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. Для компенсации тепловых потерь из-за охлаждающего действия воды и наличия большого количества водорода напряжение на дуге под водой требуется более высокое напряжение (30-35В). Сварку под водой выполняют на постоянном и переменном токе. На постоянном токе дуга горит более устойчиво, чем на переменном, т.к. постоянный ток разлагает воду еще до возбуждения дуги, а переменный ток разлагает воду и образует газовый пузырь в момент короткого замыкания под действием высокой температуры. С увеличением глубины и давления окружающей среды устойчивость дуги не нарушается; возрастает только напряжение и увеличивается ток. Подводная сварка возможна в пресной речной и соленой морской воде. В качестве источников питания используют однопостовые и многопостовые сварочные агрегаты, сварочные преобразователи и трансформаторы, имеющие напряжение холостого хода 70-110 В. 4. 2. особенности прОцесса Продукты разложения воды – водород и кислород, находящийся в зоне дуги, оказывает заметное влияние на качество сварных швов. Водород интенсивно растворяется в жидком металле, вызывая охрупчивание швов, а кислород окисляет сталь и в первую очередь содержащиеся в ней легирующие элементы. Окислы частично всплывают, переходя в шлак, и частично остаются в металле шва в виде неметаллических включений, уменьшающие вязкость и пластические свойства металла шва. Из-за непосредственного контакта с водой основного металла и металла шва теплоотдача низкоуглеродистой стали значительно выше, чем при сварке на воздухе, что может привести к появлению закалочных структур в металле шва и в зоне термического влияния. Наличие повышенного давления и охлаждающее действие среды приводят к сжатию столба дуги и повышение температуры последнего. Это может увеличить температурный градиент металла шва и вызвать перегрев электродного металла. Водолаз-сварщик заключен в водонепроницаемый костюм и находится в плотной среде, стесняющей его движение, кроме того, на него действует дополнительное гидростатическое давление, снижающее его подвижность. Водолаз находится в весьма неустойчивом положении с небольшой отрицательной плавучестью. Ухудшенная видимость и наличие подводных течений создают неблагоприятные условия как для существования дугового разряда, так и для работы водолаза-сварщика, отрицательно сказываясь на качестве швов и производительности процесса. Мокрая сварка имеет множество практических преимуществ: сварщик может осуществлять сварку в местах недоступных другими способами; ремонтные работы можно проводить быстрее и с меньшими затратами. 4. 3. ручная дуговая сварка При сварке под водой выполняют соединения внахлестку, тавровые, угловые, реже стыковые, причем чаще всего способом опирающегося электрода. Горение дуги отличается в этом случае высокой стабильностью. Сварщик перемещает дугу без колебаний поперек шва с сохранением угла наклона электрода. Способом опирающегося электрода можно сварить швы во всех пространственных положениях. Сварку в вертикальном положении производят сверху вниз, при этом электрод наклонен в сторону ведения сварки.
Кадры подводных сварщиков и резчиков готовятся из опытных водолазов достаточно высокой квалификации. Работы производятся в тяжелом мягком водолазном снаряжении, в зимних рубахах с закрытыми кистями рук. Обязательно исправная телефонная связь с водолазом. Вся аппаратура должна быть высокого качества в полной исправности, и, безусловно, проверена. Подводная сварка, дуговая и электрокислородная резка производятся, как правило, на постоянном токе прямой полярности. Переменный ток не рекомендуется из-за меньшей устойчивости дуги и повышенной опасности для работающих. Для питания током пригодны электросварочные агрегаты, применяемые для надводных работ, без всяких переделок в них. Часто применяется передвижная электростанция трехфазного тока с приводным двигателем внутреннего сгорания, а от нее уже питаются сварочные агрегаты с приводными электромоторами. При отсутствии достаточно мощных агрегатов применяется параллельное их соединение по два и по три на одну дугу, например, при дуговой резке. Для поддержания всего оборудования и аппаратуры в исправном состоянии в составе бригады должен быть квалифицированный электромеханик. Необходимо строгое соблюдение правил техники безопасности. При работах с дугой для защиты зрения водолаза в передний иллюминатор шлема обычно накладывается изнутри цветное стекло, закрывающее часть стекла иллюминатора. Меняя положение головы, водолаз может смотреть через защитное цветное стекло или помимо него через бесцветное стекло иллюминатора. При подводных работах излучения дуги сильно ослаблены, слоем воды и менее опасны для зрения, чем на воздухе. Защитные стекла берутся сравнительно светлые, затемненность стекла подбирается в соответствии со степенью прозрачности воды. Вследствие электропроводности воды все металлические предметы в зоне работ оказываются включенными в сварочную цепь через воду. Прикосновение электрода к любому металлическому предмету, в том числе и металлическим частям водолазного снаряжения, зажигают дугу. Случайное прикосновение электрода к шлему и манишке (нагруднику) водолаза мгновенно создает сквозные прожоги. Поэтому шлем и манишка должны быть оклеены резиной, брезентом или покрыты прочным лаком. Смена электродов должна производиться при выключенном токе, о чем водолаз сообщает по радио. Должны быть приняты все меры, обеспечивающие безопасность и удобство работы водолаза, с ограждением его от волн и течения воды; создана возможность работать в удобном положении, в необходимых случаях должно быть устроено подводное освещение. Все эти меры повышают производительность труда и снижают стоимость работ. приложение Основные методы резки под водой Таблица Метод Глубина, на Применение на Преимущества Недостатки которой практике производилась резки, м Газокислородн ая: 13 Не ацетилено-кис используется Более высокая При давлении лородная температура, свыше 0,2 МПа чем при ацетилен водородно-кис нестабилен водордно-кисл лородной ородная бензино-кисло родная 100 (300) Для ферритных Топливный газ Высркая материалов имеет квалификация толщиной до наиболее резчика 40 мм благоприятные характеристик и давления 100 То же Несложность сохранения жидкого топлива под давлением.
Скорость насыщения зависит в основном от глубины погружения и времени нахождения под водой. Время декомпрессии зависит от количества растворенного газа. С наступлением состояния насыщения время декомпрессии становится постоянным и зависит от дальнейшей экспозиции. Это явление позволяет осуществлять подъем водолазов после погружения в колоколе, в котором сохраняется давление, равное глубине погружения, до тех пор, пока водолазы не перейдут в декомпрессионную камеру на палубе, в которой поддерживается такое же давление. Таким образом, удается избежать декомпрессии между отдельными погружениями и предоставить отдых водолазам. Метод длительного пребывания позволяет водолазам проводить на глубине более длительный период, а время декомпрессии при этом не увеличивается. Недостаток этого метода – использование дополнительного оборудования и привлечение дополнительного обслуживающего персонала, что ведет к большим затратам материальных средств. Кроме водолазного колокола может быть использован погружаемый аппарат с выходом водолаза через шлюзовое устройство. На рис.2.2 представлен общий вид системы с использованием сварочно- монтажных камер с нормальным атмосферным давлением. Приведенная система позволяет решить проблемы связанные с декомпрессией сварщиков-водолазов. Очевидно, что оборудование такой камеры весит немало и центрирование труб занимает много времени, но гарантируемое качество сварных швов оправдывает затраты времени. Доставка персонала осуществляется сухим способом в камере с атмосферным давлением. Применение глубоководной водолазной техники уже оправдало себя на глубине до 200 м, в настоящее время возможно погружение на глубину до 300 м. Пока ни одно приспособление не может заменить мастерство водолазов и их способность двигаться в ограниченных пространствах в районе свариваемого соединения. Однако на глубине 600 м возникает физиологический и медицинский барьер, не позволяющий дальнейшее погружение. На глубинах от 300 до 600 м погружение водолазов следует рассматривать лишь как крайнюю необходимость, а работы на глубинах свыше 600 м должны осуществляться посредством дистанционно управляемых рабочих комплексов, а также подводных аппаратов с нормальным давлением. 3. сухая глубоководная (гидросварка)Для осуществления гидросварки необходимо обеспечить локализованную стабильную сухую газовую среду вокруг свариваемого соединения и сварочной головки при помощи изготовленных по особому заказу камер или при помощи легких портативных боксов. В обоих случаях непрерывная полуавтоматическая сварка электродной проволокой осуществляется в сухой среде. Закрепляемое на месте сварки заграждение, называемое гидробоксом, изготавливают частично или полностью из прозрачного материала. Бокс должен плотно прилегать к свариваемому соединению и обеспечивать герметичность. Основание бокса делается открытым для возможности ввода в нее водолазом- сварщиком сварочной головки. Для вытеснения из бокса воды и создания сухой среды в него подается смесь инертных газов под соответствующим давлением. Через прозрачные стенки бокса сварщик может наблюдать за дугой и сварочной ванной.