Статьи

Применение подводной механизированной сварки самозащитными порошковыми проволоками при ремонте судов и гидротехнических сооружений

Технология мокрой механизированной сварки под водой самозащитными порошковыми проволоками широко применяется в странах СНГ с 1969 г. [1]. При ее использовании в 3..6 раз по сравнению со сваркой покрытыми электродами повышается производительность труда водолаза-сварщика. При сварке низкоуглеродистых и ряда низколегированных корпусных сталей во всех пространственных положениях обеспечивается получение равнопрочных соединений [2-3]. Все вышеперечисленные особенности позволяют эффективно использовать этот процесс в условиях удовлетворительной видимости при ремонтных работах на корпусах судов и при восстановлении других гидротехнических сооружений [4-7].

Определенная информация о ремонте кораблей и судов на плаву приведена в работах [5-7]. Однако целый ряд технологических особенностей, применительно к этой проблеме, описан недостаточно. Целью настоящей работы является детальное описание ряда технологических решений, разработанных и реализованных НПП «Шельф» г. Мурманск в период между 1990 и 1994 годах при выполнении уникальных работ, связанных с восстановлением целостности корпусов судов и причальных сооружений без постановки их в сухой док.

Все работы, описанные ниже, характеризуются выполнением сварки в вертикальном и потолочном положениях. Для этого необходима высокая профессиональная подготовка водолазов-сварщиков и стабильная работа оборудования. Все работы выполнялись в мокром обогреваемом водолазном снаряжении, так как температура окружающей воды не превышала 60С. Подача воздуха для дыхания и горячей воды для отопления снаряжения осуществлялась по шланговой связке. При выполнении этих работ водолазу приходилось уходить от места спуска на расстояние до 70 м, транспортируя беседку, полуавтомат и зачистную машинку. Определенные проблемы возникали из-за большой длины сварочной цепи (200 м). Дополнительные активное и индуктивное сопротивления в сварочном контуре снижало стабильность дугового процесса и способность источника питания отрабатывать возмущения, связанные с неравномерностью подачи в зону сварки порошковой проволоки при волнении [8].

Для выполнения работ использовался полуавтомат для подводной сварки А1660 [2-3] и порошковые проволоки ППС-АН1 и ППС-АН5 [2-3]. Конструкция погружного узла полуавтомата была доработана для придания ему нулевой плавучести (масса погружного узла под водой более 35 кг вместе с запасом проволоки). Нулевую плавучесть, за счет поплавков, имел и сварочный кабель сечением 70 мм², увязанный в общую связку с кабелем цепи управления. В качестве источника питания дуги применялся выпрямитель ВДУ 601. Сварка в вертикальном положении характеризовалась сварочным током в диапазоне 120…190 А при напряжении на дуге от 26 до 30 В. При сварке в потолочном положении сварочный ток и напряжение на дуге снижались на 5…15 %. Потери напряжения в сварочном контуре, за счет его активного сопротивления, составляли в среднем 5…9 В.

РЕМОНТ КОРПУСА СУДНА

В октябре 1990 г, впервые с применением ряда новых технологических решений, проведен бездоковый ремонт торгового судна «В.Арсеньев», получившего повреждение корпуса при выбросе на камни. После водолазного освидетельствования был составлен проект работ и технологическая документация, согласованная с РЕГИСТРОМ. Вначале были удалены рваные края и вогнутые части корпуса с использованием электрокислородной резки. Места установки заплат обрабатывались абразивным инструментом. По шаблонам на поверхности были изготовлены 8 заплат размером от 880 х 780 мм до 1800 х 760 мм из стали ВСт3сп толщиной 12 мм с силовым набором. После установки и прихватки, зазоры между заплатой и корпусом устранялись специализированными струбцинами. Применялись угловые многопроходные швы катетом 12…16 мм. Для снижения уровня деформации, они накладывались с противоположных сторон заплат участками длиной 150…200 мм. Общая протяженность швов составила 42 м.

Предполагалось, что после восстановления герметичности корпуса судно дойдет до дока в Норвегии, так как свободных доков в регионе Мурманска не оказалось. Однако, после сварки образцов-свидетелей и осмотра швов с помощью подводного телевиденья, судно получило разрешение от РЕГИСТРА на плавание и вышло груженное во Владивосток южным путем.

С использованием отработанной ранее технологии в сентябре - октябре 1991 г была проведена уникальная, по своему объему и сложности, работа по восстановлению целостности корпуса транспорта-рефрежератора "Василий Суриков" водоизмещением 5 тыс. тонн. Судно наскочило на каменную гряду и получило три пробоины внешнего корпуса. Первая 22 Х 0,7 м, вторая 12 Х 0,68 м и третья 8 Х 0,58 м. Был поврежден набор и две герметичные переборки. При подготовке к ремонту из пробоин были убраны застрявшие там камни. В заводских условиях по шаблонам были подготовлены отдельные элементы заплат из стали ВСт3сп толщиной 8 мм с силовым набором. Они соединялись с корпусом многопроходными угловыми швами. Элементы заплат между собой соединялись многопроходными стыковыми швами. Корневые швы формировались на остающейся подкладке. Общая протяженность подводных швов составила 118,4 м. Сравнимые по сложности работы с использованием вышеописанной технологии выполнены и на других судах. Их список приведен в табл. 1.

Таблица 1. ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ ВЫПОЛНЕННЫЕ ПРИ РЕМОНТЕ КОРПУСОВ СУДОВ

Название суднаХарактер выполненныхработ и размер заплат, ммПротяженность швов, м
БПК "Исаков"4 трещины в корпусе тол.16 мм образовавшиеся под воздействием вибрации Отремонтирован за 10 час.4,3
Плав. МастерскаяПробоина o 420 мм. Заплата тол.10 мм из стали ВСт3сп1,5
Танкер «Дубны»6 пробоин в результате работы у берега. Заплаты тол. 10 мм.27
Танкер"Вязьма"8 пробоин в результате работы у берега. Заплаты ?10 мм.38
Эсминец "Окрыленный"Коррозионное разрушение корпуса. Наложен дублирующий лист тол. 10 мм.2
Танкер "Терек"Заварено 6 пробоин. Восстановлена герметичность трех танков дублирующими листами ? 6 мм. Р.р. 640 Х 680 мм.6,4
Два больших десантных корабляТрещины, возникшие от вибрации и коррозии13
Сторожевой корабльВосстановлены три листа корпуса, поврежденные коррозией. Толщина 8 мм.3,2
Плавучий докПробоины в результате волнового воздействия. Толщина листов 10 мм. Набор85
4 рейдовых буксираТрещины, пробоины, коррозионное разрушение корпуса26
СКР"Смышленый"Трещина в корпусе длиной 1 м и дублирующий лист2,5
СКР"Доблестный"Трещина в корпусе 1,5 м и дублирующий лист на место коррозионного разрушения5,5
ГГС "Семен Дежнев"Трещина в корпусе 2,5 м и накладная заплата с длиной шва по периметру 3,5 м6

Удачное технологическое решение апробировано при ремонте корпусов судов и других гидротехнических сооружений в случае наличия доступа к ремонтируемому элементу с внутренней стороны. При его использовании герметизация корпуса осуществляется с наружной стороны путем приварки ниточными угловыми швами металлических элементов толщиной 3…4 мм. Затем, после осушения затопленного отсека, с внутренней стороны осуществляется разделка дефектных участков корпуса и его сварка стыковыми и угловыми швами с использованием покрытых электродов по принятой РЕГИСТРОМ технологии. Наружные металлические элементы, приваренные ранее, являются в этом случае остающейся подкладкой. После выполнения сварочных работ внутри корпуса, приваренные накладные элементы снаружи обрабатываются абразивным инструментом до удаления выступающих поверхностей. С помощью этой технологии выполнен большой объем ремонтных работ корпусов судов и причальных сооружений [6-7].

Много работ выполнено при ремонте корпусов рыболовецких траулеров типа СРТ и БМРТ в зоне расположения топливных цистерн. В большинстве случаев они получают повреждения с внутренней стороны в местах касания мерных линеек, вводимых в топливные цистерны для определения уровня топлива. Перед началом проведения работ топливо из цистерны откачивается. Она пропаривается и заполняется водой. Технология ремонта заключается в следующем. Сначала удаляется дефектный металл с образованием овального отверстия в корпусе. Поверхность перед сваркой обрабатывается абразивным инструментом. По шаблону в заводских условиях изготавливают заплату с приваренным подкладным элементом и скосом кромки. Затем ее вводят в отверстие и прижимают к внутренней поверхности корпуса подкладным элементом с использованием специализированной струбциной. Образующаяся разделка заполняется многопроходным стыковым швом. Корневой шов формируется на остающейся подкладке.

ГЕРМЕТИЗАЦИЯ КОРПУСА СУДНА (КОНВЕРТОВКА) ПЕРЕД ЕГО ТРАНСПОРТИРОВКОЙ К МЕСТУ РАЗДЕЛКИ

Первая работа по конвертовке без постановки корабля в док была проведена на крейсере "Александр Невский" в 1990 г. Герметизировано 206 забортных отверстий. Этот процесс осуществлялся путем установки заплат из стали ВСт3сп толщиной 4…6 мм. В случае если размеры заплаты превышали 600 Х 600 мм, на нее устанавливались силовой набор. Работы проводились под надзором РЕГИСТРА. Водолазы-сварщики, проводившие эту работу, заварили образцы-свидетели. Это была первая работа, при проведении которой были отработаны элементы технологии установки заплат и их крепление в разгруженном состоянии (имеющих нулевую плавучесть).

Технология проведения работ была следующая. По проектной документации в заводских условиях изготавливались заплаты. Поверхности на корпусе, к которым будет прилегать заплата, зачищались абразивным инструментом до полного удаления лакокрасочного покрытия и следов коррозии. В разгруженном состоянии заплаты транспортировались одним водолазом-сварщиком к месту проведения работ, устанавливались, прихватывались и обваривались по периметру угловыми швами с катетом 5…8 мм в 2 - 3 прохода. Швы накладывались с противоположных сторон заплаты для снижения деформации при сварке. Места неплотного прилегания заплаты к корпусу поджимались специализированными струбцинами. Максимальный размер забортного отверстия, герметизированного на этом корабле, не превышал 3600 Х 1800 мм. Общая протяженность угловых многопроходных швов составила 329 м. Работы по конвертовке этого корабля были проведены за 3 месяца. Герметичность швов проверялась путем создания противодавления 0,5 МПа внутри ряда герметизируемых отсеков на срок до 7 суток. После проверки швов крейсер был отбуксирован в Индию и продан на металлолом. С помощью этой технологии были проведены работы по конвертовке еще целого ряда кораблей. Их названия и объем выполненных работ приведены в таблице 2.

Таблица 2. ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ ВЫПОЛНЕННЫЕ ПРИ КОНВЕРТОВКЕ КОРАБЛЕЙ

Название корабляХарактер выполненных работ и размер заплатПротяженность швов, м
Крейсер «Александр Невский"Герметизация 206 отверстий р.р. до 3600 х 1800 мм.329
БПК "Юмашев"Герметизация 164 забортных отверстий217
БПК "Макаров"Герметизация забортных отверстий 164217
БМРТ "Орбита"72
СС "Лира"Забортные отверстия герметизированы заплатами тол. 10 мм в три прохода220

ГЕРМЕТИЗАЦИЯ КИНГСТОННЫХ ШАХТ С ПОСЛЕДУЮЩИМ РЕМОНТОМ И ЗАМЕНОЙ ЗАПОРНОЙ АРМАТУРЫ

Отработана технология ремонта кингстонных шахт и запорной арматуры. Она заключается в установке герметизирующего элемента в виде заглушки из стали толщиной 4…6 мм с набором на место кингстонной решетки. Заглушка вырезается на поверхности по шаблону и затем в разгруженном состоянии транспортируется на место проведения работ и монтируется. Сварка этого элемента с корпусом судна выполняется с использованием мокрой механизированной сварки. Применяются стыковые и угловые швы. В герметизированной и осушенной кингстонной шахте проводится ремонт и замена водозаборной арматуры. После окончания ремонтных работ внутри шахты заглушка удаляется с помощью абразивного инструмента или электрокислородной строжки. Работы выполняются без надзора РЕГИСТРА, так как целостность корпуса при использовании этого метода не нарушается, а сварочные работы проводятся на не несущих частях корпуса. Основные работы, выполненные с использованием этой технологии, приведены в таблице 3.

Таблица 3. Характерные работы, выполненные при герметизации и ремонте водозаборной арматуры

Название суднаХарактер выполненных работ и размер заплат, ммПротяженность швов, м
Эсминец "Современный"12 водозаборных отверстий р.р. до 520 х 860 тол. 12 мм34
Авианесущий крейсер "Киев"Заглушено 6 водозаборных отверстий р.р.480 х 880 мм18

УСТАНОВКА ПРОТИВОТРОССОВОГО КОЖУХА ВИНТА

Отработана технология замены противотроссового кожуха без постановки судов в док. Старый кожух удаляется. В заводских условиях изготавливается по чертежам новый кожух. Перед его монтажом поверхности прилегания и места, где будет осуществляться сварка, обрабатывают абразивным инструментом. Каждую из половинок противотроссового кожуха массой до 500 кг в разгруженном состоянии монтируют на место и прихватывают. После соединения между собой болтами он приваривается к корпусу судна, согласно проектной документации, с использованием самозащитных порошковых проволок. Работу выполняет 1 человек. Так с использованием этой технологии в августе 1994 года осуществлена замена противотроссового кожуха на ледоколе "Капитан Драницин".

ЗАМЕНА ПРОТЕКТОРНОЙ ЗАЩИТЫ

Мокрая механизированная сварка используется и при замене протекторной защиты на корпусах кораблей и судов. Технология ремонта заключается в удалении старого протектора с использованием абразивного инструмента или других способов подводной резки. Места, подлежащие сварке, зачищаются. Новый протектор в разгруженном состоянии транспортируется к месту монтажа, прихватывается, и места крепления соединяются с корпусом угловыми швами согласно проектной документации. С применением этой технологии на рыболовных судах типа БМРТ и СРТ заменено большое количество протекторов, без постановки их в док.

РЕМОНТ ПЛАВУЧИХ ПРИЧАЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Механизированный процесс сварки под водой позволяет быстро и эффективно ремонтировать плавучие причальные сооружения, получившие повреждения в результате коррозионного разрушения металла обшивки или в случае неудачной швартовки судов. Особенно актуально применение этой технологии при ремонте спецпричалов, длина которых достигает 500 м. Они собраны из секций длиной 54 м и шириной 12 м каждая. Толщина вертикальной стенки 10 мм, днища - 8 мм. В них размещены жилые помещения и объекты, обеспечивающие функционирование подводных лодок при их стоянке. Расстыковка отдельных секций таких спецпричалов для вывода их из эксплуатации и последующего ремонта в сухих доках требует значительного объема подготовительно-заключительных работ. Как правило, основные дефекты, вызванные коррозией, возникают на вертикальных поверхностях в районе линии переменного смачивания, а при механических воздействиях, связанных с причаливанием, разрушаются вертикальные стенки и стыковочные узлы причалов. При таких повреждениях приходится восстанавливать не только наружную обшивку, но и набор, а иногда и проушины.

Технология ремонта заключается в удалении дефектных участков корпуса с помощью электрокислородной резки, зачистке образовавшихся поверхностей абразивным инструментом и монтаже новых листов наружной обшивки сегментами. Прихватка и герметизация монтируемых сегментов с наружной стороны ниже линии смачивания осуществляется ниточными швами с использованием технологии мокрой механизированной сварки. После осушения затопленного отсека сварка основных швов проводится с внутренней стороны причальных сооружений с использованием покрытых электродов. С помощью такой технологии отремонтировано значительное количество спецпричалов, а также гидротехнических сооружений, собранных из причальных секций типа ПМ 61М, расположенных в районе города Мурманска.

ПОДЪЕМ СУДОВ С МИНИМАЛЬНЫМ ЗАГРЯЗНЕНИЕМ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Применение мокрой механизированной сварки самозащитными порошковыми проволоками позволило существенно упростить известную технологию подъема судов, заключающуюся в герметизации люков, иллюминаторов и других элементов корпуса путем установки различного вида заглушек и крышек. Она может быть реализована и при использовании покрытых электродов, однако в этом случае процесс герметизации удлиняется в 5…10 раз. Соединение герметизирующих элементов с корпусом судна осуществляется угловыми швами. Затем внутрь корпуса закачивается воздух. При наличии внутри корпуса нефтепродуктов они удаляются оттуда по специальному отводящему "гусаку" на борт нефтесборщика. После продувки корпуса, балластных и топливных цистерн судно поднимается на поверхность. Использование этой технологии позволяет поднимать суда с минимальным загрязнением окружающей среды. Этот аспект очень важен в местах большого скопления затонувших судов. К такому региону, в первую очередь, относится Мурманск.

РЕМОНТ ПЕРА РУЛЯ

Технология мокрой механизированной сварки позволяет выполнить ремонт пера руля без постановки судна в док. Ремонт выполняется путем замены поврежденных листов обшивки рулей с последующим их соединением сваркой с окружающими наружными листами. Дефектные листы удаляются с использованием абразивного инструмента или электрокислородной строжки. Полученные поверхности обрабатываются под углом 30 для получения разделки. На место удаленного листа, имеющего дефект, по шаблону на поверхности готовится новый лист. Он монтируется на ремонтируемом участке пера руля, прихватывается и сваривается стыковыми швами. Швы накладываются с противоположных сторон участками по 150…200 мм для снижения деформации. С использованием этой технологии выполнен ремонт пера руля у судна "Пабло Неруда" водоизмещением 15 тыс.т. Заменен сегмент обшивки толщиной 16 мм из стали 09Г2 размером 600 Х 540 мм.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приведенные материалы позволяют сделать заключение о высокой эффективности технологии мокрой механизированной сварки самозащитными порошковыми проволоками применительно к бездоковому ремонту судов и других гидротехнических сооружений. Разработаны и испытаны на практике ряд технологических решений, позволявших быстро и эффективно ремонтировать корпуса кораблей и судов с минимальными затратами труда.

В настоящее время все водолазы-сварщики, которые участвовали в проведении вышеописанных сварочных работ, в составе фирмы «ИнтерАква», задействованы в создании герметизирующего устройства суперблоков МЛСП «ПРИРАЗЛОМНАЯ» на предприятии ФГУП «ПО «СЕВМАШ». Для создания герметизирующего устройства применяется технология мокрой механизированной сварки самозащитной порошковой проволокой.

Как водолаз-сварщик, проработавший под водой более 6000 т.ч., хочу отметить, что выполнение таких работ под водой при наличии волнового воздействия и течения (транспортировка заплаты массой 500 - 1000 кг и площадью до 6 м2, монтаж, прихватка и сварка в полупотолочном и потолочном положениях) одним водолазом является уникальными. Работы такого объема выполнялись только за счет высокой профессиональной подготовке водолазов-сварщиков, эффективной работы оборудования и необходимыми сварочно-технологическими свойствами порошковых проволок. Выполнить такой объем работ с применением покрытых электродов под водой за такие сжатые сроки не представляется возможным.

Так как химический состав и пластические свойства металла швов, получаемых мокрой сваркой под водой с использованием самозащитных порошковых проволок ППС-АН1 и ППС-АН5, не соответствует требованиям «Правил» Российского Регистра, проведение в настоящее время любой работы на корпусах судов с применением вышеописанных технологий обязательно необходимо согласовывать с его региональными представителями.