Оборудование и материалы для подводной резки: Полное руководство

1. Оборудование для подводной резки

(1) Подводная дуговая кислородная резка

Основное оборудование, используемое при подводной дугово-кислородной резке, включает в себя источник питания, резак, кабель для резки, автоматический выключатель и систему подачи кислорода.

1) Источник питания для резки

Источник питания, используемый при подводной дуговой кислородной резке, аналогичен источнику питания, используемому при подводной электродуговой сварке, и представляет собой источник питания для дуговой сварки постоянным током.

Однако он имеет более высокую номинальную мощность, а номинальный выходной ток не должен быть меньше 500 А.

К распространенным генераторам для подводной резки относятся такие модели, как AX1-500 и AX8-500.

Кроме того, подводный аппарат типа ZDS-500 сварочная мощность питания и выпрямитель питания для дуговой сварки типа ZXG-500 также может быть использован для подводной резки.

В частности, подводный аппарат типа ZDS-500 сварочный источник питанияИсточник питания для дуговой сварки, предназначенный для конкретных судов, обладает водо-, влаго- и виброустойчивостью, высокой перегрузочной способностью, легкой инициацией дуги, стабильной дугой и может повысить эффективность резки.

2) Резак

Резак для подводной дуговой кислородной резки должен отвечать следующим техническим требованиям:

① Расстояние от держателя режущего бруска до центра рукоятки должно составлять 150～200 мм, а вес в воде не должен превышать 1000 г;

② Головка резака должна иметь автоматическое устройство отключения дуги для предотвращения высыхания головки резака;

③ Резак должен быть оснащен такими устройствами, как предохранитель обратного пламени, чтобы горячий шлак не перекрывал проход для газа и не препятствовал сгоранию кислородного клапана;

④ Соединительные устройства между резаком и кабелем и кислородной трубкой должны быть удобными и надежными, обеспечивающими прочность и герметичность соединения. Режущая планка зажим Устройство резака должно быть простым и иметь определенную силу зажима;

⑤ Разъем кабеля должен быть цельным, заряженная часть должна быть изолирована, сопротивление изоляции не менее 35MΩ, выдерживает напряжение 1000V (переменный ток промышленной частоты);

⑥ Кислородный клапан должен гибко открываться и закрываться, соединение должно быть прочным, не протекать под давлением воздуха 0,6 МПа, а скорость потока газа должна составлять не менее 1000 л/мин;

⑦ Внешняя поверхность деталей резака должна быть хромированной или посеребренной для обеспечения коррозионной стойкости, а покрытие не должно иметь дефектов, таких как отслоение.

На фотографии ниже показан резак для подводной дугово-кислородной резки типа SG-III, производимый в нашей стране. Опыт показал, что этот тип резака вполне пригоден.

При правильном уходе он имеет долгий срок службы. Однако после того, как отверстие в головке резака прослужит некоторое время, ухудшается его контакт с режущим стержнем, что часто приводит к образованию дуги в этом месте, вызывая повреждение резака.

Кроме того, после длительного использования изоляция резака снижается, что может привести к утечке во время процесса резки и поставить под угрозу безопасность водолаза.

Поэтому необходимо регулярно осматривать резак и своевременно ремонтировать или заменять поврежденные детали.

3) Обрезка кабелей и выключателей

Кабели, используемые для подводной дуговой кислородной резки, должны быть морскими, с многопроволочными медными жилами и резиновой оболочкой, устойчивой к коррозии в морской воде. Площадь поперечного сечения кабеля обычно составляет 70-100 мм.², а его длина зависит от глубины воды.

Если скорость потока воды высока, кабель необходимо удлинить. Если морские кабели недоступны, их можно заменить сварочными кабелями для наземного использования, но их необходимо регулярно проверять. При обнаружении старения или растрескивания резиновой оболочки кабель следует немедленно заменить во избежание утечки.

Кабель, соединяющий источник питания и резак, в просторечии называют "линией резака", а кабель, соединяющий источник питания с разрезаемой заготовкой, - "линией заземления".

Для обеспечения безопасности подводной работы к линии резака подключается отсекающий выключатель, который позволяет оперативно подавать или отключать питание в зависимости от потребностей дайвера. Выключатель может быть однолепестковым или автоматическим выключателем, а его проводящие элементы должны иметь достаточную площадь поперечного сечения.

Автоматический выключатель может быстро повысить напряжение до уровня, необходимого для возникновения дуги при зажигании, и быстро отключить питание при обрыве дуги или замене электрода.

Это устройство имеет размеры 420 мм × 340 мм × 270 мм, весит около 30 кг и подходит для схем с прямым плюсом.

4) Система подачи кислорода

Система подачи кислорода для подводной дуговой кислородной резки состоит из кислородного баллона, редуктора давления и кислородной трубки.

① Кислородный баллон:

Объем кислородного баллона обычно составляет 40 л, вес - 60 кг, внешний диаметр - 219 мм, высота - 1450 мм.

Он окрашен в небесно-голубой цвет и маркирован словом "кислород", написанным черной краской. Кислородный баллон - это емкость высокого давления, номинальное давление в которой составляет 15,15 МПа.

При использовании кислородного баллона обратите внимание на следующее:

a. Во время использования баллон должен располагаться устойчиво и не должен смешиваться с другими баллонами, особенно с баллонами с горючими газами или контейнерами с жидким топливом.

b. Кислородный баллон должен храниться на расстоянии не менее 5 м от источников огня и не менее 1 м от общих источников тепла. Он должен быть защищен от воздействия сильного солнечного света и открытого пламени.

c. Кислородный канал не должен быть загрязнен смазкой, особенно на клапане кислородного баллона.

d. Не удаляйте кислород из баллона полностью. Необходимо поддерживать давление не менее 1-2 манометров, чтобы сдувать пыль и предотвращать попадание других газов при дозаправке.

e. На цилиндре должно быть установлено виброустойчивое резиновое кольцо, а обращаться с ним следует осторожно, чтобы избежать ударов и скольжения.

f. Необходимо регулярно проводить гидростатические испытания кислородного баллона. Не отвечающие требованиям баллоны следует оперативно ремонтировать или выводить из эксплуатации.

② Редуктор давления:

Редуктор давления используется для понижения давления кислорода высокого давления в кислородном баллоне до необходимого для работы давления, обеспечивая стабильность давления кислорода во время работы.

На редукторе установлены два манометра, показывающие давление внутри баллона и давление рабочего газа соответственно.

Существует множество типов редукторов, которые делятся по принципу действия на прямого действия и реактивные; по ступеням снижения давления - на одноступенчатые и многоступенчатые.

На практике для подводной дуговой кислородной резки обычно используются одноступенчатые редукторы реактивного типа. При использовании редуктора давления необходимо обратить внимание на следующие моменты:

a. Перед установкой редуктора давления необходимо сначала открыть вентиль кислородного баллона, чтобы сдуть пыль и другие загрязнения с сопла вентиля с помощью кислорода. Во время работы сопло кислородного баллона не должно быть направлено на тело.

b. Проверьте, все ли соединения затянуты и нет ли проскальзывания резьбы, и установите винт в свободное положение.

c. После установки редуктора снова откройте вентиль кислородного баллона, проверьте, нормально ли работает манометр и нет ли утечек. Если все в порядке, подсоедините кислородный шланг.

d. Если редуктор загрязнен смазкой, перед использованием его необходимо вытереть.

e. Если редуктор замерз, не допускается его размораживание с помощью огня. Его можно разморозить горячей водой или паром.

f. Если в редукторе наблюдается явление самотека, т.е. при ослаблении регулировочного винта манометр низкого давления продолжает автоматически подниматься, это может быть вызвано загрязнением золотника или седла золотника редуктора или неровными контактными поверхностями, в результате чего газ под высоким давлением просачивается в камеру низкого давления.

В это время следует удалить грязь и выровнять катушку мелкой наждачной бумагой. Если в седле катушки обнаружена трещина, ее необходимо своевременно заменить.

Возникновение самотечного потока может быть также связано с повреждением вторичного весначто приводит к недостаточному давлению, его следует заменить.

(2) Подводная плазменно-дуговая резка

1) Источник питания для резки:

Для удовлетворения особых требований подводных плазменно-дуговая резкаИсточник питания для подводной плазменно-дуговой резки использует тиристорно-транзисторный коммутатор и выпрямитель, а также имеет водяное охлаждение.

Он имеет крутую характеристику спада, обеспечивающую стабильность параметров резки и дуги при изменении длины дуги (напряжения дуги); а переход от "малой дуги" к дуге резки может плавно достигать заданного значения тока без образования импульсного тока в соответствии с характеристикой естественного прерывания.

В этом источнике питания предусмотрено снижение напряжения холостого хода до 110 В в цепи управления и получение внешней характеристической кривой, необходимой для ручной дуговой сварки, что делает его пригодным и для подводной ручной сварки.

В таблице 1 приведены основные технические параметры типичного источника питания для подводной плазменно-дуговой резки.

Таблица 1: Основные технические параметры типичного источника питания для подводной плазменно-дуговой резки

2) Подводный резак

Различия между подводной плазменно-дуговой резкой и надводными резаками заключаются в следующем:

① К соплу добавляется внешний экран, через который подается охлаждающая вода или газ, образуя "водяную завесу" (или газовую завесу) для предотвращения попадания воды в зону дуги. Это позволяет дуге гореть стабильно, а также предотвращает влияние электролиза морской воды на нормальную резку;

② Все соединительные детали обладают хорошей водонепроницаемостью;

③ Они обладают устойчивостью к высоковольтной изоляции.

На рисунках 4 и 5 соответственно показаны два типа конструкций резаков для подводной плазменно-дуговой резки. Резак модели KB предназначен для пресноводной резки, имеет размеры 160 мм×370 мм×40 мм и вес 2,5 кг.

Резак модели PM используется для резки в морской воде, его размеры составляют 150 мм × 350 мм × 35 мм, а вес - 2,5 кг.

Для обеспечения водонепроницаемости всех соединяемых деталей обычно используется пастообразный органический силиконовый клей. Этот материал вулканизируется при комнатной температуре, превращаясь в резиноподобное вещество, обеспечивающее влагостойкость, теплоизоляцию и хорошие изоляционные свойства.

Он сохраняет отличную герметичность в большом диапазоне температур (от -55 до 300 градусов Цельсия).

Чтобы предотвратить попадание воздуха в канал рабочего газа и повреждение электрода во время возникновения дуги, на входе газа необходимо установить обратный клапан. Давление рабочего газа открывает клапан, вытесняя временно накопленный воздух.

Для резака модели PM, когда напряжение разомкнутой цепи источника питания составляет 180 В, было проведено испытание на утечку в морской воде. Наибольшее напряжение утечки составило 10 В, что свидетельствует о безопасности и надежности использования в морской воде с массовой долей соли 1,7% - 2,0%.

Сопла этих двух резаков могут охлаждаться как пресной водой, так и сжатым воздухом. Они могут использоваться для подводной резки углерода стальнержавеющая сталь и алюминиевый сплав на глубине до 52 метров.

3) Подводная резка струей воды с расплавленным электродом

Подводная резка струей воды с расплавленным электродом в основном полуавтоматическая. В Китае выпускается специализированное оборудование для резки, модель GSS-800.

Оборудование для резки состоит из главной машины (включая источник питания для резки, устройство управления, систему водяного контура и водяной насос высокого давления), устройства подачи проволоки, резака, пульта дистанционного управления, комбинированной кабельной катушки и катушки для наземного кабеля.

Источник питания для подводной резки водяной струей плавящегося электрода принципиально не отличается от источника питания для наземной сварки плавящимся электродом в газовой защите, являясь естественным выпрямителем для дуговой сварки с плоской характеристикой, но имеет более высокую мощность.

Номинальный выходной ток обычно составляет 500-1500 А. В таблице 2 приведены основные технические параметры оборудования для подводной резки с использованием струи воды с расплавленным электродом модели GSS-800.

Таблица 2: Основные технические параметры оборудования для подводной резки с использованием струи воды с расплавленным электродом модели GSS-800

Это режущее оборудование может выполнять полуавтоматическую резку таких металлов, как углеродистая сталь, нержавеющая сталь, медь и алюминий толщиной 10-28 мм на глубине до 60 м.

Он особенно подходит для подводного резка металла в таких проектах, как подводные спасательные работы, разработка морского дна и прокладка подводных нефтепроводов. В нем используется режущая проволока диаметром 2,5 мм, а ширина реза составляет 4-5 мм.

2. Материал для резки

(1) Подводная дуговая кислородная резка

Подводная дуговая кислородная резка подходит для токопроводящих металлов, но в основном используется для резки легко окисляемой низкоуглеродистой стали и низколегированной стали высокопрочная сталь.

В целом, существует три типа режущих полос, используемых в подводной дуговой кислородной резке: полосы для резки стальных труб, полосы для резки керамических труб и полосы для резки углеродистых стержней.

Кислород, используемый в подводной дугово-кислородной резке, является общепромышленным, по чистоте делится на два сорта: первый сорт - не менее 99,2%, второй сорт - не менее 98,5%. Способ подачи кислорода - баллонный: кислород сжимается до 120-150 атмосфер, разливается в кислородные баллоны для использования и хранения.

1) Полосы для резки стальных труб

Структура и способ производства полос для резки стальных труб аналогичны пруткам для подводной сварки. Они изготавливаются с использованием бесшовных стальных труб в качестве сердечника, покрываются минеральными покрытиями или заворачиваются в пленку из пластикового волокна.

Покрытие в основном играет роль гидроизоляции, изоляции и стабилизации дуги.

Водонепроницаемость режущей полосы может быть достигнута двумя способами: первый - добавление водонепроницаемого агента в покрытие, которое обладает водонепроницаемостью после высыхания; второй - нанесение слоя водонепроницаемого агента на режущую полосу после высыхания, чтобы достичь водонепроницаемости. Структура режущей полосы показана на рисунке 6.

Внешний диаметр режущей полосы обычно составляет 6-10 мм, внутренний диаметр - 1,25-4,0 мм, а длина - 350-400 мм.

Практика показала, что эффективность резки в значительной степени зависит от внутреннего диаметра режущей полосы. Толщина аэрированного блока также имеет значение.

При одинаковых условиях резания с увеличением внутреннего диаметра режущей полосы скорость и эффективность резания также увеличиваются, как показано в таблице 3.

Таблица 3: Эффективность резки при раскрое стальных листов толщиной 10-12 мм

Увеличение внутреннего диаметра режущей полосы повышает скорость резки, возможно, за счет ускоренного окисления в результате увеличения подачи кислорода. В то же время усиливается воздействие на расплавленный металл и шлак, что способствует их быстрому удалению из зоны реза.

В зарубежных примерах используются режущие полосы с внешним диаметром 10 мм и внутренним диаметром 4 мм, которые хорошо работают в резка толстой стали пластины. Однако снабжение кислородом в морских условиях затруднено, и потребление слишком большого количества кислорода нежелательно, поэтому режущие полосы с большим внутренним диаметром обычно не используются.

Добавление соответствующего количества металлического порошка в покрытие режущей полосы может улучшить его электропроводностьстабилизирует дугу и значительно повышает теплоту реакции окисления режущей полосы, тем самым увеличивая скорость резки.

Среди них наилучший эффект дает железный порошок, за ним следуют магниевый и алюминиевый порошки. При раздельном добавлении этих металлических порошков в покрытие ильменитового типа железный порошок не должен превышать 35%, а магниевый и алюминиевый порошки - 10%.

Если добавить слишком много металлического порошка, характеристики покрытия снизятся, а его прочность и водонепроницаемость также уменьшатся. Если добавить несколько виды металла Если порошки добавляются одновременно, их пропорции должны быть соответствующим образом уменьшены.

Кроме того, для покрытий с добавлением металлического порошка следует соответствующим образом увеличить их весовое соотношение, но оно не должно превышать 30%, чтобы не ухудшить эксплуатационные характеристики покрытия. - Jiangsu Jinfeng Underwater Technology Engineering

Резка стали Полосы прочны, доступны по цене и обеспечивают хорошее качество резки (узкий пропил и гладкая поверхность среза).

Хотя они также плавятся под воздействием тепла дуги и требуют частой замены, практика показала, что при резке заготовок толщиной более 19 мм общая эффективность резки стальными полосками для резки труб выше, чем керамическими полосками для резки труб. Полосы для резки стальных труб наиболее часто используются при подводной дугово-кислородной резке.

Полосы для резки стальных труб, производимые в нашей стране, относятся к типу 304 и состоят из низкоуглеродистой бесшовной стальной трубы с внешним диаметром 8 мм и внутренним диаметром отверстия 3 мм, покрытой слоем медикаментов толщиной 1 мм.

Его водонепроницаемый изоляционный слой - фенольный лак, и он поставляется в двух вариантах длины: 350 мм и 400 мм.

Ответственное лицо: Тао Сяобинь. Режущая полоса типа 304 - это режущая полоса с толстым покрытием ильменитового типа с весовым соотношением 20%. Ее характеристики не уступают аналогичным зарубежным изделиям.

В недавно разработанной полосе для подводной дугово-кислородной резки вместо прежнего водного стекла в качестве связующего материала используется смешанное связующее, что делает полосу более пригодной для длительной консервации и глубоководной резки.

Эту полосу можно использовать после вымачивания в морской воде в течение 240 часов, а ее эффективность резки даже выше, чем у полосы типа 304.

2) Полоски для резки керамических трубок

Режущие полосы, изготовленные с сердечником из керамической трубки, называются режущими полосами из керамической трубки. Они обычно имеют внешний диаметр 12-14 мм, внутренний диаметр 3 мм и длину 200-250 мм.

В процессе производства керамическая трубка сначала запекается при высокой температуре для придания ей определенной прочности, затем на ее внешнюю поверхность напыляется стальное покрытие (толщиной около 8 мм) для повышения прочности керамической трубки.

Конец керамической трубки длиной около 32 мм следует обточить до диаметра, соответствующего размеру резака, для зажима. Оставшаяся часть покрывается изоляционным материалом или оборачивается водонепроницаемым изоляционным материалом, чтобы сформировать полосу для резки керамических трубок.

Металлическая внешняя поверхность керамических стержней для резки труб не только повышает прочность стержня, но и улучшает его электропроводность и характеристики инициирования дуги. Во время резки внешний металл сначала соприкасается с разрезаемой заготовкой.

Из-за скин-эффекта тока, когда часть тока течет от наружного металла к заготовке, между наружным металлом и заготовкой первоначально возникает дуга, которая сначала расплавляет наружный металл.

Одновременно дуга и расплавленный металл разогревают алмазные зерна на конце режущего стержня, повышая их электропроводность.

В это время режущий ток проходит не только по внешнему металлу стержня для резки керамических трубок, но и по самой керамической трубке, направляя дугу к концу стержня для стабильного горения.

Поскольку керамика обладает высокой антиокислительной способностью, один керамический стержень для резки труб может использоваться в течение 40-60 минут, что значительно сокращает вспомогательное время для подводных операций резки.

Однако скорость резки на единицу чистого времени резания ниже, чем у стальных трубных стержней, а стабильность дуги также уступает. Поэтому в ситуациях, когда время ограничено и для выполнения задачи достаточно одного или двух режущих стержней, целесообразно использовать режущие стержни из стальных труб.

3) Резка угольных стержней

Режущие стержни из углеродистой стали изготавливаются из полых углеродистых стержней или графитовых трубок, покрытых внешним слоем меди.

Их внешний диаметр составляет 10-11 мм, диаметр внутреннего отверстия - 1,6-2 мм, а длина - 200-300 мм.

Режущие стержни из углеродистых прутков имеют меньшую прочность на сжатие, и чтобы конец стержня не был раздавлен зажимом резака, на одном конце устанавливается латунная заглушка. Чтобы начать резку, торцевая заглушка вставляется в зажим. Для предотвращения поражения электрическим током поверх медного покрытия наносится изоляционный слой (пластик или смола).

Срок службы режущих стержней из углеродистых прутков достаточно велик, уступая только керамическим трубчатым режущим стержням.

Для углеродистого стержня длиной 200 мм время работы примерно в 10-12 раз больше, чем для стержня для резки стальных труб длиной 400 мм, однако скорость резки на единицу чистого времени резки ниже, чем у стержней для резки стальных труб.

(2) Подводная плазменно-дуговая резка

При подводной плазменно-дуговой резке в качестве плазмообразующих газов в основном используются N2, смешанный газ Ar-H2, O2 и сжатый воздух; в качестве защитных газов могут использоваться CO2, Ar, N2 и сжатый воздух.

Различные газы плазмы требуют соответствующих материалов электродов. В целом, вольфрамовые электроды следует выбирать, когда плазмообразующим газом является N2 или смешанный газ Ar-H2, а гафниевые электроды следует использовать, когда плазмообразующим газом является O2 или сжатый воздух.

Поскольку для подводной резки требуется большой ток, для продления срока службы следует использовать электроды с водяным охлаждением.

При использовании N2 в качестве плазмообразующего газа, несмотря на высокую скорость и качество резки, расход газа происходит быстро, а оператор требует высокой квалификации. Особенно при резке на глубине более 40-60 м сопло может быть повреждено.

Поэтому в качестве плазмообразующего газа для глубоководной резки следует предпочесть Ar, а в качестве плазмообразующего газа для мелководной резки - смешанный газ Ar-H2.

(3) Водоструйная резка под флюсом

В настоящее время в процессе гидроабразивной резки под флюсом используется либо твердосплавная режущая проволока, либо проволока с флюсовым сердечником.

1) Цельнотянутая режущая проволока

В этом методе используется сварочная проволока в газовой защите CO2 или алюминиевая проволока, обычно диаметром 2,4 мм. Использование Сварка CO2 Проволока для резки на глубине 200 мм имеет следующие характеристики:

i) Глубина воды не оказывает существенного влияния на толщину разрезаемого слоя или на получаемую толщину разреза.

ii) При увеличении напряжения дуги разрез становится шире, а нижняя часть может даже разгораться. Если глубина воды увеличивается на 100 м, увеличение напряжения дуги на 5-10 В может привести к форме разреза, аналогичной той, что получается на мелководье.

iii) Давление струи воды должно увеличиваться с глубиной. Соответствующее давление воды - это гидростатическое давление, эквивалентное глубине воды, плюс 0,5 МПа (для резки низкоуглеродистой стали) или 0,35 МПа (для резка алюминия).

iv) Алюминий легче поддается резке, чем низкоуглеродистая сталь. Благодаря более низкому содержанию алюминия температура плавления и нечастое короткое замыкание дуги, резка алюминия происходит на 50% быстрее, чем резка низкоуглеродистой стали при одинаковой толщине листа и условиях тока резки.

v) При резке низкоуглеродистой стали больше шлака прилипает к нижней кромке среза; при резке алюминия шлака меньше, и его можно удалить проволочной щеткой. Это объясняется хрупкостью железо-алюминиевого сплава, образующегося в процессе резки.

При использовании алюминиевой проволоки для резки низкоуглеродистой стали на нижнюю кромку реза не налипает шлак, а поверхность реза получается гладкой.

Однако для достижения такого же тока резания, как при резке сварочной проволокой CO2, скорость подачи проволоки должна быть увеличена, часто превышая диапазон стандартных скоростей подачи проволоки для MIG-сварки.

2) Режущая проволока с флюсовым сердечником

Для резки проволокой с флюсовым сердечником используется сварочная проволока MIG из низкоуглеродистой стали, обычно диаметром 2,4 мм. Дуговая сварка под флюсом гидроабразивная резка С помощью проволоки с флюсовым сердечником можно резать как углеродистую и нержавеющую сталь, так и алюминий.