Статьи

Энциклопедический справочник «МАШИНОСТРОЕНИЕ» (266-273)

Кононенко В.Я., Савич И.М. Сварка и резка под водой и в космосе/ Машиностроение. Энциклопедия Том III-4. М.: Машиностроение - 2006. - с. 266-273
Электронная версия перед редактированием.

РАЗНОВИДНОСТИ ПРОЦЕССОВ

Основными способами сварки под водой во всем мире являются сухая и мокрая сварка.

Сухая сварка является основным направлением в технике подводной сварки под водой за рубежом. Сварка выполняется в специальных камерах, позволяющих оттеснить воду воздухом или защитным газом и максимально приблизить условия труда водолаза к условиям работы сварщика на поверхности.

Учитывая высокую стоимость проведения работ, сварку в камерах целесообразно выполнять при ремонте трубопроводов на глубинах более 45 м. В этом случае условия работы водолаза в открытой воде хуже, чем в камере. Кроме того, следует отметить, что монтаж накидной камеры на гидротехнические сооружения с развитой поверхностью связан с большими трудностями, т.к. для каждого элемента сооружения нужно изготавливать свою камеру, повторяющую профиль данной конструкции. Требуется также тщательная подготовка поверхность, по которой производится уплотнение. Все это не позволяет широко применять накидные камеры для ремонта большинства гидротехнических сооружений.

Основоположником мокрой подводной сварки в странах СНГ являлся академик К.К. Хренов, который в 1932 году с сотрудниками разработал и осуществил на практике электродуговую сварку под водой штучным электродом. Этим способом до настоящего времени выполняется значительный объем подводной сварки, как в странах СНГ, так и за рубежом. Дальнейшим развитием технологии мокрой сварки под водой является разработанный в ИЭС им. Е.О. Патона способ механизированной сварки под водой самозащитными порошковыми проволоками специального состава.

СВАРИВАЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Для изготовления гидротехнических сооружений в мировой практике используются малоуглеродистые и низколегированные стали с углеродным эквивалентом до 0,45. В странах СНГ для изготовления стационарных оснований используются стали типа ВСт3сп, 09Г2, 14Г2, 20Г , 17ГС, 14ХГС, 15ХСНД, 14Г, 19Г и 10Г2С1. Для изготовления подводных трубопроводов используются трубы из стали типа ВСт3сп, 09Г2, 14Г, 19Г, 14ХГС, 14Г2САФ, 15ГСТЮ, 16Г2САФ, 17ГС, 17Г1С производства стран СНГ и трубы, изготовленные в Японии, Италии, Германии, Франции и Швейцарии из сталей типа Х52, Х56, Х60, Х65, Х70. Для изготовления закладных деталей в гидроэлектростанциях и водопропускных сооружениях используются малоуглеродистые и низколегированные стали типа ВСт3сп, 09Г2, 09Г2С, 19Г и 10ХСНД. Для изготовления корпусов судов и плавучих буровых платформ используются малоуглеродистые и низколегированные стали типа ВСт3сп, 09Г2, 09Г2С, 10ХСНД и 15ХСНД.

ОСОБЕННОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

При сухой сварке под водой дуга и расплавленный металл находятся в газовой среде. В зависимости от условий проведения работ атмосфера камеры состоит из воздуха или из смеси газов, в которой возможно дыхание водолаза на данной глубине. Основными компонентами этих смесей являются гелий азот и кислород. При сварке штучными электродами расплавленный металл защищается шлаком и газами, образующимися при плавлении обмазки электрода. При использовании неплавящегося электрода при сварке корневого шва реакционная зона дополнительно защищается, как правило, аргоном. При использовании для механизированной сварки в сухой камере плавящегося электрода расплавленный металл может защищаться либо шлаком /сварка порошковой проволокой/либо газами /сварка сплошной проволокой. Возможны комбинированные способы защиты расплавленного металла от взаимодействия с окружающей средой. При сухой сварке во всех пространственных положениях обеспечивается заданный уровень прочностных показателей соединений во всем диапазоне глубин.

Для мокрой сварки под водой штучными электродами и самозащитными порошковыми проволоками характерно то, что процесс протекает в вязкой и плотной, практически несжимаемой жидкости. Плотность ее в 850 раз больше плотности воздуха, теплоемкость в 4 раза выше теплоемкости и теплопроводность в 25 раз выше теплоемкости и теплопроводности воздуха. В морской воде растворено значительное количество элементов и их солей, что оказывает существенное влияние на скорость охлаждения сварного соединения и на дуговой процесс.

Дуга, горящая под водой, заключена в постоянно меняющийся парогазовый объем, размеры которого значительно превышают размеры столба дуги. Пузырь образуется еще до образования дугового разряда за счет тепла, выделяющегося в отдельных точках контакта электрода с основным металлом, при прохождении через них электрического тока. С образованием газовой фазы в зоне контакта резко уменьшается отвод тепла от электрода. Металлические перемычки перегорают и возникает дуговой разряд. Теперь атмосфера парогазового пузыря разбавляется парами металла, газами, выделяющимися из обмазки электрода или компонентов шихты порошковой проволоки, и продуктами диссоциации паров воды. Объем парогазового пузыря увеличивается, достигая критического размера, затем часть его всплывает (70...90%), а часть остается, окружая ванну расплавленного металла и конец электрода. Всплывающая часть пузыря по объему достигает 6 литров газа в минуту (приведенный к нормальному давлению 0,1 МПа). Частота всплывания (схлопывания) пузыря зависит от мощности, выделяющейся в дуге, состава электродного покрытия или компонентов шихты порошковой проволоки и солености воды.

Критические размеры пузыря не зависят от способа сварки и определяются физико-химическими характеристиками воды и глубиной выполнения работ. Проведенные в ИЭС исследования позволили определить состав отходящих газов при механизированной сварке порошковой проволокой с серденичником рутил-руднокислого вида. Он составляет в масс. %: Н2 - 88...94; СО2 - 4,3...9,7; СО - 0,7...1,6; О2 - 0,07...0,1; N - 0,4...0,7.

В дугах, горящих в пресной воде, наблюдаются более высокие приэлектродные падения напряжения. С увеличением солености воды уменьшаются дуговое напряжение и скорость плавления электродов.

Омывание дуги компонентами газовой фазы пузыря, в основном состоящей из водорода, приводит к значительному охлаждению периферийной зоны столба дуги. Это вызывает увеличение мощности дуги, расходуемой на плавление электрода и основного металла. Кроме того, часть мощности расходуется на испарение воды и диссоциацию ее паров.

Благодаря сжатию столба дуги, что имеет место за счет повышения давления окружающей среды и охлаждения периферийных зон, его температура повышается.

В результате непосредственного контакта с водой основного металла и металла шва скорость охлаждения сварного соединения при сварке под водой значительно выше, чем при сварке на воздухе, и диапазонах температур 800...500 С и 500...300 С при механизированной сварке под водой составляет 14...30 С/с. При таких скоростях охлаждения в ЗТВ некоторых низколегированных сталей повышенной прочности возможно появление бейнитных и мартенситных структур с твердостью 300...450 HV [1].

Высокое содержание водорода и кислорода в реакционной зоне приводит к интенсивному растворению последних в металле шва. Кислород взаимодействует с расплавленным металлом как на стадии капли, так и на стадии ванны, способствуя практически полному выгоранию легирующих примесей из шва. Содержание кислорода в металле шва при механизированной сварке доходит до 0,22%. С ростом солености воды содержание кислорода в шве возрастает на 5...15%. Не вступивший во взаимодействие с железом и легирующими примесями кислород соединяется с водородом, образуя водяной пар, который либо опять поступает в реакционную зону, либо конденсируется на стенках парогазового пузыря. Ход этой реакции подтверждается практически полным отсутствием в отходящих газах кислорода. Часть водорода, образовавшегося за счет диссоциации воды, растворяется в расплавленном металле. Концентрация водорода в металле шва при сварке под водой штучными электродами достигает 0,006%. При сварке самозащитными порошковыми проволоками ферритного класса водорода приблизительно в два раза меньше.

Высокая скорость охлаждения сварного соединения в условиях мокрой сварки под водой самозащитными порошковыми проволоками при значительном выгорании легирующих элементов из наплавленного металла С - 0,04...0,06; Si - сл.; Mn - 0,16...0,2 и высокой концентрации в нем кислорода и водорода, способствует измельчению его структуры. Это позволяет получить удовлетворительные показатели прочности и пластичности на практически нелегированном металле шва. Надо также отметить, что высокая скорость охлаждения способствует снижению уровня деформации в сварных соединениях, выполняемых под водой, в 1,5...2,0 раза, что снижает вероятность образования дефектов в ЗТВ.

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ

Сухая сварка под водой выполняется в обитаемых камерах, входящих в состав стандартных водолазных комплексов. В камерах размещаются сварочные материалы и оборудование для сварки, резки, подгонки и контроля. Источник питания сварочной дуги либо стыкуется с камерой после ее установки, либо вмонтирован в самой камере. В комплекс оборудования для подводной сварки, кроме гипербарической камеры, могут входить центраторы и подъёмники. Время, затрачиваемое на сборку и сварку одного стыка, до 10 суток. Средняя стоимость одного стыка сваренного на глубине 150 м колеблется от 500 до 1200 тыс. долларов.

Учитывая высокую стоимость проведения работ, сварку в гипербарических камерах целесообразно выполнять при ремонте трубопроводов на глубинах более 45 м. В этом случае условия работы в открытой воде хуже, чем в камере. Кроме этого следует отметить, что монтаж накидной камеры на корпуса судов, трубные элементы платформ и другие гидротехнические сооружения с развитой поверхностью связан с большими трудностями, т.к. для каждого элемента сооружения нужно изготовлять свою камеру, повторяющую профиль данной конструкции. Требуется также тщательная подготовка поверхности, по которой производится уплотнение.

Как отмечалось ранее, сварка в сухой камере характеризуется высоким качеством сварных соединений. Однако камера для сухой сварки очень громоздка. Ее монтаж - длительный и сложный процесс, требующий использования вспомогательных судов и плавучих кранов. Использование этого способа целесообразно только при ремонте трубопроводов и отдельных элементов стационарных оснований.

При мокрой сварке под водой обычно используются те же электроды, что и при сварке на воздухе. Их покрывают слоем водонепроницаемого вещества либо гидрофобным раствором. Покрытие имеет увеличенную толщину, благодаря чему под козырьком образуется "сухое" пространство, облегчающее повторное зажигание дуги. Удовлетворительное формирование и отделимость шлаковой корки при хорошей стабильности дуги обеспечиваются применением электродов с рутиловым и окислительным покрытием.

Механические свойства сварных соединений при ручной дуговой сварке под водой ниже, по сравнению со сваркой на воздухе. С увеличением глубины выполнения работ значительно увеличивается разброс значений прочности, достигая иногда 70 % от расчетных нормативов.

Из сказанного можно сделать вывод о том, что с помощью мокрой сварки штучным электродом можно выполнять ремонтные работы на неответственных сооружениях. Ремонтные работы можно проводить быстро и с минимальными затратами, так как не нужно расходовать время и средства на сооружение и установку защищающих от воды приспособлений. На подготовку сварочного оборудования для мокрой сварки затрачивается минимальное время, поскольку используется стандартное сварочное оборудование. Применение мокрой сварки позволяет обеспечить большую свободу при проведении ремонтов, а также облегчает подготовку восстанавливаемых секций.

К серьезным недостаткам сварки штучными электродами можно отнести низкую производительность процесса, большой разброс значений прочности и ударной вязкости металла сварного соединения, зависящих от субъективных условий и квалификации водолаза-сварщика, сложности, возникающие при сварке в вертикальном и потолочном положениях.

Мокрая механизированная сварка самозащитными порошковыми проволоками специального состава сочетает в себе положительные качества ручной дуговой сварки под водой штучным электродом (маневренность и универсальность дугового процесса) с преимуществами ранее разработанного мокрого способа подводной механизированной сварки тонкими электродными проволоками сплошного сечения (высокую производительность, удобство работы, безопасность водолаза и др.). Сварка этим способом может выполняться водолазом-сварщиком средней квалификации и обеспечивает получение равнопрочных соединений малоуглеродистых и некоторых низколегированных сталей в пресной и морской воде. Кроме того, этот способ обладает рядом преимуществ: возможностью широкого регулирования состава проволоки с целью получения нужной структуры и свойств металла шва; большим диапазоном режимов, позволяющих, в частности, вести сварку на больших глубинах и во всех пространственных положениях; возможностью получения многопроходных швов под водой и др. К недостаткам мокрой механизированной сварки самозащитными порошковыми проволоками можно отнести резкое охлаждение металла сварного соединения в воде и значительное насыщение его водородом и кислородом. При несоблюдении технологии это может привести к появлению подваликовых трещин в сварных соединениях, выполняемых на сталях с углеродным эквивалентом более 0,35.

ПОДГОТОВКА ПОД СВАРКУ

Подготовку под сварку в случае выполнения работ в сухих камерах выполняют с использованием специализированных головок с гидравлическим или электрическим приводом. Головки комплектуются набором фрез, позволяющих выполнять резку труб и подготовку кромок под сварку. Зачистка поверхности трубы и швов после сварки осуществляется абразивным или многобойковым ударным инструментом с электрическим или гидравлическим приводом.

При выполнении работ в открытой воде поверхность труб очищают от обрастания различными щетками с механическим приводом. Возможна очистка поверхностей и струей воды. Первоначальная резка металлоконструкций под водой может быть выполнена электрокислородной или экзотермической резкой. Для подготовки кромок под сварку применяются специализированные головки с гидроприводом и набором фрез. При подготовке под сварку возможно применение абразивного инструмента. Зачистка швов в процессе сварки осуществляется многобойковым ударным или абразивным инструментом с воздушным или гидравлическим приводами в зависимости от глубины выполнения работ.

ХАРАКТЕРНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И ПРИМЕРЫ ЭФФЕКТИВНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

В мировой практике сухая трубопроводов используются специализированные камеры. Для ремонта стационарных оснований для каждого ремонтируемого узла проектируется и изготавливается своя камера. С помощью этого способа в странах СНГ выполнен ремонт нефтепровода Александровское-Анжеросудженск в месте его пере хода через реку Обь. В сухой камере заварены две трещины на монтажных стыках. Глубина выполнения работ - 7 м. Труба диаметром 1020 мм из стали 18Г2АФ.

С использованием мокрой сварки штучными электродами в мировой практике выполняется большой объем работ по восстановлению низконапорных трубопроводов, малонагруженных элементов стационарных оснований, ремонтируются суда на плаву и закладные элементы водопропускных и причальных сооружений. Механические свойства сварных соединений обеспечиваются на уровне класса С по Американскому Национальному Стандарту ANSI/AWS D3.6-89.

Значительный объем работ в странах СНГ выполнен с использованием механизированной сварки самозащитными порошковыми проволоками. В настоящее время с помощью этого способа отремонтировано более 30 подводных переходов газопроводов через реки. Существенный объем работ выполнен при ремонте причальных сооружений в портах Дудинка и Мурманска. С 1989 по 1992 годы только в Балтийском Пароходстве отремонтировано на плаву более 40 судов.

ВЫБОР РЕЖИМОВ СВАРКИ

В зависимости от используемых способов и положения шва в пространстве режимы сварки варьируются в широком диапазоне. Так при сварке штучными электродами сварочный ток колеблется в диапазоне 120...220 А. Напряжение на дуге зависит от состава обмазки электрода и глубины сварки. Для легкого зажигания дуги под водой необходимо использование источников питания с повышенным напряжением холостого хода (70...90 В). При мокрой механизированной сварке под водой самозащитными порошковыми проволоками ферритного класса сварочный ток колеблется в диапазоне от 100 до 220 А при напряжении на дуге от 26 до 35 В. Используются выпрямители и источники с жесткой внешней вольтамперной характеристикой. Для компенсации потерь в сварочной цепи при ее длине более 60 м необходим запас напряжения на источнике питания (10...30 В).

ТЕХНИКА СВАРКИ И РАЗЛИЧНЫЕ ПРИЕМЫ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ КАЧЕСТВО СВАРКИ И ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ТРУДА

При мокрой сварке под водой штучным электродом необходимо соблюдать следующие основные требования:

  1. Сварка выполняется на постоянном токе обратной полярности.
  2. Выбор диаметра электрода определяется видом шва, толщиной свариваемого металла и пространственным положением шва.
  3. Для сварки корневого прохода рекомендуется применять электроды диаметром 3 мм, для последующих - 4 - 5 мм, в вертикальном и потолочном положениях - 3 - 4 мм.
  4. При сварке листов разной толщины режимы выбираются исходя из условий сварки листов меньшей толщины.
  5. При многопроходной сварке не допускается совмещение кратеров в одном сечении.
  6. Наложение каждого последующего прохода должно производиться после тщательной зачистки предыдущего прохода от шлака.
  7. Конец шва не выводится на основной металл. После смены электрода кратер на расстоянии 10...15 мм очищается от шлака. Дуга возбуждается только на заваренном металле.
  8. Сварку корневого прохода при зазоре до 5 мм следует выполнять без поперечных колебаний конца электрода, а при большем зазоре - с поперечными колебаниями на 1...1,5 мм от оси шва.
  9. Заполнение разделки осуществляется как ниточными швами, так и с поперечными колебаниями конца электрода. Разводка, как правило, пилообразная.
  10. При малой прозрачности воды сварку выполняют методом опирания.

При мокрой механизированной сварке самозащитными порошковыми проволоками техника выполнения швов близка к технике выполнения швов под водой штучными электродами.

ТИПИЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, ПРИЧИНЫ ИХ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ УСТРАНЕНИЯ

При мокрой сварке под водой штучными электродами и при механизированной сварке могут образоваться две основные группы дефекты швов: внутренние и наружные. К первой группе относятся дефекты, связанные с металлургическими, термическими и гидродинамическими явлениями, происходящими в процессе формирования и кристаллизации сварочной ванны и остывания сварного соединения. Это кристаллизационные и холодные трещины в металле шва и околошовной зоне, поры, шлаковые включения, зоны несплавления, отклонения от необходимых прочностных и пластических свойств металла шва и сварного соединения, а также неблагоприятные изменения свойств металла околошовной зоны. Ко второй группе дефектов, которую можно назвать дефектами формирования швов, относятся непровары, подрезы, наплывы, прожоги, кратеры, несимметричность расположения угловых швов, уменьшение размеров швов и др. Возникновение подобных дефектов обычно обусловлено неправильным технологическим процессом, низкой квалификацией водолаза-сварщика, плохой подготовкой и сборкой под сварку элементов конструкций, неточным расположением конца электрода по отношению к свариваемым кромкам и плохой видимостью процесса.

Высокая скорость охлаждения в условиях мокрой сварки под водой штучными электродами и самозащитными порошковыми проволоками сталей с углеродным эквивалентом более 0,35 приводит к образованию в ЗТВ микроструктур, подверженных образованию холодных трещин. Установлено, что устойчивыми к возникновению трещин оказались сварные швы, выполненные электродными материалами двух видов: ферритными электродными материалами с высоким содержанием оксидов железа, марганца и титана и аустенитными электродными материалами с высоким запасом аустенитности.

При использовании электродных материалов с окислительным покрытием или шихтой, как отмечалось ранее, металл сварного шва имеет высокое содержание кислорода, преимущественно в виде оксидов железа. С последними взаимодействует растворенный водород, благодаря чему снижается его концентрация в металле шва за счет реакции окисления части водорода с образованием водяного пара. Кроме того, легирующие элементы из швов, выполненных электродными материалами этого класса, сильно выгорают. В результате предел текучести металла шва оказывается ниже, чем при использовании других электродных материалов в аналогичных условиях. Металл шва во этом случае получается более податливым, что уменьшает напряжение в ЗТВ и таким образом снижает вероятность возникновения трещин. Предполагается, что аустенитный наплавленный металл снижает содержание водорода в ЗТВ, т.к. в аустените, по сравнению с ферритом, водород обладает большей растворимостью и меньшей диффузионной способностью. Однако при сварке сталей с углеродным эквивалентом более 0,42 даже аустенитные электродные материалы не могут обеспечить полное отсутствие трещин. Разработанные электродные материалы указанных типов требуют дополнительного усовершенствования по своим технологическим характеристикам, так как по этим показателям они уступают электродным материалам на базе рутила.

Существенного улучшения свариваемости в подводных условиях можно добиться благодаря нанесению на свариваемые поверхности теплоизоляционного слоя. В этом случае снижается теплоотвод со свариваемых поверхностей и уменьшается вероятность образования структур закалки.

При наличии на свариваемых поверхностях слоя нефтепродуктов в металле швов могут образовываться поры. Для предотвращения их образования свариваемые поверхности должны очищаться согласно технологическим требованиям.

Крупные шлаковые включения и зоны несплавления образуются в первую очередь в случае нарушения техники сварки и быстрого перемещения сварочной ванны. Скорость мокрой сварки под водой штучным электродом составляет 0,6...3,0 м/ч, а скорость мокрой механизированной сварки под водой самозащитными порошковыми проволоками составляет соответственно 4...10 м/ч.

Отклонение от необходимых прочностных и пластических свойств металла шва и сварного соединения при мокрых способах сварки возможно в случае изменения состава воды. При этом элементы из воды (например, хлор и кальций) попадают в металл шва и образуют мелкие неметаллические располагающиеся по границам зёрен и снижающие прочностные и пластические свойства металла сварного соединения.

В условиях мокрой сварки под водой нарушение режимов, техники выполнения швов, плохая подготовка под сварку элементов конструкций, недостаточная видимость процесса, высокая скорость течения и низкая квалификация водолаза-сварщика может привести к образованию дефектов формирования швов.

Для предотвращения их возникновения необходимо четко соблюдать технологические параметры режимов сварки, повышать квалификацию водолазов-сварщиков, отрабатывать приемы выполнения работ на макетах-имитаторах, подавать в зону сварки чистую воду, устанавливать в зоне работы водоотбойные щиты для снижения скорости течения.

При обнаружении дефектов они удаляются абразивным инструментом. После их удаления осуществляется подварка дефектного участка.

Опыт эксплуатации сварных конструкций показывает, что технологические дефекты полученные при сварке под водой могут существенно снижать работоспособность сварных соединений. В конструкциях, работающих в условиях статического нагружения, дефекты могут становиться очагами хрупких трещин, а в конструкциях, работающих при знакопеременных нагрузках, они снижают предел выносливости сварных соединений.

ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ

По нашему мнению, технология сварки в сухой камере, вмещающей в себя как сварщика, так и сварной узел, будет и в дальнейшем использоваться для сборки и ремонта под водой ответственных гидротехнических сооружений, таких как высоконапорные трубопроводы и отдельные элементы стационарных оснований, а также в случае низкой прозрачности воды.

Мы предполагаем увеличение объемов выполнения ремонтных работ с использованием новых штучных электродов, с улучшенными сварочно-технологическими свойствами. При незначительных объемах сварочных работ применение электродов предпочтительно в случае получения адекватных с механизированным способом прочностных показателей.

При большом объеме подводно-технических работ, связанных с подводной сваркой предпочтение отдается механизированному способу. В первую очередь это относится к сварке трубопроводов, стационарных оснований, судов на плаву и портовых сооружений.

ПОДВОДНАЯ РЕЗКА

В 1887 году русский изобретатель Н.Н. Бенардос совместно с профессором Д.А.Лачиновым впервые в мировой практике осуществили в лабораторных условиях дуговую подводную резку металла угольным электродом. Значительные объемы, широкий диапазон глубины, на которых ведутся работы, разнообразие подлежащих резке материалов, отличающихся как по толщинам, так и по физическим свойствам (стали, цветные металлы, неметаллические конструкционные материалы), привели к необходимости создания ряда способов резки под водой. Некоторые из них уже преданы забвению, другие широко применяются в промышленности и совершенствуются. Исключая механические виды резки, не представляющие интереса в научном плане, остановимся на следующих способах подводной резки:

  1. электродуговая;
  2. электропорошковая;
  3. воздушноплазменная;
  4. электрокислородная;
  5. экзотермическая;
  6. энергией взрыва;
  7. пироналовая.

Указанные способы подводной резки основаны на использовании энергии электрической дуги, экзотермической реакции нагретого железа с кислородом, высокотемпературных продуктов химических реакций и энергии взрыва.

ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ РЕЗКА основана на расплавлении металла электрической дугой и удалении его под действием гравитационных сил и динамического давления дуги. Применяется при разделении стали толщиной до 10 мм или изделий из цветного металла на токах 400...500А. Способ характеризуется весьма низкой производительностью и качеством кромок разрезаемого металла. Не требует подачи газообразного кислорода в зону реза. Используют электроды, предназначенные для подводной сварки диаметром 4 и 5 мм.

ЭЛЕКТРОПОРОШКОВАЯ РЕЗКА - механизированный способ резки, разработанный в Институте электросварки. Способ основан на применении порошковой проволоки, сердечник которой, под действием тепла дуги, разлагается с выделением кислорода. Электрическая дуга, горящая между порошковой проволокой и разрезаемым металлом, расплавляет его и частично окисляет. Жидкий металл и его окислы выдуваются из зоны реза факелом газов, вырывающихся с торца порошковой проволоки. Способ применяется для резки сталей толщиной до 40 мм на токах 450...1200А. Производительность составляет 12 - 15 м/час при резке стального листа толщиной 20 мм. Газообразный кислород в зону реза не подается.

ПЛАЗМЕННАЯ РЕЗКА под водой в нашей стране опробована еще в 1961 г. Было установлено, что на токе 300...400А, используя азотно-водородную смесь, можно обеспечить устойчивый процесс плазменной резки под водой. Дальнейшее направление работ шло по пути применения плазмотронов с циркониевыми катодами и воздуха в качестве плазмообразующего газа. Это повысило энергетическую эффективность, скорость и качество подводной плазменной резки низкоуглеродистых сталей и цветных металлов. Однако физические особенности процесса и сложность эксплуатации оборудования, ограничивают практическое применение плазменной резки весьма малыми глубинами. Следует также отметить высокую энергоемкость этого способа резки.

ЭЛЕКТРОКИСЛОРОДНАЯ РЕЗКА наиболее широко применяется при разделении стальных изделий на глубинах до 60 м. Процесс основан на нагреве стального изделия теплом электрической дуги, расплавлении, окислении и удалении металла и шлака струей газообразного кислорода, вступающего в экзотермическую реакцию с нагретым до высоких температур железом. Электрический ток подводится к поверхности трубчатого электрода, а кислород в зону реза поступает по внутреннему каналу трубки. Для изготовления электродов используют трубку с наружным диаметром 7...8 мм и с внутренним каналом диаметром 2,5...3 мм. На поверхность трубки нанесена обмазка, обеспечивающая стабилизацию дугового процесса и интенсифицирующая процесс резки, а также гидроизоляционное покрытие, препятствующее адсорбции воды и скалыванию обмазки. Попытки заменить стальную трубку керамической или угольной не привели к увеличению скорости резки, хотя время сгорания таких электродов увеличилось. Электрокислородную резку выполняют, как правило, на постоянном токе величиной 150 - 250 А.

ЭКЗОТЕРМИЧЕСКАЯ РЕЗКА является дальнейшим совершенствованием электрокислородного процесса. Изменения, внесенные в конструкцию электрода, позволяют резко увеличить поверхность контакта железа с газообразным кислородом, обеспечивая протекание экзотермической реакции без поддержки ее теплом электрической дуги. Достаточно подогрева конца электрода, который может быть осуществлен электро- или пиротехнической зажигалкой, подачи кислорода, и нагретый конец загорается. Электрод горит без использования дополнительных видов энергии, и вырывающийся с его конца факел раскаленных газов и не прореагировавшего кислорода способствует прорезанию любых металлов и неметаллических материалов, таких как бетон, резина, капрон и т.д. Примером конструкции электрода может быть тонкостенная стальная трубка диаметром 9...12 мм, заполненная шестью стальными и одним алюминиевым стержнем или стальной спиралью. Известны и другие конструкции экзотермических электродов. Процесс обладает весьма высокой производительностью и может применяться на глубинах континентального шельфа.

РЕЗКА ВЗРЫВОМ основана на применении, как обычных накладных зарядов, так и удлиненных кумулятивных зарядов, позволяющих получить рез по форме заряда с вполне удовлетворительным качеством кромок.

Процесс не требует ни энергетических затрат на поддержание электрической дуги, ни подачи кислорода в зону реза и не чувствителен к изменению глубины. Скорость резки исчисляется долями секунды. К недостаткам этого способа можно отнести следующее:

ПИРОНАЛОВАЯ РЕЗКА основана на использовании тепла, выделяемого при протекании термитной реакции восстановления алюминием из соответствующих окислов железа или других металлов. Резка осуществляется струей раскаленных газов и перегретого металла, которые с высокой скоростью вырываются из специального приспособления - реактора через сопло круглой или плоской формы. По форме сопла образуется соответствующей рез в виде круглого отверстия или продолговатой щели. Этот способ резки также не требует ни электрической энергии, ни подачи газообразного кислорода, применяется для перфорации металлических листов на больших глубинах.

Как видно, все приведенные способы подводной резки можно классифицировать по энергетическим признакам. Например, первые два - электродуговой и электропорошковый осуществляются с использованием электрической мощности до 50 кВт и совершенно не нуждаются в подаче газообразного кислорода. Воздушноплазменная резка потребляет электрическую мощность до 100 кВт и частично использует кислород, содержащийся в составе воздуха. Далее следуют электрокислородный и экзотермический способы резки, в которых используется газообразный кислород, причем в первом и дополнительная электрическая энергия мощностью 5 - 10 кВт. Два последних способа - взрывом и пироналовая резка основаны на протекании химических реакций и не требуют подачи внешней энергии в каком бы то ни было виде.

Существующие, помимо указанных, другие способы подводной резки имеют ограниченное применение или не получили широкого распространения, а также не являются перспективным.