Сварка под водой

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В связи с постоянно возрастающим числом морских установок возникает необходимость осуществления сварки для соединений трубопроводов, а также при проведении ремонтных работ опорных конструкций. сварка трубопровод электрод

Дуговая электросварка под водой впервые в мире осуществлена и изучена в Советском Союзе в 1932 г. Константином Константиновичем Хреновым. Первоначальные опыты велись в небольшом бачке с проточной водой, куда сварщик погружал руки в длинных резиновых перчатках. Опыты показали, что можно получить устойчивое горение под водой металлической сварочной дуги, питаемой током от нормального сварочного агрегата при соблюдении некоторых условий.

Самое важное из этих условий состоит в том, что на электродный стержень должен быть нанесён достаточно толстый совершенно водонепроницаемый слой обмазки, который не должен отсыревать даже при продолжительном пребывании электрода в воде.

В начале 1942 г. в Москве была создана под руководством автора специальная мощная лаборатория подводной сварки и резки, в которой опыты проводились в условиях, близких к производственным, в учебной камере водолазами - сварщиками.

В короткое время была детально разработана и изучена технология подводной сварки и резки, подготовлены кадры. Процессы подводной сварки и резки во время войны получили широкое применение и прочно вошли в практику.

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. 

1. Сущность процесса

Способ дуговой сварки под водой основан на способности дуги устойчиво гореть в газовом пузыре при интенсивном охлаждении окружающей водой. Газовый пузырь образуется за счет испарения и разложения воды, паров и газов расплавленного металла и покрытия электрода (рисунок 1,).

Рисунок-1 Дуговая сварка под водой 1 - шлак; 2 - дуга; 3 - газовый пузырь; 4 - козырек электрода; 5 - сварочная ванна; 6 - облако мути; 7 - металлический стержень электрода; 9 - водонепроницаемый слой покрытия; 10 - пузырьки газа

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. Охлаждение дуги водной средой повышает напряжение и тепломощность дуги, в результате идет интенсивное плавление металла.

Для успеха сварки существенное значение имеет покрытие электрода; оно должно иметь достаточную толщину, 30% веса электродного стержня. Покрытие электрода, омываемое водой, расплавляется медленнее электродного стержня, поэтому при горении дуги покрытие на конце электрода образует так называемый козырек, способствующий формированию и удержанию газового пузыря, необходимого для нормального горения дуги.

Газовый пузырь при горении дуги непрерывно растет, увеличиваясь в объеме; затем газы его прорываются и поднимаются на поверхность, газовый пузырь уменьшается в объеме до минимума и снова начинает расти, что повторяется несколько раз в секунду.

Газ пузыря состоит преимущественно из водорода, получаемого при разложении паров воды; кроме того, в нем имеются продукты разложения электродного покрытия, пары железа, пары воды, окись углерода, азот и пр. Водород, растворяющийся в наплавленном металле, образует поры и снижает пластичность металла.

Поэтому необходима водонепроницаемость покрытия и отсутствие влаги в нем. Испарение воды в покрытии и электролиз с обильным выделением водорода на поверхности электродного стержня

С увеличением глубины и давления окружающей среды устойчивость дуги не нарушается; возрастает только напряжение и увеличивается ток.

2. Особенности процесса сварки под водой

Подводная сварка возможна практически на любых глубинах. Оборудование и сварочные электроды будут работать под слоем воды любой толщины. Глубина ограничивается лишь особенностями человеческого организма и конструкцией снаряжения.

Громоздкое водолазное снаряжение весьма затрудняет сварочные работы под водой. Неудобство усиливается плохой видимостью и неустойчивостью водолаза.

Рисунок 2 - Водолазное снаряжение

Любое резкое движение или поток течения постоянно меняют положение работающего водолаза. К примеру, при сварке стыковых швов сварочные электроды легко теряют направление и уводят дугу в сторону.

В силу этих причин наиболее удобными при подводной сварке оказываются соединение внахлёст и тавровое соединение, когда кромки шва служат направляющими для сварочного электрода.

Здесь не обойтись без строгого выполнения правил техники безопасности. Запрещена работа с использованием автономных дыхательных аппаратов. Запрещено использование переменного тока. К подводным сварочным работам допускаются только опытные, квалифицированные водолазы.

В морской воде дуга возникает между сварочным электродом и любым металлическим предметом, даже без касания электрода, поэтому нельзя направлять электрод в сторону шлема или водолазного снаряжения.

Подъём водолаза с глубины проводится медленно, с остановками для стабилизации давления. В противном случае высок риск проявлений кессонной болезни. На глубине свыше 50 метров нормальная продолжительность работы не более 15 минут, а время подъёма в несколько раз превышает время работы. Получается, что нормальная работа водолаза-сварщика попросту невозможна при глубинах более 30-40 м.

3. Оборудование и электроды для сварки

В бывшем СССР исследованиями и разработкой электродных материалов, технологий и оборудования для подводной сварки и резки занимались различные организации, связанные прямо или косвенно с выполнением аварийно-спасательных и подводно-технических работ. В конце 60, начале 70 годов прошлого столетия для проведения подводно-технических работ на снабжении Поисково-спасательной службы (ПСС) ВМФ СССР находились ряд электродных материалов, технологий и оборудования, позволявших решать определенные задачи, связанные с оказанием помощи кораблям и судам, получившим боевые и навигационные повреждения. К ним можно отнести:

1. Покрытые электроды марки ЭПС-52 для ручной дуговой сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей. (Выпускались серийно от 2 до10 тонн в год на 28 Военном заводе (рисунок 4).

2. Покрытые электроды марки ЭПС-А для ручной дуговой сварки корпусных сталей типа АК. Обеспечивали аустенитную структуру металла шва. (Выпускались мелкосерийно на 28 Военном заводе).

3.Покрытые трубчатые электроды марки ЭПР-1 для электрокислородной резки малоуглеродистых и низколегированных сталей. (Выпускались серийно от 5 до 20 тонн в год на 28 Военном заводе).

Рисунок 4 - элктроды для подводной сварки

4. Держатели для сварки и резки под водой покрытыми электродами марки ЭПС-2 и держатели для электрокислородной резки под водой марки ЭКД-4-60 (Выпускались серийно на 28 Военном заводе (рисунок 5)).

Рисунок 5 -Держатель для электрокислородной резки

5. Для сварки и резки под водой покрытыми и трубчатыми электродами, выпускались автономные источники питания дуги с падающей внешней вольтамперной характеристикой и повышенным напряжением холостого хода марки ПАС-400-VI. Выпускался также палубный универсальный источник АСУМ 400 с падающей и жесткой внешними вольтамперными характеристиками.

6. Полуавтомат ППСР 300-2, предназначенный для реализации технологии мокрой механизированной сварки и резки под водой проволокой сплошного сечения. Он прошел Государственные испытания и был принят на снабжение ПСС ВМФ. Всего выпущено 3 полуавтомата.

Конструкторские разработки усложнялись по мере получения опыта эксплуатации отдельных образцов полуавтоматов. Большая часть проектов была разработана конструкторами ОКТБ ИЭС под руководством В.Е. Патона. Основные усилия конструкторов, при разработке полуавтоматов, были направлены на снижение массы погружного узла и повышение надежности работы электрической схемы. Первым полуавтоматом для подводной механизированной сварки, прошедшем

Государственные испытания и принятым на снабжение ПСС ВМФ, был проект А1450 (Нептун 4). Масса погружного узла под водой с запасом порошковой проволоки в этом проекте доходила до 46 кг. В последних проектах (ПШ141, ПШ146) массу погружного узла с запасом порошковой проволоки под водой удалось снизить до 7 кг, а электрическая схема обеспечивала равномерную подачу электродной проволоки в зону горения дуги, независимо от нагрузки, при длине кабеля цепи управления 675 м. Полуавтомат ПШ141 также прошел Государственные испытания и в 1991 году был принят на снабжение ПСС ВМФ.

На данный момент существует большое количество электрододержателей, электродов, оборудования и т.д. зарубежных и отечественных производителей.

4. Достоинства и недостатки

Подводная электросварка в настоящее время находит значительное практическое применение, на её основе развился, например, подводный судоремонт. Один из больших достоинств подводной сварки - процесс происходит без каких-либо дополнительных сооружений или устройств т.е. При подводном судоремонте подводная часть судна ремонтируется без постановки его в док, на плаву. Выполнение ремонта подводной части на плаву в несколько раз сокращает срок выполнения и стоимость ремонта.

Недостатки сварки под водой:

1. Потери металла на угар и разбрызгивание довольно значительны

2. Прочность сварных соединений, выполняемых под водой, обычно несколько понижена, что объясняется главным образом тяжёлыми условиями работы подводного электросварщика-водолаза.

3. Значительное количество газовой фазы и механической взвести в рабочей зоне затрудняет визуальный контроль горения дуги и формирование шва.

4. Прочностные и пластические свойства получаемых соединений отличаются неоднородностью и существенно зависят от условий сварки и от глубины, на которой выполняются работы.

Заключение

Сварка под водой находит все большее применение в наше время т.к. является наиболее дешевым способом ремонта и изготовления подводных конструкций. Но из-за тяжелых условий работы производятся на ограниченной глубине и качество швов ниже чем на воздухе.

Очевидно, что в ближайшем будущем необходимо будет совершенствовать способы сварки, а также разрабатывать новые механизированные способы сварки и оборудование, пригодные для использования на большой глубине.

Размещено на Allbest.ru