Сварка и резка под водой вчера и сегодня
Водолазная техника и водолазное дело за последние десятилетия прошли многие этапы своего развития. Одновременно изменялись и совершенствовались способы и инструменты для подводных работ. В этой статье рассмотрим различные варианты таких сложных подводно- технических работ, как сварка и резка c использованием отечественных и импортных инструментов.
Сварка и резка в водной среде с каждым годом все больше находят практическое применение при выполнении всех видов водолазных работ. С помощью подводных сварки и резки можно заделывать трещины и разошедшиеся швы обшивки корпуса аварийных кораблей, устанавливать заплаты и накладные листы на пробоины, прикреплять к затонувшим судам судоподъемные проушины и рымы, расчищать завалы и освобождать проходы, ремонтировать подводные трубопроводы и различные сооружения и т.д. Представленные ниже виды резки и сварки металла использовались в разные периоды и претерпели ряд изменений.
Подводная электродуговая сварка и резка металла
Электрический ток широко используется для сварки и резки металла под водой. Возникающая электрическая дуга горит под водой так же, как и на воздухе, благодаря тому, что вокруг нее образуется газовый пузырь, защищающий дугу. Для поддержания дуги необходим мощный источник тока (до 450 А).
Резка металла электродуговым способом недостаточно эффективна: расплавленный металл медленно стекает и с трудом удаляется из линии реза и, быстро остывая, требует по вторной резки. При наличии плохого контакта электрода с зажимом электрододержателя соединение быстро перегревается, и электрододержатель выходит из строя. При применении постоянного тока прямой полярности («минус» – на электроде) в полости реза выделяется большое количество тепла, позволяющего разрезать металл большей толщины, чем на переменном токе. Заметим, что обратная полярность значительно снижает производительность резки.
Электрокислородная резка
Происходит за счет нагрева разрезаемого металла электрической дугой до температуры плавления и подачи в зону реза через трубчатый электрод струи кислорода, который сжигает металл и одновременно выдувает образующиеся окислы.
Несмотря на широкое распространение, электрокислородная резка может использоваться только при резке черных металлов, а без наличия хорошего электрического контакта с разрезаемой поверхностью сильно снижается производительность.
Использование этого вида резки по сравнению с вышеописанным способом считается более эффективным.
Газовая подводная резка металла
Газовая подводная резка металла производится с использованием кислорода и горючего газа для плавки металла в месте разреза. В качестве горючих газов для этих целей использовался ацетилен и водород. Но применять ацетилен можно только на глубинах до 7 метров, так как с увеличением глубины, а значит, и давления, под которым должен подаваться к водолазу ацетилен, появляется опасность взрыва газа.
Более сложной, но в то же время и эффективной является водородкислородная резка металла, при которой металл в месте реза расплавлялся в пламени водорода, а струя кислорода сжигала и выдувала расплавленный металл. Водородкислородным резаком можно резать металл толщиной до одного метра. Однако изза взрывоопасности этот способ резки под водой не получил дальнейшего распространения.
Бензокислородная резка металла
С появлением бензокислородной резки проводить работы стало более доступно, удобно и безопасно. В этом случае для плавки металла в месте реза используются пары бензина, смешивающиеся с кислородом и образующие с ним пламя при выходе из головки резака. Бензин, подведенный к резаку по шлангу в жидком виде, распыляется непосредственно в головке резака, что и делает бензокислородную резку менее опасной, чем водородкислородная резка. Существенным недостатком бензокислородной резки является повышенный расход бензина и кислорода.
В 1975 году в США группой энтузиастов водолазного дела из Калифорнии была создана компания «BROCO UNDERWATER», поставившая перед собой задачу создать принципиально новый вид резки не только черных и цветных металлов, но и других материалов, таких как бетон, горные породы, дерево, композитные материалы.
Революционным открытием «BROCO UNDERWATER», учитывая основные принципы безопасности проведения работ, простоту и удобство при эксплуатации, стал так называемый экзотермический способ резки под водой, основанный на химической реакции электрода и разрезаемого материала. Высокая температура на конце электрода приводит к расплавлению объекта, затем поток кислорода окисляет материал дальше, вызывая экзотермическую реакцию. После этого поток кислорода продолжает эффективно выдувать расплавленный материал вне пределов линии реза. Столь высокая температура горения (не менее 5500 °С) позволяет резать не только все виды металлов, но и бетон, дерево, композитные материалы.
Электрод зажигается в кислородной струе при воздействии на него слаботочной электрической дуги, возникающей между ним и разрезаемым объектом (или специальной пластиной контактного воспламенителя дуги, при резке неметаллических предметов). Факел низкотемпературной плазмы, образующийся на конце электрода, способен обеспечить эффективную резку подводных конструкций без очистки их от загрязнений и ржавчины. Электрод вставляется в специальный электрододержатель BR22, выпускаемый компанией «BROCO». Форма рукоятки электрододержателя способствует проведению подводных работ по сварке и резке в течение продолжительного времени при минимальной нагрузке на предплечье водолаза. Инструмент эргономичен и удобен в эксплуатации даже с применением самого длинного электрода.
Специалиста в первую очередь интересует, насколько эффективен этот электрододержатель, прост ли он в эксплуатации? В отличие от универсальных электрододержателей отечественного производства типа ЭКД93, электрододержатели BR22 обеспечивают выполнение работ на глубинах более 60 метров, гайка цангодержателя дает возможность водолазу быстро и самостоятельно произвести смену электрода, что немаловажно при проведении глубоководных работ. Универсальность конструкции электрододержателя, благодаря сменным цангам различного диаметра, позволяет пользоваться как электродами разной длины и диаметра, предназначенными для резки, так и сварочными электродами.
Для инициирования (поджига) электрода необходим слаботочный источник электропитания, используемый только для поджига электрода в течение пятипятнадцати секунд, а затем электропитание может быть отключено. В качестве источника электропитания может использоваться обычный автомобильный аккумулятор или другой источник постоянного тока, технические характеристики которого соответствуют необходимым требованиям, приведенным в таблице значений длины кабеля и величины тока.
При увеличении длины кабеля фирмойпроизводителем рекомендуется при превышении последнего значения длины кабеля (152 м) увеличивать ток на 2 ампера на каждые последующие 15 метров кабеля.
|
Таблица значений длины кабеля* и величины тока | |
|
Длина кабеля (м) |
Сила тока (А) |
|
До 46 |
155 |
|
61 |
157 |
|
76 |
159 |
|
91 |
161 |
|
107 |
163 |
|
122 |
165 |
|
137 |
167 |
|
152 |
169 |
|
*сечение кабеля 70 мм2 | |
Для работ на небольших глубинах возможно использование кислородного редуктора отечественного производства, но на глубинах свыше 20 метров необходимо использовать редуктор HVR4400, выпускаемый компанией «BROCO». Экзотермическая резка является более производительной по сравнению с электрокислородной и требует меньшей квалификации от водолазарезчика. Особенностью экзотермического способа резки является большой расход кислорода.
Редуктор HVR4401 обеспечивает большую подачу кислорода на значительные глубины, что способствует выполнению максимального объема работ. Чтобы избежать перерасхода кислорода (при проведении работ на любых глубинах) необходима точная регулировка подачи кислорода через кислородный редуктор.
Для более полного описания требований к кислородному редуктору приведем данные, рекомендованные компанией «BROCO» (см. табл.).
|
Требования к кисло родному редуктору, рекомендованные фирмой BROCO | |
|
Глубина (м) |
Давление кислорода на выходе редуктора (атм) |
|
10 |
7.4 |
|
12 |
7.6 |
|
15 |
8.0 |
|
18 |
8.4 |
|
21 |
8.7 |
|
24 |
9.1 |
|
27 |
9.5 |
|
30 |
9.9 |
|
34 |
10.2 |
|
37 |
10.5 |
|
41 |
11.0 |
|
44 |
11.3 |
|
46 |
11.7 |
|
49 |
12.0 |
|
52 |
12.5 |
|
55 |
12.8 |
|
58 |
13.2 |
|
61 |
13.5 |
|
64 |
13.9 |
|
67 |
14.3 |
|
70 |
14.6 |
|
73 |
15.0 |
|
76 |
15.4 |
|
79 |
15.8 |
|
82 |
16.1 |
|
85 |
16.5 |
|
88 |
16.9 |
|
91 |
17.3 |
|
94 |
17.6 |
|
98 |
18.0 |
|
101 |
18.4 |
|
104 |
18.7 |
|
107 |
19.1 |
При превышении глубины в 107 метров фирмойпроизводителем рекомендуется рассчитывать давление следующим способом: на каждые последующие 10 метров шланга увеличивать давление на 1 атм.
Корпус редуктора выполнен из латуни и имеет штуцер для подсоединения к транспортному кислородному баллону. В верхней части редуктора расположены манометры высокого и низ кого давления. На корпусе диаметрально противоположно находятся предохранительный клапан и вентиль подачи. Предохранительный клапан низкого давления, благодаря своей высокой пропускной способности, повышает безопасность его эксплуатации. Конструкция диафрагмы второй ступени позволяет точно и плавно отрегулировать выходное давление, что увеличивает эффективность резки и помогает избежать перерасхода кислорода.
Для экзотермического вида резки применяются трубчатые электроды, состоящие из нескольких стрежней, один из которых выполнен из специального сплава, обеспечивающего химическую реакцию, а остальные изготовлены из стали. Для этой цели могут быть использованы электроды марки ЭТС, которые могут применяться с электрододержателем BROCO. Проведем сравнительную характеристику отечественных электродов марки ЭТС и электродов компании «BROCO» (см. табл.).
|
Длина реза (мм) при резке одним электродом | ||||
|
Марка электрода |
Толщина разрезаемого материала (мм) | |||
|
8 |
15 |
25 |
35 | |
|
Электрод ЭТС1 (l=400 мм, d=10 мм) |
400 |
350 |
300 |
270 |
|
Электрод ЭТС2 (l=400 мм, d=8мм) |
350 |
300 |
не используется |
не используется |
|
Электрод ЭТС3 (l=400 мм, d=6мм) |
300 |
не используется |
не используется |
не используется |
|
Электрод BROCO (l=450 мм, d=6мм) |
500 |
250 |
не используется |
не используется |
|
Электрод BROCO (l=450 мм, d=9,5мм) |
не используется |
400 |
350 |
300 |
|
Электрод BROCO (l=915 мм, d=9,5мм) |
не используется |
900 |
700 |
500 |
Данные, приведенные выше, позволяют оценить эффективность резки. Электроды BROCO диаметром 6 мм предназначены в основном для резки металла толщиной от 6 до 12 мм и позволяют проводить более узкую линию реза. Электродами BROCO диаметром 9,5 и длиной 450 мм рекомендуется выполнять работы по резке материала толщиной от 12 мм. При выполнении работ на больших глубинах и при необходимости длинной прямолинейной резки, при невозможности часто производить смену электродов и в ситуациях, не позволяющих водолазурезчику приблизиться к линии реза, рекомендуется использовать электроды длиной 915 мм.
Резка электродами ЭТС1 и электродами BROCO может осуществляться без подачи электрического тока, который необходим только для поджига электрода на начальном этапе горения. Резка электродами ЭТС2 и ЭТС3 возможна только при условии подпитки процесса электрическим током.
Компанией «BROCO» выпускаются два типа электродов для подводной сварки: серия SoftTouch для выполнения сварки несущих конструкций и серия EasyTouch для неконструкционной сварки. Электроды серии SoftTouch выпускаются для углеродистой и нержавеющей стали, а серии EasyTouch – только для углеродистой. Сварочные электроды выпускаются трех диаметров: 3,2, 3,97 и 4,76 мм и имеют длину 450 мм.
Предельная рабочая глубина использования электродов марки ЭТС, как и для электрододержателя ЭКД93, составляет не более 60 метров. Эксплуатация электрододержателя BR22 и электродов BROCO также возможна при выполнении глубоководных работ (60 метров и более).
Использование деталей из ударопрочного пластика дает полную гарантию отсутствия коррозии и обеспечивает надежную электрическую изоляцию. На практике очень часто возникают ситуации, требующие оперативной замены некоторых запасных частей, а при использовании оборудования в удаленных районах отсутствие необходимых деталей может привести к остановке работ. Существующие два вида комплекта запасных частей для электрододержателя BROCO помогут избежать подобных проблем.
В первый, большой, комплект входят практически все составляющие части электрододержателя. Во втором, малом, комплекте имеются запасные цанги, пластиковые болты
и гайки, шток кислородного клапана – словом, все, что в первую очередь требует замены в процессе работ.
Экзотермический способ резки материалов становится все более популярным за счет своей эффективности и надежности. В заключение хотелось бы отметить, что и в нашей стране за последнее время специалисты многих водолазных фирм и организаций все чаще используют в своей работе именно этот вид резки и сварки.
