда, так и для
работы водолаза-сварщика, отрицательно сказываясь на качестве швов и
производительности процесса.
Мокрая сварка имеет множество практических преимуществ: сварщик может
осуществлять сварку в местах недоступных другими способами; ремонтные
работы можно проводить быстрее и с меньшими затратами.
4. 3. ручная дуговая сварка
При сварке под водой выполняют соединения внахлестку, тавровые,
угловые, реже стыковые, причем чаще всего способом опирающегося электрода.
Горение дуги отличается в этом случае высокой стабильностью. Сварщик
перемещает дугу без колебаний поперек шва с сохранением угла наклона
электрода. Способом опирающегося электрода можно сварить швы во всех
пространственных положениях. Сварку в вертикальном положении производят
сверху вниз, при этом электрод наклонен в сторону ведения сварки. Силу тока
при подводной сварке опирающимся электродом в нижнем положении
устанавливают выше, чем при сварке в обычных условиях (табл 2.1).
Режимы ручной подводной сварки
Таблица 4.1.
|Марка электрода |Диаметр |Сила тока, А |Род тока, |Коэффициент |
| |электрода, | |полярность |наплавки, |
| |мм | | |г/А*ч |
|ЭП-35 |4-5 |220-240 |постоянный, |6,0-6,5 |
| | | |прямая | |
|УОНИ-13/45П |4 |200-220 |постоянный, |6,3-7,0 |
|ЭПС-5 |4 |160-220 |прямая и |9,2-9,8 |
| |5 |250-270 |обратная | |
|ЭПО-55 |4 |240-260 |постоянный, |6,7-9,7 |
| |5 |200-275 |прямая и | |
| | | |обратная; | |
| | | |переменный | |
|ЭПС-52 |4 |160-200 |постоянный |5,3-7,9 |
| |5 |200-250 |прямая; | |
| | | |переменный | |
4. 4. полуавтоматическая сварка
Перспективной является полуавтоматическая сварка, сочетающая
механическую подачу проволоки в зону дуги с маневренностью и
универсальностью ручной сварки (рис.4.4). Кроме того, механическая подача
проволоки позволяет длительное время вести процесс сварки без перерывов.
Так как проволока имеет меньший диаметр, чем электрод, и не имеет покрытия,
создаются благоприятные условия для наблюдения процесса управления
формированием шва.
Создание мокрого способа полуавтоматической сварки было связано с
большими трудностями. Проведенные предварительные опыты показали, что швы
получаются узкими, высокими, с неудовлетворительным качеством поверхности.
Кроме того, в швах было обнаружено значительное количество пор и
неметаллических включений. Механические свойства этих швов оказались
недопустимо низкими.
Использование для защиты дуги аргона и особенно углекислого газа
позволяет не значительно понизить содержание водорода в металле шва.
Более эффективным способом защиты дуги от вредного воздействия
окружающей среды является использование порошковой проволоки. Разработанная
в институте электросварки им. Е.О. Патона порошковая проволока марки ППС-
АН1 (диаметр 1,2 – 2,0 мм) позволяет обеспечить стабильное горение дуги и
получение (на низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталях)
сварных соединений, равнопрочных основному металлу.
Для механизированной подводной сварки и резки разработаны и
применяются полуавтоматы типа ППСР–300–2, "НЕПТУН". Полуавтоматом ППСР –
300 – 2 (рис. 4.4) можно сваривать сталь толщиной 4 мм и более, резать
сталь толщиной до 25 мм на глубине до 60 м. В качестве защиты используют
углекислый газ. Полуавтомат рассчитан на номинальную силу тока 300 А.
Скорость подачи сварочной проволоки диаметром 1,2 или 1,6 мм регулируется в
пределах 6,6 – 21,6 см/с. При зарядке кассеты проволокой в количестве 4 – 5
кг сварщик может непрерывно работать 2 – 2,5 ч.
4. 5. Сварочные материалы
Для ручной дуговой сварки под водой используют электроды диаметром 4-6
мм (рис.4.1) из сварочной проволоки марок Св-08, Св-08А, Св-08ГА, Св-08Г2,
а для полуавтоматической сварки – проволоки марок СВ-08Г2С, ППС-АН1.
Наибольшее применение получили электроды марок ЭПС-5 и ЭПС-52, имеющие в
составе покрытия ферросплавы, что улучшает химический состав и механические
свойства металла шва. Водонепроницаемость покрытия достигается пропиткой
такими составами, как парафин, раствор целлулоида в ацетоне, раствор
синтетических смол в дихлорэтане, нитролаке и др.
Для подводной сварки применяют специальные электрододержатели, которые
имеют надежную электроизоляцию по всей поверхности. Смена электрода
производится только после отключения сварочного тока.
5. ПОДВОДНАЯ РЕЗКА
В данном разделе приводится обзор существующих в настоящее время
методов подводной резки.
В подводных условиях применяют различные способы резки:
1) механические;
2) термические;
3) кумулятивные (взрывом).
Наибольшее распространение получили способы термической резки:
1) электродуговая;
2) электрокислородная;
3) газокислородная;
4) плазменная.
При подводной резке используется тепло концентрированных источников
дуги или плазмы и тепло, выделяющееся в результате химического
взаимодействия кислорода с металлом. Поскольку разрезаемый металл находится
в воде и интенсивно охлаждается, то источник тепла должен иметь высокую
концентрацию его в месте реза.
5.1. электродуговая резка
Подводная электродуговая резка отличается от дуговой подводной сварки
повышенными значениями сварочного тока и приемами выполнения работ. Поэтому
дуговую резку под водой можно выполнять на том же оборудовании, что и
подводную сварку. Целесообразно использование постоянного тока прямой
полярности, так как это приводит к выделению большого количества тепла в
полости реза.
Электроды для резки отличаются от электродов для сварки размерами,
толщиной и составом обмазки. Электроды изготовляются из проволоки диаметром
5 – 7 мм, длинной 500 – 700 мм.
При выборе режимов тока для резки следует применять коэффициент K
равным 60 –80 А/мм. Практикой установлено, что электродами диаметром 5 мм
можно успешно резать металл толщиной больше 50 мм при силе тока 350 – 500А.
Режимы резки, обеспечивающие максимальную производительность
процесса, находят опытным путем.
Резка осуществляется непрерывным перемещением электрода. Она
начинается с кромки или отверстия и производится пилообразными движениями
конца электрода. Металл не большой толщины (до 10 –15 мм) разрезается
непрерывным перемещением конца электрода вдоль линии реза (рис. 5.1.1). При
резке металла большой толщины (рис.5.1.1) движение электрода от верхней
поверхности к нижней осуществляется медленно, подъем его к верху – быстро.
Из табл.5.1. видно, что с увеличением толщины металла
производительность дуговой резко падает, а расход электродов на один
погонный метр реза растет.
Производительность и расход электродов при резке
Таблица 5.1.
|Толщина |Производите|Расход |Толщина |Производите|Расход |
|изделия, мм|льность, |электродов |изделия, мм|льность, |электродов |
| |м/ч |при резке, | |м/ч |при резке, |
| | |шт/м | | |шт/м |
|5 |1,3 |3 |30 |0,3 |80 |
|10 |0,8 |7 |40 |0,22 |120 |
|15 |0,6 |15 |50 |0,17 |150 |
|20 |0,4 |40 |60 |0,14 |200 |
5.2. электрокислородная резка
Электрокислородная резка впервые применена в 1915г и в настоящее
время является самой распространенной. Способ электрокислородной резки
удачно объединил преимущество дугового разряда и струи режущего кислорода.
За счет тепла дуги происходит нагрев и плавление металла, а за счет струи
кислорода – сгорание и выдувание металла из полости реза. В основном
применяют трубчатые электроды с осевым каналом для режущего кислорода и
специальные электроды из карборунда.
Стержни электродов изготовляют из толстостенной цельнотянутой трубки
из малоуглеродистой стали наружным диаметром 5 – 7 мм и внутренним 1,5 – 2
мм (см. рис. 5.2.1). Длина электродов 350 – 400 мм. Трубчатый электрод
покрывают обмазкой толщиной 1 – 1,2 мм. Время сгорания такого электрода 1
мин. Электроды из карборунда получили название керамических (рис. 5.2.1).
Керамический электрод из карборунда длиной 250 мм сгорает через 15 мин.
Однако из-за больших размеров (диаметр 15 – 20 мм) керамические электроды
могут быть рекомендованы для резки сплошного металла толщиной до 30 мм.
Для электрокислородной резки применяют электродержатели специальной
конструкции типа ЭКД4 и ЭКД4 – 60 (рис. 5.2.2).
Электрокислородную резку применяют для резки черных и цветных
металлов толщиной до 100 – 120 мм на глубинах до100 м. По
производительности электрокислородная резка электродуговой и
газокислородной резки (табл. 5.2).
Показатели электрокислородной резки
Таблица 5.2
|Толщина |Сила тока, мм|Давление |Время резки 1|Расход |
|металла, мм | |кислорода, |пог. м, мин |электродов, |
| | |кгс/см2 | |шт/м |
|10 |200 |2 |23 |5 |
|15 |220 |3 |33 |6 |
|20 |250 |4,5 |45 |8 |
|30 |275 |5,5 |60 |10 |
|40 |300 |6 |90 |12 |
|50 |320 |6,5 |105 |15 |
|60 |350 |7 |120 |18 |
|80 |350 |9 |145 |24 |
|100 |350 |11 |180 |30 |
Электрокислородная резка на полуавтомате типа ППСР-300-2
осуществляется путем непрерывной подачи проволоки и концентрического
обдувания ее струей кислорода, поступающего в режущую приставку головки
полуавтомата (рис. 4.4).
Большая концентрация тепла и узкая струя кислорода
обеспечивают резку металла толщиной 25 мм при силе тока 300А и давлении
кислорода 6 кгс/см2 со скоростью до 4 м/ч. Разработан способ дуговой резки
углеродистой и нержавеющей стали и алюминия толщиной до 45 мм, который
основан на выплавлении металла дугой, горящей между порошковой проволокой и
разрезаемым металлом, с одновременной подачей в полость реза интенсивной
струи воды. Резка при этом способе приводится постоянным током обратной
полярности на режимах: сила тока 500-1000 А; напряжение 20-30 В; давление
воды 5-10 кгс/см2; расход воды 6-12 л/мин; скорость резки до 14 м/ч.
5.3. ГАЗОКИСЛОРОДНАЯ РЕЗКА
Газокислородная резка основана на сгорании металла в струе
кислорода и выдувании окислов и металла из полости реза. Она возможна
только при постоянном существовании газового пузыря вокруг подогревающего
пламени (рис. 3.3). Создание газового пузыря возможно за счет продуктов
сгорания подогревающего пламени, для которого используют ацетилен, водород,
другие углеводороды и бензин. Устойчивость пузыря обеспечивается
специальной конструкцией наконечника подводного резака и подачей защитного
газа – воздуха или кислорода. В воде металл интенсивно охлаждается и
поэтому для его подогрева требуется пламя в 10-15 раз больше, чем для
аналогичных работ на воздухе.
Наибольшее распространение получили водородно-кислородная и
бензокислородная резка. Подогревающее пламя образуется за счет водородно-
кислородной смеси, подаваемой по кольцевому каналу между мундштуками 1 и 2
(рис. 5.3.1). Между наружным колпачком 3 и мундштуком 2 подается сжатый
воздух для создания пузыря и предохранения пламени от соприкосновения с
водой. Режущий кислород поступает по центральному каналу мундштука 4.
Водород и кислород поступают по шлангам из баллонов, а воздух по
отдельному шлангу от компрессора или баллона. На глубине 30-40 м водородно-
кислородным резаком можно резать сталь толщиной до 70 мм; рабочее давление
газов составляет, кгс/см2: 6,6 – кислород, 5,5 – водород, 5 – воздух.
Средний часовой расход водорода и кислорода 4-10 м3, воздуха 20 м3.
Использование бензина для подводных работ стало возможным
благодаря разработке новых конструктивных принципов построения бензорезов,
сущность которых состоит в том, что бензин предварительно не испаряется, а
распыляется кислородом и в зону подогревательного пламени подается в виде
тончайшей бензиновой пыли. Продукты сгорания пламени содержат много
неконденсирующихся газов, образующих устойчивый газовый пузырь, что
исключает подведения дополнительного воздуха или кислорода, упрощает и
удешевляет установку и ее эксплуатацию.
Схема установки для питания резака бензином и кислородом
показана на рис. 5.3.2. В комплект установки входит батарея из 6-12
баллонов кислорода, баллоны с бензином и азотом, батарея аккумуляторов,
резак и электрозажигалка. На пульте управления для понижения давления
установлены два кислородных редуктора и азотный редуктор. Бензин подается
под давлением азота. Бензорез за 1 час расходует 30-50 м3 кислорода, 10-20
кг бензина; расход азота незначителен. Скорость резки бензино-кислородным
пламенем выше, чем водородно-кислородным, на 20-30%.
Ацетилен в качестве горючего газа применяется редко, т.к.
ацетилен под давлением является сильно выраженным эндотермическим продуктом
и на глубине 5-15 м, разлагается на составляющие – углерод и водород.
Газокислородную резку чаще всего применяют для разрезания сталей
и материалов, которые легко окисляются. Применять газокислородную в чистом
виде для цветных металлов и сталей, устойчивых к действию коррозии,
невозможно.
Для газокислородной резки требуется более высокая квалификация
резчиков, чем для электрокислородной резки, но оборудование проще и
компактнее
5.4. ПЛАЗМЕННАЯ РЕЗКА
Для плазменно-дуговой резки разработана специализированная
установка типа ОППР-1, обеспечивающая резку в пресной и морской воде.
Плазменную резку металла толщиной 8-40 мм на глубинах до 10 м производят
при силе тока 200-600 А и напряжении дуги 120-140 В со скоростью 5-24 м/ч.
Применение плазмотронов с циркониевым катодом позволяет
использовать сжатый воздух, который повышает тепловую мощность плазменной
дуги и улучшает ее режущие способности. Присутствие кислорода в воздухе
повышает эффективность резки стали Ст3С (табл. 5.4)
Эффективность воздушно-плазменной резки
Таблица 5.4
|Толщина |Скорость резки, м/ч |
|металла, мм | |
| |Электрокислородная |Плазменно-дуговая |воздушно-плазмен|
| | | |ная |
|12 |7,8 |25,5 |210 |
|20 |4,1 |19,8 |60 |
|40 |2,1 |10 |18 |
Обеспечение безопасности. Сдерживающим фактором внедрения
плазменной резки является обеспечение безопасной эксплуатацией
электрооборудования. При использовании ОППР-1 в соленной воде измерялось
напряжение между различными частями макета водолазного снаряжения и
оборудования, когда напряжение разомкнутой цепи составляло 180 В и токи
утечки 70 А. Максимальная разница потенциала (14 В) наблюдалась между
правой рукой и правой галошей макета водолаза. Следовательно, процесс
плазменной резки может быть безопасным, если резак достаточно изолирован.
6. Организация работ при подводной сварке и резке
Успех сварки под водой в значительной степени зависит от четкой и
правильной организации работ.
Кадры подводных сварщиков и резчиков готовятся из опытных водолазов
достаточно высокой квалификации. Работы производятся в тяжелом мягком
водолазном снаряжении, в зимних рубахах с закрытыми кистями рук.
Обязательно исправная телефонная связь с водолазом.
Вся аппаратура должна быть высокого качества в полной исправности, и,
безусловно, проверена.
Подводная сварка, дуговая и электрокислородная резка производятся, как
правило, на постоянном токе прямой полярности. Переменный ток не
рекомендуется из-за меньшей устойчивости дуги и повышенной опасности для
работающих.
Для питания током пригодны электросварочные агрегаты, применяемые для
надводных работ, без всяких переделок в них. Часто применяется передвижная
электростанция трехфазного тока с приводным двигателем внутреннего
сгорания, а от нее уже питаются сварочные агрегаты с приводными
электромоторами. При отсутствии достаточно мощных агрегатов применяется
параллельное их соединение по два и по три на одну дугу, например, при
дуговой резке.
Для поддержания всего оборудования и аппаратуры в исправном состоянии
в составе бригады должен быть квалифицированный электромеханик. Необходимо
строгое соблюдение правил техники безопасности. При работах с дугой для
защиты зрения водолаза в передний иллюминатор шлема обычно накладывается
изнутри цветное стекло, закрывающее часть стекла иллюминатора. Меняя
положение головы, водолаз может смотреть через защитное цветное стекло или
помимо него через бесцветное стекло иллюминатора. При подводных работах
излучения дуги сильно ослаблены, слоем воды и менее опасны для зрения, чем
на воздухе. Защитные стекла берутся сравнительно светлые, затемненность
стекла подбирается в соответствии со степенью прозрачности воды.
Вследствие электропроводности воды все металлические предметы в зоне
работ оказываются включенными в сварочную цепь через воду. Прикосновение
электрода к любому металлическому предмету, в том числе и металлическим
частям водолазного снаряжения, зажигают дугу. Случайное прикосновение
электрода к шлему и манишке (нагруднику) водолаза мгновенно создает
сквозные прожоги. Поэтому шлем и манишка должны быть оклеены резиной,
брезентом или покрыты прочным лаком.
Смена электродов должна производиться при выключенном токе, о чем
водолаз сообщает по радио.
Должны быть приняты все меры, обеспечивающие безопасность и удобство
работы водолаза, с ограждением его от волн и течения воды; создана
возможность работать в удобном положении, в необходимых случаях должно быть
устроено подводное освещение. Все эти меры повышают производительность
труда и снижают стоимость работ.
приложение
Основные методы резки под водой
Таблица
|Метод |Глубина, на |Применение на|Преимущества |Недостатки |
| |которой |практике | | |
| |производилась| | | |
| |резки, м | | | |
|Газокислородн| | | | |
|ая: | | | | |
| |13 |Не | | |
|ацетилено-кис| |используется |Более высокая|При давлении |
|лородная | | |температура, |свыше 0,2 МПа|
| | | |чем при |ацетилен |
| | | |водородно-кис|нестабилен |
|водордно-кисл| | |лородной | |
|ородная | | | | |
| | | | | |
| | | | | |
| | | | | |
|бензино-кисло| | | | |
|родная | | | | |
| |100 (300) |Для ферритных|Топливный газ|Высркая |
| | |материалов |имеет |квалификация |
| | |толщиной до |наиболее |резчика |
| | |40 мм |благоприятные| |
| | | |характеристик| |
| | | |и давления | |
| |100 |То же |Несложность | |
| | | |сохранения | |
| | | |жидкого | |
| | | |топлива под | |
| | | |давлением. | |
|Электро-кисло| | | | |
|родная: | | | | |
|стальные | |Для ферритных|Простое |Необходимость|
|трубчатые |180 |материалов |портативное |частой смены |
|электроды | |толщиной до |оборудование.|электродов |
| | |40 мм |Несложность | |
| | | |выполнения | |
|керамические | | |резки. | |
|трубчатые | | | | |
|электроды | | | | |
| | | | | |
| | | | | |
|дуговая | | | | |
|металлическим| | | | |
|и электродами| | | | |
| |120 |Для ферритных|Простое |Ломкость |
| | |материалов |оборудование.|электродов. |
| | |толщиной до |Несложность |Более |
| | |40 мм |выполнения |медленная |
| | | |резки. Легкие|резка. |
| | | |электроды | |
| |60 |Для чугуна, |Используется |Высокая |
| | |аустенитных |то же |квалификация |
| | |сталей |оборудование,|резчика. |
| | |цветных |что и для |Очень |
| | |металлов. |мокрой сварки|медленный |
| | | |металлическим|процесс |
| | | |электродом | |
|ПЛАЗМЕННАЯ |10 |Для реза и |Высокая |Высокая |
| | |скоса кромок |скорость |опасность |
| | |всех |резки, |пораженья |
| | |металлических|точность и |электрическим|
| | |материалов |аккуратность |током |
| | |толщиной до |получаемых |(высокое |
| | |75 мм |разрезов. |напряжение). |
| | | |Процесс в 2-5|Необходимо |
| | | |раз быстрее, |дальнейшее |
| | | |чем при |совершенствов|
| | | |электрокислор|ание метода. |
| | | |одной резке. | |
содержание
Введение
Разновидности подводной сварки
Сварка в сухой среде камеры
Сварка в гидробоксе
Мокрая сварка
Сущность процесса
Особенности процесса
Ручная дуговая сварка
полуавтоматическая сварка
Сварочные материалы
оборудование
Подводная резка
электродуговая резка
электрокислородная резка
Газокислородная резка
Плазменная резка
6. Организация работ при подводной сварке и резке
-----------------------
Рис. 4. 1. Принципиальная схема горения дуги под водой: 1 – шлак; 2 –
дуга; 3 – газовый пузырь; 4 - козырек; 5 – сварочная ванна; 6 – облако
мути; 7 – металлический стержень; 8 – обмазка; 9 – водонепроницаемое
покрытие; 10 – пузырьки
Рис.4.4. Полуавтомат ППСР-300-2: а) схема полуавтомата; б) внешний вид
полуавтомата; 1-кислородные баллоны; 2-осушитель кислорода; 3-баллон с
углекислым газом; 4-подогреватели газа; 5-шкаф управления; 6- пульт
дистанционного управления; 7-сварочный агрегат;8-сварочные кабели; 9-
редукторы; 10-шланг для подачи СО2; 11-электормагнитный кислородный клапан;
12-шланг для подачи кислорода; 13-трос для подвешивания бункера; 14-бункер;
15-специальный шланг-кабель; 16-сварочная головка; 17-механизм подачи
проволоки; 18-шкаф управления.
[pic]
Рис. 2.1. Барокомплекс. 1- гидротанк; 2 – заполняемый водой отсек
гидротанка; 3 – жилой модуль; 4 – шлюзовой модуль.
[pic]
Рис. 2.2. Система с глубоководными камерами с нормальным давлением:
1 – цистерны обеспечивающие плавучесть; 2 – камера с атмосферным
давлением; 3 – гидравлический зажим; 4 – заглушка; 5 – заменяемый
трубопровод; 6 – присоединяемый участок трубопровода; 7 – подвижный зажим.
Рис. 1. Гидробокс.
1 – новая вертикальная труба; 2 – газопрводы; 3 – гидробокс; 4 –
угловой сварной шов; 5 – старая вертикальная труба; 6 – приваренная втулка;
7 – платформа.
[pic]
Рис.5.1.1. Схема электродуговой резки в нижнем положении:
а-металл небольшой толщины; б-металл большой толщины.
Рис. 5.2.1. Электроды для подводной резки:
а) трубчатый электрод; б) карборундовый; 1 – канал для кислорода; 2 –
стальная трубка; 3 – покрытие; 4 – водонепроницаемое покрытие; 5 –
карборундовый стержень; 6 – металлическая оболочка.
1
2
3
4
1
3
4
5
6
Рис. 5.2.2. Электродержатели для электрокислородной резки: а – ЭКД-4;
ЭКД-4-60; 1 – корпус; 2 – клапан; 3 – кислородный клапан; 4 – рукоятка; 5 -
шланг; 6 - токоведущий кабель; 7 - прокладки; 8 – предохранительный клапан;
9 - прокладка; 10 - гайка; 11 - втулка; 12 - мундштук; 13 - контакт; 14 –
головка держателя; 15 - гайка; 16 - трубка; 17 - обойма;18 - ниппель; 19 -
кабель; 20 - шайба; 21 - втулка; 22 - контакт; 23 - прокладка; 24 –
искрогасительная камера; 25 – колпачок.
Рис.5.3.1. Схема водородно-кислородной резки: 1, 2 – мундштуки; 3 -
колпачок; 4 – режущий кислород; 5 – горючая смесь; 6 – воздух; 7 –
подогревающее пламя; 8 – струя режущего кислорода; 9 – воздушный пузырь;
вода.
[pic]
Рис. 5.3.2. Схема установки для подводной бензокислородной резки:
1 – баллоны с кислородом; 2 – змеевик для кислорода; 3 – змеевик для
азота; 4 – кислородная рамка; 5 – пульт управления; 6 – электропровод к
резаку; 7 – батарея аккумуляторов; 8 – электропровод электрозажигалки; 9 –
кислород подогретый; 10 – азот; 11 – бензин; 12 – баллон с азотом; 13 –
баллон с бензином; 14 – шланг; 15 – резак; 16 - электрозажигалка |
