книги из ГПНТБ / Мадатов, Н. М. Сварка и резка металлов под водой учебное пособие для слушателей заочных курсов повышения квалификации ИТР по технологии и оборудованию сварочного производства

3. ПРАКТИКА ПРИМЕНЕНИЯ СВАРКИ ПОД ВОДОЙ

Применение сварки металлов под водой очень многообразно. В настоящей брошюре мы рассмотрим только два характерных

придавать обратную деформацию, которая компенсирует усадку после ее прнваркп.

Обычно заплату подают водолазу-сварщику на специально для этой цели приваренных к ней рымах (скобах). При помощи клиньев пли струбцинами, с помощью шпилек или прижимов заплату прижимают к месту постановки. При этом надо следить за тем, чтобы зазор по периметру был равномерным и не превы­ шал 2 мм. Если зазор оказывается больше, то заплату необхо­ димо «поджать» при помощи кувалды или молотка. Затем за­ плату прихватывают участками по 20—50 мм через каждые 300—400 мм и приваривают обратноступенчатым швом или участками вразброс (рис. 11).

Вподводных условиях рекомендуется применять треугольные

итрапециевидные заплаты, обычно изготовляемые из малоугле­ родистой стали толщиной 5—6 мм.

Для того чтобы избежать укладки шва в потолочном положе­ нии, необходимость чего неизбежно возникает при наложе­ нии нижнего шва (например, при приварке заплаты к борту

' 20

судна)j был разработан специальный способ сварки. При этом способе потолочная сварка заменяется либо горизонтальной на вертикальной поверхности, либо полупотолочной. Способ заклю­ чается в том, что предварительно к месту прилегания будущей заплаты (имеется в виду вертикальное расположение запла­ ты) по ее нижней кромке приваривают горизонтальным швом

Рис. 12. Схема приварки треугольной . заплаты через вспомогательным пруток:

I — заплата; 2 — шов приварки прутка; 3 — шов при­ варки заплаты; 4 — стальной пруток; 5 — корпус

объекта

сверху толстый пруток круглого пли лучше „квадратного сече­ ния со стороной (или диаметром) не менее 10 мм. Затем на этот пруток устанавливают заплату, которую прихватывают участка­ ми и приваривают. Для того чтобы облегчить работу водолаза, целесообразно приваривать треугольную заплату, располагая ее

стране и за рубежом. Выше уже указывалось, что за рубежом для обеспечения надежного и высокого качества сварки такие работы проводят в специальных обитаемых камерах.

Примером такого вида работ является приварка тройника диаметром 152 мм'к основному нефтепроводу диаметром 254 мм. Работа была выполнена в 1967 г. в Мексиканском заливе в 74 км от берега на глубине 33,5 м аргоно-дуговой сваркой воль­ фрамовым электродом. При ее выполнении использовали пере­ носной обитаемый колокол, имеющий специальные вырезы, че­ рез которые пропускалась труба, после чего они герметизирова­

главным образом высокой стоимостью работ. Например, сварка

21

лого стыка. После прихватки центратор демонтируют, а с т у к за­ варивают обратноступенчатым швом.

Для улучшения условий работы обычно в месте сварки етмка Еодолаз делает приямок, т. е, отмывает небольшой котлован глубиной примерно в 1 м. Если же грунт каменистый, то реко­ мендуется стыкуемые концы трубопровода укладывать на иодкладки.

Прихватки

Рис. 15. Общим вид (а) и схема постановки бугеля (б) на трубопровод при соединении секций:

/ — стыкуемые трубы; 2 — стяжной болт; 3 — щечки; цифрами показана по­ следовательность наложения прихваток при постановке бугеля на трубопровод

Поскольку качество потолочной сварки, выполняемой в под­ водных условиях, невысокое, рекомендуется на стыки устанав­ ливать бугели, представляющие собой отрезок трубы со скошен­ ными торцами, имеющими продольный разрез в узкой части, к которому с двух сторон приварены прямоугольные щечки с от­ верстиями для стяжного болта (рис. 15). Бугель одновременно выполняет функции центратора. Внутренний диаметр его дол­ жен быть на 1—2 мм больше,,чем наружный диаметр трубопро­ вода. Так же как и центратор, бугель заводят на один из концов трубопровода. Затем в него вставляют второй конец стыкуемой

гель обжимают стяжными болтами и прихватывают к трубам. Бугель обваривают обратноступенчатым швом, причем швы нужно накладывать в направлении от узкой части бугеля к ши­ рокой. После приварки бугеля стяжной болт снимают, а зазор в узкой части заваривают. При необходимости приварку бугеля и заварку стыка ведут в несколько проходов. Если зазор в уз­ кой части более 5 мм, то рекомендуется вставить в него пруток, после чего заваривать стык. Бугель надлежит надевать на тру0у

так, чтобы узкая разрезная часть его всегда была наверху. При помощи бугелей можно также ремонтировать трубопро­

воды, при их разрывах или при образовании свищей. Для ус­ пешного выполнения ремонтных работ необходимо снять давле­ ние в трубопроводе, для чего рекомендуется аварийный трубо­ провод -отключать от магистрали.

23

4. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ РЕЗКИ МЕТАЛЛОВ

Из всех известных способов разделения металла в подвод­ ных условиях наиболее распространена термическая резка (кис­ лородная, бензинокислородная, электродуговая, электрокислородная и плазменно-дуговая). Практически в подводных условиях можно применять также механическую'резку и резку направлен­ ным взрывом (последняя применяется при разделке корпусов затонувших объектов па металл, и. ее мы рассматривать не будем).

За исключением способа электродуговой (плазменно-дуговой) резки, при которой происходит в основном выплавление метал­ ла из полости реза, все другие способы термической резки осно­ ваны на способности металла сгорать в струе кислорода и со­ стоят из двух этапов: подогрева металла до температуры вос­ пламенения в кислороде и последующего бурного окисления с выделением большого количества теплоты. Именно экзотермичность процесса кислородной резки обеспечивает его непрерыв­ ность, так как при этом участки мет'алла, прилегающие к месту реза, подогреваются до нужной температуры.

Первоначально резку юд водой проводили водородо-кисло­ родным ' пламенем, однако ввиду очень низкой производитель­ ности и из-за больших расходов газов этот вид резки распрост­ ранения не получил. В настоящее время он не применяется.

Применение для резки под водой ацетилена (в качестве го­ рючего) в нашей стране запрещено из-за возможности его поли­ меризации при повышенном давлении (этот процесс может иметь взрывной характер). За рубежом ацетилено-кислородная резка на малых глубинах (до 10 м) разрешена. Однако и аце­ тилено-кислородная резка в силу больших теплопотерь, особен­ но в начальный период — при подогреве металла, также обла­ дает низкой производительностью и уступает способам резки с использованием жидкого горючего, например бензина.

Бензннокнслородная резка, особенно с использованием ре­ заков, распыляющих, а не испаряющих горючее, рекомендуется для применения в подводных условиях, однако в последнее вре­ мя она вытесняется газоэлектрическими способами резки — электрокислородной и плазменно-дуговой.

В связи с отмеченным, ниже рассмотрены только перспектив­ ные электродуговые способы резки под водой.

Электродуговая резка основана на том, что в процессе горе­ ния дуги в разрезаемый металл интенсивно вводится теплота, ко­ торой фактически выплавляется металл из полости реза (неэлек­ тропроводные материалы этим способом резать нельзя). Не­ смотря на относительно низкое качество реза и невысокую про­ изводительность, этот способ находит достаточно широкое при­ менение на практике.

Электродуговую резку выполняют С помощью того же обору­

24

дования, что и сварку. Если мощность одного источника оказы­ вается недостаточной, то используют два или более аналогичных (одной марки) источника, соединяя их параллельно.

Резку производят, как правило, постоянным током прямой полярности, однако можно использовать также, источник пере­ менного тока, хотя это нежелательно.

Если позволяют условия, то резку лучше начинать от кромки листа, с его нижней грани. Если же по каким-либо причинам этого сделать нельзя, то нужно сделать «прокол», т. е. выжечьотверстие и после этого уже вести разделительную резку. Для этого после возбуждения дуги электрод располагают перпенди­ кулярно к поверхности изделия и, слегка нажимая на него, по­ степенно углубляют электрод в металл. При этом выплавляемый и выжимаемый дугой жидкий металл сварочной ванны выходит на поверхность и располагается вокруг отверстия в виде валика; (кольца). Снизу отверстие остается совершенно чистым.

Выполнив «прокол», .начинают разделительную резку вдоль линии реза, намеченной предварительно мелом, проваренным в- сале. Резку начинают с боковой грани, при этом совершают пи лообразные движения от верхней кромки к нижней. Электрод должен быть наклонен в сторону, обратную направлению реза (т. е. резка совершается «углом рперед»), угол наклона состав­ ляет 50—70° к разрезаемой поверхности.

Резку ведут электродом диаметром 5—б мм, однако не следу­ ет для этого использовать очень высокую силу тока. Практиче­ ски успешно можно резать металл толщиной 50 мм и выше при силе тока 350—400 А. Для электрода диаметром 5 мм сила тока не должна превышать 500 А, в противном случае электрод будет перегреваться и изгибаться, не производя реза.

При электродуговой резке расход электродов немного боль­ ше, чем при сварке; недостаток ее заключается в том, что при­ ходится часто прерывать процесс для замены электрода. Это от­ рицательно сказывается на производительности резки (табл.-5).

■ Т а б л и ц а 5

Режимы ручной электродуговой резки под водой (1 м реза на глубите'до'ГО м)-

25

В остальном техника процесса такая же, как при воздушно­ дуговой резке, проводимой на воздухе. Рез, получаемый э'лектрокислородной резкой под водой, внешне похож на рез, получае­ мый при газовой резке на воздухе: он достаточно узок и не име­

П р и м е ч а й и е. Проволока диаметром 1,6 мм.

Плазменно-дуговая резка под водой — относительно новый процесс. В настоящее время уже созданы установки1 для плазменно-дуговой резки под водой на глубинах до 10 м в естест­ венных морских условиях,

27

Процесс ведут аналогично полуавтоматической электрокислородной резке, перемещая режущую плазменную головку (ре­ зак), специально герметизированную во избежание коротких за­ мыканий, вдоль линии реза. В качестве плазмообразующего га­ за используется аргон. Процесс ведут на повышенных режимах:

и л -= 120н-140 В, / р=500А-520 А.

Плазменно-дуговая резка позволяет эффективно резать ме­ таллы большой толщины независимо от их химического состава. Практически удавалось разрезать металл толщиной до 40 мм включительно и пакеты общей толщиной до 30 мм из трех плас­ тин малоуглеродистых и корпусных сталей. По данным зарубеж­

ют сначала дежурную, а затем рабочую дугу. Качество резки, особенно коррозионностойких (нержавеющих) сталей, очень вы­ сокое. При резке малоуглеродистой стали на нижней кромке имеются натеки, для устранения которых в ГДР, например, 'на головке эшелонированно, т. е. по ходу движения, за плазмо­ троном устанавливают добавочное сопло, подающее воду и «разбивающее» перемычки.

Полученные результаты позволяют считать, что в ближайшее время плазменно-дуговая резка под водой начнет широко внед­

При плазменно-дуговой резке под водой необходимо особо соблюдать требования техники безопасности, поскольку вторич­ ное напряжение достаточно высокое, порядка 180 В.

Поверхностная резка (строжка) металла под водой в послед­ нее время стала применяться при подготовке кромок под свар­ ку, в частности при подводном судоремонте, когда целесообраз­ нее вначале выполнить сборку листов без скоса кромок и затем, после прихватки, произвести электрокислородную строжку кро­ мок под сварку непосредственно на месте. При этом электро­ дом круглого сечения обеспечивается получение чашеобразной разделки (рис. 17). Электрод располагают вдоль стыка так, что­ бы захватить кромки обоих листов, причем по мере углубления

28

угол наклона электрода (углом вперед) изменяют от 20° до 45°. Строжку производят электрокислородным способом трубчатыми

Рис. 17. Схема расположения электрода пр.и чашеобразно!} раз­ делке кромок:

‘а— вид сбоку (в разрезе); 6 — вид спереди

электродами ЭПР-1 (табл. 9) на том же оборудовании, на ко­ тором выполняют и ручную электрокислородную разделительную резку. За один проход удается трубчатым электродом внешним диаметром 8 мм снимать слой металла толщиной 2—5 мм.

Т а б л и ц а 9

Режимы электрокислородной строжки, под водой на глубине до 10 м

П р и м е ч а н и е . Напряжение дуги 28—30 В.

При строжке следует обращать внимание на то, чтобы элек­ трод случайно не оказался расположенным перпендикулярно к строгаемой поверхности, так как это может привести к прожогу.

5. ПРАКТИКА.ПРИМЕНЕНИЯ РЕЗКИ МЕТАЛЛОВ ПОД ВОДОЙ

Резка металлов под водой широко используется при расчист­ ке фарватеров, извлечении обрушенных в воду конструкций, мостов, ремонте и установке шпунтовых стенок, разделке зато­ нувших судов на металл, перерезании тросов и других работах. Из всего многообразия практического применения резки под во­ дой мы рассмотрим особенности ее использования лишь для не­ скольких видов работ.

Резка металлического шпунта. Шпунтовая стенка — это ряд вертикально забитых в грунт металлических свай, связанных

29