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  水下燃燒──水下電焊與切割
  水下燃燒──水下電焊與切割
 
   
 
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出書543

 
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商品訊息
 

作  者:張立中
類  別:星相命理
出  版:印書小舖
出版日期:2005年8月
語  言:繁體中文
I S B N :9868129826
裝  訂:平裝

定  價:NT$280

狀  態:已下架

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內容簡介

 
 
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內容簡介

序 / 導讀

試  閱

作  者

   
 

本書不但闡明水下電焊與切割的技術及理論基礎,也附圖詳述各項設備的結構與實用的技巧,更可貴的是還有國內相關工程的實務探討,以及退伍後經營水下工程之承包時所得實驗結果,再按照國內對水下焊與割的應用與中國大陸對此技術的發展情況,編寫成這一囊括理論、技術、經驗與實務的水下電焊、電割與氫氧割的書籍,讓從業人員與水下技術研究機構,對此專業技術有基本的考據,而事業涉及此技術的工程人員,從此更是一書在手,百無煩憂。

   
 


在水下使用「電」當作能源從事焊接與切割的技術輸入之前,我們都會認為這是一件不可思議的事。因為陸上電焊遇有雨天或操作人員接觸到水即會被「電」的受不了,而且很多人都看到過「電魚」情景。
1960年由於得力於美援之助,水下焊與割的技術開始自海軍救難大隊萌芽,使得凡是在水中接觸到電都會遭遇危險的觀念終於改觀。當時先由海軍機械學校畢業的留美軍官李常聲負責講授,可惜軍官們的講授多著重於理論,鮮少實地操作示範的機會,自然教學的效果不彰,連美軍顧問也發現此一缺憾,於是建議選考士官赴美深造。
當時筆者有幸入選而進入位於華盛頓首府的美國海軍深海潛水學校受訓,於1961年回國即在救難大隊的潛水救難人員訓練班擔任教職,並兼顧海難的救助作業。先後訓練過救難潛水科士官六期,水下焊割技工班一期。
退伍後經營水下工程事業,多年來發現從建港到碼頭的維護保養,用到水下焊割技術的地方很多,但在「利」字當頭的今天,都認為這是不可放棄的財路,從工程計劃到發包,從水下施工到驗收,都在冒充內行大變戲法,弄得水下工程界烏煙瘴氣連政府也不例外,實在令人寒心。
這幾年更是變本加厲,筆者實在不忍坐視,故而利用有生之年把過往所學之知識,參考當年教材NAVSHIPS 250-692-9之內容,融合在軍中對此課目施教之經驗,以及退伍後經營水下工程之承包時所得實驗結果,再按照國內對水下焊與割的應用與中國大陸對此技術的發展情況,編寫成這一囊括理論、技術、經驗與實務的水下電焊、電割與氫氧割的書籍,不敢自詡是立言有成,不過讓從業人員與水下技術研究機構,對此專業技術有個基本的考據也是好的。
張立中 謹識於臺灣高雄2004.9.17

   
 

第一章 水下焊接與切割
第一節 概述
水下焊接(Underwater Welding)與水下切割(Underwater Cutting)統稱「水下燃燒」(Underwater Burning),是參用陸上焊與割的技術,排除施工時「水」所產生的障礙,再加強保護潛水員免於觸電之危險,發展出今天「完全浸水」的焊割技術。
為何要強調「完全浸水」呢?因為要提升水下焊接的強度,現今在美國還有人繼續不斷的在研究;於水下利用一個透明的儲氣匣罩在欲加焊接的工作物上充氣防水,然後潛水員伸手入內實施類似陸上的乾焊,情況有點兒像「護士伸手進入育嬰箱」,可是至今還沒好消息傳出。
「水下燃燒」的技術無論發展到如何進步,可惜的是在水下焊接的技術再好,也會因水的臨界溫度不可能很高(超過27℃潛水員也要受不了),會對施工後的工作物產生急速冷卻的「淬火」作用,這種對工作物不當的「熱處理」,就迫使其強度與陸上同級產物相比差異甚大,故其用途只適合作臨時性與靜態的固定,不適合作長久性與有震動可能的連接。例如;在船體水下部分單靠「水下焊接」固定的補片(Patch),此船隻在施工後若在海上航行或被拖帶前進,船體極有機會受海浪之拍擊,屆時補片就有被震脫落的可能,故而吾人不可對「水下焊接」一事寄於過大的信任。
此類技術是由美國引進台灣,美國之所以能對「水下燃燒」這門學問研究得中規中矩,成為水下作戰技術,還是在「珍珠港事變」造成美軍大批軍艦沉沒之後的事,因為當時急需對港內沉船進行打撈,故對水下焊接與切割的技術需求量大增,於是帶動了這些技術的提升,至今還在研究改進之中。
雖然水下焊接與切割運用的原理大致與在空氣中的焊割相同,但因作業環境的不同,對工作者添加了許多限制的因素,在裝備上必須使之能在任何深度具有安全使用的特性。可是當要求潛水員在海底發揮最高技術之同時,潛水員的潛水技能與經驗自應考慮,自然要求在最短時間完美的完成作業是很重要的,這時當地的水深,水溫,海象,能見度都會影響作業的成功率,即使是水面助手的配合度也佔重要地位。
第二節 我國對水下焊接與切割技術的引進
民國四十六(1957)年我海軍在屏東縣平埔鄉灘頭舉行登陸演習,突有暴風來襲艦隊躲避不及,登陸在灘頭的207號坦克登陸艦就因之將後錨纜扯斷,而被打橫在灘頭擱淺遇難。當時配合我們軍事演習的美國海軍見我海軍無救難能力,就責無旁貸的執行207號登陸艦的脫灘(Off Beach)任務,行動中還有一位軍官被斷裂的纜繩抽斷了腿。
事後檢討咸認為救難是後勤任務,理應由我國海軍自行負責,於是作出加強中國海軍「海上救難」(Salvage)技能的決定,立刻建議我海軍選派軍官赴美進修此項專長。
到了民國四十八年先後有三十多位從美國學成「一級潛水員」或「救難軍官」課程(課程中包括水下焊割)的軍官陸續回國,於是就成立了「海軍救難大隊」。海軍為了學來的技術得以傳承,就在救難大隊中附設「救難潛水人員訓練班」,由留美軍官傳授所學之救難技術,當時即由陳德奎與李常聲兩位教官負責講授「水下焊接與切割」技術。筆者因在該大隊成立之先就以全國第一個日式裝備科班出身的潛水員身分,參與了擱淺南沙群島敦謙沙洲的永豐砲艦救難行動,所以也順理成章的參與了第一期的救難潛水人員訓練,接受不同往昔的美式潛水裝備的訓練。這個訓練班不但開創了今天職業潛水興盛的先河,也把國內一向認為是賣命生涯的「潛水伕」,加重了學理課程正名為「潛水員」,這可說是潛水界最大的成就。
民國四十九年美軍顧問鑑於我軍官們鮮少實際參與潛水作業,故對水下技術難於吸收實作經驗,以利日後教學發展。於是建議我軍方選派士官同樣赴美國華盛頓深海潛水學校受訓,筆者即幸運的與其他三位同學一起前往深造,學成歸來即在該訓練班擔任主講助教,科目包括:「水下焊割」,並在大隊隨時出海擔任重大海難之技術領班,以及美軍救難艦來台協訓之領隊與通譯,至於水下焊割技術之運用,當時只限於船體之修補。
第三節 國內對水下燃燒技巧的應用
直到筆者退伍後自營潛水技術服務業,承包之工程多以「水下燃燒」為主,也因應需要開發出以「濕式潛水裝備」實施水下燃燒作業之技術(詳見後文),先後完成水下焊接工程有:高雄港68#碼頭、中油大林埔廠加油碼頭、中油深澳加油碼頭、台塑29#碼頭等處的防蝕鋁錠、中船塢門外鋼樁裂縫及兩次美軍驅逐艦艦體受創裂縫修補。
水下切割工程有:台電興達電廠臨時碼頭鋼樁橫樑及拉桿水下配置、興達電廠1#2#機海水進口鋼樁、3#4#機海水出口鋼樁、沉沒於楓港灘頭的驅逐艦水下部分切成四段、新加坡拖船車軸絞纏鋼纜等。
由以上歷練中無論在割與焊任一方面,均有五百公尺以上之實際經驗,與理論對照更得到許多難於想像的竅門與技巧,這些將在後文中分享讀者。
第四節 水下焊接之簡介
很多年以前人們就期待著能以發展陸上慣用的金屬弧焊接,滿足水下救生與救難中的迫切需求。例如作業於沉沒的潛艇上必然工作時間是那麼短促,若以幾個小時的工作可以拯救水下遇難潛艇內數十條人命,能讓他們得以順利的返回港口,人員得到妥善的醫療照顧,船舶能進行正規的修補,那就太具挑戰性了。
所以有經驗的工程師們就從適用於水下的「電焊條」(Electrode)著手,如何選出市面上可用的電焊條,又如何為其加強防水功能,讓水下電焊技術容易展現,自然考慮到長度必不能太長,以免妨礙任何角度的使用。挾持焊條的電焊把(Electrode holder)也必須易於防水絕緣,操作上要盡量簡單適用,不能給潛水員增加手續上的過多負荷。
焊接技術方面在多次失敗後,才研究出以「自蝕法」(Self-Consuming)在水下施焊,不論是水平焊還是垂直焊都有不錯的成績,這些成果都是經一艘「潛艇救生艦ASR-3」(Submarine Rescue)實驗得來的。
此後還有1930年在美國的商船於海上受創進水,經以水下電焊把補片固定封閉漏水後,才能毫無困難的進港維修。
民國五十年在高雄港有一散裝商船失控撞上碼頭,將船頭的艏材撞裂進水,驗船師鑑定必須以卸貨將破裂處浮出水面或進塢焊補,最低限度要以水下電焊施工封補方能准予出港,船公司自然決定選取省事省錢的水下施工方式,當時即由筆者負責此一工程計劃的執行,三天三夜的趕工,終使該輪得免於延誤船期順利出港。
操作原理:
電焊即是以加熱熔合的原理將兩或多片金屬接合在一起,當量多的電流通過若干距離的兩極,即在該端點產生的電弧現象因而發出高熱,使處於該熱點的金屬同時溶化在一起,此時為求彌補金屬因溶化而起的氧化作用,於是就隨即以被敷有「焊藥」(Flux)的焊條,來驅除氧化物及助溶補救。
水下焊接起初的構想並沒離開在空氣中的陸上焊接,不過幾經試驗;無論是在電弧的長度,施工時焊條的角度與行進的速率等幾個重點上都下過一番功夫,最後才斷定讓焊條與施工的工作物緊密的接觸不留空隙,任由焊條溶於焊接點的「自蝕法」才是最有效的方法。
第五節 水下切割之簡介
一、「氧弧切割法」(Arc-oxygen Method)=『氧弧割』
在水下使用這種割法,基本上還是像在陸上一樣使用「直流焊機」(D-C Welder)供電加熱再藉一支管狀「碳質切割條」(Carbon Electrodes)=「碳割條」之助,讓氧氣自其中通過吹切。
二次大戰期間這種切割的技術與器材都已臻成熟,而氫氧割法也被普遍的用於水下。
到1942年初美國海軍就開始把由「切割條夾持器」(Electrode Holder)=『電割把』夾持著「切割條」(Electrode)=『割條』的「氧弧割法」有計劃的推展,研發到能承擔搶救戰爭中一切損傷任務的地步。
於是把「切割把」、「割條」均予規格化,操作技術也加以標準化與簡單化,同時增加了作業的安全性與效率性,並正式列為深海潛水員必修之課程。
以上割法的操作原理──在水下要把金屬切斷或鑽孔不外有三種方法,其中最普遍的方法是前述的兩種,都是利用金屬遇熱所產生的化學反應而迅速氧化的道理。一般來說這兩種方法對含碳量低,或是某些合金,如:不銹鋼是不適用的。
進行切割時在預定之切割線上的起始點加熱,當金屬到達熔點時,立即開啟氧氣直接對準該點吹出,使金屬很快的熔化穿透,此時徐徐移動熱源,並把高壓氧持續的吹出,燃燒與切割效果就會沿預定的切線發生。
二、「金屬弧切割法」(Metallic Arc Method)
此法係在實施水下切割遇到燃情況不佳、鏽蝕絕熱、不鏽鋼類金屬使用。在這種施割程序中必須有足夠的熱源集中在某一點,此時只有以電弧生熱才能發揮作用,去溶化金屬的某一點,這當兒即應採用此法作權宜的處理。此法是用下節所談的水下焊接裝備,利用電焊把夾持電焊條觸向切割點,當工作物溶化時用電焊條將溶化的金屬一點一點的撥開,繼續溶化繼續剔除,像以筷子撥豆腐的情形以達成切割的目的。
三、「氫氧切割法」(Hydrogen Oxygen Cutting Method)=『氫氧割』
當1908年在美國就有人以陸上使用的「氫氧切割吹管」(Hydrogen Oxygen Cutting Torch)=『氫氧割把』,用在水下從事以火焰切割之嘗試,但立即就發現用這種「氫氧割把」難有令人滿意的結果,主要是容易在水下熄火,並且在難以抗拒的水壓下,把火焰穩定於某一點並非易事,更發現在波動的海水裏要將切割把控制在適當部位,維持火焰固定在某一點為工作物預熱才是重點。這一點就延遲了幾年以後才得到解決,即是環繞著切割把增加一「空氣道」(Air Way)讓從水面送來的壓縮空氣由此處吹出形成一個如同電燈泡的大氣泡,再在整個「噴嘴」(Nozzle)=『火嘴』頂端套裝一個封閉式腳套(Stand-off),切割時可將此腳套輕觸工作物表面,得以保持火嘴與工作物間的適當距離,讓燃燒氣體在這裏面無水阻負擔的氧化吹出。
直到1926年九月美國海軍在一次潛艇救難作業中對「水下切割把」才有突破性的改進,這艘編號S-51的潛水艇是被一艘羅馬商船撞沈於130呎深的海底,當時在「潛艇救生」(Submarine Rescue)作業完成後,立刻展開的「潛艇打撈」(Submarine Salvage)作業。由於艇上雜物之清理,鋼纜的切除,以及索具與著力點的整備等工作,都需要水下切割技術的配合,於是就一面配合工作運用,一面改進器材,終於在翌年春天這個「氫氧切割把」(文中將以「切割把」稱之)就改進到可在132呎的深水下輕易操作,也超越一向認為25呎是其極限的深度。
沒有任何理由去嚴格規定在水下的救生或救難作業中,遇到什麼材料,什麼部位,要用什麼方法去割,事到臨頭最重要的考量是當時有什麼可用的裝備,在一片混亂中能得到什麼程度的支援,可為此次作業的迅速完成提供助力,那才是最重要的。既然有此情況,只好在下面為每一種切割法提出幾個想得到的條件,是優?是劣?自己取決一下吧!
一、氧弧法:
(一)要有直流電焊機與相關的氧弧割及電焊裝備支援。
(二)施工時不需要有預熱時間。
(三)直接行動──沒有調整火焰的必要。
(四)適宜任何厚度的切割。
(五)也可切割金屬薄片。
(六)表面凹凸不平或佈滿渣滓顆粒的情況同樣可以施工。
(七)「氧」是唯一需求的氣體,儲存的問題易解,無吸入爆炸性氣體之危險。
(八)切割把輕便易握。
(九)技術要求低,在極短時間內即可把潛水員應具的相關技術訓練的很純熟。
(十)有被電擊的危險。
二、金屬弧法:
(一)要有直流電焊機與陸上電焊裝備支援。
(二)可以切割非鐵金屬或合金。
(三)不需要供給燃燒氣體助燃。
(四)標準的陸上焊把與電焊條經防水包裝後,即可在水下應急使用。
(五)有被電擊的危險。
(六)技術要求高。
三、氫氧法:
(一)要有氫氣瓶,氧氣瓶及壓縮空氣瓶與切割把等裝備支援。
(二)沒有被電擊的危險。
(三)可以切割非金屬物體。
(四)不需要特殊的潛水裝備,淺海或自給潛水裝備(SCUBA Gear)都可以。
(五)裝備可以裝載於汽艇,浮箱(Barge),可以離開海岸碼頭或艦船作業。
(六)水面助手需有三人以上。
(七)技術要求高。

   
 

 
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