miniatura|Sudură subacvatică. Sudarea subacvatică este sudarea realizată sub nivelul apei și reprezintă operația de îmbinare a două piese metalice prin încălzire locală.
Datorită interesului crescut din domeniul intervențiilor subacvatice pentru întreținerea, controlul și repararea instalațiilor, construcțiilor și structurilor metalice imersate de importanță deosebită în industrie cum ar fi conducte subacvatice, platforme offshore, construcții hidrotehnice, nave etc, sudarea sub apă reprezintă unul dintre mijloacele de bază la care se face apel.
Operațiile de sudare subacvatică se pot efectua fie în contact direct cu apa, procedeul numindu-se sudare în mediu umed, fie într-un spațiu uscat fără contact cu apa, procedeu care poartă denumirea de sudare în mediu uscat. 400px|thumb|Sudarea în apă
Sudare în mediu umed (în apă) Sudarea în mediu umed sau în apă, este procedeul cel mai cunoscut și cel mai aplicat la lucrările de reparații subacvatice precum și la cele de ranfluări de nave. Sudarea se face cu arc electric, în apă, rezultând o îmbinare sudată cu caracteristici mecanice apropiate de sudura realizată la suprafață.
Lucrările de sudare subacvatică se efectuează atât în apă sărată cât și în apă dulce.
Scurt istoric Primele încercări de sudare cu arc electric sub apă datează din anul 1802 când Sir Humprey Davy a arătat că un arc electric imersat în apă continuă să funcționeze. În anul 1898, alți cercetători au demonstrat posibilitățile de prelucrare a materialelor metalice sub apă, utilizând electrozi din sârmă, însă rezultatele obținute au fost mediocre. În anul 1907 suedezul Kjellberg brevetează electrodul de sudare cu înveliș, asigurând ridicarea calității îmbinărilor sudate. În anul 1917, Amiralitatea Britanică a întreprins unele cercetări și a demonstrat că se poate depune metal sub apă. Aceste încercări de sudare au fost efectuate în scopul de a repara, mai rapid, bastimente și nave de război avariate. După această dată, s-au efectuat cercetări susținute privind sudarea subacvatică în mai multe țări ca S.U.A., Germania, Anglia, Franța, fosta U.R.S.S. și Japonia. În timpul celui de-al doilea război mondial, au fost folosiți pentru prima dată electrozi înveliți și protejați cu un strat de lac. După cel de-al doilea război mondial, cercetările iau amploare ca urmare a necesității reparării și scoaterii la suprafață a navelor avariate sau scufundate în timpul războiului. În anul 1946 Van der Wiligen utilizează electrozi înveliți, acoperiți cu diverse substanțe hidroprotectoare. În anii ’60, ca urmare a dezvoltării industriei de foraj marin offshore, crește semnificativ interesul acordat sudării subacvatice în mediu umed, precum și apariției și dezvoltării unor publicații de specialitate. În anul 1970, a fost realizată prima intervenție de sudare subacvatică în mediu umed, în apă dulce, pe construcția metalică a unui doc, de către firma Chicago Bridge & Iron Co. din S.U.A., În anul 1971 s-a efectuat prima reparație la o structură marină offshore utilizându-se procedeul de sudare în mediu umed. După anii ’70, industria și firmele specializate pe plan mondial în lucrări tehnice sub apă, au început, în mod constant, să utilizeze procedeul de sudare în mediu umed.
În România, la Institutul de Sudură și Încercări de Materiale din Timișoara s-au efectuat numeroase cercetări asupra diverselor procedee de sudare atât la suprafață, cât și sub apă, și s-au realizat mai multe echipamente specifice. În cadrul Universității Dunărea de Jos din Galați s-au pus la punct diferite instalații complexe, cum ar fi instalație de sudare subacvatică cu uscare locală și simulatorul de sudare subacvatică hiperbară etc.
Particularități ale sudării în mediu umed La realizarea operației de sudare electrică sub apă, prezintă o deosebită importanță procesele chimice, fizice și tehnologice care au loc în timpul acestei operații.
Stabilitatea arcului electric Stabilitatea arcului electric depinde de procesele chimice, fizice și tehnologice determinante ce au loc în desfășurarea operației de sudare electrică subacvatică.
Procese chimice Influența salinității apei - procesul de sudare în apă sărată are o desfășurare mai stabilă decât în apă dulce, stabilitatea procesului de sudare subacvatică crește cu mărirea salinității apei; Interacțiunea cu oxigenul; Interacțiunea cu hidrogenul.
Procese fizice Existența pungii de gaze, creată de arcul electric subacvatic Influența vitezei de răcire Efectul adâncimii (presiunii hidrostatice)
Procese tehnologice Sudabilitatea - este în funcție de mai mulți factori cum a fi:
Condițiile de sudare: – natura curentului electric: direct;
– tipul învelișului electrodului: rutilic, acid sau bazic;
– proprietățile substanței hidroizolante: etanșeitate, rigiditate, prezența elementelor ionizante;
– diametrul electrodului: maximum 4 mm;
– influența presiunii hidrostatice. Procesele din zona topită: – solidificarea: rapidă;
– pătrunderea: depinde de curentul de sudare și crește proporțional cu presiunea hidrostatică;
– defectele în cordon: incluziuni de zgură și pori, numărul porilor crește cu creșterea presiunii hidrostatice, iar la aceeași presiune depinde de intensitatea curentului de sudare, de natura și tipul substanței hidroizolatoare;
Echipament Echipamentul care se utilizează pentru sudarea pe uscat este utilizat și la sudura subacvatică în mediu umed : sursa de curent electric, cabluri electrice, electrozi, portelectrod și accesorii.
Sursă de curent electric Se utilizează numai surse de curent continuu de maximum 500 A. Arcul arde mai stabil la folosirea curentului continuu decât în cazul curentului alternativ, deoarece curentul continuu descompune apa în ioni înaintea amorsării arcului.
Sursele de curent continuu pot fi generatoare de sudare antrenate de motoare electrice sau de motoare cu ardere internă.
Cabluri electrice Pentru conducerea curentului electric la portelectrod și la clemele de contact ale piesei de lucru, se folosesc cabluri flexibile de sudare din CuE, de construcție multifilară din sârme foarte subțiri de 0,2 mm diametru, acoperite cu o înfășurare din fire de bumbac și izolație de cauciuc, peste care se aplică o pânză cauciucată și o îmbrăcăminte cu manta din cauciuc.
Electrozi Electrozii pentru sudare subacvatică au vergeaua metalică din oțel cu conținut redus de carbon (0,1%). Diametrul electrozilor este de 4...6 mm, lungimea de 350...450 mm, iar grosimea învelișului este de 0,2...0,25 mm.
Pentru a proteja electrozii imersati in apă, pe suprafața învelișului se aplică, prin impregnare sau imersare, o peliculă hidroizolantă. Substanțele utilizate pot fi parafină, celuloid dizolvat în acetonă, bitum, lac de cauciuc, diverse vopsele, lacuri pe bază de nitroceluloză, lacuri cu glicerină, policlorură de vinil și rășini.
Portelectrozi Portelectrodul servește la prinderea electrodului. În ultimul timp sunt tot mai des folosiți portelectrozii combinați, folosiți atât pentru sudură cât și pentru tăiere (oxi-arc sau electrică), prin utilizarea unei mandrine interschimbabile. Portelectrozii pentru sudare trebuie să îndeplinească anumite condiții cum ar fi: să fie etanș; să permită o bună manevrabilitate; să permită fixarea lejeră și sigură a electrodului; să asigure o legătură electrică corespunzătoare;
Accesorii La echipamentul de bază, sunt necesare o serie de accesorii și scule: clema de contact - servește la conducerea curentului electric de la sursa de curent la piesa de lucru sub apă; întrerupătorul cu pârghie - permite cuplarea și decuplarea rapidă a sursei electrice, la cererea scafandrului sudor; peria de sârmă din oțel - este utilizată pentru curățarea suprafeței de rugină sau de depuneri marine; poate fi manuală sau acționată mecanic (pneumatic sau hidraulic); filtrul din sticlă colorată - este utilizat pentru protecția ochilor;
Avantaje Avantajele sudurii subacvatice umede sunt: flexibilitate mare în aplicații, scafandrul sudor putând interveni la porțiuni ale unei structuri imerse care nu pot fi sudate prin nici o altă metodă de sudare; cost redus, echipamentul utilizat fiind asemănător celui folosit la suprafață; mobilitate ridicată a scafandrului sudor; timp scurt pentru executarea lucrărilor; libertate mai mare în alegerea metodologiei de reparat.
Dezavantaje Dintre dezavantajele sudurii subacvatice umede pot fi menționate: calitate mai scăzută a îmbinărilor realizate, aproximativ 60...80% față de cele obținute la suprafață; răcire mare a băii metalice (de 10...15 ori mai mare decât în aer); crater mai profund decât la sudarea în aer, conducând la dificultăți de reamorsare; oxidarea puternică a elementelor de aliere (Mn, Si).
Sudare în mediu uscat Sudarea în mediu uscat se utilizează la lucrările de sudare la care se cere o înaltă calitate a sudurii, cum ar fi cazul sudării conductelor submerse de înaltă presiune aflate la adâncime mare.
Sudura în mediu uscat se efectuează în atmosferă uscată, fără apă, la presiune egală cu presiunea mediului acvatic exterior de la adâncimea de lucru.
Sudarea în mediu uscat în condiții hiperbare are loc într-un habitat imers uscat, complet închis, numit cheson de sudură, unde presiunea este egală cu presiunea mediului acvatic exterior la adâncimea de lucru.
Procedeele de sudare în atmosferă uscată pot fi: în mediu uscat, în condiții hiperbare; în mediu uscat, în condiții hiperbare, în minihabitat; în mediu uscat, efectuată la presiune atmosferică; cu uscare locală.
Sudare în mediu uscat în condiții hiperbare Sudarea în mediu uscat hiperbar a fost dezvoltată în special datorită progreselor realizate de scufundarea de sistem unitară și în saturație la mare adâncime pentru stabilirea de programe de decompresie pentru scafandrii sudori datorită perioadelor îndelungate de timp necesare efectuării operației de sudare.
Scurt istoric Ideea utilizării unor gaze pentru protejarea metalului topit cu arc electric aparține lui Roberts și Van Nuys, care în anul 1919 propun încercarea gazelor inerte (heliu, argon, azot). Pionierii sudării în mediu uscat, în condiții hiperbare, au fost firmele americane Ocean Systems, Reading and Bates, Taylor Diving and Salvage Co., Ray McDermott , Sub Sea Int. și firma franceză Comex S.A.. Prima sudare în mediu uscat, în condiții hiperbare, a fost realizată în anul 1965, la o magistrală de conducte submerse în Golful Mexic, la adâncimea de 24 m. Firma Taylor Diving and Salvage Co. a efectuat apoi, lucrări de sudare în mediu uscat la adâncimea de 167 m și lucrări simulate la adâncimea de 366 m, în laboratorul propriu. În prezent în condiții simulate, au fost efectuate suduri în mediu uscat hiperbar la adâncimi de până la 600 m.
Metoda de sudare în mediu uscat, în condiții hiperbare, este larg utilizată pentru îmbinarea porțiunilor orizontale ale conductelor submerse, pentru efectuarea de branșamente sau pentru montarea de vane pe acestea, precum și pentru îmbinarea riser-ului (coloanei montante) platformei de foraj marin cu o conductă submersă. Grosimea pereților conductelor magistrale poate fi de 6...25 mm, iar diametrul exterior de 500...900 mm.
Numărul de treceri necesare efectuării unei suduri în mediu uscat în condiții hiperbare depinde de grosimea pereților conductei.
Timpul necesar efectuării unei suduri hiperbare uscate, este în medie de 9 ore pentru un diametru de conductă de 800 mm. Aproximativ același timp este necesar pentru operațiunile de pregătire ale conductei de sudat (curățare, tăiere, șanfrenare).
Cele mai utilizate procedee de sudare în mediu uscat, în condiții hiperbare, sunt sudurile Wolfram-Inert-Gas/Tungsten-Inert-Gas (WIG/TIG) și Metal-Inert-Gas (MIG).
Sudare WIG(TIG) în condiții hiperbare
Procedeul WIG (TIG) se utilizează la lucrările de sudare „cap-la-cap” ale conductelor magistrale submerse pentru sudarea rădăcinii și a stratului de normalizare.