Undervattenssvetsteknik

Fördelar och nackdelar

Som ett resultat av förbränning av väte bildas inga skadliga ämnen, i motsats till de fall då acetylen används för svetsning. Detta beror på att när väte förbränns i en syremiljö bildas vatten, eller snarare vattenånga, som inte innehåller några skadliga föroreningar.

Flamtemperaturen för väte-syreblandningen kan justeras inom intervallet 600-2600 °C, vilket möjliggör svetsning och skärning även av de mest eldfasta materialen.

Alla ovanstående egenskaper gör det möjligt att använda vätesvetsning i trånga utrymmen, rum med dålig ventilation, i brunnar, tunnlar, källare i hus.

Det är värt att notera en sådan fördel med vätesvetsning som möjligheten att byta brännarmunstycket. Väte stöder lågor av nästan vilken konfiguration och storlek som helst.

Det är möjligt att använda en tunn gasstråle, vilket ger en låga som inte är tjockare än en synål, även när man arbetar med smycken gjorda av ädelmetaller. En tunn låga kräver inte närvaro av ytterligare syre, tillräckligt upplöst i luften.

Inhemsk vätegenerator

Nackdelen med vätesvetsning kan anses vara dess beroende av tillgången på en elkälla som är nödvändig för att producera väte. Det är inte tillåtet att använda vätgasflaskor på grund av risken för transport och drift.

Atomisk vätemetod

En typ av svetsning som använder väte är atomär vätesvetsning. Dess process är baserad på fenomenet dissociation (sönderfall) av molekylärt väte till atomer.

För att sönderfalla måste en vätemolekyl få en betydande mängd termisk energi. Atomtillståndet för väte är så instabilt att det bara varar en bråkdel av en sekund. Och så är det reduktionen av väte från atomär till molekylär.

Under reduktionen frigörs en stor mängd värme som används vid atomär vätesvetsning för att värma upp och smälta de svetsade metalldelarna.

I praktiken genomförs hela processen med hjälp av elektrisk svetsning med två icke förbrukningsbara elektroder. En konventionell svetsmaskin kan användas för att få den ström som krävs för att starta ljusbågen. Men hållaren eller brännaren har en ovanlig design.

Elektroder och brännare

Elektroder med en brännare, i vilken väte tillförs, är placerade i en vinkel mot varandra. Bågen initieras mellan dessa två elektroder. Väte, eller en kväve-väteblandning, som tillförs ljusbågszonen, under inverkan av hög temperatur, övergår i tillståndet av atomärt väte.

Vidare, när den återgår till sin molekylära form, avger väte värme, vilket skapar en temperatur som tillsammans med bågens temperatur kan nå 3600 °C.

Eftersom dissociation sker med absorption av värme (väte har en kylande effekt) måste spänningen för att starta ljusbågen vara ganska hög - cirka 250-300 V. Senare kan spänningen sänkas till 60-120 V, och ljusbågen kan brinna perfekt.

Förbränningens intensitet kommer att bero på avståndet mellan elektroderna och mängden väte som tillförs svetszonen.

Bågebränning

Ljusbågen antänds genom att kort kort kortsluta elektroderna till varandra eller på en grafitplatta när elektroderna blåses med gas. Efter tändning av bågen hålls avståndet till delarna som ska svetsas inom 5-10 mm.

Om bågen inte vidrör metallen som svetsas, brinner den jämnt och stadigt. De kallar henne lugn. På små avstånd till arbetsstycket, när bågslågan nästan berör arbetsstycket, produceras ett starkt skarpt ljud. En sådan båge kallas ringning.

Svetsteknik liknar konventionell gasteknik.

Svetsning med atomvätemetoden uppfanns och undersöktes 1925 av den amerikanske vetenskapsmannen Langmuir. I forskningsprocessen användes istället för en båge värmen från förbränningen av en volframfilament, genom vilken väte passerade.

Teknologi

Kärnan i ett sådant fenomen som svetsning under vatten förklaras av det faktum att när bågen brinner frigörs en gas som bildar en bubbla. Gasen omsluter elektroden och delarna som ska svetsas och frigör utrymme för ljusbågen att brinna.

Som ett resultat går all värme som frigörs av den till att värma och smälta metallen, som aktivt motstår detta, ständigt kyls av det omgivande vattnet.

Dess temperatur kan i vissa fall nå negativa värden om vattnet är mättat med en tillräcklig mängd salter.

Gasen som frigörs vid förbränning av ljusbågen är delvis en produkt av förbränning av metaller. En del av dess andel (väte och syre) bildas vid nedbrytning av vatten under inverkan av elektrisk ström och hög temperatur.

Gasbubblor tenderar ständigt uppåt och har mindre vikt och densitet än vatten, och en ny del gas bildas hela tiden i svetszonen.

Sömform

På grund av gasen som flyter upp i den kaotiska rörelsen, såväl som på grund av förbränningsprodukterna i den (sot, rök), är sikten i svetszonen mycket svår.

Denna omständighet bestämmer designegenskaperna för sömmarna vid svetsning under vatten. De produceras i form av tees, det vill säga när delarna som ska sammanfogas är placerade i förhållande till varandra i en vinkel nära en höger. Om delarna som ska sammanfogas måste vara placerade i samma plan, svetsas de inte ände mot ände utan överlappar varandra.

Dessa typer av sömmar gör det möjligt att arbeta med en elektrod under vatten även i frånvaro av tillräcklig synlighet, med fokus på kanten av delarna som ska sammanfogas, som om "genom beröring".

Spänning och ström

Spänningen vid vilken svetsning utförs under vatten måste vara tillräckligt hög för att säkerställa en stabil ljusbågsbränning. Som regel varierar det mellan 30-35 V.

För att leverera en sådan spänning till djupet krävs svetsmaskiner som kan "ge ut" en spänning på 80-120 V och en svetsström på 180-220 A. Undervattenssvetsning kan göras med både lik- och växelström, men det bästa resultat erhålls med likström.

Med en ökning av djupet vid vilket svetsarbetet utförs, förändras inte intensiteten av bågbränningen, liksom kvaliteten på de resulterande svetsarna. Det är bara nödvändigt att öka spänningen för stabil förbränning. Därför är möjligheterna att svetsa under vatten tekniskt obegränsade. Djupgränsen ställs endast in av svetsarens mänskliga kropps förmåga och stabiliteten hos utrustningen för undervattensanvändning.

Högtrycksrörsvetsningsfunktioner.

När du väljer typ av svetsning är det nödvändigt att ta hänsyn till både materialet från vilket rören är gjorda och deras diameter.

Svetsning av högtrycksrörledningen utförs med gas- eller elektrisk bågsvetsning. I detta fall kan gassvetsning endast användas om diametern på rörledningsrören är i intervallet från 6 till 25 mm. För rör med större diametrar bör elektrisk bågsvetsning användas. Med rördiametrar från 25 till 100 mm används manuell elektrisk bågsvetsning, men om rördiametern överstiger 100 mm, finns det ett behov av halvautomatisk eller automatisk nedsänkt bågsvetsning, samtidigt som man svetsar roten av sömmen i alla fall görs manuellt. Man bör också komma ihåg att i de fall där rörens diameter inte överstiger 40 mm, används som regel en konventionell svets och ett V-format spår görs. Men vid svetsning av rör med en diameter på mer än 60 mm används oftast stödringar.

Och en annan egenskap hos svetsarbete som utförs med högtrycksrör är att det är nödvändigt att utföra flera lager av svetsen - antalet lager beror på typen av rörledning och på metallens egenskaper och kan vara från 4 till 10 bitar.

Kontroll av svetsfogar. Korrigering av defekter i en svetsfog

Under ytterligare produktion på platsen för drift, installation, reparation, rekonstruktion av tryckutrustning, bör ett kvalitetskontrollsystem för svetsfogar användas för att garantera upptäckt av oacceptabla defekter, hög kvalitet och tillförlitlighet för driften av denna utrustning och dess delar.

Kvalitetskontroll av svetsfogar ska utföras på det sätt som föreskrivs av konstruktionen och den tekniska dokumentationen.

Alla svetsfogar är föremål för visuell inspektion och mätningar för att identifiera följande defekter:

a) sprickor av alla typer och riktningar;

b) fistlar och porositet hos svetsens yttre yta;

c) underskärningar;

d) inflöden, brännskador, osmälta kratrar;

e) avvikelser i geometriska dimensioner och relativa läge för de svetsade elementen;

f) förskjutning och fogborttagning av kanterna på elementen som ska svetsas utöver de föreskrivna standarderna;

g) bristande överensstämmelse med sömmens form och dimensioner med kraven på teknisk dokumentation;

h) defekter på ytan av basmetallen och svetsade fogar (bucklor, laminering, skal, brist på penetration, porer, inneslutningar, etc.).

Ultraljudsdetektering av fel och radiografisk kontroll utförs för att identifiera inre defekter i svetsfogar (sprickor, brist på penetration, slagginslutningar, etc.).

Kontrollmetoden (ultraljud, radiografisk, båda metoderna i kombination) väljs baserat på möjligheten att tillhandahålla den mest fullständiga och exakta upptäckten av defekter i en viss typ av svetsfogar, med hänsyn till egenskaperna hos metallens fysiska egenskaper och denna kontrollmetod.

Omfattningen av kontroll för varje specifik typ av tryckbärande anordning fastställs baserat på kraven i relevanta säkerhetsmanualer och anges i den tekniska dokumentationen.

Svetsfogar får inte ha yttre eller inre defekter (skador) som kan påverka utrustningens säkerhet. Minimivärdena för de mekaniska egenskaperna hos utrustningens svetsfogar får inte vara lägre än minimivärdena för de mekaniska egenskaperna hos materialen som ska sammanfogas.

Utrustningen som sätts ihop måste garantera utrustningens säkerhet och vara lämplig för dess ändamål. Alla permanenta eller svetsade fogar av utrustningselement måste vara tillgängliga för oförstörande provning.

Installationskvalitetskontroll (förproduktion) måste bekräftas av ett intyg om installationskvalitet.

Installationskvalitetscertifikatet måste upprättas av organisationen som utförde installationen, undertecknat av chefen för denna organisation, samt organisationens chef - ägaren till den monterade tryckbärande anordningen och förseglad.

En organisation som dåligt utförd installation (tilläggstillverkning), reparation, rekonstruktion av tryckbärande anordningar är ansvarig i enlighet med tillämplig lag.

Otillåtna defekter som upptäcks under installation (ytterligare tillverkning), rekonstruktion, reparation, testning måste elimineras med efterföljande kontroll av de korrigerade sektionerna.

Tekniken för eliminering av defekter fastställs av den tekniska dokumentationen. Avvikelser från den accepterade felkorrigeringstekniken måste avtalas med dess utvecklare.

Metoder och kvalitet för eliminering av defekter måste säkerställa den nödvändiga tillförlitligheten och säkerheten hos utrustningen.

Avlägsnande av defekter bör utföras mekaniskt, vilket säkerställer smidiga övergångar vid provtagningsställena. De maximala dimensionerna och formen på proverna som ska bryggas fastställs av den tekniska dokumentationen.

Det är tillåtet att använda termisk skärning (gjutning) metoder för att avlägsna inre defekter, följt av mekanisk bearbetning av provets yta.

Fullständigheten av avlägsnande av defekter måste kontrolleras visuellt och genom oförstörande testning (detektering av kapillär eller magnetisk partikelfel eller etsning).

Provtagning av upptäckta platser för defekter utan efterföljande svetsning är tillåten, förutsatt att den minsta tillåtna väggtjockleken för delen bibehålls på platsen för det maximala provtagningsdjupet och bekräftas genom en hållfasthetsberäkning.

Om defekter upptäcks under inspektionen av det korrigerade området, måste en andra korrigering utföras i samma ordning som den första.

Korrigering av defekter i samma sektion av svetsfogen får inte utföras mer än tre gånger.

Vid utskärning av en defekt svetsad rörfog och efterföljande införande av en rörsektion i form av svetsning anses två nytillverkade svetsfogar inte korrigeras.

halvautomatiskt sätt

På grund av det faktum att en stor mängd väte finns i vattnet under svetsning är sömmen porös. Samtidigt har ökad kylning av materialet med vatten en negativ effekt.

Sömmen visar sig vara ömtålig, instabil i böjning. För att få ett tillfredsställande resultat är det nödvändigt att ta hänsyn till en stor säkerhetsmarginal och tillförlitlighet vid beräkning av strukturer.

Svetsning under vatten i argonmiljö ger ingen påtaglig effekt, eftersom det endast minskar vätehalten i sömmen något.

Ett bra resultat erhålls genom användning av halvautomatisk svetsning med flusskärnatråd. Den har en mindre diameter än elektroden.

Vid svetsning med en halvautomatisk anordning är det möjligt att organisera en konstant och kontinuerlig mekaniserad trådmatning, vilket i kombination med användningen av icke-förbrukningsbara elektroder kommer att göra det möjligt att erhålla enhetliga sömmar av stor längd.

Material och utrustning

Kraftutrustning för undervattenssvetsning - transformatorer, omvandlare - får inte skilja sig på något sätt från de som används för konventionell svetsning. Undantaget är konstruktioner, vars arbete utförs på stora djup. Ibland ändras kylsystemet för sådana enheter.

Slangar och kablar

Slangar och kablar måste väljas noggrant och kontrolleras med avseende på integritet. Detta behov beror på både kraven på elsäkerhet och arbetstekniken.

Svetsning utförs mycket ofta i havsvatten, vars salthalt är hög. Sådant vatten är en bra ledare av elektricitet, därför, om kablarna inte är tätade, kan det läcka, vilket kan ha en negativ effekt på bågens kvalitet.

kostym

Uppenbarligen är dykutrustning nödvändig för att skydda svetsaren. För arbete på stora djup kan en kostym eller rymddräkt göras av metall. Här finns ett annat knep.

I saltvatten kan ljusbågen antändas på anständigt avstånd från metallen, utan att ens röra den. Och eftersom positiv ledningsförmåga kan etableras i vattnet mellan den del som ska svetsas och svetsardräkten kan en urladdning uppstå med ett litet avstånd mellan elektroden och dräkten.

Elektroder och tråd

Elektroder för undervattenssvetsning förtjänar särskild uppmärksamhet. De ska vara gjorda av ett material som inte utsätts för vatten. Svetsning under vatten utförs med elektroder av mjukt stål.

Beläggningen är belagd med speciella föreningar som förhindrar dess förstörelse under lång tid, vilket skapar ett vattentätt lager på ytan.

Paraffin, vax, celluloid löst i aceton kan användas som sådana kompositioner. Diametern på elektroderna för undervattenssvetsning är 4-6 millimeter. Det finns speciella märken - Sv-08, Sv-08A, Sv-08GA, Sv-08G2.

Vid svetsning med en halvautomatisk enhet används svetstråden av följande märken - SV-08G2S, PPS-AN1.

Svåra arbetsförhållanden kräver korrekt organisation av arbetsplatsen och efterlevnad av alla säkerhetsåtgärder.Arbetsplatsen ska väljas på ett sådant sätt att vågor och strömmar inte stör svetsaren.

Det får inte finnas några flytande lösa föremål nära arbetsplatsen. Elektroder bör endast bytas när strömmen är avstängd.

Överensstämmelse med alla regler och teknik för undervattenssvetsning gör att du kan få utmärkta resultat när du installerar och reparerar hydrauliska strukturer, fartyg och installerar undervattensutrustning.

Bearbetning av en svetsad söm vid anslutning av rör med högt tryck.

Vid svetsning av tjockväggiga rör som utgör en högtrycksrörledning utsätts metallen för hög temperatur, vilket leder till förändringar i dess struktur på själva svetsplatsen och på ett avstånd av cirka 1-2 centimeter från den ( det vill säga i den uppvärmda zonen). Detta leder till att svetsens egenskaper reduceras, vilket innebär att det inte finns någon garanti för att den kommer att motstå de negativa effekterna av miljön som passerar genom rörledningen och dess miljö. För att undvika detta är det nödvändigt att utföra speciell bearbetning av svetsen och området som ligger nära den.

Oftast används värmebehandling för detta, vars egenskaper beror på vilket stål rören är gjorda av och på deras exakta dimensioner. Om rörledningen tillverkas under produktionsförhållanden används speciella ugnar för värmebehandling av fogar - dessa kan vara motståndsmuffelugnar, gasbrännare med ringar eller induktionsvärmare.

Motståndsmuffelugnen används för värmebehandling av fogar av tjockväggiga rör med en diameter på 30 till 320 mm. I det här fallet spelar den exakta tjockleken på rörens väggar ingen roll. I en sådan ugn värms korsningen till 900 grader.

Induktionsvärmare bearbetar anslutningen av rör genom att värma korsningen med en elektrisk ström av industriell frekvens (vid 50 Hz). En sådan värmare används för att bearbeta anslutningen av rör med en diameter som överstiger 100 mm och en väggtjocklek på -10 mm. För att utföra en sådan värmebehandling är själva skarven och det bredvid belägna rörområdet inlindat med en asbestskiva, på vilken flera varv tvinnad koppartråd läggs, vars tvärsnitt bör vara minst 100 kvm. När du lindar tråden är det nödvändigt att se till att varven samtidigt är tillräckligt nära varandra, men inte rör vid varandra - annars kan en kortslutning uppstå.

 

Som framgår av ovanstående är den svetsade anslutningen av rör och dess efterföljande bearbetning uppgifter avsedda för hantverkare med lång erfarenhet av sådant arbete.

När du utför svetsning är det nödvändigt att ta hänsyn till alla funktioner i en viss rörledning - från vilka rör den är monterad från och slutar med de förhållanden under vilka den kommer att drivas. När det gäller den efterföljande värmebehandlingen, här är det också nödvändigt att känna till nyanserna i en sådan operation och följa alla tekniska krav - endast ett sådant tillvägagångssätt som ett resultat kommer att garantera en högkvalitativ anslutning.

Får väte

Väte kan erhållas genom elektrolys av vatten, mer exakt, en alkalisk lösning av natriumhydroxid (kaustiksoda, kaustiksoda, dessa är alla namn på samma ämne). Hydroxid tillsätts till vatten för att påskynda reaktionen.

För att få väte räcker det att sänka två elektroder i lösningen och applicera likström till dem. Under elektrolysprocessen kommer syre att frigöras vid den positiva elektroden, väte kommer att frigöras vid den negativa. Mängden väte som frigörs kommer att vara dubbelt så stor som mängden syre som frigörs.

I kemiska termer ser reaktionen ut så här:

2H₂O=2H₂+O₂

Det återstår tekniskt att separera dessa två gaser och förhindra att de blandas, eftersom resultatet är en blandning med enorm potentiell energi.Att lämna processen okontrollerad är extremt farligt.

För svetsning erhålls väte med hjälp av speciella enheter - elektrolysörer. För att driva dem krävs elektricitet med en spänning på 230 V eller mer. Elektrolysatorer, beroende på design, kan arbeta med trefasström och enfasström.

Hemma

För att använda vätesvetsning i vardagen är det inte nödvändigt att köpa enheter för att producera väte. De har vanligtvis bra prestanda och kraft. Dessutom är sådana generatorer skrymmande och dyra.

Kraft och arbetsvätska

Strömförsörjning kan ske från en billaddare eller från en hemmagjord likriktare, som kan göras med en lämplig transformator och några halvledardioder.

Natriumhydroxidlösning måste användas som arbetsvätska. Det blir en bättre elektrolyt än vanligt vatten. När nivån på lösningen minskar behöver du bara tillsätta vatten. Mängden natriumhydroxid kommer alltid att vara konstant.

Hus och rör

Som hölje för en vätgasgenerator kan du använda en vanlig literburk med polyetenlock. I locket är det nödvändigt att borra hål för glasrörens diameter.

Rören kommer att användas för att avlägsna de resulterande gaserna. Längden på rören måste vara tillräcklig så att de nedre ändarna är nedsänkta i lösningen.

Elektroder ska placeras inuti rören, genom vilka en likström tillförs. De platser där rören passerar genom locket måste tätas med valfritt silikontätningsmedel.

Vätgasuttag

Väte kommer att frigöras från röret som innehåller den negativa elektroden. Det är nödvändigt att tillhandahålla möjligheten att tömma den med en slang. Väte måste avlägsnas genom en vattentätning.

Det är ytterligare en halvlitersburk med vatten, i vars lock två rör är monterade. En av dem, genom vilken väte tillförs från generatorn, är nedsänkt i vatten. Den andra tar bort vätet som har passerat genom vattnet från luckan och levererar det genom slangar eller elastiska rör till brännaren.

En vattentätning är nödvändig så att lågan från brännaren inte passerar in i generatorn när vätgastrycket sjunker.

Brännare

Brännaren kan tillverkas av en nål från en medicinsk spruta. Dess tjocklek bör vara 0,6-0,8 mm. Till nålhållaren kan du anpassa lämpliga plaströr, delar av kulspetspennor, automatiska pennor. Det är också nödvändigt att tillhandahålla syretillförsel till brännaren från generatorn.

Intensiteten av bildningen av väte och syre i generatorn kommer att bero på storleken på den applicerade spänningen. Genom att experimentera med dessa parametrar är det möjligt att uppnå en brännares lågtemperatur på 2000-2500 °C.

En egentillverkad apparat som utför vätesvetsning kan framgångsrikt användas för skärning eller för sammanfogning genom svetsning eller lödning av olika små delar gjorda av järnhaltig och icke-järnmetall. Detta kan vara nödvändigt vid reparation av olika hushållsartiklar, bildelar, olika metallverktyg.