бывание под водой. Поэтому главной проблемой сварки под водой является максимальная механизация и автоматизация процесса сварки и сведение к минимуму времени пребывания человека под водой.

Долгое время (1932-1970 гг.) для подводных работ применяли только ручную дуговую сварку штучными электродами. При этом способе затруднительны смена электродов и смыкание шва в местах их смены. Несмотря на примитивность и неудобство, ручную дуговую сварку широко применяют для ремонта подводной части кораблей и судов, прокладки трубопроводов, постройки подводных сооружений и пр. Преимуществом способа является его простота, все оборудование обычное стандартное, электроды легко изготовить. Сварка под водой принципиально возможна и на больших глубинах. С увеличением глубины и давления устойчивость дуги сохраняется, а глубина расплавления металла возрастает. Однако практическое выполнение сварки на сколько-нибудь значительных глубинах, например более 40-50 м, наталкивается на неприспособленность человеческого организма. При глубине 100 м работа почти невозможна.

Со времени разработки способа сварки под водой делались многочисленные попытки механизации и автоматизации процесса. Наиболее существенные результаты в лабораторных условиях достигнуты со шланговыми полуавтоматами, работающими стальной проволокой со вдуванием в зону дуги аргона или углекислого газа или без их вдувания. Имеются также положительные результаты плазменной сварки, но все это не нашло производственного применения.

ИЭС им. Е. О. Патона разработан новый полуавтомат, работающий специальной проволокой. Металл шва проходит при сварке необходимую металлургическую обработку, улучшающую его химический состав, структуру и механические свойства. Дуга горит весьма устойчиво, отмечается незначительное образование мути, почти не мешающее наблюдению за дугой. Внешний вид швов удовлетворительный, металл шва соответствует нормам для металла, наплавленного электродами типа Э42 на воздухе. Несравненно благоприятнее условия работы сварщика, который работает непрерывно, не меняя электродов. Производительность труда возрастает в несколько раз, значительно выше и качество сварки. Ввиду этого сварку под водой можно применять для изготовления ответственных конструкций.

§ 12-2. Сварка в космосе

Основные отличия космических условий от земных - прежде всего глубокий вакуум (до 10 мм рт. ст.) при практически неограниченной скорости диффузии газов из зоны сварки; широкий интервал температур, при которых может находиться свариваемое изделие (ориентировочно от -fl30 до -150° С);

невесомость. Кроме этого, ряд второстепенных факторов в определенной степени влияет на качество сварки, например ограниченная подвижность оператора, наличие в окружающем пространстве различного рода излучений и т. д.

При выборе наиболее перспективных для космоса методов сварки следует руководствоваться общепринятыми для космической техники критериями оценки (например, высокая надежность, малая энергоемкость и малая масса оборудования) и специфически сварочными критериями (работоспособность в космических условиях, универсальность метода, простота и безопасность оборудования в обращении, возможность выполнения не только сварки, по и резки и т. д.).

Из всего многообразия существующих способов сварки по этим критериям на первом этапе отобраны следующие: электроннолучевая; дуювая принудительно сжатой дугой плавящимся и неплавящимся электродом; контактная; холодная; диффузионная.

На основании накопленного в земных условиях опыта можно было полагать, что такие способы сварки, как диффузионная, холодная и контактная, не связанные с наличием газов в зоне сварки, с интенсивным нагревом и расплавлением больших объемов металла, окажутся вполне работоспособными в условиях космического вакуума и невесомости. Поэтому использование их в космосе не потребует проведения каких-либо специальных технологических исследований. Однако область применения этих способов ограничивается малой универсальностью и необходимостью тщательной подготовки свариваемых поверхностей.

В то же время такие достаточно универсальные и простые способы, как электроннолучевая и дуговая сварка, отличаются относительно большим объемом расплавляемого металла и выделением в зоне сварки различных газов и паров, что делает их использование в космосе проблематичным. Поэтому перед опробованием этих способов сварки непосредственно в космосе их необходимо тщательно исследовать в условиях, имитирующих космические.

Имитация одновременно всех отмеченных выше основных особенностей космоса требует чрезвычайно сложного и громоздкого оборудования. Это заставляет проводить исследования в несколько этапов. Влияние глубокого вакуума и перепада температур может быть изучено на Земле в специальных термобарокамерах с большим объемом рабочего пространства. Исследование комплексного влияния вакуума и невесомости необходимо проводить в летающих лабораториях.

Эксперименты подтвердили принципиальную возможность выполнения сварки в вакууме концентрированными источниками нагрева при перепаде температур примерно от -50° до --60° С. В то же время большой объем вакуумных камер неблагоприятно сказывается на дуговых методах сварки, связанных с подачей плаз ообразующего газа. При большой скорости откачки цосту-

пающий из сопла горелки плазмообразующий газ чрезвычайно быстро диффундирует в остаточную атмосферу камеры, осложняя тем самым установление стабильной дуги.

Для исследований в условиях невесомости разработаны и изготовлены специальные испытательные стенды, устанавливаемые в салоне самолета-летающей лаборатории. Они позволяют выполнять сварку в вакууме или в контролируемой атмосфере инертных газов. Многочисленные опыты, проведенные в летающих лабораториях, позволили установить основные технологические особенности сварки в условиях невесомости. По-видимому, существует предельный объем ванны жидкого металла, который может образовывать сварной шов в невесомости при наличии силового воздействия со стороны источника нагрева (электронного луча или сжатой дуги).

Величина этого предельного объема зависит от условий смачивания по границе жидкой и твердой фаз, поверхностного натяжения жидкого металла и давления источника нагрева. При ухудшении смачивания, уменьшении поверхностного натяжения металла и увеличении давления источника нагрева величина этого предельного объема металла уменьшается.

При сварке в невесомости алюминиевых и титановых сплавов, а также нержавеющих сталей концентрированным источником нагрева мощностью до 1,2 кВт сварочная ванна объемом 0,05- 0,07 см* совершенно устойчива и стабильно образует сварной шов как в вакууме, так и в атмосфере аргона. Это позволяет надежно выполнять в невесомости сварку перечисленных металлов при толщине листов до 3 мм. При электроннолучевой резке этих металлов в невесомости выплавляемый из полости реза металл силой поверхностного натяжения удерживается на кромках реза и кристаллизуется в виде валика или капель.

Дегазация сварочной ванны при сварке в вакууме и невесомости, как правило, не отличается от того, что наблюдается на Земле. Лишь при электроннолучевой сварке сплава АМг-6 в невесомости отмечена несколько повышенная пористость. По-видимому, при небольшом объеме сварочной ванны и интенсивном перемешивании металла давлением источника нагрева влияние невесомости на выделение газов незначительно. Не обнаружено также существенного влияния невесомости на структуру металла шва. Лишь с применением электронного микроскопа можно заметить некоторые отличия в структуре первичных фаз. Процесс сварки плавящимся электродом в невесомости изучали в контролируемой атмосфере аргона при давлении 760 мм рт. ст. и в вакууме с разрежением до 10 * мм рт. ст. Мощность дуги не превышала 1,2 кВт при диаметре электродной проволоки 1 мм. При сварке в аргоне на токе силой 50-60 А со свободным формированием капель электродного металла капли металла могут достигать очень больших размеров, необычных для такого режима сварки на Земле. Например, при сварке в невесомости высоколегированной