Меню сайта

загрузка...

Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением

Сварка под водой

Для подводных работ пока удалось использовать только дуговую сварку плавящимся электродом. Возможна сварка и неплавящимся электродом. Дуговую сварку под водой впервые разработал К. К. Хренов в 1932 г. Способ основан на открытии, что дуга, несмотря на интенсивное охлаждающее действие окружающей воды, нагревает и плавит металл практически столь же легко, как и на воздухе. При соблюдении несложных дополнительных условий дуга горит в воде вполне устойчиво при питании от обычных источников постоянного или переменного тока, применяемых для работ на воздухе. Как правило, используют постоянный ток. Дуга горит в газовом пузыре, образуемом и непрерывно возобновляемом в результате испарения и разложения воды. Устойчивое горение дуги под водой можно объяснить принципом минимума энергии Штеенбека или саморегулированием дуги. Если усилить охлаждение какого-либо участка дуги, то выделение энергии на нем увеличится и компенсирует усиленное охлаждение. У сварочной дуги под водой напряжение на 6—7 В больше, чем на воздухе, этот избыток напряжения компенсирует охлаждающее действие воды.

Для получения устойчивого горения дуги под водой на Электрод из низкоуглеродистой сварочной проволоки наносят толстый слой покрытия, по составу сходного с покрытиями, применяемыми для сварки на воздухе. Слой покрытия должен быть водонепроницаемым: проникшая в покрытие вода испаряется при горении дуги и срывает его, кроме того, идет электролиз воды с бурным выделением водорода, окончательно разрушающий покрытие. Необходимую водонепроницаемость покрытия создают пропиткой его различными лаками.

При горении дуги выступающий конец покрытия образует козырек, способствующий удерживанию газового пузыря вокруг дуги и устойчивому ее горению. Непрерывно образующийся газ поднимается на поверхность воды отдельными пузырьками, преимущественно состоящими из водорода. Дуга испаряет металл и электродное покрытие, пары которых, соприкасаясь с водой, конденсируются и образуют в ней коллоидальный раствор преимущественно окислов железа. Эта взвесь долгое время не осаждается, мешая наблюдению за дугой. Силу тока обычно устанавливают в пределах 180—240 А, напряжение дуги 30—35 В.

Дуга под водой легко расплавляет основной металл и образует валик, отличающийся грубой чешуйчатостью. Глубина расплавления несколько больше, чем при работе на воздухе. Под водой можно выполнять все обычные виды сварных соединений в любом пространственном положении.

Наплавленный металл отличается пониженным содержанием таких легко окисляющихся элементов, как, например, углерод, кремний и марганец, и повышенным содержанием водорода. Зона термического влияния сужена, структура металла шва указывает на ускоренное охлаждение. Металл шва имеет достаточно высокий предел прочности, но низкие угол изгиба, относительное удлинение и ударную вязкость.

Ручная подводная сварка очень трудна для водолаза-сварщика, стесненного тяжелым и неудобным для движений водолазным снаряжением и находящегося в неустойчивом положении при плохой видимости. Поэтому при подводной сварке часты дефекты, не известные при работах на воздухе: смещение с оси шва, пропуски, нерасплавление одной из кромок шва и т. п. Излучение дуги ослабляется слоем воды и сварщик часто может не пользоваться защитным стеклом.

Сварка возможна в пресной речной и соленой морской воде. В последнем случае необходима тщательная изоляция держателя электрода, так как нарушение изоляции может вызвать значительную утечку тока. В морской воде все металлические предметы оказываются соединенными между собой и присоединенными к источнику тока через воду. Можно зажечь дугу на любом металлическом предмете в зоне сварки, хотя бы он и не был присоединен проводом к источнику тока. Основное затруднение при подводной дуговой сварке состоит в том, что человек плохо переносит пребывание под водой. Поэтому главной проблемой сварки под водой является максимальная механизация и автоматизация процесса сварки и сведение к минимуму времени пребывания человека под водой.

Долгое время (1932—1970 гг.) для подводных работ применяли только ручную дуговую сварку штучными электродами. При этом способе затруднительны смена электродов и смыкание шва в местах их смены. Несмотря на примитивность и неудобство, ручную дуговую сварку широко применяют для ремонта подводной части кораблей и судов, прокладки трубопроводов, постройки подводных сооружений и пр. Преимуществом способа является его простота, все оборудование обычное стандартное, электроды легко изготовить. Сварка под водой принципиально возможна и на больших глубинах. С увеличением глубины и давления устойчивость дуги сохраняется, а глубина расплавления металла возрастает. Однако практическое выполнение сварки на сколько-нибудь значительных глубинах, например более 40—50 м, наталкивается на неприспособленность человеческого организма. При глубине 100 м работа почти невозможна.

Со времени разработки способа сварки под водой делались многочисленные попытки механизации и автоматизации процесса. Наиболее существенные результаты в лабораторных условиях достигнуты со шланговыми полуавтоматами, работающими стальной проволокой со вдуванием в зону дуги аргона или углекислого газа или без их вдувания. Имеются также положительные результаты плазменной сварки, но все это не нашло производственного применения.

ИЭС им. Е. О. Патона разработан новый полуавтомат, работающий специальной проволокой. Металл шва проходит при сварке необходимую металлургическую обработку, улучшающую его химический состав, структуру и механические свойства. Дуга горит весьма устойчиво, отмечается незначительное образование мути, почти не мешающее наблюдению за дугой. Внешний вид швов удовлетворительный, металл шва соответствует нормам для металла, наплавленного электродами типа Э42 на воздухе. Несравненно благоприятнее условия работы сварщика, который работает непрерывно, не меняя электродов. Производительность труда возрастает в несколько раз, значительно выше и качество сварки. Ввиду этого сварку под водой можно применять для изготовления ответственных конструкций.