|
Сварка металла под водой
В подводно-технических работах по возведению и ремонту гидротехнических сооружений, мостов, судоподъему, судоремонту, в аварийно-спасательных и восстановительных операциях, расчистке фарватеров и т. п. большую роль играют процессы сварки и резки металлов под водой.
До настоящего времени удалось практически осуществить под водой лишь дуговую электросварку. В воде сравнительно легко может быть получен достаточно устойчивый дуговой разряд. Активные части дугового разряда, столб и электродные пятна не соприкасаются непосредственно с жидкостью. Дуговой разряд испаряет и разлагает окружающую жидкость.
Дуга горит в непрерывно возобновляемом газовом пузыре, заполненном газовой смесью, состоящей преимущественно из водорода. Избыток газа крупными пузырьками поднимается на поверхность воды. Пары металла и компонентов покрытия, соприкасаясь с водной средой, конденсируются в мельчайшие частицы, состоящие преимущественно из окислов железа и образующие в воде коллоидный раствор темно-бурого цвета, не отстаивающийся и не осветляющийся много часов.
Дуга под водой плавит металл почти также интенсивно, как и на воздухе, несмотря на сильное его охлаждение окружающей средой. Подводная сварка обычно выполняется стальным электродом.
Основным условием подводной сварки плавким металлическим электродом является применение электродов с достаточно толстым водонепроницаемым покрытием. Покрытие электрода, охлаждаемое снаружи водой, всегда плавится медленнее металлического стержня и образует на конце электрода выступающий вперед «козырек» в форме небольшой чашечки. Козырек способствует устойчивому существованию газового пузыря и горению дуги. Очень существенна водонепроницаемость покрытия электрода. Отсыревшее покрытие уменьшает устойчивость дуги, становится электропроводным, ток проходит со стержня сквозь покрытие в окружающую водную среду, в результате чего начинается электролиз.
Водород, бурно выделяющийся на поверхности электродного стержня, срывает покрытие и быстро приводит электрод в полную негодность. Особенно интенсивно электролиз проходит в морской воде с ее высокой электропроводностью, поэтому к электродам для сварки в морской воде предъявляются особенно высокие требования в отношении водонепроницаемости покрытия.
Водонепроницаемость достигается пропиткой покрытия после его просушки различными составами. Вполне надежной для работ как в пресной, так и в морской воде является пропитка электродов раствором целлулоида в ацетоне. Целлулоид (например, смытая фото- или кинопленка) нарезают небольшими кусочками или полосками и растворяют 80—90 г на 1 л ацетона. В полученный раствор обмакивают электроды, подсушивают на воздухе и вторично обмакивают. На пропитку тонны электродов расходуют 3 кг целлулоида и 35—40 л ацетона. Целлулоид, ацетон и заготовленный раствор легко воспламеняются и поэтому весьма огнеопасны.
Хорошие результаты дают также нитролаки, глинтелевые лаки, кузбасслак, раствор битума в бензине и т. д. Состав покрытий электродов для подводной сварки близок к составам качественных покрытий для работ на воздухе. В них вводят минеральные компоненты и ферросплавы; применение органических веществ не рекомендуется.
Сварка под водой возможна во всех положениях: нижнем, вертикальном и потолочном как в пресной так и в морской воде на всех достижимых глубинах. Имеются опыты сварки на глубинах до 100 м. Несомненно возможна сварка и на еще больших глубинах, но она ограничивается несовершенством водолазного снаряжения и возможностями человеческого организма. С увеличением глубины и давления окружающей среды температура и расплавляющее действие сварочной дуги возрастают.
Очень важна тщательная изоляция по возможности всей поверхности держателя электродов. При нарушениях изоляции утечка в морской воде может достигать нескольких десятков ампер, что, помимо разрушения металлических частей электролизом, снижает еще устойчивость дуги.
Одна из конструкций держателя для подводной сварки. В нем конец электрода, вставленный в держатель, зажимается пружинным устройством. Металлические части хорошо изолированы от утечки тока в окружающую водную среду. Электроды для подводной сварки применяют обычно диаметром 4 и 5 мм, иногда 6 мм. Сварочный ток берут несколько больший, чем для работ на воздухе, от 50 до 60 а на 1 мм диаметра электрода.
Напряжение дуги под водой на глубинах до 20 м на 5—6 в больше, чем на воздухе. С увеличением глубины напряжение возрастает.
Плохая видимость, жесткость и неудобство водолазного снаряжения, недостаточная устойчивость водолаза под водой очень затрудняют работу электросварщика под водой, особенно затруднительна сварка стыковых швов, когда сварщик легко теряет направление и уводит дугу в сторону от оси шва. Поэтому основной формой в подводных работах является угловой (валиковый) шов, образующий соединения нахлесточное и тавровое, кромки такого шва служат удобными направляющими для перемещения электрода.
Сварка обычно выполняется «опертым электродом», сварщик перемещает электрод по линии сварки, касаясь выступающим краем козырька на конце электрода поверхности металла. Электрод перемещается по линии сварки без боковых колебаний, скорость перемещения должна обеспечивать необходимое сечение наплавленного металла.
Наплавленный металл при подводной сварке имеет удовлетворительные химический состав, структуру и механические свойства. Он отличается очень малым содержанием азота и значительным содержанием водорода, имеет мелкозернистую структуру, включения нитридов отсутствуют, зона влияния сужена. Пределы прочности и текучести высоки, они составляют для малоуглеродистой стали соответственно 40— 55 и 30—40 кг/мм2; относительное удлинение 3—12%. Сварные швы чаще, чем на воздухе, имеют крупные дефекты, объясняемые неудобством работы сварщика. Коэффициент наплавки в разных случаях колеблется от 6 до 9 г/а-ч.
Производительность сварки колеблется в самых широких пределах и может очень снижаться от различных неблагоприятных условий: от увеличения глубины и скорости течения, уменьшения прозрачности воды, при неудобном положении объекта сварки и пр. Для приблизительной ориентировки можно для подводной сварки в благоприятных условиях на глубине не свыше 10 м при отсутствии течения и удовлетворительной прозрачности воды увеличивать в 2—3 раза нормы времени, установленные для работ на воздухе.
Важнейшей проблемой подводной сварки является механизация и автоматизация процесса, облегчающая тяжелый труд водолаза-сварщика и сокращающая время пребывания его под водой. Вероятно, найдут применение подводные шланговые дуговые полуавтоматы для сварки в защитном газе-аргоне или углекислоте.
|
|
|
|
