Подводная сварка: особенности и виды технологии

СОДЕРЖАНИЕ

• История появления подводной сварки
• Принцип работы подводной сварки
• Области применения технологии подводной сварки
• Виды подводной сварки
• Сухая сварка
• Мокрая сварка
• Устройство аппарата для подводной сварки
• Интересные факты о работе подводных сварщиков

История появления подводной сварки

Первая информация о такой технологии, как подводная сварка, стала появляться уже в девяностые годы XIX века. Горение дуги в этом случае поддерживается за счет того, что испаряющиеся в результате плавления электродов газы вытесняют жидкость.

Официальное признание подводная сварка получила в 1932 году благодаря инженеру К. Хренову. Специалист осуществил сваривание деталей с помощью электродов, обработанных водоотталкивающей смазкой, в смывном бачке с проточной водой. Он работал в удлиненных резиновых перчатках.

В полевых условиях подводная сварка металлов была проведена уже в 1936 году. Эту технологию применили в черноморской акватории в ходе операции по подъему судна. Еще через 2 года сварщики-водолазы использовали подводную сварку для ремонта парохода «Уссури», не заводя его в ДОК. Затем таким способом была восстановлена герметичность подводной части ледокола «Сибиряков», который получил повреждения, когда сел на каменистую отмель.

Читайте также: «Уровень качества сварного шва: методы контроля»

В одном из столичных исследовательских институтов в 1942 году была учреждена специальная лаборатория по развитию технологий подводной сварки. Сварочные работы проводились в специально сконструированной учебной камере. Здесь были придуманы новые способы сваривания, позволяющие создавать надежные соединения с использованием подводной сварки.

В настоящее время работает несколько подобных лабораторий. Происходит постоянное совершенствование технологий, создаются инновационные виды оборудования и материалов для наплавления.

Принцип работы подводной сварки

Разберемся, как работает подводная сварка. Эта технология базируется на способности сварочной дуги обеспечивать устойчивое горение при невысоких температурах под водой в газовой среде.

В процессе сваривания деталей происходит интенсивное испарение воды. При этом выделяется газ, формирующий воздушный пузырь в месте горения электрода, что обеспечивает возможность для формирования стабильной дуги. Используя такую технологию, можно осуществлять широкий спектр сварочных работ, которые востребованы в различных сферах деятельности.

Отличительные особенности технологии подводной сварки:

• давление воды на воздушный пузырь в месте сваривания передается и на вплавляемый металл, что способствует более эффективному проплавлению соединительного шва;
• при повышенном давлении и быстром охлаждении сварной шов становит грубее;
• плохая видимость в воде и постоянный процесс выделения газов ухудшают обзор для специалиста, поэтому может происходить смещение шва;
• если сравнивать процессы сваривания на суше и под водой, то во втором случае необходима более высокая сила тока;
• быстрое охлаждения сварного шва в воде снижает его ударную вязкость и прочность на излом;
• коррозионные процессы, усиливающиеся под водой, усложняют процесс активации дуги. Чтобы ее зажечь, необходимо не просто постукивать электродом, как в обычных условиях, а ковырять им.

Области применения технологии подводной сварки

Где используется технология подводной сварки металлов? Перечислим:

• при сооружении мостовых конструкций;
• подводная сварка трубопроводов используется при срочном ремонте транспортных магистралей, которые проложены на дне водоемов;
• при проведении аварийно-восстановительных работ на нефтяных платформах, дамбах, гидротехнических объектах;
• для срочного ремонта, связанного с восстановлением винтов и обшивки судов после полученных повреждений.

Читайте также: «Сварка нержавейки электродом»

Одним из направлений развития методики подводной сварки было проведение ремонтных работ в боевых условиях. В настоящее время эта технология все чаще применяется в мирных целях.

Виды подводной сварки

Существует несколько способов подводной сварки металлов. Все они могут быть разделены на две основные категории, имеющие значительные технологические различия: мокрое и сухое сваривание.

Сухая сварка

В эту категорию входят способы, основанные на применении специального оборудования для подводной сварки. Его использование позволяет создавать условия такие же, как при выполнении работ на суше. В этом случае сварка производится с помощью обычных аппаратов и материалов. В качестве специального оборудования могут выступать подводные боксы, колокола, отсеки и т. д.

Существует несколько подвидов сухой сварки под водой:

• Сваривание с использованием подводной камеры (кессон или водолазный колокол).

В этом случае кессон или колокол предварительно погружается под воду и герметично крепится в зоне сваривания. Сварщик работает внутри камеры, где за счет наполнения газом вытесняется вода и обеспечивается поддержка атмосферного давления. Преимущество такого метода состоит в гарантированном качестве соединительного шва. Постепенное остывание металла улучшает его ударную вязкость.

Читайте также: «Дуговая сварка в защитном газе: суть процесса»

• Подводная сварка производится в сухом переносном боксе. Метод получил название гипербарическая, или гидросварка.

Мобильные боксы для таких работ изготавливаются из частично или полностью прозрачного материала. Их конструкция должна обеспечивать плотное прилегание к рабочей зоне, чтобы обеспечивать ее герметичность. Внутри таких боксов постоянно поддерживается необходимая газовая среда, вытесняющая воду. В их основании присутствует открытое пространство, через которое вводится сварочная головка. Благодаря прозрачности стенок боксов специалист получает возможность для контроля процесса сварки.

Мокрая сварка

Процесс подводной сварки по «мокрой» технологии полностью происходит в водной среде. Здесь находятся как сам сварщик, так и соединяемые объекты. Осуществляется мокрая сварка при помощи специального оборудования и электродов. Такая технология требует от специалиста особых навыков, знаний и опыта.

Этот метод построен на использовании достаточно распространенной технологии дугового сваривания. Под водой под влиянием сварочной дуги происходит интенсивное выделение тепловой энергии, сопровождающееся испарениями. В результате вокруг места сваривания формируется наполненная газом сфера. Внутри ее продолжается стабильное горение дуги несмотря на высокое давление под водой.

Преимущества мокрой сварки:

• занимает меньше времени;
• сокращаются расходы;
• сварщик получает возможность для свободного передвижения.

Минусом этой технологии, в сравнении с сухой сваркой, является снижение качественных характеристик шва.

Читайте также: «Контактная сварка»

Существует два подвида такой методики:

• Сварка полуавтоматом

Сварщику необходимо лишь вручную менять направление автоматической подачи проволоки. Преимущества этого варианта подводной сварки обусловлены длительностью и непрерывностью процесса. Кроме того, ввиду отсутствия водоотталкивающей обмазки на сварочной проволоке специалист может эффективнее осуществлять контроль создания шва. Соединение получается более аккуратным, без пор и вкраплений.

• Ручная сварка

В этом случае работы выполняются с использованием электродов для подводной сварки и переносного оборудования, предназначенного для сваривания в местах с затрудненным доступом. Процесс отличается высокой сложностью.

Здесь необходимы особые материалы, характеристики которых адаптированы под тяжелые условия. Электроды для подводной сварки покрыты водонепроницаемой пленкой, в составе которой присутствуют парафины, смолы и целлулоидный лак. Такое покрытие защищает их от раскисания под воздействием водной среды.

Отметим, что методы мокрой сварки применяются намного чаще. Это обусловлено такими недостатками сухого сваривания, как:

• дороговизна технологии;
• необходимость в подготовке специального оборудования, что приводит к удлинению времени для выполнения работ.

Стоит отметить и главное преимущество сухой подводной сварки. Оно заключается в очень высоком качестве сварного шва, которое будет таким же, как при выполнении работ на суше.

Устройство аппарата для подводной сварки

Для подводной сварки и резки металлов используются аппараты, мало чем отличающиеся от стандартного оборудования. Даже для мокрой технологии применяют обычный аппарат, так как при выполнении работ он остается на поверхности. Трансформаторы, которые используются при таком способе сварки, должны иметь безвоздушное охлаждение.

Держатели электродов максимально плотно покрывают специальным герметичным изолятором. Важно обеспечить отсутствие скруток кабеля и целостность его изоляции, так как это не только вызовет падение мощности, но и может привести к поражению током специалиста. Перед заменой электрода подводный сварщик должен отключить электропитание.

Экипировка специалиста зависит от глубины, на которой будут выполняться работы. При небольшом погружении сварщику необходим эластичный гидрокостюм. Для глубоководной сварки используются скафандры из металла, работа в которых требует особой внимательности от специалиста, так как в водной среде возможна положительная проводимость между соединяемыми конструкциями и металлом скафандра.

В результате, если отдельный элемент экипировки (к примеру, обшивка на второй руке сварщика) будет находиться ближе к электроду, чем свариваемая конструкция, произойдет электрический разряд.

Читайте также: «Сварка медных проводов: разбираемся в технологии»

Подводная сварка осуществляется под напряжением от 30 до 35 В. Чтобы обеспечить такие характеристики тока на глубине, аппарат для сваривания должен выдавать от 80 до 120 В и от 180 до 220 А. Для более качественных результатов необходимо оборудование постоянного тока, но и с переменным можно добиться хорошего результата.

Интересные факты о работе подводных сварщиков

Работа специалиста по подводной сварке происходит в тяжелых условиях, поэтому ему необходимо иметь специальный допуск. Для этого сварщик проходит обучение и получает высокую квалификацию.

Специалист по подводному свариванию должен быть сертифицированным дайвером и иметь диплом по профессии сварщика. При наличии указанных документов он может пройти учебу в соответствующих школах (чаще всего это коммерческие учреждения).

Процесс обучения, в зависимости от программы, длится от полугода до двух лет. Считается, что опытному дайверу проще освоить курс подводной сварки, чем квалифицированному сварщику получить навыки дайвинга. Именно поэтому в данную профессию чаще приходят люди, имеющие большой стаж в качестве водолаза.

После учебы и получения диплома подводные сварщики могут устроиться в компании, работающие в сфере ремонта и строительства судов. Кроме того, такие специалисты востребованы для решения различных задач на нефтяных платформах, а также в сфере ремонта и сооружения мостов и трубопроводов.

Особенности работы подводного сварщика:

1. В процессе работы специалист находится в среде с хорошей проводимостью электрического тока. При этом на человека воздействует давление толщи воды.
2. Основные методы подводной сварки: работа со сварочным автоматом, а также аргонно-дуговое и ручное дуговое сваривание с помощью электродов со специальным покрытием.
3. Кроме ручной дуговой сварки, все остальные методы чаще всего предполагают выполнение работ в камере, из которой откачивается вода (в результате процесс сваривания происходит так же, как на суше).
4. Подводная сварка без дополнительного оборудования (боксы, камеры и т. д.), выполняется прямо в воде с применением электродов с водоотталкивающим покрытием. Это наименее дорогая технология, демонстрирующая высокую эффективность.
5. Электрод для подводной сварки мало чем отличается от того, который используют в обычных условиях для производства работ на суше. Разница только в том, что у него более плотная и толстая оболочка (обмазка), защищающая от раскисания в воде.
6. При подводном сваривании электрическая дуга горит внутри формирующегося пузыря воздуха. 
7. Так как свариваемый металл под влиянием холодной воды остывает намного быстрее, то шов получается очень грубым и напоминает чешую. Несколько замедляет процесс остывания шлаковый налет, образующийся на швах.
8. Подводный сварщик в процессе работы постоянно находится в движении. При этом пузыри воздуха, формирующиеся при сваривании, серьезно ухудшают видимость. В связи с этим основным недостатком такого метода считается смещение шва.
9. С учетом ускоренного охлаждения в толще воды для подводного сваривания необходимо обеспечить более высокую силу тока, чем при проведении работ на суше.
10. Металл в воде подвергается усиленному воздействию коррозионных процессов. Это усложняет процесс поджигания дуги. Под водой, вместо традиционного постукивания, для старта сварки электродом чиркают по поверхности соединяемого изделия.
11. При подводном сваривании вертикальные швы выполняют сверху вниз.
12. Экипировка специалиста по подводной сварке в среднем весит около 80 кг. При этом скафандр практически такой же, как и у водолазов, но он комплектуется затемненным стеклом, уплотненными крагами. Кроме того, все оборудование имеет более высокую степень изоляции.
13. Сам аппарат для сварки под водой находится над ее поверхностью. Опускаются лишь электрокабели, которые имеют надежную изоляцию и проходят тестирование на предмет герметичности.
14. Кроме навыков водолаза и сварки, сварщики, работающие под водой, должны хорошо освоить подводную видеосъемку. Дело в том, что для подтверждения выполненной работы они передают заказчику ее видеозапись.
15. Специалисты по подводной сварке, в сравнении с теми, кто работает на суше, менее подвержены негативному воздействию паров, выделяющихся в результате горения дуги. Тем не менее и у них есть свои профессиональные заболевания, среди которых следует отметить кессонную болезнь (возникает из-за резкого перехода между разными показателями атмосферного давления).

На сегодняшний день подводная сварка входит в число наиболее сложных технологий соединения деталей из металлов. Ее применяют в тех случаях, когда выполнение работ на суше либо невозможно, либо нерентабельно. Для выполнения таких работ задействуют высококвалифицированных специалистов с крепким здоровьем и навыками продвинутого дайвера. Подводные сварщики длительное время проводят в холодной воде на глубинах до 100 метров.

Читайте также: «Технология сварки сталей»

При выполнении таких работ специалист должен строго придерживаться технологических требований и правил техники безопасности. Только при таком подходе можно гарантировать необходимый результат и защищенность сварщика и других людей, участвующих в процессе подводной сварки.