第五章水下焊接.

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4. 深水压力的影响 随着压力（水深）的增加，电弧电压随 之升高，飞溅与烟尘增多，焊缝金属中 气体（如N、 O、H等）的含量一般都呈 增加的趋势，焊缝中合金元素的含量则 呈减少趋势,另外,焊缝的成型也会随着压 力的增加而变坏
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第二节 水下焊接的方法
已研究和应用的水下焊接方法巳达 20 多 种。 一般将水下焊接方法分为三大类，即湿 法、干法及局部干法水下焊接。
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（1）水下空气排水涂料焊条手工电弧焊
焊接时，将挡水罩压在待 焊部位。焊条从进口孔插 入，排水后即可进行焊接。 潜水焊工可借助挡水罩内 的照明灯观察焊接过程。 罩内的旋转气流可以有效 地进行排水并排除焊接时 产生的烟雾。 设备简单，易于操作，其 焊缝质量优于湿法手工电 弧焊。
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1-工件 2-电弧 3-焊钳 4-焊条 5-头盔面窗 6-护目玻璃 7-旋转气排 8-气流 9-照明灯 10-气泡 11-厚呢垫
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一、湿法水下焊
涂料焊条手弧焊、 涂料焊条重力焊、 涂料焊条低角度焊、 涂料焊条躺焊、埋弧焊、 熔化极半自动焊 及等离子弧焊等。
图5-1 湿法手工电弧焊示意图 1-工件 2-电弧气泡 3-上浮气泡 4-焊条 5-焊钳
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二、干法水下焊
用气体将焊接部位周围的水排除，而潜 水焊工处于完全干燥或半干燥的条件下 进行焊接的方法称为干法水下焊。 需要压力仓或工作室。根据其压力可分 为:高压干法及常压干法。
第五章 水下焊接
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第一节 水下焊接的概述
随着海洋工程的迅速发展，特别是海上 油田的开发，水下焊接技术越来越受到 重视，并取得了突飞猛进的发展，现在 水下焊接在海上采油平台，海底油气管 道，海底油库，海底隧道以及海上飞机 场等各种海洋工程结构的施工中，实际 上已经成为一项关键性的技术。
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一、水下焊接的基本问题
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1.高压干法焊 室内的压力要随着工作 水深而变化，即始终要大 于水深压力。才能使焊接 部位的水排出。 多采用涂料焊条手弧焊及 气体保护电弧焊。
图5-2 高压干法水下焊接压力仓示意图 1-工件 2-电缆 3-干室 4-焊接设备 5-焊枪
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缺点： 设备复杂、施工成本高昂、对焊接结构 形式的适应性窄及不能消除水深压力的 影响等问题。特别是随着水深压力的增 加，焊接电弧特性、冶金特性及工艺特 性都会受到不同程度的影响。
(c）电弧电压 主要由弧长决定。湿法手弧焊 时，焊条一般靠在焊件上运行，故弧长仅取决 于焊条涂料层套筒的长度。实际焊接时，应尽 量压低电弧。
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(d）焊接速度 焊接速度对水下焊接的质 量影响较大，应根据实际情况确定。在 大坡口对接平焊、角焊缝平焊、船形焊 时，焊接速度可慢些，横焊、立焊、仰 焊时，焊接速度可稍快。 (e) 焊道层次 湿法手弧焊时，由于运条 方法的特点，焊缝宽度在很大程度上取 决于焊条直径。实际焊接时，每层焊道 的厚度为焊条直径的0.8～1.2倍时较为合 适。
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二、水下焊接的冶金特点
水下焊接的冶金过程，由于受到水和压 力的影响，表现出与陆上焊时不同的特 点．
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水的影响主要表现在二个方面：
一是由于电弧气氛成分的变化，其中氢和氧对焊接冶 金过程的影响特别显著。再加上其它因素（如压力） 的影响，使焊缝中的氢含量增加并使金属元素和合金 元素的烧损加剧，焊缝金属氢含量现在已成为评价水 下焊接方法的一个重要指标。
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2) 水下无损探伤检验 主要用于检验水下结构或焊缝的内部缺 陷。 目前普遍使用的方法有：水下磁粉探伤、 水下超声波探伤及水下射线（Y射线）探 伤等。近期，我国引进的水下磁粉探伤 及水下超声波探伤设备巳获得了初步的 应用。
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我国尚未有正式的水下探伤标准，为确保水下焊接质 量，可按下述程序进行检验： 1)焊前应进行母材和焊接材料、焊接方法和工艺、潜 水焊工认可考试等方面的检验。 2)点焊后应对焊接坡口进行表面质量检查，如发现问 题，处理后再施焊。 3)焊后要进行一次目视检验，如多层焊时，每焊完一 层，要马上进行目视检验。若发现缺陷应及时处理。 4)焊后48h，应对焊缝进行全面检查，条件许可时，应 进行水下磁粉或水下超声波探伤．检验结束后应写出 检验报告。 5)某些重要的水下结构，可进行验证检验。即在实际 施工的环境下，焊接一件与实际结构有相同焊缝的试 件，焊后48h取出，按商定的检验标准进行检验并作解 剖试验，如各项指标合格，即可对实际水下结构进行 认可。
1. 能见度差 水下电弧的能见度非常低，再加上电弧 周围产生的气泡的影响，严重妨碍了潜 水焊工技术正常发挥。
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2. 急冷效应海水的热传导系数较高，约 为空气的20倍左右。 湿法焊接时,水对焊缝的急冷效应明显， 容易出现高硬度的淬硬组织 3. 焊缝含氢量高 水下焊缝含氢量一般都较高，很容易引 起氢脆或其他如白点、脆断、斑点及冷 裂纹等缺陷。
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2. 接头型式、焊缝类型及坡口的加工
水下接头的型式及焊缝的类型大致与陆 上焊的相同。坡口尺寸可根据焊接方法、 板厚及结构的形状尺寸等参考陆上坡口 的标准来考虑决定。若不能在陆上预先 加工的坡口，可采用风动刮铲、风动砂 轮机、熔化极水喷射切割、氧-弧切割等 方法及设备在水下进行加工。
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3. 焊接参数的选择
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第六节 水下焊接安全技术及劳 动卫生保护
一、水下焊接安全问题 1) 安全电流 2) 安全电压 3）距带电体的安全距离 4）地线位置 水下电源（如焊接电源）需接地线时， 其接地位置对流经人体及潜水装具的金 属部件的漏电电流都会产生影响。
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1) 安全电流
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2. 水下防止触电的措施 1) 水下焊接电源应使用直流电，禁止使用交流 电，其空载电压一般在50-80V之间。 2）与潜水焊工直接接触的控制电器必须使用 隔离变压器．并有过载保护。其使用电压，工 频交流时不得超过12V，直流时不得超过36V。 3）要定期检查水下焊所用设备、焊钳及电缆 等的绝缘性能及防水性能。 4）潜水焊工进行操作时，必须穿戴专用的防 护服及专用手套。
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2.常压干法焊 克服了高压干法中水深压力对焊接过程 的不利影响。 其焊接空间内的压力可保持与陆上大气 压力相等。 设备较高压干法更复杂，施工成本也更 高昂。因此，其应用范围亦受到很大的 限制。
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三、局部干法水下焊 潜水焊工及工件直接处于水中，但采用 特殊构造的挡水罩，罩内通入空气或保 护气体将电弧周围与水隔开，从而在待 焊部位形成一个局部的无水空间而进行 焊接的方法称为局部干法水下焊。 根据挡水罩的构造及大小，已发展了多 种局部干法水下焊方法。
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2. 干法及局部干法水下焊接电弧特点
干法及局部干法焊接时，电弧没有受到水的直接影响， 但环境压力的作用，使其仍表现出和湿法焊接电弧基 本相同的特点。
表5-1 不同CO2气体压力下焊接电弧稳定性试验值 压力 短路过渡 短路时 (MPa) 频率(次 间(ms) /min) 0 0.1 0.3 0.5 52 48 42 38 4.4 4.7 7.1 7.9 最大短 路电流 (A) 330 360 440 450 短路时 间比率 (%) 23.1 21.3 26.8 30.3 燃弧时 间比率 (%) 76.9 78.7 52.1 29.5 断弧时 电弧 间比率 稳定 (%) 性 0 0 21.1 40.2 良 良 较差 差
1)湿法手弧焊参数 (a) 焊条直径 (e) 焊道层次 (c）电弧电压 (d）焊接速度 (b) 焊接电流
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(a) 焊条直径 根据母材厚度、接头型式、焊缝 位置及焊接层次等条件而定。 (b) 焊接电流 主要取决于焊条径、母材厚度、 焊接位置及现场条件等因素。使用同种直径的 焊条时，水下焊使用的焊接电流可比陆上焊时 高20～30％左右。
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4. 操作技术 由于水下环境的特殊性，水下焊接操作技 术与陆上焊时有较大的差异。例如，湿 法手弧焊时一般多采用拖焊法，依靠焊 条涂料层触及工件来对准焊缝及控制弧 长，其运条的方式与陆上焊时就大不相 同。
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第五节 水下焊接的性能指标及 质量检验
一、水下焊缝的性能指标 美国焊接学会制定的AWS D3.6-83标准 中，将水下焊缝分为A、B、 C、 D四个 等级，并对每个等级都提出相应的性能 要求。
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l-工件 2-焊丝 3-喷嘴 4-保护气体 5-钢丝刷 6-焊缝
第三节 水下焊接电弧特点及焊 接冶金特点
一、水下焊接电弧的特点 1. 湿法水下焊接电弧的特点 1) 湿法涂料焊条手弧焊时，在电弧周围会形成一个称 为电弧气泡的气相区。 2) 由于电弧气泡周期破裂，会产生大量小气泡上浮， 干扰了电弧气泡的稳定性，从而增加了操作的困难。 3) 电弧被压缩，横断面积减少。而且，水深压力增大 时，电弧电压也增大，电弧静特性呈上升趋向。 4) 水深压力增加时，电弧长度缩短。为保持正常的电 弧长度，压力每增加一个大气压时，电弧电压一般应 提高1V左右。
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二、水下焊接设备
1. 湿法焊接设备 1）焊接电源从安全角度来考虑，水下湿法焊 时一般要采用直流电源， 2) 焊接电缆水下焊接用申缆应具有足够的导电 面积，绝缘性能良好，并能在高压环境下使用。 4) 切断开关 3) 水下焊钳 水下焊钳对绝缘电阻的要求较严 格，一般不应小于2.5MΩ。
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2. 干法及局部干法焊接设备 局部干法焊 接中，可选用哈尔滨焊接研究所生产的 NBS-500型水下局部排水半自动C02焊 接设备
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2）局部干法CO2焊参数 (a) 焊丝直径 (b) 焊接电流及电弧电压焊接过程中，要 求电弧电压与焊接电流有良好的配合 (c）焊接速度：可在100～300mm/min之 间选用。 (d）焊丝伸出长度 (f）气体流量 (e）电感值
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(d）焊丝伸出长度 经验表明，焊丝伸出长度 为焊丝直径的10倍较合适。封底焊道焊接时， 焊丝伸出长度宜大些。以后的填充焊道，则可 适当缩短。 (e）电感值 焊接时，可根据飞溅颗粒的大小、 焊接电缆的长度及电缆盘绕的情况加以调整。 (f）气体流量 主要根据工作的水深压力及实际 的排水效果加以确定、调整。
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1.大型挡水罩局部干法水下焊
挡水罩内的无水空间较大。 可实现手工电弧焊、气体 保护电弧焊。 移动灵活性稍差。
图5-3 大型挡水罩局部干法水下焊示意图 1-工件 2-电弧 3-保护气 4-挡水罩 5-送丝装置 6-软管 7-焊枪
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2.中型挡水罩（亦称干点式）局部干法水下焊
采用一个具有半透密封垫的圆筒形气室或挡水罩，通入空气或 保护气体进行排水，从而在焊接部位形成一个局部干燥干点。 （1）水下空气排水涂料焊条手工电弧焊 （2）移动气室式局部干法水下焊
（2）移动气室式局部干法水下焊
挡水罩采用一个可移动气 室，一般多采用半自动气 体保护焊。 可分段移动，也可连续移 动。 该法曾在渤海油田的施工 中得到应用。
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3.小型排水罩局部干法水下焊
将小型排水罩直接装在 气体保护焊焊枪的端部， 保护气体亦起排水作用， 在罩内形成一个稳定的 局部空间。 焊接时，局部空间随焊 枪一起移动，对电弧进 行有效的保护。 排水罩:钢丝刷式，水帘 式，旋罩式，小型气罩 及同轴式小型气罩等。
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二、水下焊缝的质量检验 1. 水下检验方法 由于水下结构往往较为庞大和复杂，制 造费用高昂，因此，对这类结构一般不 采用破坏性检验而多采用非破坏性检验。 1) 水下目视检验 2) 水下无损探伤检验
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1) 水下目视检验 用肉眼或借助放大镜（一般20倍以下） 进行观察检验，也可借助水下摄影、水 下电视及水下录像等方法将待检部位的 状况摄录下来，由陆上人员进行检验。 效果很大程度上取决于潜水检验人员的 判识能力和实践经验。
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三、水下焊接工艺
1. 工作深度 2来自百度文库 接头型式、焊缝类型及坡口的加工 3. 焊接参数的选择 4. 操作技术
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1. 工作深度 我国尚未正式规定各种水下焊接方法在 实际生产中的工作深度。最大实际工作 深度等于该水下焊接方法的试验深度再 加上10m(或比试验深度大20％)，在小于 3m的深度进行湿法焊接时，可在等于实 际工作深度或更浅的深度进行试验。
另一个重要影响是使焊缝的冷却过程会因不同的焊接 方法而出现很大的差异，从而使焊缝的金相组织和力 学性能也会有很大的不同。
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第四节 水下焊接材料、设备及工艺
一、水下焊接材料 1. 母材 目前国内外用于制造水下结构的材料 大 都限于低碳钢及低合金高强钢。 2. 焊丝及焊条 一般情况下，高压干法及局部 干法焊接，可根据实际情况选用陆上焊的焊丝 及焊条。 3. 保护气体 水下焊接采用陆上焊接用的保护 气体。