含山縣水下管道鋪放公司概述
水下焊接與切割是水下工程結(jié)構(gòu)的安裝、維修施工中不可缺少的重要工藝手段。它們常被用于海上
救撈、海洋能源、海洋采礦等海洋工程和大型水下設(shè)施的施工過(guò)程中。
2方法
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(guò)空氣的潛入范圍時(shí)，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(yīng)在氣室內(nèi)使用惰性或半惰性氣體。干法焊接時(shí)，焊工應(yīng)穿戴特制防火、耐高溫的防護(hù)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(yīng)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?chē)乃砰_(kāi)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?chē)乃砰_(kāi)的水下焊接方法[1] 。
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(shí)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(yīng)用最多，但安全性最差。由于水具有導(dǎo)電性，因此防觸電成為濕法焊接的主要安全問(wèn)題之一。
3特點(diǎn)
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水下環(huán)境使得水下焊接過(guò)程比陸上焊接過(guò)程復(fù)雜得多，除焊接技術(shù)外，還涉及到潛水作業(yè)技術(shù)等諸多因素，水下焊接的特點(diǎn)是：
1、可見(jiàn)度差，水對(duì)光的吸收、反射和折射等作用比空氣強(qiáng)得多，因此，光在水中傳播時(shí)減弱得很快。另外焊接時(shí)電弧周?chē)a(chǎn)生大量氣泡和煙霧，使水下電弧的可見(jiàn)度非常低。在淤泥的海底和夾帶沙泥的海域中進(jìn)行水下焊接，水中可見(jiàn)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(guò)允許值，很容易引起裂紋，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞。水下電弧會(huì)使其周?chē)a(chǎn)生熱分解，導(dǎo)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(kāi)的。
3、冷卻速度快，水下焊接時(shí)，海水的熱傳導(dǎo)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(shí)，被焊工件直接處于水中，水對(duì)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(shí)，才能避免冷效應(yīng)。
4、壓力的影響，隨著壓力增加，電弧弧柱變細(xì)，焊道寬度變窄，焊縫高度增加，同時(shí)導(dǎo)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(shí)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(jìn)行，因而產(chǎn)生焊縫不連續(xù)的現(xiàn)象。
4水下焊接專(zhuān)用電力電纜和連接器的運(yùn)用
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1）建議50平方以上專(zhuān)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(kāi)始操作之前，檢查所有電纜和連機(jī)器有無(wú)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(mǎn)足工件的最大電流的要求。連機(jī)器的能力至少應(yīng)該等于電纜的能力。
4）所有連機(jī)器必須緊固和徹底絕緣。所以水下連機(jī)器最后應(yīng)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?xún)?nèi)的電纜是沒(méi)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(huì)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(kāi)。
5水下焊接設(shè)備組裝辦法
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1、將安全開(kāi)關(guān)負(fù)極導(dǎo)線接到電焊鉗，并且使安全開(kāi)關(guān)處于看管人夠得著的地方。
2、將電焊機(jī)設(shè)置為正接。檢查極性是否正確：負(fù)極至電焊鉗，正極接地。
3、確定電流設(shè)定值，并且用鉗形表（或者安培表）檢查。
4、使所有電纜連機(jī)器完全絕緣。
5、確定電纜和連機(jī)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(méi)有接頭。
6、將接地夾固定在工件上。
6事故原因
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水下焊接與切割的致險(xiǎn)因素的特點(diǎn)是：電弧或氣體火焰在水下使用，它與在大氣中焊接或一般的潛水作業(yè)相比，具有更大的危險(xiǎn)性。
水下焊接與切割作業(yè)常見(jiàn)事故有：觸電、、燒傷、燙傷、溺水、砸傷、潛水病或窒息傷亡。事故原因大致有以下幾點(diǎn)：
（1>沉到水下的船或其他物件中常有彈藥、燃料容器和化學(xué)危險(xiǎn)品，焊割前未查明情況貿(mào)然作業(yè)，在焊割過(guò)程中就會(huì)發(fā)生。
(2)由于回火和熾熱金屬熔滴燒傷、燙傷操作者，或燒壞供氣管、潛水服等潛水裝具而造成事故。
(3)由于絕緣損壞或操作不當(dāng)引起觸電。
(4)水下構(gòu)件倒塌發(fā)生砸傷、壓傷、擠傷甚至死亡事故。
(5)由于供氣管、潛水服燒壞，觸電或海上風(fēng)浪等引起溺水事故。
7安全措施
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水下焊接與切割安全措施
（一）準(zhǔn)備工作
水下焊接與切割安全工作的一個(gè)重要特點(diǎn)是：有大量、多方面的準(zhǔn)備工作，一般包括下述幾個(gè)方面：
(1)調(diào)查作業(yè)區(qū)氣象、水深、水溫、流速等環(huán)境情況。當(dāng)水面風(fēng)力小于6級(jí)、作業(yè)點(diǎn)水流流速小于0. 1 ^} 0. 3m/s時(shí)，方可進(jìn)行作業(yè)。
(2)水下焊割前應(yīng)查明被焊割件的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，弄清作業(yè)對(duì)象內(nèi)是否存有易燃、易爆和有毒物質(zhì)。對(duì)可能墜落、倒塌物體要適當(dāng)固定，尤其水下切割時(shí)應(yīng)特別注意，防止砸傷或損傷供氣管及電纜。
(3)下潛前，在水上，應(yīng)對(duì)焊、割設(shè)備及工具、潛水裝具，供氣管和電纜、通訊聯(lián)絡(luò)工具等的絕緣、水密、工藝性能進(jìn)行檢查試驗(yàn)。氧氣膠管要用1. 5倍工作壓力的蒸汽或熱水清洗，膠管內(nèi)外不得粘附油脂。氣管與電纜應(yīng)每隔.5m捆扎牢固，以免相互絞纏。入水下潛后，應(yīng)及時(shí)整理好供氣管、電纜和信號(hào)繩等，使其處于安全位置，以免損壞。
(4)在作業(yè)點(diǎn)上方，半徑相當(dāng)于水深的區(qū)域內(nèi)，不得同時(shí)進(jìn)行其它作業(yè)。因水下操作過(guò)程中會(huì)有未燃盡氣體或有毒氣體逸出并上浮至水面，水上人員應(yīng)有防火準(zhǔn)備措施，并應(yīng)將供氣泵置于上風(fēng)處，以防著火或水下人員吸入有毒氣體中毒。
(5)操作前，操作人員應(yīng)對(duì)作業(yè)地點(diǎn)進(jìn)行安全處理，移去周?chē)恼系K物。水下焊割不得懸浮在水中作業(yè)，應(yīng)事先安裝操作平臺(tái)，或在物件上選擇安全的操作位置，避免使自身、潛水裝具、供氣管和電纜等處于熔渣噴濺或流動(dòng)范圍內(nèi)。
(6)潛水焊割人員與水面支持人員之間要有通訊裝置，當(dāng)一切準(zhǔn)備工作就緒，在取得支持人員同意后，焊割人員方可開(kāi)始作業(yè)。
(7)從事水下焊接與切割工作，必須由經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)并持有此類(lèi)工作許可證的人員進(jìn)行。
防火防爆安全措施
(1)對(duì)儲(chǔ)油罐、油管、儲(chǔ)氣罐和密閉容器等進(jìn)行水下焊割時(shí)，必須遵守燃料容器焊補(bǔ)的安全技術(shù)要求。其他物件在焊割前也要徹底檢查，并清除內(nèi)部的可燃易爆物質(zhì)。
(2)要慎重考慮切割位置和方向，最好先從距離水面最近的部位著手，向下割。這是由于水下切割是利用氧氣與氫氣或石油氣燃燒火焰進(jìn)行的，在水下很難調(diào)整好它們之間的比例。有未完全燃燒的剩余氣體逸出水面，遇到阻礙就會(huì)在金屬構(gòu)件內(nèi)積聚形成可燃?xì)庋�。凡在水下進(jìn)行立割，均應(yīng)從上向下移，避免火焰經(jīng)過(guò)未燃?xì)怏w聚集處，引起燃爆。
(3)嚴(yán)禁利用油管、船體、纜索和海水作為電焊機(jī)回路的導(dǎo)電體。
(4)在水下操作時(shí)，如焊工不慎跌倒或氣瓶用完更換新瓶時(shí)，常因供氣壓力低于割炬所處的水壓力而失去平衡，這時(shí)極易發(fā)生
回火。因此，除了在供氣總管處安裝回火防止器外，還應(yīng)在割炬柄與供氣管之間安裝防爆閥。防爆閥由逆止閥與火焰消除器組成，前者阻止可燃?xì)獾幕亓�，以免在氣管�?nèi)形成性混合氣，后者能防止火焰流過(guò)逆止閥時(shí)，引燃?xì)夤苤械目扇細(xì)狻?br />換氣瓶時(shí)，如不能保證壓力不變，應(yīng)將割炬熄滅，換好后再點(diǎn)燃，或?qū)⒏罹嫠统鏊�，等氣瓶換好后再送下水。
(5)使用氫氣作為燃?xì)鈺r(shí)，應(yīng)特別注意防爆、防泄漏。
(6)割炬點(diǎn)火可以在水上點(diǎn)燃帶入水下，或帶點(diǎn)火器在水下點(diǎn)火，前者帶火下沉?xí)r，特別在越過(guò)障礙時(shí)，一不留神有被火焰燒傷或燒壞潛水裝具的危險(xiǎn)，在水下點(diǎn)火易發(fā)生回火和未燃?xì)怏w數(shù)量增多，同樣有的危險(xiǎn)，應(yīng)引起注意。
(7)防止高溫熔滴落進(jìn)潛水服的折迭處或供氣管，盡量避免仰焊和仰割，燒壞潛水服或供氣管。
(8)不要將氣割用軟管夾在腋下或兩腿之間，防止萬(wàn)一因回火、擊穿或燒壞潛水服，割炬不要放在泥土上，防止堵塞，每日工作完用清水沖洗割炬并涼干。
防觸電安全措施
(1)焊接電源須用直流電，禁用交流電。因?yàn)樵谙嗤妷合峦ㄟ^(guò)潛水員身體的交流電流大于直流電流。并且與直流電相比，交流電穩(wěn)弧性差，易造成較大飛濺，增加燒損潛水裝具的危險(xiǎn)。
(2)所有設(shè)備、工具要有良好的絕緣和防水性能，絕緣電阻不得小于1M。。為了防海水、大氣鹽霧的腐蝕，需包敷具有可靠水密的絕緣護(hù)套，且應(yīng)有良好的接地。
(3)焊工要穿不透水的潛水服，戴干燥的橡皮手套，用橡皮包裹潛水頭盔下領(lǐng)部的金屬鈕扣。潛水盔上的濾光鏡鉸接在盔外面，可以開(kāi)合，濾光鏡涂色深度應(yīng)較陸地上為淺。水下裝具的所有金屬部件，均應(yīng)采取防水絕緣保護(hù)措施，以防被電解腐蝕或出現(xiàn)電火花。
(4)更換焊條時(shí)，必須先發(fā)出拉閘信號(hào)，斷電后才能去掉殘余的焊條頭，換新焊條，或安裝自動(dòng)開(kāi)關(guān)箱。焊條應(yīng)徹底絕緣和防水，只在形成電弧的端面保證電接觸。
(5)焊工工作時(shí)，電流一旦接通，切勿背向工件的接地點(diǎn)、把自己置于工作點(diǎn)與接地點(diǎn)之間，而應(yīng)面向接地點(diǎn)，把工作點(diǎn)置于自己與接地點(diǎn)之間，這樣才可避免潛水盔與金屬用具受到電解作用而致?lián)p壞。焊工切忌把電極尖端指向自己的潛水盔，任何時(shí)候都要注意不可使身體或工具的任何部分成為電路。
8研究趨勢(shì)
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（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(diǎn)和適應(yīng)場(chǎng)合,因此,多種水下焊接方法并存的局面會(huì)長(zhǎng)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(guó)已發(fā)展了多種高質(zhì)量的水下焊條，我們也應(yīng)該加快開(kāi)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(guò)100m,目前的努力方向是,實(shí)現(xiàn)200m水深濕法焊接技術(shù)的突破。
（3）基于先進(jìn)技術(shù),對(duì)焊接過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控的研究已經(jīng)取得某些進(jìn)展,主要體現(xiàn)在水下干法和局部干法焊接中的自動(dòng)化和智能化。例如遙測(cè)遙控技術(shù)已經(jīng)在水下焊接中取得了初步應(yīng)用，采用遙控遙測(cè)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)水下安裝檢測(cè)中的焊接加工，目前已在水下管道安裝維護(hù)中取得進(jìn)展[10],最近華南理工大學(xué)的廖天發(fā)等人采用VC++編程實(shí)現(xiàn)了串口通訊（SPC）,用于遠(yuǎn)程控制水下焊接焊前的焊縫對(duì)中以及焊接過(guò)程中的焊縫跟蹤[11]。自動(dòng)化的軌道焊接系統(tǒng)和水下焊接機(jī)器人系統(tǒng),能對(duì)焊接過(guò)程自動(dòng)監(jiān)控,焊接質(zhì)量好,節(jié)省工時(shí),而且還能減輕潛水員的工作強(qiáng)度。但是目前的水下焊接機(jī)器人系統(tǒng)還存在許多問(wèn)題，其靈活性、體積、作業(yè)環(huán)境、檢測(cè)和監(jiān)控技術(shù)以及可靠性等還有待于進(jìn)一步發(fā)展和提高，這是目前我們的努力方向。
（4） 模擬技術(shù)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(shù)正在發(fā)生著由經(jīng)驗(yàn)到科學(xué)、由定性到定量的飛躍。目前陸上焊接過(guò)程的溫度場(chǎng)、流場(chǎng)以及熔池、焊縫應(yīng)力等的模擬取得了較大進(jìn)展，焊接電弧的模擬也有一定的研究，但對(duì)水下焊接的模擬研究還比較滯后。德國(guó)的Hans-Peter Schmidt 等人對(duì)電流在50-100A范圍內(nèi)，壓力0.1-10Mpa，鎢極氬保護(hù)情況下的水下高壓焊接電弧進(jìn)行了模擬研究，用數(shù)學(xué)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(cè)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(guó)海洋工程向深海的挺進(jìn),應(yīng)當(dāng)重視和加快針對(duì)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(jìn)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(jì)算機(jī)仿真是一項(xiàng)很有用的技術(shù),它在焊接工藝的制定、焊接設(shè)備的研制以及控制系統(tǒng)的改進(jìn)等方面的研究中都有應(yīng)用[12]。 Dag.Espedalen等人對(duì)高壓干法水下焊接進(jìn)行了仿真技術(shù)研究,首先利用SolidEdge建立焊接艙和焊接機(jī)器人的3D模型,然后再轉(zhuǎn)化為I-grip運(yùn)動(dòng)模型,編制合適的控制程序,整個(gè)海底管道維修操作過(guò)程就演示出來(lái)[13]。通過(guò)焊接仿真，有助于構(gòu)思新方案,并能提前發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題，這也是我們以后應(yīng)當(dāng)研究的一個(gè)領(lǐng)域。
9注意事項(xiàng)
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(1)焊割炬(槍、把)在使用前應(yīng)作絕緣、水密性和工藝性能等方面的檢查，需先在水面進(jìn)行試驗(yàn)。氧氣膠管使用前應(yīng)當(dāng)用1．5倍工作壓力的蒸汽或水進(jìn)行清洗，膠管內(nèi)外不得粘有油脂。供電電纜必須檢驗(yàn)其絕緣性能。熱切割的供氣膠管和電纜每0．5m間距應(yīng)捆扎牢固。
(2)潛水焊割工應(yīng)備有無(wú)線通信工具，以便隨時(shí)同水面上的支持人員取得聯(lián)系，不允許在沒(méi)有任何通訊聯(lián)絡(luò)的情況下進(jìn)行水下焊割作業(yè)。潛水焊割工人入水后，在其作業(yè)點(diǎn)的水面上半徑相當(dāng)于水深的區(qū)域內(nèi)，禁止進(jìn)行其他作業(yè)。
(3)水下焊割前應(yīng)查明作業(yè)區(qū)的周?chē)h(huán)境，熟悉作業(yè)水深、水文、氣象和被焊割物件的結(jié)構(gòu)形式等情況。應(yīng)當(dāng)給潛水焊割工一個(gè)合適的工作位置，禁止在懸浮狀態(tài)下進(jìn)行焊接操作。一般潛水焊割工應(yīng)停留在構(gòu)件上或事先設(shè)置的操作平臺(tái)上。
(4)在水下焊割開(kāi)始操作前應(yīng)仔細(xì)檢查、整理供氣膠管、電纜、設(shè)備、工具及信號(hào)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(dòng)的路線上。應(yīng)當(dāng)移去操作點(diǎn)周?chē)恼系K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(diǎn)所處的水流速度超過(guò)0．1～0．3m/s，水面風(fēng)力超過(guò)6級(jí)時(shí)，禁止水下作業(yè)。
