Сварка

Применение технологии мокрой сварки под водой самозащитными порошковыми проволоками при строительстве и ремонте гидротехнических сооружений, кораблей и судов на плаву

Технология мокрой механизированной сварки под водой самозащитными порошковыми проволоками широко применяется в странах СНГ с 1969 г. 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. Механические свойства сварных соединений, выполненных с использованием покрытых электродов и самозащитных порошковых проволок приведены в табл. 1.

Таблица 1. Механические свойства соединений выполненных мокрой сваркой под водой

Марка электродного материалаσв, МПаσт, МПаδ5, %КСV, –20°С Дж/см²Угол загиба, ° по классу В AWS D3.6M:
ЭПС-52340...400Не нормирован≤ 6Не определялся--
ЭПС-АН1420...460320...350≥ 10≥ 25180
Э38-ЛКИ-1П400Не нормирован≤ 8Не определялся--
ППС-АН1400...430300...32014...18≥ 10180
ППС-АН2400...440300...34013...18≥ 25180
ППС-АН5420...460320...36013...17≥ 25180
ППС-ЭК1400...460300...36014...18≥ 25180

К недостаткам всех способов мокрой сварки можно отнести резкое охлаждение металла сварного соединения в воде и значительное насыщение его водородом и кислородом. Это может привести к появлению подваликовых трещин в сварных соединениях, выполненных на некоторых трубных сталях повышенной прочности с углеродным эквивалентом Сэ ≤0,39.

Для реализации технологии мокрой механизированной сварки, а также сварки покрытыми электродами разработаны комплекты оборудования, технологическая документация и методика обучения водолазов-сварщиков.

С помощью технологии мокрой механизированной сварки самозащитными порошковыми проволоками с 1969 года бывшем СССР были выполнены практически все работы под водой, направленные на восстановление целостности подводных переходов водоводов, а также газо- и нефтепроводов через водные преграды. Как правило, ремонтные работы выполняются в местах интенсивного судоходства и при больших скоростях течения воды. Глубина залегания трубопроводов небольшая. Доступ в эти регионы глубокосидящих специализированных судов, на борту которых располагается специальное оборудование для выполнения работ по сухой сварке и резке, как правило, невозможен. В этих условиях важно решить задачу, используя другие технологии. Эта задача успешно решается благодаря использованию мокрой механизированной сварки, для осуществления которой не требуется установки кессонов или специальных камер в зоне ремонта. Основные работы и технологические особенности их выполнения сведены в табл. 2.

Таблица 2. Основные работы, выполненные на территории стран СНГ с применением мокрой механизированной сварки самозащитными порошковыми проволоками

Место выполнения работыХарактер поврежденияТехнология ремонта
1969 г. Водовод Ø 1020 × 12 мм из стали 09Г2, на глубине 10 м на р. Днепр.Две трещины: 1 - L 1,5 м с раскрытием в верхней части трубы до 30 мм, 2 - L 250 мм по сварному шву.Внутрь ремонтируемого участка трубы заведены технологические подкладки и доп. вставки. С трубой их соединили многослойными стыковыми швами.
Нефтепровод через р. Бейсуг Ø 1020 мм из стали 14ХГС. Глубине 5 м.Трещина по монтажному стыку, из-за непровара корня шва.Механическая разделка с фиксацией концов трещины сверлением. Разделка заполнена многослойным стыковым швом.
1971 г. р. Волга, глубина 12 м (р-н г. Волгограда). Две трубы водовода Ø 1020×12 мм из стали ВСт3сп. Ремонт выполнен за 2 месяца.Девять участков с трещинами и вмятинами L ≤2500 мм и разрывы L ≤1500 мм с раскрытием до 200 мм.После мех. разделки в окна завели вставки которые соединяли с трубой многопроходными стыковыми швами L 38 м. Большинство швов располагалось в вертикальном и потолочном положениях.
1972 г. в г. Казани водовод Ø 820 мм из стали ВСт3сп. Глубина 6 м.Частичный разрыв трубы, образовавшийся в результате нарушения технологии прокладки.После механической разделки в образовавшееся окно установили заплату, которую соединили с трубой многослойным стыковым швом.
1973 г. водовод Ø 720 мм из стали ВСт3сп, р. Днепр на глубине 6 м в районе г. Херсон.Повреждение в виде разрыва по монтажному стыку на ½ диаметра.монтаже на дефектном участке двух полумуфт, имевших специальную внутреннюю разделку. С трубой полумуфты соединяли угловыми многопроходными швами.
1974 г. подводный переход газопровода Ø 720 мм из стали 09Г2 через р. Москва. Глубина - 8 м.В процессе эксплуатации под воздействием динамических нагрузок образовалась трещина в ЗТВ монтажного стыка.После механической разделки и фиксации концов трещины, путем сверления, образовавшуюся разделку заполняли многопроходным стыковым швом.
1975 г. подводный переход газопровода Ø 820 мм из стали 14ХГС ч-з р. Ухта.Непровар корня монтажного стыка.Та же.
1976 г. подводный перехода газопровода Ø 1020 мм из стали 09Г2 через р. Обь в районе п. Перегребное. Глубина 6 - м.Трещин, образовавшейся в процессе эксплуатации газопровода из-за непровара монтажного стыка.Та же.
В 1977 г. подводный переход газопровода Ø 720 мм из стали О9Г2 в р-е Донузлава (Крым). Глубина - 4 м при отсутствии видимости.Свищи, образовавшиеся в результате коррозионного разрушения.Механическая разделка дефектных участков. Сварка порошковой проволокой ППС-АН1 Ø 1,4 мм, так как толщина металла в зоне сварки не превышала 4 мм.
1978 г. водовод Ø 720 мм из стали 09Г2 через р. Даугаву в районе Риги. 18 м.Полный разрыв трубы.Удаление дефектного участка трубы с применением электрокислородной резки. После механической обработки внутри трубы смонтировали вставку длиной 0,5 м с зазором не превышающим 10 мм. С трубой вставку соединили угловыми многопроходными швами.
1980 - 1981 гг. подводный переход через р. Обь нефтепровода Александровское - Анжеро-Судженск. Труба Ø 1020х18 мм из стали 18Г2САФ.Непровар корня двух монтажных стыков. Трещины при укладке дюкеров.Удалены дефектных участков трубы с трещинами с последующей механической обработкой образовавшихся кромок. В трубу установили заплаты с подкладными элементами, используя винтовой домкрат. Из-за высокого углеродного эквивалента стали, ремонтировали комбинированным методом. Первых три прохода выполняли мокрым способом, используя специальную самозащитную порошковую проволоку. Дальнейшее заполнение разделки выполняли ручной сваркой покрытыми электродами в кессоне с предварительным подогревом трубы.
В 1982 г. две соединительные муфты на трубах городского водозабора г. Казань (р. Волга). Глубина - 5 м. Труба Ø 1420 мм. Работа была выполнена за 30 дней.Зазоры между трубой и соединительными полумуфтами по периметру трубы.На расстоянии 3 м от ремонтируемых муфт вырезались операционные люки, через которые внутрь трубы заходил водолаз, и подавали полуавтомат. Трубы с полумуфтами соединяли многопроходными угловыми швами катетом 8 - 20 мм. Общая протяженность швов - 28 м. Применяли также накладные элементы, так как зазоры между трубой и полумуфтами достигали 160 мм.
1982 г. подводный переход продуктопровода через р. Обь в районе г. Нефтюганск. Труба Ø820 мм из стали 17Г1С.Дефект - разрушение монтажного стыка на 1/3 его длины.Дефектный участок удалили, применяя электрокислородную резку. После механической обработки краев трубы в образовавшуюся полость установили вставку с подкладными элементами и соединили ее с трубой по периметру многопроходным стыковым швом.
1987 г. переход газопровода Елец - Кременчуг - Кривой Рог через р. Днепр в р-е г. Кременчуг. Труба Ø 1420×18,7 мм из стали типа Х70. Глубина - 12м.Дефект - свищ в монтажном стыке.После механической разделки дефектного шва на глубину 16 мм полученная разделка была заполнена многопроходным стыковым швом. Использовали порошковую проволоку, обеспечивающую аустенитную структуру металла шва.
1990 г. подводный переход газопровода через р. Кама в районе г. Пермь. Материал трубы Ø 820 мм - сталь 17Г1С. Глубина 12 м.Дефект - трещина монтажного стыка длиной 100 мм.Та же.
Подъем и ремонт судов
1974 г. р-н г. Одессы. Подъем теплохода "Моздок" затонувшего на глубине 32 м. Глубина выполнения работы от 12 до 24 м.Отверстие в борту 6 х 9 м. Герметизация крышек второго и третьего трюмов с помощью крепящих книц (32 шт.).Приварен пластырь р-м 9 × 12 м и прижимные лапы угловыми швами катетом от 6 до 35 мм. Угловые швы катетом 8-15 мм использованы при сварке крепящих книц. Протяженность всех швов - 137 м. Длительность работ - 45 суток.
Теплоход "Комсомолец Латвии".Трещина на пере руля длиной 1 м.После механической разделки и фиксации концов трещины, путем сверления, образовавшуюся разделку заполняли многопроходным стыковым швом.
Крейсер "Киров".Наращивание борта.Применены стыковые и угловые швы. Их длина - 50 м.
Теплоход "Перекат".Ликвидация пробоины.Угловыми швами приварен бортовой пластырь 0,2×0,2 м из стали Ст3сп толщиной 8 мм.
Теплоход "Нарвская Застава".Трещины длиной 1,8 м.После мех. обработки и фиксации концов трещины, путем сверления, образовавшуюся разделку заполняли многопроходным стыковым швом.
Теплоход "Миронич".Фиксация стопорного кольца с гайкой трубы дейдвуда.Выполнен стыковой шов длиной 2,7 м.
Теплоход "Пролив Волкицкого".Трещина в корпусе длиной 3,0 м.После мех. обработки и фиксации концов трещины, путем сверления, разделку заполняли многопроходным стыковым швом.
Теплоход "В. Фаворский".Трещины в корпусе длиной 2,5 м.То же.
Теплоход "Кильдинский пролив".Трещина пера руля протяженностью 1,7 м.То же.
Теплоход "Волго-Дон-102".Трещина в борту судна длиной 3 м.То же.
Теплоход "Волго-Дон-103".Трещина в борту судна длиной 2 м.То же.

Приведенные выше примеры применения мокрой механизированной сварки порошковой проволокой при ремонте подводных переходов трубопроводов через водные преграды свидетельствуют о её высокой эффективности. В большинстве случаев ремонт выполняется за 4-10 рабочих дней, включая вырезку дефектного участка, обработку кромок, подгонку заплаты, сварку и контроль качества соединений. В настоящее время с помощью этого способа отремонтировано более 60 подводных переходов газопроводов через реки.

Существенный интерес представляет информация о ремонте кораблей и судов на плаву. Она изложена в целом ряде публикаций и обобщена в табл. 2. Однако целый ряд технологических особенностей, применительно к этой проблеме, описан недостаточно. Целый ряд технологических решений разработан и реализован НПП "Шельф" г. Мурманск в период между 1990 и 1994 годах. Выполнены уникальные работы, связанные с восстановлением целостности корпусов судов и причальных сооружений без постановки их в сухой док (табл. 3).

Таблица 3. Основные работы, выполненные при ремонте судов в районе г. Мурманска

Название суднаХарактер выполненных работПротяженность швов, м
Ремонт корпуса
БПК "Исаков"Четыре трещины в корпусе толщиной 16 мм, образовавшиеся под воздействием вибрации. Отремонтирован за 10 ч.4,3
Плавучая мастерскаяПробоина диаметром 420 мм. Заплата толщиной 10 мм из стали ВСт3сп.1,5
Танкер "Дубны"Шесть пробоин в результате работы у берега. Заплаты толщиной 10 мм.27
Танкер"Вязьма"Восемь пробоин в результате работы у берега. Заплаты толщиной 10 мм.38
Эсминец "Окрыленный"Коррозионное разрушение корпуса. Дублирующий лист толщиной 10 мм.2
Танкер "Терек"Шесть пробоин. Восстановлена герметичность трех танков дублирующими листами толщиной 6 мм; 0,64 × 0,68 м.6,4
Два больших десантных корабляТрещины, возникшие от вибрации и коррозии.13
Сторожевой корабльВосстановлены три листа корпуса толщиной 8 мм, поврежденные коррозией.3,2
Плавучий докПробоины в результате волнового воздействия. Толщина листов 10 мм. На листах смонтирован силовой набор.85
Четыре рейдовых буксираТрещины, пробоины, коррозионное разрушение корпуса.26
СКР "Смышленый"Трещина в корпусе длиной 1,0 м. Дублирующий лист.2,5
СКР "Доблестный"Трещина в корпусе 1,5 м. Дублирующий лист на место коррозионного разрушения.5,5
ГГС "Семен Дежнев"Трещина в корпусе длиной 2,5 м. Накладная заплата с длиной шва по периметру 3,5 м.6
Конвертовка кораблей
Крейсер "Александр Невский"Герметизация 206 отверстий размером. до 3,6 × 1,8 м.329
БПК "Юмашев"Герметизация 164 забортных отверстий.217
БПК "Макаров"То же.217
БМРТ "Орбита"Герметизация забортных отверстий.72
СС "Лира"Герметизация забортных отверстий заплатами толщиной 10 мм в три прохода.220
Герметизация и ремонт водозаборной арматуры
Эсминец "Современный"Двенадцать водозаборных отверстий размером до 0,52 × 0,86 м толщиной 12 мм.34
Авианесущий крейсер "Киев"Шесть водозаборных отверстий размером 0,48 × 0,88м.18

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 6°С. 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 машинку для зачистки швов с гидроприводом. 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.

Для выполнения работ использовался полуавтомат для подводной сварки А1660 и порошковые проволоки ППС-АН1 и ППС-АН5. 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.

Механизированная подводная сварка успешно применялась при ремонте причальных сооружений и стационарных оснований для добычи нефти. С помощью этого технологического процесса выполнен существенный объем работ при ремонте причальных сооружений и нефтедобывающих оснований в различных регионах стран СНГ. Основные работы по ремонту причальных сооружений нефтедобывающих оснований сведены в таблице 4.

Таблица 4. Перечень некоторых работ, связанных с ремонтом причальных сооружений и нефтедобывающих оснований на территории стран СНГ

РегионТехнология выполнения работ
Ремонт причальных сооружений
1982 - 1987 г. порт Дудинка. Нарушение целостности шпунтовой стенки. Разошлись замки между шпунтинами.Ремонт проводили зимой, после прекращения судоходства. Угловыми швами катетом 6 - 10 мм приваривали дублирующие листы толщиной 6 - 8 мм. Глубина выполнения работ от 1 до 14 м. Отремонтировано более 5 км причальной стенки.
1982 - 1983 Клайпедский порт. Шпунтовая причальная стенка.Технология та же. Глубина 2 - 12 м. Протяженность угловых швов катетом 6 - 8 мм - 287 м.
1996 г. С.-Петербургский морской порт. АП БАСУ "Балтийские Буксиры".Технология та же. Глубина 2 - 12 м. Общая длина угловых швов катетом 8 - 10 мм - 360 м.
Ремонт стационарных нефтедобывающих оснований
1991 г. Глубоководная платформа № 12 на морском нефтяном месторождении им. 26 Бакинских комиссаров в Каспийском море.Восстановление несущей способности трубного элемента вертикальной опоры 820×10 мм из стали 17ГС. Опора была полностью смята на глубине 4 м. Дефектный участок был удален. С помощью стыковых швов новый участок вертикальной опоры был соединен с основанием.
2000 г. Реконструкция подводной части опорного блока МПС LАМ-22.Обустройство подводных конструкций анодами ПАКМ-75. За 12 дней на глубине до 20 м было смонтировано и приварено 115 анодов. Общая длина сварочных швов, выполненных во всех пространственных положениях - 55,2 м. Использовалась порошковая проволока ППС-ЭК1. Производство работ контролировал представитель Германского Ллойда.