Обитаемые камеры с контролируемой атмосферой для сварки
Сложно заподозрить в профессии сварщика что-то высокотехнологичное и даже космическое, пока вопрос не коснется чего-то большого, при этом легкого, совершенно немагнитного и не ржавеющего, да еще и не боящегося перепада температур в сотню градусов Цельсия.
Очевидно, что в космической отрасли такие задачи — не редкость. Другое дело, что там эти задачи пока еще штучные. Зато в авиапроме сварщикам приходится примерять на себя роль космонавтов и глубоководных водолазов почти ежедневно. Чуть реже, но тоже активно, сварщики залезают в скафандры и на верфях.
Все дело в космосе, самолетах и подводных лодках
Проблема проста: и у самолетов, и у подлодок предостаточно узлов и крупногабаритных деталей, которые требуют особенной прочности. Титан подходит идеально. Но как в крыле, так и в обшивке подлодки используются поверхности с многослойной подкладкой, под которую невозможно ввести сварочный аппарат. Приходится довольствоваться только нанесением внешнего сварочного шва, в два с лишним раза теряя в прочности.
Решение, конечно же, есть. Это сплавы титана и легировочные добавки к нему, но есть одна неустранимая проблема: при всей своей инертности титан сохраняет свою химическую невозмутимость только до 450-500С. При полутысяче градусов Ti начинает активно абсорбировать все что есть в атмосфере или на его собственной поверхности: он не только легко «аморфно окисляется» кислородом, но поглощает даже водород, образуя хрупкие структуры наподобие клатратов — TiH2. Это легко бы было избежать при помощи струи углекислого газа, направленной на место сварки, но этот очевидный и дешевый метод не подходит: титан прекрасно взаимодействует с углеродом в CO2, отрывая его от кислорода. При этом образуется эвтектика Ti и карбида титана, которая в разы прочнее самого металла, и качественной сварке уже не поддается, так как обладает повышенной хрупкостью!
Самоизоляция в газовой камере
Этот контейнер — и есть рабочее место сварщика, а пульт справа — место оператора-контролера.
Самое интересное решение — «космическое». Оно заключается в создании объема, полностью заполненного инертным газом, в котором будут неукоснительно отслеживаться параметры чистоты внутренней атмосферы. По сути это огромная барокамера с регулируемой подачей газа и контролем давления и температуры. Там и должна проводиться сварка.
Гелий и неон в качестве наполнителей этого объема, как ни странно, не подойдут. Титан уже при 500С активно абсорбирует все вокруг, а при температуре плазмы дуговой сварки даже инертные гелий с неоном легко проникают в кристаллическую решетку титана — их атомы достаточно малы. Зато аргон подходит как нельзя лучше.
Еще необходимо позаботиться о чистоте внутренней атмосферы. Даже аргон марки А необходимо пропускать через регенерационную систему с анионитами, катионитами и классическими мелкодисперсными фильтрами.
И, наконец, сам сварщик-оператор не может дышать аргоном — ему придется облачаться в самый настоящий скафандр. От космического он отличается только тем, что ему обычно не нужно удерживать разницу между внешним и внутренним давлением в 1 атмосферу.
Отлично видно, что перчатки пристыковываются к рукавам герметичными кольцами-защелками.
Есть и еще один нюанс: даже после самой глубокой очистки аргона можно дешево и легко уменьшить количество примесей во внутренней атмосфере, например, в два раза. Для этого достаточно держать внутреннее давление в пределах 0.5 атмосфер. Цена такого решения — слегка укрепленный скафандр и максимально гибкий материал перчаток (или со спицами, повторяющими фаланги пальцев). Однако существуют задачи, где потребуется почти полный вакуум, а это уже почти космические технологии.
Сварщик-космонавт
Одна атмосфера — это немного. Такой перепад спокойно выдерживает даже не дайвер, а обычный ныряльщик на глубине 10 метров. Поэтому с точки зрения гигантизма пределов в строительстве барокамер нет.
Но физиологические возможности человека приходится учитывать. Делать частые перерывы во время сварки очень нежелательно — неравномерный шов нивелирует все преимущества камерной сварки. Поэтому сварщику все-таки требуется двухнедельная подготовка. Хотя правильнее ее будет назвать отбором: испытуемый симулирует все свои действия в скафандре на протяжении 4-5 часов ежедневно. Конечно, это не подготовка дайвера по программе ACUC/PADI, и точно не Звездный городок. Но и отличные сварщики на 100 тыс населения встречается в десятки, а то и в сотни раз чаще пилотов-испытателей. Как ни цинично это звучит, не каждый человек способен выдержать полдня в скафандре.
Это достаточно типовая камера — гигантизмом тут совсем не пахнет. Камеры бывают многоэтажными.
Продувка или вакуум — три сапога пара
С другой стороны, кроме подобных монстров есть камеры, которые вполне поместятся в обычном гараже. Есть два основных типа:
- камеры с продувкой инертным газом;
- вакуумные камеры.
Но поскольку их часто заказывают под определенные операции, то внешне они радуют многообразием, но принципы работы не отличаются.
Типовая камера с продувкой аргоном.
Например, классическая рамочная камера с продувкой аргоном устроена совершенно бесхитростно: газ подводится к камере снизу, в то время как выпускной клапан расположен вверху. Небольшие детали для сварки загружаются внутрь через боковой лючок, а крупные — через большой люк вверху камеры. Единственный важный параметр, который необходимо отслеживать постоянно: под каким давлением подается аргон. Обычно это чуть избыточные 1.1 атм, чтобы гарантировать полное вытеснение воздуха.
Вакуумные камеры отличаются разве что большей прочностью. И в них уже используется спецстекло, а не дешевый акрил.
Наши инженеры прекрасно разбираются во всех этих симпатичных устройствах, и могут рассказать вам намного больше этого краткого очерка. И не имеет значения, закажете ли вы типовую модель, или вам захочется нечто нестандартное под определенные размеры и требования — наши специалисты без проблем справятся с вашим заказом.
