Сварка под водой доклад

Как осуществляется подводная сварка

Сварка металла под водой – это один из самых сложных и уникальных процессов соединения элементов, находящихся ниже уровня воды, и которые технологически невозможно или нерентабельно сваривать на суше. Данный процесс требует высокой квалификации сварщика, наличия у него водолазных навыков и крепкого здоровья, так как работы проводятся в холодной воде, а также на глубине вплоть до 100 метров.

Подводная сварка применяется:

• при кораблестроении и ремонте кораблей без постановки в сухой док;
• при прокладке нефтяных, газовых и иных трубопроводов;
• при строительстве и модернизации мостов, портовых сооружений, дамб;
• при строительстве плавучих доков, платформ, буровых вышек и других технических сооружений.

Оборудование и сварочные материалы

Для подводной сварки применяется оборудование с конструкцией, аналогичной их «сухопутным» вариантам. Даже при проведении мокрой сварки может применяться обычный сварочный аппарат, находящийся на поверхности. Специальные трансформаторы для мокрой сварки оснащены безвоздушной системой охлаждения.

Держатели практически полностью покрываются изолирующим материалом, обеспечивающим герметичность. При смене электрода в держателе производится отключение подачи тока. Кабель не должен иметь скруток и повреждений покрытия для предотвращения потери мощности и поражения сварщика током.

В зависимости от глубины погружения может применяться различная экипировка. Работы на небольшой глубине могут проводиться в эластичном гидрокостюме, а на значительных глубинах требуется применение металлического скафандра. Работа в таком скафандре требует большой внимательности, так как в воде может возникнуть положительная проводимость между скафандром и свариваемыми деталями. В такой ситуации, если какая-либо часть скафандра, например, вторая рука сварщика окажется ближе к электроду, чем свариваемая деталь, то может возникнуть разряд.

Классификация

Существует два технологических способа, применяющихся в зависимости от требований к проведению работ.

Сухой способ

При данном методе вокруг свариваемого шва создается сухая зона с помощью дополнительного оборудования. Кислородный отсек, изолирующая камера или кессон позволяют откачать воду, создать повышенное давление и произвести сварку обычным сварочным оборудованием. Таким образом, работа сварщика, находящегося в кессоне, не отличается от сварочных работ на суше.

Сухая среда предотвращает резкое охлаждение металла, сохраняя высокую ударную вязкость, а отсутствие мутной воды и обильного образования газовых пузырей не затрудняет обзор шва во время работы. Этот вид сварки довольно затратный и применяется при необходимости провести работу повышенной надежности.

Так как высокое давление в камере приводит к уменьшению катодного и анодного пятен дуги, происходит изменение химического состава шва, что должно учитываться при расчете прочности конструкции.

Мокрый

Сварка деталей при таком способе осуществляется электродом прямо в воде. За счет высокой температуры электрической дуги происходит испарение воды, создавая своеобразную газовую сферу. Таким образом, не нужно производить сложный монтаж оборудования вокруг шва.

Однако, у данного способа есть существенный недостаток – визуальный контроль шва затруднен, так как вокруг места сварки образуется большое количество газовых пузырьков, а вода мутнеет из-за различных взвесей в продуктах сгорания.

Мокрая сварка бывает двух типов:

1. Ручная – производится электродами, что позволяет сварщику самостоятельно передвигаться и выбирать удобное место для работы. Главное преимущество такого способа – возможность контроля скорости сваривания и обеспечение удобного доступа к шву. Этот способ считается самым дешевым и быстрым. Однако применяется он для быстрой сварки отдельных стыков труб, и конструкций.
2. Полуавтоматическая – производится сварочной проволокой, направление которой регулируется сварщиком вручную. Преимуществами данного типа сварки являются длительность и непрерывность процесса, а также меньшее количество выделяемых взвесей.

Преимущественно в мокрой сварке применяется постоянный ток силой 180-220А. Высокое напряжение 30-35 Вольт призвано компенсировать тепловые потери при плавлении металла, которые вызваны холодной водой. Дополнительно охлаждение металла предотвращает его возможное прожигание.

Глубина мокрой сварки ограничена только физической подготовкой сварщика, качеством скафандра и оборудования.

Такой способ соединения металлов имеет ряд важных особенностей:

• Сварные швы имеют более глубокое проплавление, чем на суше, так как давление от воды снаружи воздушного пузыря передается металлу.
• Внешняя поверхность шва получается грубой формы вследствие быстрого охлаждения металла.
• Для подводных соединений требуется рассчитывать большой запас прочности, поскольку сварной шов может получиться неоднородным и подверженным излому.
• Вода и испарения газов затрудняют наблюдение и могут привести к отклонению шва от центра стыка, поэтому сварщик вынужден направлять электрод второй рукой.
• Из-за быстрой кристаллизации структуры сплавляемого металла шов получается слабым на излом и с низкой ударной вязкостью.
• В случае наличия коррозии на свариваемом металле затруднено получение дуги.
• Вертикальный шов выполняется сверху вниз, чтобы газовый пузырь производился непрерывно.

Электроды для мокрой сварки покрываются специальной водостойкой смесью, содержащей парафин, нитролаки и другие вещества. Причем вес пленки составляет 1,5 веса самого электрода, а диаметр электрода равняется 4-6 мм.

Залог качественной мокрой сварки – получение устойчивого газового пузыря, возникающего вокруг электрода при его контакте с металлом. Под действием высокой температуры дуги происходит испарение воды и компонентов электрода, которые и образуют пузырь диаметром 8-16 мм.

Вода под действием высокой температуры дуги закипает и распадается на водород и кислород, которые устремляются к поверхности, а кислород частично образует окислы железа (шлаки) на поверхности металла.

Высокое напряжение сварочной дуги позволяет компенсировать постоянное охлаждение металла окружающей водой.

Отработанные газы и взвеси поднимаются к поверхности воды, создавая мутное облако, поэтому сварщику приходится работать фактически на ощупь. Здесь проявляется удобство электродов, потому что сварщик может выбрать позицию, с которой ему удобнее наблюдать шов.

С другой стороны, применение проволоки для полуавтомата позволяет варить длинный равномерный шов. Так как на проволоке нет покрытия и она тоньше электрода в 2-3 раза, то в воду выделяется меньше взвеси. Таким образом, удобнее контролировать качество шва.

Плохая видимость в зоне формирования шва влияет на выбор соединения деталей. Шов выполняется либо в форме тавра под углом, близким к прямому, либо детали устанавливаются внахлест. Такой способ позволяет сварщику соединять детали на ощупь, ориентируясь по их кромкам.

Резка металла

Помимо сварки металла под водой, может возникать технологическая необходимость в проведении резки стали. Она может производиться как стандартным подводным электродом, так и методом кислородно-электродной резки.

В держатель устанавливается неплавящийся электрод, напоминающий трубку, через который подается кислород под давлением. Металл разогревается электрической дугой, при этом закипающая вода создает пузырь, предотвращающий попадание воды в разрез. В это время струя кислорода выдувает расплав из разрезаемого шва.

В процессе резки также образуется большое количество испарений и пузырьков, затрудняющих обзор. Поэтому сварщику бывает необходимо предварительно отметить направление шва устанавливаемыми магнитными маячками, либо нанесением насечек на поверхность.

Источник

Сварка под водой

Осуществление сварки для соединений трубопроводов. Проведение ремонтных работ опорных конструкций. Реализация технологии мокрой сварки и резки под водой проволокой сплошного сечения. Водонепроницаемый слой покрытия. Металлический стержень электрода.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	30.03.2015
Размер файла	874,3 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

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;

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.

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

Подобные документы

Характеристика ручной электродуговой сварки. Методы контроля качества. Расчет расхода электроэнергии электросварочными установками. Проверка прочности и устойчивости трубопровода. Автоматическая сварка в среде защитных газов проволокой сплошного сечения.

дипломная работа [497,2 K], добавлен 09.07.2015

Основные физические и механические свойства меди. Образование соединений с кислородом и водородом. Применяемые виды сварки. Дуговая сварка угольным и графитовым электродом: род тока, сечение электрода, диаметр прутка. Флюсы и присадки для газовой сварки.

доклад [500,5 K], добавлен 03.05.2015

Процесс ручной дуговой сварки электродами с основным видом покрытия и автоматической сварки порошковой проволокой в защитных газах. Расчет предельного состояния по условию прочности, времени сварки кольцевого стыка и количества наплавленного металла.

курсовая работа [167,8 K], добавлен 18.05.2014

Возникновение и развитие сварки, ее виды. Сварочный полуавтомат А-547У. Технология полуавтоматической сварки в углекислом газе. Сварка трубных конструкций. Номенклатура и сортамент труб и фасонных частей. Способы и режимы сварки труб (трубопроводов).

курсовая работа [504,8 K], добавлен 17.09.2008

Возникновение и развитие сварки, сущность процесса. Технологии кислородной резки. Ручная разделительная и поверхностная кислородная резка. Свойства зоны термического влияния при резке. Резаки. Принцип полуавтоматической сварки решёточных конструкций.

реферат [52,0 K], добавлен 21.09.2008

Способы разделки труб перед сваркой. Центраторы для сборки и центровки трубопроводов. Технология газовой сварки различных швов. Особенности сварки горизонтальных, вертикальных, потолочных, наклонных швов. Техника безопасности при выполнении огневых работ.

курсовая работа [3,4 M], добавлен 08.10.2014

Классификация электрической сварки плавлением в зависимости от степени механизации процесса сварки, рода тока, полярности, свойств электрода, вида защиты зоны сварки от атмосферного воздуха. Особенности дуговой сварки под флюсом и в среде защитных газов.

презентация [524,2 K], добавлен 09.01.2015

Источник