Способы резки металла под водой

В то время как под водой до сих пор удалось применить лишь дуговую сварку, способы подводной резки, развивавшиеся на протяжении десятилетий, очень разнообразны, и выбор оптимального способа резки под водой зависит от условий и особенностей данной работы. Электрическая дуговая резка производится, как дуговая сварка, отличается главным образом увеличенными силами тока и приемами выполнения работы. Применяются стальные электроды; неплавкие угольные, графитные, карборундовые и другие, пока не вышли из стадии лабораторных испытаний.

Стальные электроды готовят из малоуглеродистой стальной проволоки-катанки диаметром от 5 до 8 мм, длина электродов 500—700 мм, покрытие электродов применяют из доступных дешевых материалов, например из железного сурика и мела. Достаточно хорошие результаты дает покрытие следующего состава (в весовых % сухой смеси): окалина железная — 56; мел — 38 и цемент портландский — 6.

К сухой смеси обычным порядком добавляется водный раствор жидкого стекла при непрерывном перемешивании до получения пасты консистенции жидкой сметаны, в которую и обмакиваются электродные стержни. Толщина покрытия составляет 25—30% диаметра стержня. Электроды пропитываются различными составами для придания покрытию водонепроницаемости. Покрытие электрода для резки должно иметь достаточную механическую прочность.

Держатели электродов для резки сходны с держателями для сварки, отличаются они несколько увеличенными размерами и более мощными зажимами для электродов. В держателе легко достигается хорошая изоляция от утечки тока в воду. В наружном цилиндре из изолирующего материала имеется отверстие для вставки контактного конца электрода. При поворачивании цилиндра, скрепленного с металлической втулкой, навертывающейся на резьбу пальца, происходит прочное зажатие электрода между торцом пальца и дном втулки.

Токи для резки берут не менее 500 а, для сколько-нибудь значительных толщин желательны токи до 800—1000 а. Интенсивное охлаждение водной средой позволяет нагружать электрод диаметром 6 мм без перегрева током до 1000 а, увеличение тока быстро повышает скорость резки, но одновременно и скорость сгорания электрода, сокращая срок его службы. В условиях подводных работ смена электрода и новое зажигание дуги требуют значительного времени, поэтому общая производительность резки с повышением тока может даже уменьшиться, несмотря на увеличение скорости резки.

Резка выполняется или прокалыванием-прожиганием ряда отверстий или непрерывным перемещением электрода. Более совершенна и производительна непрерывная резка, она начинается с края разрезаемого элемента или с прокола и производится пилообразными движениями конца электрода при непрерывном горении дуги. Резать можно как сплошной металл, так и пакеты, например из нескольких листов, даже при зазорах между ними, можно резать любые профили, шпунтовые стенки и пр.

Режутся все металлы, черные и цветные. С увеличением толщины металла производительность резки быстро падает, а расход электродов на 1 м реза растет. Поэтому, хотя возможна дуговая резка металла толщиной до 60—70 мм, этот способ обычно не применяют для толщин более 10—20 мм. Качество реза довольно низкое, края неровные, с натеками.

Электрокислородная резка в настоящее время для большинства работ выдвигается на первое место по основным технико-экономическим показателям среди других способов подводной резки. В этом способе удается объединить преимущества использования дугового разряда и струи режущего кислорода для подводной резки. Одновременно с резкой металла сгорает, плавится и разрушается электрод, необходимый для горения дуги. Материал и конструкция электрода имеют первостепенное значение для электрокислородной резки.

В настоящее время применяются почти исключительно трубчатые электроды с осевым каналом для режущего кислорода. Наибольшее распространение имеют стальные трубчатые электроды из цельнотянутой толстостенной трубки малоуглеродистой стали. Пригодны трубки с наружным диаметром 5—8 мм и внутренним 1,5—2,5 мм. При отсутствии цельнотянутых трубок можно организовать производство трубок из нарезаемых полос малоуглеродистой стали толщиной около 1,5 мм протяжкой через волочильную доску. Стык трубки получается достаточно плотным и после покрытия обмазкой практически газонепроницаем. Трубка нарезается на стержни длиной 350—700 мм, в зависимости от условий работ, на стержни наносится покрытие и пропитывается водонепроницаемым составом, как было указано выше.

Для резки применяется держатель усложненной конструкции, подводящий электрический ток и кислород к электроду. Весьма целесообразно применение автоматического электромагнитного кислородного клапана, устанавливаемого на водолазной станции. При наличии сварочного тока клапан открыт и пропускает кислород к держателю. При обрыве дуги и прекращении тока клапан автоматически прекращает подачу кислорода. Для питания дуги применяется постоянный ток нормальной полярности, величина тока обычно 300—400 а. Резка нормально производится с опиранием электрода краем козырька покрытия о поверхность разрезаемого металла. Без затруднений режутся металлы толщиной до 100 мм.

Режутся все металлы, черные и цветные на всех глубинах, достижимых для человека в современном водолазном снаряжении. По производительности электрокислородная резка значительно превосходит все другие способы. Трубчатый стальной электрод под действием дуги и струи кислорода быстро сгорает, средний срок службы электрода около 1 мин. Поэтому, переходя от машинного времени к полному и от скорости резки к действительной производительности, нужно время умножить на 3—4, а при значительных глубинах, плохой видимости и других неблагоприятных условиях производительность падает еще более, и при расчетах следует основываться на данных работ, выполненных в аналогичных условиях.

Электрокислородная резка дает рез менее чистый, чем газокислородная, но более чистый, чем дуговая. Пакеты, даже с большими зазорами, режутся без затруднений. Частая смена электродов значительно снижает производительность резки. Большое значение имеет создание более стойких трубчатых электродов. Опыты, проведенные с медными электродами, дали отрицательные результаты. Небольшое применение находили угольные электроды.

Трубчатый угольный стержень покрывается снаружи медной или железной оболочкой, несущей основную часть тока и повышающей механическую прочность электрода. В канал стержня вводится стеклянная, кварцевая или медная трубка с внутренним диаметром около 2 мм для пропускания кислорода, защищающая уголь от сгорания. На металлическую оболочку угольного стержня наносится водонепроницаемое покрытие, водонепроницаемость придается пропиткой. Угольный стержень диаметром 12—15 мм и длиной 250 мм служит 10—15 мин. Довольно часто наблюдаются различные повреждения, открывающие доступ кислорода к нагретому углю, что немедленно приводит электрод в негодность. Проведенные опыты привели к общей отрицательной оценке угольных электродов.

Более удовлетворительными являются медленно сгорающие карборундовые электроды. Трубчатый стержень из карборунда (карбида кремния SiC) наружным диаметром 12—15 мм и внутренним 2—3 мм покрывается снаружи стальной оболочкой, поверх оболочки наносится покрытие, пропитываемое водонепроницаемым составом. Внутренний канал не облицовывается, так как карборунд мало чувствителен к воздействию кислорода. Карборунд является полупроводником и при низких температурах практически не проводит электрического тока. С нагревом его электропроводность быстро возрастает и, начиная с температуры красного каления, он становится удовлетворительным проводником. При резке ток от держателя идет сначала по стальной оболочке и на разогретом конце электрода идет по карборунду.

Карборундовый электрод длиной 250 мм выдерживает 30—40 мин горения дуги, что достаточно для разрезки нескольких метров стали толщиной 20 мм. Скорость резки карборундовым электродом при токах 250—400 м несколько ниже, чем стальным.

Значительный диаметр карборундового электрода затрудняет введение его в полость реза, поэтому карборундовые электроды могут быть рекомендованы для резки сплошного металла толщиной не свыше 30 мм, для больших толщин и для пакетов лучше пользоваться стальными электродами. Механическая прочность хорошо изготовленных карборундовых стержней вполне достаточна.