高圧溶接

高圧溶接は、通常は水中で高圧下で行われる極度の溶接プロセスです。^{[1] [2]}高圧溶接は、水中で湿式で行うことも、特別に作られた正圧エンクロージャ内で乾式で行うこともできます。つまり、乾燥した環境で使用される場合は主に「高圧溶接」と呼ばれ、湿った環境で使用される場合は「水中溶接」と呼ばれます。高圧溶接の用途は多岐にわたり、船舶、沖合石油プラットフォーム、パイプラインの修理によく使用されます。溶接される最も一般的な材料は鋼です。

乾式溶接は、溶接前後の熱処理の適用などにより維持できる状態に対する制御が向上するため、高品質の溶接が要求される場合、湿式水中溶接よりも優先して使用されます。この環境制御の向上は、プロセス性能の向上に直接つながり、一般に、同等の湿式溶接よりもはるかに高品質の溶接になります。したがって、非常に高品質の溶接が要求される場合、通常は乾式高圧溶接が使用されます。最大1,000メートル（3,300フィート）の深さで乾式高圧溶接を使用する研究が進行中です。^{[3]一般に、水中溶接の完全性を保証することは困難ですが（ただし、さまざまな}非破壊検査アプリケーションを使用すれば可能です）、特に湿式水中溶接の場合は、欠陥が溶接表面の下にあると検出が難しいため困難です。

水中高圧溶接は1932年にソ連の冶金学者コンスタンチン・クレノフによって発明された。 ^[4]

溶接プロセスは、ほぼすべての製造業や構造用途（建物の金属骨組み）においてますます重要になっています。^[5]大気中での溶接にはさまざまな技術がありますが、そのほとんどは水と接触するオフショアや海洋の用途には適用できません。オフショアの修理や浮上作業のほとんどは、浅い水深または断続的に水に覆われる領域（飛沫帯）で行われます。しかし、最も技術的に難しい作業は、特にパイプライン建設や海洋構造物や船舶の裂け目や破損の修理など、より深い場所での修理です。水中溶接は、構造物を海から引き上げる必要がなく、貴重な時間とドックの費用を節約できるため、海洋の保守と修理にとって最も安価なオプションです。また、緊急修理も可能になり、損傷した構造物を安全に乾いた施設に輸送して恒久的な修理や解体を行うことができます。水中溶接は、内陸とオフショアの両方の環境で適用されますが、季節的な天候により、冬季はオフショアでの水中溶接はできません。どちらの場所でも、表面から空気を供給するのが、水中溶接者にとって最も一般的な潜水方法です。

乾式高圧溶接では、溶接される構造物の周囲に密閉されたガス混合物で満たされたチャンバー内で 高圧で溶接が行われます。

シールドメタルアーク溶接（SMAW）、フラックス入りアーク溶接（FCAW）、ガスタングステンアーク溶接（GTAW）、ガスメタルアーク溶接（GMAW）、プラズマアーク溶接（PAW）などのほとんどのアーク溶接プロセスは高圧で操作できますが、圧力が上昇するとすべて問題が発生します。^[6] ガスタングステンアーク溶接が最も一般的に使用されています。劣化は、アーク周囲のガス流状態が変化し、アークルートが収縮してより可動性が高くなるため、アーク挙動の物理的変化に関連しています。注目すべきは、圧力の上昇に関連するアーク 電圧の劇的な増加です。全体的に、圧力が上昇すると、能力と効率が低下します。

特別な制御技術が適用され、実験室での水深2,500メートル（8,200フィート）までの溶接が可能になりましたが、ダイバーが高圧下で溶接装置を操作する生理学的能力と、深海での自動圧力/溶接チャンバーの構築に関する実際的な考慮により、乾式高圧溶接はこれまで水深400メートル（1,300フィート）未満での操作に制限されていました。^[7]

湿式水中溶接では、ダイバーと電極が水や周囲の要素に直接さらされる。ダイバーは通常、約300～400アンペアの直流電流を使用して電極に電力を供給し、さまざまな形式のアーク溶接を使用して溶接を行う。この方法では、防水電極を使用するシールドメタルアーク溶接の一種が一般的に使用される。^[2]使用される他のプロセスには、フラックス入りアーク溶接や摩擦溶接がある。^[2]これらの場合、溶接電源はケーブルとホースを介して溶接装置に接続されている。このプロセスは、特に深度が大きい場合は、水素による割れが発生するため、一般に低炭素当量鋼に限定される。^[2]

棒電極を用いた湿式溶接は、乾式溶接に用いられる装置と同様の装置を用いて行われるが、電極ホルダーは水冷用に設計されており、より強力に絶縁されている。水から取り出して使用すると過熱する。手動金属アーク溶接には定電流溶接機が用いられる。直流が使用され、溶接ケーブルの表面制御位置には高耐久性の絶縁スイッチが取り付けられており、使用していないときには溶接電流を切断することができる。溶接工は、作業中、必要に応じて表面オペレータに接点を開閉するよう指示する。接点は実際の溶接中のみ閉じ、それ以外のとき、特に電極を交換するときには開く必要がある。^[8]

電気アークはワークピースと溶接棒を加熱し、溶融金属はアークの周りのガス泡を通して移動します。ガス泡は部分的には電極上のフラックスコーティングの分解によって形成されますが、通常はある程度蒸気によって汚染されています。電流の流れは電極からワークピースへの金属液滴の移動を誘発し、熟練した作業者による位置溶接を可能にします。溶接表面へのスラグ堆積は冷却速度を遅くするのに役立ちますが、急速な冷却は高品質の溶接を生み出す上で最大の問題の1つです。^[8]

水中溶接の危険性には、溶接工の感電リスクが含まれる。これを防ぐために、溶接装置は海洋環境に適応し、適切に絶縁され、溶接電流が制御されなければならない。商業ダイバーは、ダイバーが直面する職業上の安全問題、特に呼吸ガスの圧力上昇による減圧症のリスクも考慮する必要がある。^{[9]多くのダイバーが、}歯科用アマルガム の電気分解に関連する金属味を報告している。^{[10] [11] [12]}また、水中溶接に関連して、長期的な認知機能や筋骨格系への影響がある可能性がある。^[13]

• 酸素燃料溶接と切断 – 燃料と酸素を使用した金属加工技術

ウィキメディア・コモンズには、水中溶接に関連するメディアがあります。

• 健康安全局 - 水中溶接による長期的な健康への影響について調査を実施します。