水中切断と溶接

水中切断と溶接は、水中建設、海洋救助、清掃ダイビングの用途で水中ダイバーが使用する金属加工技術です。水中溶接のほとんどは直流湿式スティック溶接で、水中金属切断のほとんどは浸漬酸素アークとシールド金属アーク切断ですが、他の技術も利用可能であり、使用されることもあります。これらのプロセスは主に鋼構造物に適用されます。これは、鋼構造物が水中環境で使用される最も一般的なアーク溶接可能な材料であるためです。^[1]

水中での酸素アーク切断やアーク溶接は、乾燥した安定した環境での作業よりも高度な技術とスタミナが必要です。水中環境では、機器とオペレーターの両方にいくつかの制限と制約が課せられ、表面志向のダイバーは深いところでは潜水時間が短くなるため、作業を適切な時間内に完了するには効率的な作業が重要になります。^{[1] : Ch. 1}

ダイビング機器はダイバーの邪魔になり、水の動き、不安定な足場、視界の制限がさらに状況を悪化させます。水が急速に冷えると、良好な溶接品質を達成することが難しくなるため、救助作業では、実行可能な場合は、切断による解決策が溶接を必要とする解決策よりも好まれます。^{[1] : Ch. 1}

水中建設は、水中環境における産業建設です。商業ダイビングの重要な要素が関与することがよくありますが、必ずしもそうとは限りません。^{[2] [3]これは}海洋建設産業の一部です。^[4]水中溶接が使用される場合があり、修理作業では鋼鉄やコンクリートの切断が必要になる場合があります。

海難救助とは、難破船や海難事故の後に船とその積荷を回収する作業である。救助には、船の曳航、再浮上、船の修理などが含まれる。沿岸環境を油やその他の汚染物質の流出から保護することも、最優先事項である。無線が発明される前は、遭難した船を救助するサービスは、たまたま通りかかった船によって提供されていた。救助のほとんどは、専門の救助会社によって行われ、専用の乗組員と設備が備えられている。^[5]

海難救助に適用される技術は、主に利用可能な資材や機器を状況に合わせて調整するものであり、緊急性、天候や海況、現場へのアクセス性、経済的配慮などによって制約を受けることが多い。ダイビングは時間がかかり、労働集約的で、危険で、費用がかかり、状況によって制約され、非効率的であることが多いが、一部の作業を行うには唯一または最も効率的な方法である可能性がある。^{[6] : Ch. 4}

船舶管理とは、船体、索具、設備のメンテナンス、清掃、^[7]、一般的な維持管理のあらゆる側面を指します。また、技術部門で特にカバーされていないメンテナンスの側面を指す場合もあります。 ^[8]この用語は海軍と商船の両方で使用されていますが、^[9]海軍船舶管理は海軍船舶に特に言及するために使用されることもあります。^[10]

利用可能な技術の中で最も一般的に使用されているのは、酸素アーク切断とシールドメタルアーク切断です。アーク切断と溶接では、アークを発する前にワークピースを清掃して接地する必要があり、切断の品質はワークピースの表面状態に依存します。接地クランプは、露出した清潔な金属にしっかりと取り付ける必要があります。^{[1] : Ch. 2}

腐食した金属や微生物が付着した金属よりも、きれいな金属を切断する方が簡単です。通常のスケールと 1 層または 2 層の薄い塗装で覆われた鋼は、簡単に切断できます。厚いスケール、厚い塗装、フジツボ、および同様の海洋生物は切断を困難にするため、最初に除去する必要があります。通常の塗料スクレーパーは、軽いスケールと塗装の除去に役立ちますが、より重い微生物の場合は、高圧水ジェット洗浄ツールを追加で使用できます。可能であれば、切断する前に金属の両面を洗浄する必要があります。金属の裏側に汚れやひどい腐食があると、切断部分が詰まり、切断ジェットが吹き抜けないことがあります。アクセスできない場合は、切断する領域を大型のスレッジハンマーで叩くと、反対側のスケールが十分に緩むことがあります。^{[1] : Ch. 2}

酸素アーク切断は、燃焼とも呼ばれ、加熱された金属を酸化させて金属を切断し、その後ガスによって吹き飛ばすプロセスです。酸素アーク切断では、一度点火して酸素が流れている間はアークとは独立して燃焼し続ける鋼管電極または発熱電極を使用できます。^{[1] ：Ch. 1}酸素アークは、普通鋼や低炭素鋼をうまく切断できるため、可能な限り好まれます。通常、定電流DC溶接発電機を正極性に設定して使用され、電極がワークに触れるとアークが点火します。電極の先端は消耗し、燃え尽きて切り株になるため、頻繁に交換する必要があります。

管状鋼電極は、製造時に塗布される防水フラックスコーティングが施された鋼管で構成されています。一般的な電極は長さ 14 インチ、外径 5/16 インチ、内径 1/8 インチ弱です。防水フラックスコーティングは溶接電極のコーティングに似ており、どちらもアークの点火とメンテナンスを容易にし、そこから発生するガスがアークの周囲に泡を形成し、アークの下で加熱された金属を燃焼させるのに十分な時間、水が入らないようにします。フラックスは電気絶縁体でもあり、ダイバーが誤って電極に触れた場合に保護し、狭い場所での側面アークを防止します。 ^{[1] : Ch. 2}

発熱電極は一度点火すると酸素が流れている限り燃え続けるので、ダイバーは切断開始後に電流をオフにすることができますが、アークが追加の熱を生成するため、電源を入れたままにしておくとシステムは金属をより速く切断します。発熱電極は点火後、ほぼすべての材料を溶かしたり燃やしたりすることができます。^{[1] : Ch. 2}

発熱電極切断はシンプルで習得しやすく、電源がオフのときに薄い金属を切断するのに使用できます。切断速度は速く、あらゆる厚さの鉄および非鉄金属、およびコンクリートや岩石などの幅広い非導電性材料を切断できます。高い動作電流を必要とせず、12ボルトの自動車スターターバッテリーから点火できます。^{[1] ：Ch. 2}

シールドメタルアーク切断は、酸素で金属を燃やすことなく、アークの高熱で金属を溶かして切断します。厚さ6mm未満の炭素鋼板や、あらゆる厚さの非鉄金属や耐腐食性金属に適しています。^{[1] ：Ch. 1}

水中シールドアーク切断は簡単なプロセスです。防水加工された軟鋼棒型電極であればほとんどどれでも使用でき、耐腐食鋼や非鉄金属であればどんな厚さでも切断できます。酸素は不要で、アークの熱で金属が溶けて、ダイバーが電極の先端を使って切り口から押し出すか、重力で流れ出ます。^{[1] : Ch. 1}重力に頼るのは、水が溶けた金属を急速に冷やしてしまうので好ましくありません。

湿式溶接は、ダイバーとワークピースの両方が完全に水に浸かった状態で行われ、シールドメタルアーク溶接が最も広く使用されているプロセスです。^{[1] : Ch. 1}ほとんどの湿式溶接は、直流（DC）を使用して行われます。電極はマイナス（正極性とも呼ばれます）で、この極性では電極ホルダーが長持ちしますが、DC電極プラス（逆極性とも呼ばれます）を使用すると、より良い結果が得られる場合があります。^{[1] : Ch. 3} 安全上の理由から、交流は使用されません。^{[1] : Ch. 2}

シールドメタルアーク溶接は、フラックスで覆われた金属電極とワークの間に生成される電気アークで加熱することによって行われます。アークは、通常 7,000 ～ 11,000 °F (3,900 ～ 6,100 °C) の高熱を非常に狭い領域に集中して生成します。その結果、母材金属部品、コアワイヤ、およびフラックス被覆の一部が溶解します。フラックス被覆の他の要素は分解して、アークの周囲にガスシールドを形成します。このシールドは、溶融金属を周囲の大気 (この場合は主に過熱蒸気) による汚染から保護します。電極が溶けると、溶融金属の小さな滴または球状体が形成され、アークを横切ってワーク上に堆積し、溶融プールに落ちて凝固し、溶接金属のビードを形成します。滴または球状体は、重力によってプールに落ちるのではなく、電流の流れによって押し出されます。そうでなければ、オーバーヘッド溶接は不可能です。^{[1] : Ch. 3}

救助作業に使用される湿式溶接プロセスは、通常、単純な水中接合技術です。使用される機器は、市販のシールドメタルアーク装置と防水電極です。必要な補助装置は最小限です。これには、照明、ステージング、手工具が含まれます。湿式溶接の利点は、水中溶接者が複雑な構造のどの部分でも、またはアクセスが制限されているセクションでも自由に作業できることです。一方、他の水中溶接技術ではアクセスが困難になる場合があります。エンクロージャの構築と設置に時間がかからないため、パッチングはより迅速かつ低コストで行うことができます。標準的な溶接電源と機器が使用されるため、遠隔地の作業現場でも湿式溶接作業を簡単に開始できます。湿式溶接では、パッチの設計とパッチセクションのサイズをより自由に行うことができます。^{[1] : Ch. 3}

水中酸素アーク切断、シールドメタルアーク切断、および湿式溶接は、基本的に同じ高電流 DC 溶接装置で行われますが、酸素アーク切断には特別な電極ホルダーと酸素供給装置が追加されます。溶接回路の開閉には、閉じているか開いているかがすぐにわかるナイフタイプの安全スイッチが推奨されます。その他の付属品には、スクレーパー、グラインダー、ワイヤーブラシ、高圧ウォータージェット、研磨ウォータージェット装置があり、水中切断と溶接の両方の作業の表面処理に使用されます。^{[1] : Ch. 4}

使用される潜水器具は、音声通信機能を備えた基本的な水上供給潜水器具であり、ダイバーの視力を保護するためにフェイスプレートの上にヒンジで下げることができる溶接シールドが取り付けられています。一般的な水中の状況に適したダイビングスーツに加えて、適切な頑丈なゴム手袋とオーバーオールを使用できます。^{[1] ：Ch. 4}

特定のタスクに応じて、リギングおよびアクセス機器が必要になる場合があります。

水中での切断や溶接作業中に適切な予防措置が講じられなかった場合、重傷や死亡事故につながる可能性があります。^{[1] : Ch. 3}

水中での切断や溶接の生命を脅かす危険は、そのプロセス中に使用または生成される電流とガスに関連しています。

• ダイバーが接地接続部と電極の間を通過すると、電気回路の一部となり、感電による傷害を引き起こす可能性があります。交流電流によって生じる感電は、手を制御する筋肉の自発的な弛緩を妨げる可能性があります。その結果、ダイバーは自分の体を離すことができず、誤って機器が交流電気回路の一部となる可能性があるため、水中での切断や溶接には交流電源は使用されません。直流ショックはそれほど危険ではありませんが、それでも少なくとも不快です。回路から遠ざかるためには、ダイバーによる継続的な注意と認識が必要です。^{[1] : Ch. 3}
• 非常に高温の電極や加工物は、防護服を通してダイバーを火傷させたり、臍帯ホースなどの潜水器具に重大な損傷を与える可能性がある。^{[1] : Ch. 3}
• 溶接電流によって爆発性のガス混合物が発生し、それが隣接する構造物に閉じ込められて蓄積し、爆発するとダイバーや他の機器や構造物に危害を及ぼす可能性がある。^{[1] : Ch. 3}
• 溶接電流は加速的なガルバニック腐食を引き起こす可能性がある。^{[1] ：Ch.3}
• 酸素分圧は水深とともに増加するため、居住環境で火災の危険が生じる。60 FSWを超える深さでは、ガス充填溶接居住環境は不活性ガスで満たされるべきである。^{[1] : Ch. 3}

• 海難救助 – 海難事故後の船舶または貨物の回収
• 水中作業 – 潜水作業中に水中で行う作業
• 掃海ダイバー – 爆発物を扱う海軍ダイバー専門家
• 商業ダイビング – 産業プロジェクトにおけるプロのダイビング
• 沖合ダイビング – 国の領海外でのダイビング
• 水中建設 – 水中環境での産業建設