水下焊接

水下焊接由于水的存在，使焊接過程變得更加復雜，并且會出現(xiàn)各種各樣陸地焊接所未遇到的問題，目前，世界各國正在應用和研究的水下焊接方法種類繁多，應用較成熟的是電弧焊。隨著水下焊接技術的發(fā)展，除了常用的濕法水下焊接、局部干法水下焊接和干法水下焊接以外，又出現(xiàn)了一些新的水下焊接方法。但是，從各國海洋開發(fā)的前景來看，水下焊接的研究遠遠不能適應形勢發(fā)展的需要。因此，加強這方面的研究，無論是對現(xiàn)在或?qū)?，都將是一項非常有意義的工作

水下焊接有干法、濕法和局部干法三種。

干法焊接

這是采用大型氣室罩住焊件、焊工在氣室內(nèi)施焊的方法，由于是在干燥氣相中焊接，其安全性較好。在深度超過空氣的潛入范圍時，由于增加了空氣環(huán)境中局部氧氣的壓力，容易產(chǎn)生火星。因此應在氣室內(nèi)使用惰性或半惰性氣體。干法焊接時，焊工應穿戴特制防火、耐高溫的防護服。

與濕法和局部干法焊接相比，干法焊接安全性最好，但使用局限性很大，應用不普遍。

局部干法焊接

局部干法是焊工在水中施焊，人為地將焊接區(qū)周圍的水排開的水下焊接方法，其安全措施與濕法相似。

由于局部干法還處于研究之中，因此使用尚不普遍。

濕法焊接

濕法焊接是焊工在水下直接施焊，而不是人為地將焊接區(qū)周圍的水排開的水下焊接方法 。

電弧在水下燃燒與埋弧焊相似，是在氣泡中燃燒的。焊條燃燒時焊條上的涂料形成套筒使氣泡穩(wěn)定存在，因而使電弧穩(wěn)定，如圖8-1所示。要使焊條在水下穩(wěn)定燃燒，必須在焊條芯上涂一層一定厚度的涂藥，并用石蠟或其他防水物質(zhì)浸漬的方法，使焊條具有防水性。氣泡由氫、氧、水蒸氣和由焊條藥皮燃燒產(chǎn)生的氣泡；渾濁的煙霧生的其他氧化物。為克服水的

冷卻和壓力作用造成的引弧及穩(wěn)弧困難，其引弧電壓要高于大氣中的引弧電壓，其電流較大氣中焊接電流大15%～20%。

水下濕法焊接與干法和局部干法焊接相比，應用最多，但安全性最差。由于水具有導電性，因此防觸電成為濕法焊接的主要安全問題之一。

水下環(huán)境使得水下焊接過程比陸上焊接過程復雜得多，除焊接技術外，還涉及到潛水作業(yè)技術等諸多因素，水下焊接的特點是：

1、可見度差，水對光的吸收、反射和折射等作用比空氣強得多，因此，光在水中傳播時減弱得很快。另外焊接時電弧周圍產(chǎn)生大量氣泡和煙霧，使水下電弧的可見度非常低。在淤泥的海底和夾帶沙泥的海域中進行水下焊接，水中可見度就更差了。

2、焊縫含氫量高，氫是焊接的大敵，如果焊接中含氫量超過允許值，很容易引起裂紋，甚至導致結(jié)構的破壞。水下電弧會使其周圍水產(chǎn)生熱分解，導致溶解到焊縫中的氫增加，水下焊條電弧焊的焊接接頭質(zhì)量差與氫含量高是分不開的。

3、冷卻速度快，水下焊接時，海水的熱傳導系數(shù)高，是空氣的20倍左右。若采用濕法或局部法水下焊接時，被焊工件直接處于水中，水對焊縫的急冷效果明顯，容易產(chǎn)生高硬度淬硬組織。因此，只有采用干法焊接時，才能避免冷效應。

4、壓力的影響，隨著壓力增加，電弧弧柱變細，焊道寬度變窄，焊縫高度增加，同時導電介質(zhì)密度增加，從而增加了電離難度，電弧電壓隨之升高，電弧穩(wěn)定性降低，飛濺和煙塵增多。

5、連續(xù)作業(yè)難以實現(xiàn)，由于受水下環(huán)境的影響和限制，許多情況下不得不采用焊一段，停一段的方法進行，因而產(chǎn)生焊縫不連續(xù)的現(xiàn)象。

 

水下焊接專用電力電纜和連接器的運用
 

1）建議50平方以上專用焊線所有水線以下的和水下的電纜部件必須完全絕緣。
　　2）開始操作之前，檢查所有電纜和連機器有無損壞了的絕緣。損壞的必須更換，有缺陷的要修理。
　　3）電纜的能力必須能滿足工件的最大電流的要求。連機器的能力至少應該等于電纜的能力。
　　4）所有連機器必須緊固和徹底絕緣。所以水下連機器最后應該用橡膠袋緊緊藵住，以防電流損失。
　　5）要確定距離電焊鉗十英尺以內(nèi)的電纜是沒有接頭的。
　　6）這樣布置接地電纜到工件，使?jié)撍畣T的身體絕不會處于電焊條與焊接電路接地側(cè)之間。
　　7）要保持電源電纜與焊接電纜分開。

 

5水下焊接設備組裝辦法

1、將安全開關負極導線接到電焊鉗，并且使安全開關處于看管人夠得著的地方。
　　2、將電焊機設置為正接。檢查極性是否正確：負極至電焊鉗，正極接地。
　　3、確定電流設定值，并且用鉗形表（或者安培表）檢查。
　　4、使所有電纜連機器完全絕緣。
　　5、確定電纜和連機器處于良好的工作狀態(tài)，以及所有電纜在離電焊鉗十英尺內(nèi)沒有接頭。
　　6、將接地夾固定在工件上。

研究趨勢

 

（1） 由于每種焊接方法(濕法,局部干法,干法)都有其各自的優(yōu)點和適應場合,因此,多種水下焊接方法并存的局面會長期存在。

（2） 濕法水下焊接的質(zhì)量主要受水下焊條、水下藥芯焊絲等因素的影響和制約，英、美等國已發(fā)展了多種高質(zhì)量的水下焊條，我們也應該加快開發(fā)研制高質(zhì)量水下焊條、水下藥芯焊絲。通常濕法焊接的水深不超過100m,目前的努力方向是,實現(xiàn)200m水深濕法焊接技術的突破。

（3）基于先進技術,對焊接過程進行監(jiān)控的研究已經(jīng)取得某些進展,主要體現(xiàn)在水下干法和局部干法焊接中的自動化和智能化。例如遙測遙控技術已經(jīng)在水下焊接中取得了初步應用，采用遙控遙測技術，可以實現(xiàn)水下安裝檢測中的焊接加工，目前已在水下管道安裝維護中取得進展[10],最近華南理工大學的廖天發(fā)等人采用VC++編程實現(xiàn)了串口通訊（SPC）,用于遠程控制水下焊接焊前的焊縫對中以及焊接過程中的焊縫跟蹤[11]。自動化的軌道焊接系統(tǒng)和水下焊接機器人系統(tǒng),能對焊接過程自動監(jiān)控,焊接質(zhì)量好,節(jié)省工時,而且還能減輕潛水員的工作強度。但是目前的水下焊接機器人系統(tǒng)還存在許多問題，其靈活性、體積、作業(yè)環(huán)境、檢測和監(jiān)控技術以及可靠性等還有待于進一步發(fā)展和提高，這是目前我們的努力方向。

（4） 模擬技術的出現(xiàn)及發(fā)展，為焊接生產(chǎn)朝著

“理論—數(shù)值模擬—生產(chǎn)”模式的發(fā)展創(chuàng)造了條件，使焊接技術正在發(fā)生著由經(jīng)驗到科學、由定性到定量的飛躍。目前陸上焊接過程的溫度場、流場以及熔池、焊縫應力等的模擬取得了較大進展，焊接電弧的模擬也有一定的研究，但對水下焊接的模擬研究還比較滯后。德國的Hans-Peter Schmidt 等人對電流在50-100A范圍內(nèi)，壓力0.1-10Mpa，鎢極氬保護情況下的水下高壓焊接電弧進行了模擬研究，用數(shù)學方法解守恒方程得出了溫度、速度、壓力和電流的分布。其中電弧溫度的測量結(jié)果與理論分布吻合良好。隨著海洋石油和天然氣工業(yè)的發(fā)展以及我國海洋工程向深海的挺進,應當重視和加快針對水下焊接這方面的數(shù)值模擬研究。目前我們也正在著手進行高壓環(huán)境下焊接電弧的數(shù)值模擬這方面的研究工作。

（5）計算機仿真是一項很有用的技術,它在焊接工藝的制定、焊接設備的研制以及控制系統(tǒng)的改進等方面的研究中都有應用[12]。 Dag.Espedalen等人對高壓干法水下焊接進行了仿真技術研究,首先利用SolidEdge建立焊接艙和焊接機器人的3D模型,然后再轉(zhuǎn)化為I-grip運動模型,編制合適的控制程序,整個海底管道維修操作過程就演示出來[13]。通過焊接仿真，有助于構思新方案,并能提前發(fā)現(xiàn)存在的問題，這也是我們以后應當研究的一個領域。

注意事項
 

 

(1)焊割炬(槍、把)在使用前應作絕緣、水密性和工藝性能等方面的檢查，需先在水面進行試驗。氧氣膠管使用前應當用1．5倍工作壓力的蒸汽或水進行清洗，膠管內(nèi)外不得粘有油脂。供電電纜必須檢驗其絕緣性能。熱切割的供氣膠管和電纜每0．5m間距應捆扎牢固。

(2)潛水焊割工應備有無線通信工具，以便隨時同水面上的支持人員取得聯(lián)系，不允許在沒有任何通訊聯(lián)絡的情況下進行水下焊割作業(yè)。潛水焊割工人入水后，在其作業(yè)點的水面上半徑相當于水深的區(qū)域內(nèi)，禁止進行其他作業(yè)。

(3)水下焊割前應查明作業(yè)區(qū)的周圍環(huán)境，熟悉作業(yè)水深、水文、氣象和被焊割物件的結(jié)構形式等情況。應當給潛水焊割工一個合適的工作位置，禁止在懸浮狀態(tài)下進行焊接操作。一般潛水焊割工應停留在構件上或事先設置的操作平臺上。

(4)在水下焊割開始操作前應仔細檢查、整理供氣膠管、電纜、設備、工具及信號繩等，在任何情況下，都不得使這些裝備和焊割工本身處于熔渣濺落和流動的路線上。應當移去操作點周圍的障礙物，將自身置于有利的安全位置上，然后同水面人員聯(lián)系并取得同意后方可施焊。

(5)水下作業(yè)點所處的水流速度超過0．1～0．3m/s，水面風力超過6級時，禁止水下作業(yè)。