Принцип, технология работы, меры безопасности при проведении работ по резки и сварке под водой.

Принцип и технология экзотермической резки

Сущность процесса резки заключается в том, что железо, будучи нагрето до температуры 1100-1300°С, приобретает способность сгорать в струе кислорода. Процесс окисления железа экзотермичен, то есть протекает с выделением тепла, тем самым соседние участки железа подогреваются до температуры возгорания. Таким образом, создаются условия для продолжения процесса резки, и он становится непрерывным. Режущая струя кислорода постепенно проникает в металл, разрезая его насквозь и одновременно выдувая образовавшиеся шлаки. 

При резке стали протекают следующие реакции окисления: 
2Fe + O2 = 2FeO + 130 ккал/моль 
4Fe + 3O2 = 2Fe2O3 + 395.2 ккал/моль 


Оборудование для экзотермической резки. 

Оборудование для экзотермической резки и сварки состоит из ряда компонентов, полный комплект которых обеспечивает подачу в электрододержатель кислорода (до 2100 л/мин) и электрической энергии (постоянный ток 150-200 А): 

Кислород, содержащийся под высоким давлением в баллоне, поступает в кислородный редуктор, где его давление понижается. При открытии вентиля кислород по шлангу поступает к кислородному клапану электрододержателя. При нажатии на рычаг, расположенный на электрододержателе, кислородный клапан открывается, и поток кислорода поступает во внутреннюю трубчатую полость электрода. 

При возникновении аварийных ситуаций, по команде водолаза закрываются вентили на баллоне и кислородном редукторе, подача кислорода к электрододержателю прекращается. 

Электрод зажигается в кислородной струе, благодаря воздействию на него слаботочной электрической дуги, возникающей между ним и разрезаемым объектом (или специальной пластиной контактного воспламенителя дуги). В отличие от традиционной электрокислородной резки, для поджигания электрода достаточно слаботочного (150–200 А) источника электропитания, который используется только для поджигания электрода в течение 5-15 сек, а затем электропитание может быть отключено. 

В качестве источника электропитания можно использовать аккумуляторную батарею судна или катера (12В или 24В ПОСТОЯННЫЙ ТОК), обычный автомобильный аккумулятор или иной источник постоянного тока. Использование аккумуляторной батареи в качестве источника электроэнергии рекомендуется при проведении подводных работ на глубинах до 20 м. 

Для безопасности подводных работ электрическая цепь оборудована двухполюсным рубильником, рассчитанным на разрывный ток 400 А . 

 


Монтаж оборудования для экзотермической резки. 

1. Перед началом работы осмотрите оборудование и убедитесь в том, что кислородный шланг и электрические кабели не имеют видимых повреждений, надрезов и проколов, а фитинги и соединительные адаптеры не повреждены коррозией; все электрические соединения водонепроницаемы и тщательно изолированы по крайней мере на 10 см в обе стороны от мест соединения; корпус электрододержателя в хорошем состоянии, неопреновые уплотнительные прокладки не имеют повреждений. 

2. Присоедините кислородный редуктор к кислородному баллону, а выход редуктора соедините с кислородным шлангом электрододержателя. 

3. Установите выходное давление кислородного редуктора на 6.1 бар больше предполагаемого внешнего давления на рабочей глубине. 

4. Произведите чистку электрододержателя. Проверьте все фитинги, соединения на герметичность, используя для этого мыльную воду. 

5. Присоедините один конец кабеля заземления к положительной (+) клемме источника электроэнергии, а другой - к «массе» (разрезаемому металлу). 

6. Установите источник электроэнергии на силу тока 150 А. 

7. Проверьте полярность системы. 
- Подсоедините силовой кабель (-) и кабель заземления (+) к соответствующим клеммам источника электроэнергии. 
- Подсоедините один электрод к кабелю заземления, а другой электрод закрепите в электрододержателе. 
- Погрузите концы обоих электродов в емкость с соленой водой, держа их на удалении 5 см друг от друга. 
- Включите источник электроэнергии. Пузыри воздуха потекут от отрицательного (-) к положительному (+) полюсу. 
- Полярность системы корректна, если пузыри образуются на электроде, закрепленном в электрододержателе. В противном случае кабели на источнике электроэнергии следует поменять местами. 

Предупреждение:Никогда не стойте спиной к месту заземления электрического кабеля. Водолаз, стоящий между горящим электродом и местом заземления, рискует получить электрический удар или электролитическое повреждение шлема. Никогда не прикасайтесь горящим электродом к металлическим деталям водолазного гидрокостюма или иного оборудования. 

8. Зафиксируйте клемму заземления максимально близко к месту резки. 

9. Проверьте правильность установки выходного давления в кислородном редукторе. При нажатом рычаге кислородного клапана электрододержателя факел кислорода из электрода не должен быть короче 15 см. 

Методика экзотермической резки. 

Для экзотермической резки под водой применяются электроды BROCO диаметром 6.4 или 9.5 мм. При резке электродами диаметром 6.4 мм рекомендуется непрерывная подача электроэнергии, поскольку иначе трудно поддерживать горение электродов. 

1. Вставьте электрод в держатель. 
2. Разместите конец электрода в начальной точке реза и в течение 4-х секунд держите нажатым рычаг подачи кислорода, чтобы потоком кислорода прочистить электрод изнутри. 
3. Продолжая удерживать нажатым рычаг подачи кислорода, дайте команду оператору водолазного поста на включение источника электроэнергии. 
4. Чиркните концом электрода по разрезаемому металлу или специальной медной или металлической пластине с заземлением, чтобы возникла электрическая дуга. 
5. Как только возникла дуга и зажегся электрод, приступайте к резке. В зависимости от толщины разрезаемого металла, электрод должен иметь наклон 45- 90 градусов к разрезаемой поверхности. 
6. Когда длина электрода сократится до 7-8 см, дайте оператору водолазного поста команду на отключение электроэнергии. 
7. Прекратите работу и отпустите рычаг подачи кислорода, чтобы остановить горение электрода. 
8. После того, как оператор подтвердил отключение электроэнергии, удалите остаток сгоревшего электрода из электрододержателя. 
9. Вставьте в держатель новый электрод и продолжайте резку. 

Резка стали. 

Электроды диаметром 6.4 мм используются для подводной резки стали, толщина которой не превышает 12.7 мм. Электрод диаметром 6.4 мм оставляет узкий разрез и потому предпочтителен при фигурной резке.
В условиях плохой видимости или для резки более толстых сталей, используются электроды диаметром 9.5 мм. Электрод 9.5 мм предпочтительней использовать для резки стали толщиной более 12.7 мм. Для резки металла толщиной более 3 см, используйте гидравлическую пилу и клинья. 

Резка чугуна, нержавеющей стали и цветных металлов. 

Электроды BROCO позволяют резать все эти материалы. При резке толстого металла может потребоваться гидравлический режущий инструмент (пила) и распорные клинья. Максимальная эффективность резки может быть достигнута методом прожигания ряда отверстий и последующим их соединением распилом. 

Резка толстых цветных металлов. 

При толщине металла более 7.5 см давление кислорода в электроде должно превышать внешнее давление на 7.5 бар. 
Резка (плавление) бетона и скальных пород. 
При резке (плавлении) бетона или скальных пород используйте электроды диаметром 9.5 мм. 
Зажгите электрод, чиркнув для этого его концом по медной или металлической пластине, прикрепленной к заземленному кабелю. Держа нажатым рычаг кислородного клапана, перенесите электрод с пластины к разрезаемому материалу. Прижмите конец электрода к материалу и приступайте к резке. Периодически вынимайте электрод из разреза, чтобы струя кислорода уносила продукты резки и очищала рабочую поверхность. 

Резка канатов и древесины. 

Зажгите электрод, чиркнув для этого его концом по медной или металлической пластине, прикрепленной к заземленному кабелю. Держите нажатым рычаг кислородного клапана, перенесите электрод с пластины к разрезаемому материалу. При проведении подводных работ на корпусе судна электрод можно сгибать на угол до 90°, чтобы предотвратить повреждение корпуса судна, рулевых устройств и вала гребного винта. При резке витых канатов можно использовать электрод диаметром 6.4 мм. При работе с электродом 6.4 мм необходим постоянный контакт «металл-металл» для поддержания горения электрода. 

Резка в мелкой воде, резка без электрической дуги. 

При экзотермической резке в очень мелкой воде электрод поджигается над поверхностью воды, а затем погружается в воду к месту работ. В случае, если источник электроэнергии недоступен, электрод может быть зажжен с помощью газовой горелки или иного источника пламени (например, горящей древесины). Воспламенение произойдет через 3-7 секунд. 


Принцип и технология сварки под водой. 

Мокрая сварка предполагает непосредственное горение сварочной дуги в воде. Способ основан на способности дуги устойчиво гореть в подводном газовом пузыре, образующемся при испарении и разложении воды электрическим током. 

Ручная сварка предполагает, что пространственное управление электрической дугой, а также смена электродов осуществляются вручную. Сварочный электрод, закрепленный в электрододержателе, находится в руках у водолаза-сварщика. Сварщик «ведет» электрическую дугу движениями руки. При сгорании электрода приходится останавливать сварочный процесс и электрод заменять. 

Достоинства мокрой ручной сварки: 

1. Процесс происходит без каких-либо дополнительных сооружений или устройств. 
2. Водолаз-сварщик имеет большую свободу перемещений и может вести работу в труднодоступных местах. 
3. Сварка проводится быстро и с меньшими затратами. 

Недостатки мокрой ручной сварки: 

1. Невысокая производительность. 
2. Значительное количество газовой фазы и механической взвести в рабочей зоне затрудняет визуальный контроль горения дуги и формирование шва. 
3. Прочностные и пластические свойства получаемых соединений отличаются неоднородностью и существенно зависят от условий сварки и от глубины, на которой выполняются работы. 

При сварке под водой в качестве источника тепла, расплавляющего металл электрода и изделия, используют электрическую дугу. Сварочная дуга является длительным и устойчивым электрическим разрядом и сопровождается выделением значительного количества тепла и света. 

Дуга заключена в газовый пузырь, который состоит из продуктов горения металла электрода, изделия, а также паров и продуктов диссоциации воды (водород, кислород). 
Газовый пузырь, образующийся вокруг дуги под водой, не только неизбежно сопутствует процессу ее горения, но и является необходимым условием ее существования. Пузырь возникает прежде, чем образуется дуговой разряд. То есть дуга зажигается в парогазовой атмосфере, а не в воде. Главная причина образования пузыря – электропроводимость воды и тепло, выделяющееся при разогреве электрода. 

Максимальными токами для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей следует считать 180-240 А, причем установлено, что чем больше глубина, на которой выполняется сварка, тем более следует приближаться к минимальному режиму тока (180 А). 

Оборудование для сварки под водой. 

Для сварки под водой используется универсальный электрододержатель BROCO BR-22 и электроды BROCO диаметром 3.2 мм (1/8"), 4.0 мм (5/32"), 4.8 мм (3/16"). Подача кислорода к электродам не требуется. Электрическая дуга поддерживается генератором постоянного тока. 

Монтаж оборудования для сварки под водой. 

1. Подключите рубильник (400 А) в кабельную линию между отрицательным полюсом генератора постоянного тока и электрододержателем. Рубильник должен быть расположен на водолазном посту, в непосредственной близости от оператора. 
2. Проверьте полярность подключения кабелей к генератору: силовой кабель (-) – через рубильник к электрододержателю, кабель заземления (+) – к обрабатываемому водолазом металлу. 
3. Проверьте выходную силу тока с помощью амперметра. 
4. Тщательно изолируйте все электрические соединения. 
5. Убедитесь в отсутствии сгибов, перехлестов силового кабеля. 
6. Проверьте работоспособность клеммы заземления. 

Методика сварки под водой. 

В современной практике применяют два метода подводной сварки – «саморегулируемую» и «управляемую». При саморегулируемой сварке электрод перемещается перпендикулярно линии сварки под небольшим давлением, находясь в постоянном контакте со свариваемым металлом. При управляемой сварке электрод перемещается водолазом дугообразными движениями из стороны в сторону, практически не прикасаясь к металлу. 

Саморегулируемая сварка. 

При данном методе сварки металл сваривается серией швов, которые образуются вследствие перемещения электрода поперек линии сварки. Тесты показывают, что если сварные швы имеют форму валика, они обеспечивают надежную сварку на длине, равной диаметру электрода. Так, при использовании электрода 4 мм, образуются прочные сварные швы шириной 4 мм каждый. 

Саморегулируемая сварка на горизонтальной плоскости. 

1. Убедитесь в том, что рубильник отключен. 
2. Тщательно очистите поверхности, предназначенные для сварки. 
3. Установите необходимую силу тока, проверьте силу тока амперметром. 
4. Расположите электрод под углом 15-45о по отношению к линии сварки. 
5. Дайте команду на водолазный пульт о включении генератора постоянного тока. 
6. Начинайте сварку. Электрод длиной 25 см может обеспечить 20 см сварного шва. 
7. При полном сгорании электрода, дайте команду на водолазный пульт об отключении электроэнергии. 
8. Вставьте новый электрод и дайте команду на водолазный пульт о включении электроэнергии. 
Саморегулируемая сварка на вертикальной плоскости. 
Следуйте рекомендациям, перечисленным выше для сварки на горизонтальной плоскости. Сварку следует начинать с наивысшей точки и продолжать вниз, чтобы образующиеся при сварке пузыри не мешали обзору водолаза. 

Саморегулируемая сварка над головой водолаза (потолочная сварка). 

Следуйте рекомендациям, перечисленным выше для сварки на горизонтальной и вертикальной плоскостях. Прежде чем приступить к потолочной сварке, водолазу следует выполнить несколько пробных сварных швов в реальных рабочих условиях. Эти швы покажут, насколько точно установлена сила тока в источнике электроэнергии. Если пробные швы капают, просачиваются, значит слишком велика сила тока в электроде или недостаточное давление электрода на свариваемый материал. 

Управляемая сварка. 

Этот метод подводной сварки подразумевает, что водолаз-сварщик непрерывно совершает дугообразные движения электродом, практически не нажимая на обрабатываемую поверхность. Метод применим, если требуется выполнить длинный прямой или слабо изогнутый сварные швы. 
Метод управляемой сварки имеет ряд преимуществ, по сравнению с методом саморегулируемой сварки. В частности, можно осуществлять сварку на вертикальной плоскости в направлении снизу-вверх.  



Меры безопасности при резке и сварке 

• При экзотермической резке и сварке под водой следует строго руководствоваться Едиными правилами безопасности труда на водолазных работах (РД 31.84.01-90) и иными наставлениями и инструкциями по производству подводных электросварочных работ. 
• К подводным работам по резке/сварке допускаются только специально обученные водолазы. 
• Не следует самостоятельно модифицировать оборудование или использовать его не по назначению. 
• Выполняйте работы по резке/сварке только с использованием подачи дыхательного воздуха с поверхности. Никогда не работайте в автономных дыхательных аппаратах. 
• Не допускайте контакта оборудования с жиро- и маслосодержащими жидкостями. 
• Никогда не используйте сжатый воздух, масло, растворители для чистки кислородной системы. 
• Электрическая цепь должна размыкаться рубильником, расположенным на водолазном посту. 
• Все электрические соединения и детали оборудования, находящиеся под током, должны быть надежно изолированы. 
• Никогда не используйте переменный ток для подводной резки/сварки. 
• Перед началом работы убедитесь, что источник электроэнергии заземлен надлежащим образом. 
• При монтаже и обслуживании кабелей, источника электроэнергии и электрододержателя работайте в резиновых перчатках. 
• При замене электродов оборудование должно быть обесточено. 
• Передний иллюминатор водолазного шлема должен быть закрыт на 2/3 темным защитным стеклом (светофильтром). 
• Подводную резку/сварку следует выполнять только в снаряжении, полностью изолирующем водолаза от воды. 
• Убедитесь в том, что все электропроводящие части электрододержателя надлежащим образом изолированы. 
• Осмотрите электрододержатель и изоляцию на предмет наличия поломок, неисправностей, повреждений. Неисправные части оборудования должны быть заменены перед началом работ. 
• Кабели должны быть рассчитаны на передачу максимальных (до 400 А) токов к электрододержателю. 
• Кабели и шланги не должны иметь сгибов, перехлестов. 
• Никогда не держите электрододержатель прямо перед собой. 
• Водолаз не должен располагаться между кабелем заземления и электродом.