Подводная резка металла: описание технологического процесса
Подводная резка металла используется при осуществлении аварийно-спасательных, строительных и судноподьемных работ.
Для подводных работ применяют электрокислородный и газовый способ резки. Электрокислородный способ резки является более опасным с точки зрения техники безопасности из-за возможности поражения электрическим током, особенно в морской воде.
Подводная резка металла резаком осуществляется преимущественно резаками, работающими на бензине, ибо такое горючее вещество можно подать на значительную глубину под большим давлением. Ацетилен при больших давлениях может взорваться, поэтому не используется. Мощность подогревающей пламени при подводной резке в 10-15 раз превышает мощность пламени для резки на воздухе.
Горит огонь под водой в газовом волдыре, создаваемый продуктами сгорания бензина, или путем подачи воздуха вокруг головки резака для оттеснения воды. Розжиг пламени осуществляется электрозапалом, что подключен к батарее аккумуляторов. Давление в бензиновых бачках создается азотом. В резаках бензин разбрызгивается в завихрительных головках и при этом испаряется.
Для подводной резки широко используется спецустановка БУПР. Рампа кислородных баллонов, канистра с горючим, баллоны с азотом и пульт управления БУПР необходимо размещать над водой. Чрезмерный бензин, всплывая на поверхность воды, может заниматься, потому бензокислородная резка применяется в неглубоких водоемах и замкнутых пространствах.
Водородная резка металла осуществляется водородом, который вырабатывается в аппарате. Вследствие разложения молекул воды на 2 элемента, кислород и водород, получается водород. В результате чего появляется газовая смесь, при помощи которой можно осуществлять работы резке.
Технология подводной сварки и резки сдвоенным электродом
Подводная электродуговая резка металла нашло широкое применение как при изготовлении трубопроводов для газо-нефтеперерабатывающей отрасли так и в ремонтном производстве благодаря своей оперативности и простоте выполнения. Однако оно имеет значительные трудности как технологического так и металлургического характера. Технологические трудности заключаются в необходимости обеспечения герметичности оборудования и материалов для зажигания дуги под водой, что требует использования трубчатых электродов и дополнительного оборудования для подачи газа, что создает пузырь в котором зажигается дуга. Металлургические трудности обусловлены водородно-кислородной атмосферой парогазового пузыря, который формируется уже в процессе сварки под водой и способствует окислению легирующих элементов и насыщению металла сварочной ванны водородом, а ускоренное охлаждение окружающей водой приводит к его задержке в металле шва и образованию закалочных структур.
Так же могут использоваться сдвоенные экзотермические электроды для подводной резки металла. Эта технология заключается в том, что электродов размещены параллельно друг другу и подключения их к клеммам источника питания переменного тока. Такая технология позволяет зажигать дугу между электродами над водой и заглублять ее на небольшую глубину к месту сварки. Зажигания дуги под водой возможно с помощью осциллятора. В таком случае концы электродов необходимо изолировать, например термоклеем, с обеспечением воздушного канала между их торцами. После зажигания дуги электроды приближают к деталям. Как только расстояние между электродами и изделием становится меньше расстояния между самими электродами дуга начинает гореть между электродами и деталью, что позволяет выполнять как сварку, так и резку металла.
Реализация такого способа подводной сварки возможна с использованием обычных искусственных электродов с предварительно нанесенным на их поверхность водоотталкивающим изоляционным покрытием. Однако подводная сварка кроме технологических трудностей, имеет ряд металлургических связанных с насыщением металла сварочной ванны водородом и ускоренным охлаждением. Для исследования влияния этих факторов были проведены эксперименты с использованием для подводной сварки электродов марок АНО-21, МР-3, УОНИ 13/45. Все они позволяют формировать в воде качественный сварной шов с характерным металлическим блеском аустенитным нержавеющим сталям.
Общеизвестно, что высокоуглеродистые стали с мартенситной структурой имеют высокую твердость и малую пластичность. Эти обстоятельства имеют существенное значение для установления способности сварных швов заваренных под водой. Технология двухэлектродной подводной сварки и резки штучными электродами на ряду со своей простотой в использовании показала такую эффективность, какую не дает подводная кислородная резка металла. Полученные соединения имеют высокое качество и структуру с небольшой твердостью по глубине, что позволяет делать вывод о пригодности предлагаемой технологии в промышленности.
Источник
Подводная газокислородная резка
Ранее всего для подводных работ стала применяться газокислородная резка. Практически пригодные методы и аппаратура были созданы к началу первой мировой войны, на протяжении которой они нашли уже достаточно широкое и разнообразное применение, например, для расчленения взорванных и затопленных пролётных строений мостов с целью расчистки русел и извлечения металла. Давно уже было обнаружено, что пламя ацетилено-кислородной горелки, направленное вертикально вниз, не потухает при осторожном погружении горелки в воду и продолжает гореть в газовом пузыре, образуемом продуктами сгорания, оттесняющими воду и не допускающими проникновения воды во внутренние части пламени.
Подводное пламя может нагревать металл до белого каления. При подаче кислородной струи на разогретую поверхность металл загорается и идёт процесс кислородной резки. Под. водой металл охлаждается весьма интенсивно, для его подогрева требуется пламя в 10—15 раз более мощное, чем для аналогичных работ на воздухе.
Подводные резаки отличаются особо мощной и развитой подогревательной частью и устройствами для создания и поддержания стабильного газового пузыря, оттесняющего воду от пламени и нагреваемой поверхности металла.
Для образования устойчивого защитного газового пузыря пригодны лишь неконденсирующиеся газы. Защитный пузырь может быть создан продуктами сгорания пламени, но часто в современных подводных резаках для создания защитного пузыря вдувается воздух по дополнительной наружной кольцевой щели. За неимением сжатого воздуха на месте работ иногда заменяют его кислородом.
Устройство нормального газокислородного подводного резака показано на фиг. 248. Конструкция резака предусматривает создание защитного газового пузыря посредством вдуваемого дополнительно воздуха или кислорода. Подогревательное пламя резака обычно зажигается и регулируется на воздухе, после чего водолаз спускается с зажжённым резаком к месту работ. При потухании подогревательного пламени производится подъём водолаза, зажигание и регулирование пламени резака и последующий спуск водолаза с зажжённым резаком. При значительных глубинах это вызывает весьма большие потери времени. Поэтому иногда применяется-подводное зажигание пламени резака. Для этой цели резак и вспомогательная металлическая пластинка — зажигательная дощечка присоединяются к полюсам низковольтной аккумуляторной батареи (фиг. 249). По сигналу водолаза зажигательная цепь замыкается, и при проведении мундштуком резака по шероховатой поверхности зажигательной дощечки создаётся искрение, искры зажигают подогревательную смесь, выходящую из мундштука резака, после чего водолаз производит регулирование пламени. Подводное зажигание и регулирование пламени требуют значительного искусства от подводного резчика и применяются обычно лишь при работе на значительных глубинах.
Подводные резаки строятся с подогревательной частью для различных горючих газов. Наибольший тепловой эффект даёт ацетилен, но его взрывоопасность и возможность самопроизвольного
взрывчатого распада при давлении свыше 1,5—2 атм затрудняют его применение в подводных работах, так как даже при небольших речных глубинах часто приходится превосходить допустимые пределы давления для ацетилена, чтобы преодолевать противодавление столба воды.
В настоящее время на практике ацетилен для подводной резки совершенно не применяется, чаще всего используется водород. На фиг. 248 изображён подводный резак с водородным подогревом. Водород не взрывоопасен, поэтому он позволяет работать на глубинах до 30—40 м и даёт длинный факел подогревательного пламени. Как подогревательный газ водород имеет и крупные недостатки, к которым относится его малый удельный вес. Баллон, вмещающий 6 м3 водорода, по весу содержит его всего 0,54 кг. Поэтому требуется транспортирование значительного количества баллонов с водородом для обеспечения работ, что часто встречает большие затруднения.
Водородно-кислородное пламя не имеет чётко выраженного ядра, вследствие отсутствия частиц углерода в пламени, что усложняет регулирование пламени. Водород даёт меньшую калорийность пламени на 1м3 по сравнению с углеводородами, что увеличивает его расход и замедляет процесс резки, увеличивая время разогрева при начале каждого реза.
Возможными, экономически более выгодными заменителями водорода могут служить различные газообразные углеводороды и их смеси. Трудность обеспечения подводных работ горючими газами давно выдвигала вопрос о применении для этих работ жидких горючих, в первую очередь бензина. Многолетние работы по созданию подводных бензорезов долго не давали практически пригодных результатов. Первоначальные подводные бензорезы, по аналогий с обычными бензорезами для работ на воздухе, конструировались с предварительным испарением бензина и додачей его паров в камеру смешения подогревательной части бензореза. В подводных бензорезах применяется электрический подогрев бензина. Ввиду значительного расхода бензина для подогревательного пламени в условиях подводных работ, электрический подогреватель должен иметь довольно значительную мощность, что значительно усложняло конструкцию и эксплоатацию подводных бензорезов и делало их в конечном счёте непригодными для производственного применения.
Новый принцип конструирования подводных бензорезов был предложен и реализован в период второй мировой войны. Оказалось возможным отказаться от предварительного испарения бензина и заменить испарение распылением или пульверизацией. Бензин распыляется кислородом, и в зону подогревательного пламени подаётся тончайшая бензиновая пыль, успевающая испариться и сгореть полностью. Это изобретение резко повысило эксплоатационные качества подводного бензореза и выдвинуло бензинокислородную резку, пожалуй, на первое место среди способов подводной газокислородной резки.
Современный подводный бензорез (фиг. 250) имеет следующее устройство. Бензин под значительным давлением поступает в камеру смешения по нескольким спиральным каналам малого сечения и входит в камеры отдельными тонкими струйками. К каждому выходному отверстию бензина тангенциально подходит струйка подогревательного кислорода, распыляющая бензин в тонкую пыль и завихривающая смесь бензина и кислорода в камере смешения особого устройства, где и происходит испарение и воспламенение распыленного бензина, догорающего в наружном факеле подогревательного пламени. Бензин подаётся из напорного бачка, необходимое давление в котором создаётся инертным негорючим газом, обычно азотом, подаваемым из баллона через редуктор. Нормальная установка, помимо бензореза со шлангами, включает батарею из 6—12 баллонов кислорода, бачок для бензина и баллон с азотом. Бензорез расходует за один час непрерывной работы: кислорода 30—60 м3, бензина 10—20 кг расход азота незначителен и идёт лишь на создание давления в бензиновом бачке, поэтому одного баллона достаточно на несколько дней работы.
Преимуществами бензинокислородной резки является большая тепловая мощность подогревательного пламени, сокращение расходов на транспортирование баллонов с водородом, недефицитность горючего—бензина. Бензинокислородное пламя имеет хорошо очерченное ядро, облегчающее регулирование пламени.
Со времени улучшения конструкции подводных бензорезов бензино-кислородная резка является серьёзным претендентом на первое-место среди способов подводной газокислородной резки. Подводная газокислородная резка обеспечивает высокую производительность. Необходимая для резки установка транспортабельна, негромоздка , всегда готова к действию и достаточно надёжна в работе, что весьма важно в условиях аварийно-спасательных операций.
Наряду с указанными достоинствами подводная газокислородная резка имеет серьёзные недостатки, заставляющие часто прибегать к другим процессам. К этим недостаткам относится, например, довольно заметное реактивное действие струи газов, вытекающих из резака, мешающее работе водолаза-резчика. Кроме того, размеры мундштука газокислородного резака настолько значительны, что он не может быть введён в полость реза, а потому при разрезке многослойных неплотных пакетов, например расшатанных взрывом, довольно часто встречающихся в подводных работах, возникают серьёзные затруднения. В этом случае для доступа?
к нижележащему элементу необходимо вырезать и удалить достаточно широкую полосу из вышележащего элемента пакета, что представляет собой обычно трудную и требующую много времени операцию.
Одним из серьёзных недостатков подводной газокислородной резки является трудность зажигания и регулирования подогревательного пламени. Операция зажигания и регулирования пламени под водой трудна и редко применяется. Зажигание и регулирование пламени над водой и последующий спуск водолаза требуют много времени, особенно при значительных глубинах. Обычно при перерывах в работе подводный резчик перекрывает лишь режущий кислород, оставляя гореть мощное подогревательное пламя, потребляющее много горючего и кислорода (в 10—15 раз больше, чем у нормального резака для работ на воздухе). Поскольку при подводной резке машинное время обычно невелико, а время различных вспомогательных операций (когда резки не происходит) превышает машинное время в несколько раз, то общий расход кислорода и горючего на метр реза получается весьма значительным превышая в несколько раз результаты лабораторных испытаний. Всякое потухание пламени резака вследствие обратного удара, перегиба шланга и т. п. вызывает потерю времени на зажигание резака над водой и спуск к месту работ. Поэтому и действительные нормы времени на выполнение работ часто сильно превосходят результаты лабораторных испытаний.
Источник
