Сварочные аппараты под водой

Сварка под водой

Подводная сварка — это метод соединения металлических изделий находящихся в жидкой среде. Он используется для строительства и ремонта опор мостов, прокладки трубопроводов через водоемы, и аварийных работах на судах. В зависимости от глубины, на которой будет вестись сварка, применяется разнообразное оборудование. Каковы нюансы этого метода? Как выполняется сварка под водой и какое используется для этого оборудование? Подробные ответы в статье ниже и в прилагаемом видео.

Особенности сварки под водой

Сварочный процесс выполняемый под слоем воды — довольно опасное занятие ввиду полного нахождения сварщика в токопроводящей среде. Организм испытывает и перегрузки из-за давления жидкости. Но благодаря этому методу соединения металлических изделий возможна быстрая прокладка трубопровода для водоснабжения поселка или микрорайона. Связать две части города мостом через реку тоже реально благодаря подводной сварке.

Сам процесс возможен из-за оттеснения жидкости испаряющимися газами от плавления металла и обмазки электрода. Данная воздушная смесь выталкивает воду из сварочной ванны и позволяет удерживать дугу и вести шов. У этого способа сваривания стали есть ряд особенностей:

• Хотя дуга горит в воздушном пузыре, на его стенки давит вода, что создает давление и на вплавляемый металл. Благодаря этому швы получают глубокую степень проплавления.
• Из-за наружного давления и быстрого охлаждения наложенного металла чешуя шва получает грубую форму.
• Испаряющиеся газы постоянно вспенивают воду и мешают наблюдения за сварочной ванной. Чистота самой жидкости тоже влияет на видимость сварщика. Вследствие чего частым дефектом является смещение центра шва. Начало процесса осложнено попаданием электрода в точку соединения деталей. Поскольку через защитный фильтр ничего не видно в темноте, то сварщику приходится второй рукой браться за кончик электрода и направлять его на начало шва.
• Подводная сварка отличается повышенными режимами тока, чем при аналогичной работе на суше. Это необходимо из-за быстрого охлаждения металла. В результате, можно получить надежное герметичное соединение. Но быстрая кристаллизация молекулярной решетки делает шов слабым для сопротивления на излом, и с низкой ударной вязкостью.
• Еще одной особенностью является трудный розжиг. Металлические конструкции, находящиеся под слоем воды, частично покрыты коррозией, что усложняет возбуждение дуги. Сварщику приходится буквально ковырять электродом по изделию (постукивать не получиться ввиду медленности этого движения в воде).
• Вертикальные швы выполняются сверху вниз, поскольку сила притяжения действует и под водой. Только дуга должна гореть непрерывно, чтобы производить газовый пузырь и обеспечивать возможность накладки шва.

Виды подводной сварки

Сварка под водой имеет несколько вариантов. Все они основаны на создании сварочной ванны путем горения электрической дуги, но отличаются видами исполнения и предназначения.

Ручная мокрая и полуавтоматическая

Самым простым и дешевым методом подводного соединения металлов считается мокрая ручная сварка. Она выполняется покрытыми электродами или горелкой с механизмом подачи проволоки и продувкой защитным газом. Этим методом можно быстро заварить стык трубы или тавровое соединение опоры моста. Так легко поставить латку на днище корабля в чрезвычайных условиях, когда до ремонтной верфи еще далеко.

Работа покрытыми электродами в подводных условиях схожа на аналогичный процесс на суше. Так выполняется сварка и резка металлов погруженных в жидкость. Только для разрезания стали необходимо еще больше поднять силу тока и удерживать электрод на одном месте, пока там не появиться сквозное отверстие. Этому можно содействовать, если после расплавления верхнего слоя пытаться проткнуть стержнем электрода оставшуюся толщину металла. Эти работы могут проводиться на глубине максимум 40 метров. Но вести их следует короткими этапами с перерывами. Кабеля, подаваемые в воду, должны быть цельные (без скруток) для избежания потерь напряжения и ударов тока. Держатель специализированный для подводной сварки, содержит минимум открытых токопроводящих частей. Электроды должны вставляться и фиксироваться одним движением.

В рабочей камере

Подводная сварка в небольшой камере используется там, где требуется особо прочное соединение. Метод заключается в применении небольшого резервуара, который накладывается вокруг трубы. Из него откачивается вода. Стенки камеры имеют прозрачную структуру, через которую легко наблюдать за горением дуги и формированием шва. Сварщик управляет горелкой через специальные отверстия.

Благодаря этому шов выполняется в сухой среде, как обычное соединение. Металл остывает постепенно, что содействует хорошим показателям ударной вязкости. Испаряющиеся газы не создают бульбы, мешающие обзору. Но метод имеет недостатки ввиду специализированного изготовления камеры под конкретные виды работ. Поэтому применяется только на очень ответственных стыках. Поскольку сам сварщик продолжает находится под водой, максимальная глубина работ остается 40 метров.

В сухом боксе

Еще один метод подводной сварки заключается в помещении изделия и сварщика в мобильный бокс, из которого выкачивается вода. Рабочий остается в водолазном костюме, но работает в полностью сухой среде, или стоя по пояс в воде. Швы получаются как на суше. На сварщика не давит окружающая жидкость. Работы ведутся с большей продолжительностью и скоростью. Метод используется на ответственных соединениях, объемных конструкциях, или больших глубинах. Является одним из самых дорогих ввиду необходимости подъемного крана и аренды самого бокса.

Режимы сварки

Чаще всего используется первый из описанных видов подводной сварки. Он самый дешевый, и позволяет получать качественные соединения. Для этого важны правильные режимы. Под водой лучше выполнять сварочные работы на постоянном токе, так дуга горит более стабильно. Сила тока устанавливается выше, чем на суше, из-за быстрого охлаждения металла покрывающей жидкостью. Оптимальные параметры для работы электродами диаметром 4-5 мм составляют 200-250 А, с коэффициентом наплавки около 6 г/А х Ч.

Напряжение при подводной сварке не должно превышать 35 В. Это важно для безопасности рабочего. Дефекта прожига металла не происходит ввиду постоянного охлаждения изделия водой.

Применяемые электроды

Электроды для подводной сварки в своем составе похожи на применяемые аналогичные материалы на суше. Проволока для стержня изготавливается из малоуглеродистой стали. Это содействует хорошей интеграции в основной металл и предотвращению пор.

Обмазка, создающая газовое облако, идентична электродам для сварки на воздухе. Отличаются эти изделия более толстым слоем покрытия. Еще в ее состав добавляют целлулоидный лак, смолу и парафин, что создает защитный слой от влаги. Благодаря этому обмазка электродов не раскисает в воде.

Возможности подводной резки

Хотя разрезать металлическое изделие под водой возможно и покрытыми электродами, существуют и более быстрые методы, применяемые для объемных работ. В данном случае используется электрод-кислородная резка. В процессе участвуют: аппарат с постоянным током, кислородный баллон, рукав с кабелем и шлангом, специальный держатель. Суть заключается в разогревании металла электрической дугой от неплавящегося электрода. Последний имеет трубчатую структуру, через отверстие в котором подается струя кислорода, разделяющая расплавленный металл. Испарения от дуги предотвращают попадание воды в зону сварки.

Сваривание металлов под водой трудоемкий и рискованный процесс. В зависимости от глубины и характера соединения используются различные виды этой сварки. Но благодаря такому методу возможно очень быстро возводить мосты, и прокладывать магистрали из труб.

Источник

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