Ю. А. Анисимов , Б. И. Медовар
Сварка в СССР
ТОМ ПЕРВЫЙ
*** 1981 ***
|
ФPAГMEHT КНИГИ (...) Развитие сварки под водой
В 1887 г. Н. Н. Бенардос совместно с проф. Д. А. Лачиновым в лабораторных условиях впервые в мировой практике осуществили дуговую подводную резку угольным электродом. В 1932 г. советский ученый К. К. Хренов разработал электроды для подводной сварки и выполнил испытания их в натурных условиях Черного моря 9, И. В 1936— 1938 гг. ручная дуговая сварка под водой нашла применение при подъеме парохода «Борис», ремонте парохода «Уссури» и при выполнении некоторых других работ. В то время подводная сварка применялась эпизодически. Только в годы Великой Отечественной войны, когда потребовалось восстанавливать разрушенные мосты, оперативно ремонтировать получившие йоврежде-ния корабли и выполнять ряд других крайне важных работ, подводная сварка и резка использовались в больших объемах 10. В послевоенные годы, особенно в последние 15—20 лет, значительно расширились области применения и объемы подводной сварки. Строительство морских нефтепромысловых гидротехнических сооружений, подводных трубопроводов различного назначения, тоннелей, а также ремонт судов на плаву, восстановление дюкеров, шлюзовых затворов портовых сооружений и других объектов оказались немыслимыми без применения подводной сварки, обеспечивающей прочноплотные швы и высокую производительность процесса. Однако существовавшие в то время способы подводной сварки не удовлетворяли этим требованиям. Так, хотя ручная подводная сварка обладает исключительной маневренностью и простотой оборудования, а для ее осуществления не нужны специальные приспособления, с помощью которых вода удаляется из зоны сварки (по существующей терминологии это «мокрый» способ сварки), что обусловливает низкую стоимость подводных сварочных работ, все же она имеет и серьезные недостатки. Основные из них следующие: невозможность получения сварных соединений, равнопрочных основному металлу; низкая производительность процесса; требование высокой квалификации водолаза-сварщика; затрудненность сварки во всех пространственных положениях. Для улучшения механических свойств сварных соединений применяли сварку трубчатым электродом с подачей через центральный канал аргона, которым должен был препятствовать поглощению водорода металлом шва. Однако это не привело к желаемым результатам. Попытки механизировать подводную сварку с помощью полуавтомата ППСР-300-2, предназначенного для сварки тонкой электродной проволокой сплошного сечения, оказались безуспешными 5. , Освоение богатств в шельфовых зонах, например добыча нефти и газа вСеверном море, заставило ряд заграничных фирм заниматься исследованиями,-направленными на создание новых способов подводной уварки трубопроводов. В этот период за рубежом разрабатывается так называемая сухая сварка-под водой. Способ основан на применении специальных обитаемых камер различной конструкции и, как правило, используется при ремонте или рекон-т струкции подводных трубопроводов различного назначения. Камера устанавливается на ремонтируемом участке трубопровода и герметизируется в местах входа и выхода труб. С помощью воздуха или защитного газа, подаваемого с поверхности, вода оттесняется от изделия и из внутренней полости камеры. Этот способ показался весьма привлекательным тем, что достаточно было разработать и изготовить удобную конструкцию накидной камеры для нужного диаметра трубопровода, чтобы вопрос подводной сварки был решен, так как сварочные материалы и оборудование использовались те же, что и для сварки на воздухе. Пожалуй, зто и обеспечило на первых порах успех сухому способу сварки. И только спустя некоторое время, когда уже был выполнен ряд сварочных работ, стало очевидным, что только для подготовки технических средств обслуживания сухой сварки требуется 2—3 недели. За-далживаются на длительный срок плавучие краны, водолазные боты и другая дорогостоящая техника, а также обслуживающий ее персонал. При подсчете оказалось, что затраты на ремонт одного стыка трубопровода могут составить до 1 млн. долларов. Таким образом, наряду с отсутствием маневренности и универсальности сухая сварка является и чрезвычайно дорогостоящим процессом. Желание избавиться от этих серьезных недостатков побудило исследователей перейти от обитаемых макрокамер к необитаемым мини-камерам. Так, например, был создан метод «Гидровелд». В зтом случае камера представляет небольшой цилиндр, на торцах которого с одной стороны, обращенной к сварщику, размещено прозрачное днище, а с другой, обращенной к изделию,— эластичный фланец. Горелка сварочного полуавтомата с помощью гибкого уплотнителя введена через боковую поверхность цилиндра таким образом, что сварщик может свободно манипулировать рукояткой, перемещая дугу в направлении сварки и выполняя поперечные колебательные движения. Применение такой мини-камеры не требует тяжелого кранового оборудования и затрат времени на монтажные работы. Однако использование нового способа привело к появлению и новых трудностей, пришедших на смену только что преодоленным. При сварке водолаз вынужден одной рукой прижимать камеру к изделию, а другой — манипулировать горелкой. Для фиксации же своего тела у него не остается физических возможностей — необходимо приспособление, а следовательно, и определенные навыки пользования им, чтобы удержаться в нужной точке и периодически перемещаться с аппаратурой в руках. В 1965 г. в нашей стране начаты исследования по сварке металлов под водой. Поскольку мокрый способ сварки под водой по сравнению с сухим обеспечивает значительную маневренность и универсальность, исследования были сосредоточены только на мокром способе сварки 7. 2. Разработка механизированной сварки Анализ подводной сварки мокрым способом показал, что основными особенностями процесса являются следующие: 1) дуга заключена в постоянно меняющийся парогазовый объем, поддерживаемый парами воды, продуктами их распада и газообразными выделениями электродных материалов. Продукты разложения воды — водород и кислород, находящиеся в зоне дуги, оказывают заметное влияние на качество сварных швов. Водород интенсивно растворяется в жидком металле, вызывая охрупчивание швов, а кислород окисляет сталь и в первую очередь содержащиеся в ней легирующие примеси. Окислы частично всплывают, переходя в шлак, и частично остаются в металле шва в виде неметаллических включений, уменьшающих вязкость и пластические свойства металла шва; 2 )благодаря непосредственному контакту с водой основного металла и металла шва теплоотдача низкоуглеродистой стали при подводной сварке значительно выше, чем при сварке на воздухе, что может привести к появлению закалочных структур в металле шва и в зоне термического влияния; 3) наличие повышенного давления и охлаждающее действие среды приводят к сжатию столба дуги и повышению температуры последнего. Это может увеличить температурный градиент металла шва и вызвать перегрев электродного металла. Кроме перечисленных физических особенностей подводной сварки, следует учесть и технологические факторы: 1) водолаз-сварщик заключен в водонепроницаемый костюм и находится в плотной среде, стесняющей его движения, кроме того, на него действует дополнительное гидростатическое давление, снижающее его подвижность. Следует также учесть, что водолаз находится в весьма неустойчивом положении с небольшой отрицательной плавучестью. Ухудшенная видимость и наличие подводных течений создают неблагоприятные условия как для существования дугового разряда, так и для работы водолаза-сварщика, отрицательно сказываясь на качестве швов и производительности процесса; 2) через каждые 1—2 мин необходимо менять электрод, что в подводных условиях является непростой операцией; 3) дуга, горящая между металлическим стержнем электрода и изделием, закрыта козырьком обмазки, а это ухудшает наблюдение за формированием шва. Перспективной является полуавтоматическая сварка, сочетающая механическую подачу проволоки в зону дуги с маневренностью и универсальностью ручной сварки. Кроме того, механическая подача проволоки позволяет длительное время вести процесс сварки без перерывов. Так как проволока имеет меньший диаметр, чем электрод, и не имеет покрытия, создаются благоприятные условия для наблюдения процесса управления формированием шва. Создание мокрого способа полуавтоматической сварки (проволоки, технологии и аппаратуры) было связано с большими трудностями. Проведенные предварительные опыты по подводной сварке проволокой сплошного сечения марки Св08Г2С в нижнем положении показали, что швы получаются узкими, высокими, с неудовлетворительным качеством поверхности. Кроме того, в швах было обнаружено значительное количество пор и неметаллических включений. Механические свойства этих швов оказались недопустимо низкими. Наиболее простым способом изоляции расплавленного металла от окружающей среды является подача в зону дуги защитного газа. Использование для защиты дуги аргона и особенно углекислого газа позволяет незначительно понизить содержание водорода в металле шва. Попадая в парогазовый пузырь, аргон «разбавляет» его атмосферу, тем самым несколько снижая парциальное давление водорода и уменьшая его количество в шве. Применение в качестве защитного газа С02 также позволяет понизить содержание водорода в металле. Кроме разбавляющего действия, аналогичного аргону, углекислый газ, разлагаясь под действием температур злектрической дуги, образует свободный кислород, способный частично связывать водород в атмосфере парогазового пузыря 2, 4. Как видно из табл. 31.1, применение защитных газов не может существенно уменьшить количество водорода, растворенного в металле шва при сварке под водой. |
