Подводная сварка металлов

Одним из основных видов работ, особенно при строительстве вышек для подводного бурения и прокладке подводных трубопроводов, является сварка и резка металлов. Эти работы могут выполняться как непосредственно в водной среде, так и в условиях герметизации обрабатываемого участка. При судоподъемных операциях и ремонтных работах аварийного характера сварка большей частью ведется прямо в воде металлическим электродом в среде защитного газа. Обычно такой метод называется электродуговой сваркой.

Дуговая сварка штучными электродами. Электродуговая сварка штучными электродами осуществляется путем создания электрической дуги между соединяемыми деталями и покрытым специальной обмазкой электродом длиной 30—38 см. Высокая температура, развивающаяся при возникновении дуги, превращает в пар содержащиеся в обмазке химические вещества, и образующиеся при этом газы отделяют воду от дуги, способствуя тем самым стабилизации последней.

Обычно соединение выполняется наложением сварных швов в V-образную канавку, созданную соединением встык или внахлестку двух подлежащих сварке частей либо деталей. В условиях почти нулевой видимости, типичных для большинства судоподъемных и строительных работ, такая канавка служит своего рода направляющей, и сварщик может закончить свою работу, так и не увидев эту канавку.

Сварка непосредственно в водной среде — медленный и дорогостоящий процесс. Даже самые опытные водолазы-сварщики выполняют эту работу почти в четыре раза медленнее, чем на воздухе. Однако со всем этим можно было бы мириться, если бы не низкое качество сварных швов, полученных таким способом. Вода во время сварки активно поглощает тепло, ухудшая прогрев металла, а следовательно, и процесс плавления. Под сварным швом и на соседних участках могут появиться трещины, вызванные слишком быстрым охлаждением и избыточным выделением водорода в результате разложения воды электрической дугой. При современном уровне развития техники сварка таким способом применяется лишь для соединения частей и деталей из углеродистой стали.

Герберт В Мишлер и Милтон Д. Ранделл, сотрудники института имени Баттелля в городе Колумбус, штаг Огайо, высказали предположение о возможности получения высококачественных сварных швов, если будет разработан способ удаления воды из участка соединения. Они предложили использовать для этой цели струю подаваемого с большой скоростью инертного газа, которая полностью отжимала бы воду на участке диаметром 7—12 см.

В настоящее время в тех случаях, когда необходимо обеспечить высокое качество сварных работ на подводных трубопроводах или конструкциях для подводного бурения, сварка производится в условиях полной изоляции от окружающей водной среды.

«Сухая» сварка под водой. Подводные сварочные камеры теперь являются частью стандартного водолазного оборудования для морской нефтедобывающей промышленности. Камера создает водолазу-сварщику рабочие условия, почти не отличающиеся от надводных.

После того как камера укрепляется на грунте и вода отжимается из нее, водолаз может начинать работу. Объем камеры ограничен, поэтому работающие в ней водолазы, как правило, не снимают подводного снаряжения, чтобы не дышать воздухом, загрязненным газами, образующимися в ходе сварочного процесса.

С помощью «сухой» сварки получают высококачественные сварные соединения, однако этот метод является чрезвычайно дорогостоящим. В настоящее время одно сварное соединение трубы 1 обходится от 150 до 250 тыс. дол. Столь высокая стоимость одного сварного соединения объясняется в основном необходимостью эксплуатировать большое количество оборудования для жизнеобеспечения водолазов и весьма значительными затратами времени для выполнения подобных операций. И все же по сравнению с другими способами соединения деталей под водой «сухая» сварка является наиболее дешевым способом.

В настоящее время широко применяются два метода сварки в сварочной подводной камере: дуговая сварка металлическим электродом в среде защитного газа и дуговая сварка вольфрамовым электродом также в среде защитного газа. Для сварки указанными способами необходимо значительно более сложное оборудование, чем для дуговой сварки штучными электродами. Но последний способ не подходит к условиям замкнутого объема сварочной камеры, поскольку при сварке штучными электродами выделяется много дыма и газов.

Дуговая сварка металлическим электродом в среде защитного газа. При сварке указанным способом через сварочную горелку непрерывно пропускается плавящийся электрод, скорость подачи которого зависит от быстроты его плавления в дуге. Конец электрода и расплавленный металл сварного шва защищаются от воздействия окружающего воздуха потоком инертного газа, подаваемым под давлением на горелку и выходящим оттуда через сопло, которое расположено вокруг электрода. В состав сварочного оборудования для сварки металлическим электродом в среде защитного газа входят источник электроэнергии, сварочный пистолет, средства подачи сварочной проволоки с вьюшки, на которую она намотана, и необходимые органы управления. При «сухой» подводной сварке все указанное оборудование, за исключением источника электроэнергии, размещается в подводной сварочной камере. Источник электроэнергии находится на поверхности и соединяется с подводной сварочной камерой специальным электрокабелем.

Скорость наплавки металла при сварке штучными электродами и при дуговой сварке в среде защитного газа примерно одинакова. С увеличением глубины погружения процесс сварки в среде защитного газа несколько усложняется. При повышении давления газовой среды в камере температура дуги также возрастает, в результате чего сварочная проволока плавится быстрее. Количество расплавленного металла увеличивается, и водолазу-сварщику труднее работать в таких условиях. Этот избыточный металл может послужить причиной дефектов в сварном шве (наплывы, непровар). Кроме того, защитный газ в условиях повышенного давления становится более плотным, и приходится увеличивать его расход в несколько раз по сравнению с расходом при сварке на поверхности.

Мишлер и Ранделл предлагают несколько возможных путей решения указанных проблем. Одним из них является модифицированный способ дуговой сварки в среде инертного газа, позволяющий снизить погонную энергию (количество тепла на единицу длины шва) и тем самым предотвратить образование избыточного количества расплавленного металла. Согласно мнению этих специалистов, перенос металла с короткими замыканиями дугового промежутка и импульсные методы сварки позволят сократить необходимое количество тепла па 20—30%. При переносе металла с короткими замыканиями дугового промежутка дуга прерывается, как только сварочная проволока погружается в расплавленный металл, но происходящее в связи с прерыванием дуги резкое увеличение силы тока приводит к плавлению проволоки, и дуга быстро восстанавливается. Эти замыкания происходят 50—70 раз в секунду, и каждый раз осуществляется перенос металла. Мишлер и Ранделл предлагают также усовершенствовать дуговую сварку в среде инертного газа за счет снижения скорости плавления сварочной проволоки путем добавления в ее металл или в газовую среду в зоне дуги соответствующих присадок.

Дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа. При сварке этим способом применяется вольфрамовый неплавящийся электрод. Электрическая дуга плавит соединяемые кромки деталей, в расплавленный металл по мере надобности подается присадочный металл в виде голой сварочной проволоки. Способ подачи инертного газа примерно такой же, как и при сварке плавящимся электродом. Процесс сварки вольфрамовым электродом протекает более медленно, поскольку присадочный металл при этом плавится не так быстро, как сварочная проволока при работе с плавящимся электродом. Сварка вольфрамовым электродом тем не менее обеспечивает получение высококачественных сварных соединений и не сопряжена с какими-либо специфическими трудностями.

Плазменная сварка. В настоящее время в стадии совершенствования находится новый прогрессивный метод сварки— плазменный. Плазменная сварка во многом похожа на сварку вольфрамовым электродом за исключением того, что тепло, необходимое для сварки, обеспечивается сжатой плазмой, создаваемой электрической дугой в потоке ионизированных газов. Обычную сварочную дугу тоже можно считать плазмой, но при плазменной сварке плазма в потоке газа концентрируется на участке гораздо более узкого диаметра. Плазменная сварка обладает рядом преимуществ по сравнению со сваркой вольфрамовым электродом: за счет сжатия дуги нагрев имеет значительно более концентрированный характер, режимы плазменной сварки менее чувствительны к изменению длины дуги, горение дуги более стабильно, повышается глубина провара.

Техника освоения морских глубин. Пер. с англ. Л., “Судостроение”
Дж.Кенни.

Опубликовано:
11.10.12


Категория -

     

© Ilovediving.ru