Сварка, резка и пайка металлов

Подводная электрокислородная резка

Под термином электрокислородная резка подразумеваются способы кислородной резки, в которых подогрев металла осуществляется дуговым разрядом. Способы электрокислородной резки известны уже давно, как и применение этих способов для подводных работ. Для работ на воздухе электрокислородная резка пока не нашла серьёзного производственного применения, что же касается подводных работ, то существенные усовершенствования электрокислородной резки, сделанные за время войны, выдвинули электрокислородную резку на первое место среди существующих способов подводной резки металла.

Электрокислородная резка разделяется на несколько видов; по материалу электрода, способу подведения кислорода к месту резки и т. п. Кислород может подводиться к месту резки или через трубчатый электрод или по отдельной насадке. Пока практическое применение получили лишь трубчатые электроды. Подведение кислорода по отдельной насадке не получило заметного практического применения из-за конструктивных трудностей, которых не удалось преодолеть до сих пор.

Схема электрокислородной резки трубчатым электродом показана на фиг. 251. Подогрев металла в месте реза производится дугой прямого действия, горящей между стержневым электродом и основным металлом. Режущий кислород подаётся к месту резки на разогретую поверхность металла по внутреннему каналу электрода.

Держатель электрода подводит ток и кислород к электроду. Для пуска кислорода держатель часто снабжается вентилем режущего кислорода. Один из держателей для электрокислородной резки показан на фиг. 252.

Для электрокислородной резки применяются металлические, угольные или графитные электроды и специальные электроды из различных материалов. Чаще всего применяются металлические, именно стальные электроды. Стержень электрода изготовляется из толстостенной стальной цельнотянутой трубки наружным диаметром 5—7 мм, внутренним 1,3—2,0 мм. Для изготовления электродов трубка режется на куски длиной около 450 мм, которые покрываются слоем обмазки, сушатся, прокаливаются, и затем слой обмазки пропитывается составом, обеспечивающим водонепроницаемость слоя покрытия (фиг, 253). Изготовление электродов для подводной электрокислородной резки аналогично изготовлению электродов для подводной электросварки, рассмотренному в главе I. При работе пользуются обычно постоянным током нормальной полярности (минус на электрод), возможна работа и на переменном токе. Сила тока применяется 250—350 а, часовой расход кислорода равен 6—10 м3, причём кислород расходуется лишь во время процесса резки, пока горит дуга.

При потухании дуги резчик прекращает подачу кислорода. Благодаря этому, а также благодаря отсутствию расхода кислорода на подогревательное пламя при электрокислородной резке в общем расходуется кислорода в 4—5 раз меньше, чем при газокислородной, и сильно сокращаются расходы по доставке баллонов с газами к месту работ.

Для дальнейшей экономии расхода кислорода часто применяется автоматический кислородный клапан, включаемый в цепь сварочного тока. Клапан имеет два положения: открыт — при наличии тока в цепи дуги и закрыт — при отсутствии тока в этой цепи. Клапан прост по устройству, устанавливается на пути кислорода над водой, поэтому надёжен в работе и устраняет возможный перерасход кислорода вследствие невнимательности или недостаточно быстрых действий подводного резчика.

Большим достоинством электрокислородной резки стальным электродом является малый диаметр электрода, свободно входящего в полость реза, что позволяет легко резать пакеты с неплотно прилегающими составными частями. Проникая в полость реза, электрод разрезает слой за слоем при любом состоянии пакета. Электрокислородная резка успешно проводится на значительных глубинах (до 100м), на которых ещё может работать человек, и применима для резки металла толщиной до 100—120 мм. Для питания дуги при электрокислородной резке достаточен один нормальный электросварочный агрегат без каких-либо переделок в нём.

Основным недостатком электрокислородной резки стальным электродом является большой расход электродов. Под действием дуги и струи кислорода электрод сгорает весьма быстро; в среднем срок его службы равен примерно одной минуте. Быстрое сгорание электродов вызывает значительный расход и потери времени на смену электродов. Толстостенные цельнотянутые трубки, из которых изготовляются стержни электродов, достаточно дороги и дефицитны. Попытки заменить цельнотянутые трубки свальцованными, паяными и другими пока не дали существенных результатов. Также не нашли пока применения электроды из металлов трудно окисляющихся, как медь, аустенитные стали и пр. Для изготовления электродов почти исключительно применяются цельнотянутые толстостенные трубки малоуглеродистой стали.

Потеря времени на смену электродов в трудных условиях подводных работ уменьшается целесообразной конструкцией держателя электродов. Чрезмерно быстрое сгорание стальных трубчатых электродов привело к исследованиям по изысканию более стойких электродов, обладающих увеличенным сроком службы. Предлагались, например, угольные или, лучше, графитные электроды (фиг. 254).

Осевой канал электрода должен быть покрыт облицовкой, защищающей материал электрода от быстрого сгорания в струе кислорода. Для этой цели предлагались медная, стеклянная или кварцевая трубочка, вставляемая в осевой канал. Медная трубочка иногда расплавляется и прожигается током, идущим по электроду, что ведёт к зажиганию и сгоранию материала электрода и быстро приводит электрод в негодность.

Ток, идущий по электроду, сильно разогревает электрод, а по выключении тока электрод часто растрескивается вследствие быстрого охлаждения окружающей водной средой. Для увеличения общей электропроводности электрода, уменьшения нагрева его током и повышения механической прочности электродный стержень

покрывается снаружи металлической оболочкой, поверх которой наносится водонепроницаемый слой обмазки. Срок службы графитного электрода длиной 250 мм 10—12 мин.1 К недостаткам угольных электродов относятся: довольно значительный внешний диаметр (15— 18 мм), не позволяющий вводить электрод в полость реза, что затрудняет пакетную резку. Материал электрода недостаточно прочен механически. При ослаблении контакта в держателе возможен местный разогрев электрода и воспламенение его в струе кислорода. Указанные недостатки пока мешают широкому применению угольных электродов.

Недостатки стальных и угольных электродов повели к исследованиям по созданию новых специальных электродов для электро-кислородной резки. Материал электрода должен быть жароупорным, тугоплавким, электропроводным, стойким против окисления. Пока практически ценные результаты достигнуты с электродами из карборунда или карбида кремния SiC . Стержни, трубки и другие изделия, изготовленные из материалов, в значительной части состоящих из карборунда и носящих различные условные названия — глобар , силит и т. д., широко применяются в технике для различных целей. Они нашли применение и для электрокислородной резки.

Карборундовый электрод представляет собой карборундовый стержень с осевым каналом для кислорода (фиг. 255). Облицовки внутреннего канала не требуется, так как карборунд мало чувствителен к действию кислорода. Стержень из карборунда достаточно электропроводен лишь при высоких температурах; для разгрузки холодной части стержня от тока он покрывается металлической стальной оболочкой, наносимой на стержень путём металлизации (напыления). Поверх металлической оболочки наносится слой водонепроницаемой обмазки. Электрод длиной 250 мм имеет срок службы около 15 мин. Карборундовые электроды имеют ряд преимуществ перед угольными, они прочны механически, не загораются в кислороде, но сохраняют недостаток, заключающийся в большом внешнем диаметре (15—18 мм), что затрудняет введение электрода в полость реза при разрезании пакетов.

Переходя к оценке способов подводной электрокислородной резки, следует на первом месте поставить стальной электрод, на втором карборундовый, на третьем угольный, целесообразность применения которого вообще сомнительна. В зависимости от местных условий соотношения могут меняться, и, например, для резки металла небольших толщин и при отсутствии тяжёлых пакетов карборундовый электрод может оказаться наилучшим.

В настоящее время подводная электрокислородная резка для большинства случаев несомненно является наиболее рациональным процессом, превосходящим по основным технико-экономическим показателям как газокислородную, включая бензинокислородную, так и электрическую дуговую резку. Электрокислородная резка обеспечивает высокую производительность работ при наименьшей их стоимости.