У роботах з будівництва підводних частин різних споруд, підводних трубопроводів, гідростанцій, портових споруд, мостів, в суднопіднімальних, судноремонтних і рятувальних роботах і т. Д. Часто виникає необхідність виконання зварювальних робіт під водою. Поки вдалося практично застосувати під водою дугову електрозварювання. Можливість отримання стійкого дугового розряду в рідкому середовищі - воді, маслі і ін. - була встановлена дослідним шляхом ще в кінці минулого століття. Дуга горить в газовому міхурі, утвореному і безперервно поновлюваному за рахунок випаровування і розкладання навколишнього рідини тепловим дією дугового розряду.
Дугова електрозварювання під водою вперше здійснена і вивчена в Радянському Союзі в 1932 р Костянтина Костянтиновича Хреновим. Виявилося, що дуга постійного струму у разі живлення від звичайного джерела струму горить під водою цілком стійко за умови, що електрод покритий досить товстим шаром водонепроникного покриття.
Особливо дивно, що під водою дуга плавить метал майже так само швидко, як і на повітрі, незважаючи на інтенсивне охолодження навколишнім середовищем. Ця обставина пояснюється саморегулюванням стану дугового розряду. Сила струму в розряді встановлюється регулюванням джерела, саморегулювання дуги змінює падіння напруги на окремих ділянках розряду. Посилення віддачі енергії в навколишнє середовище автоматично підвищить напругу і потужність дуги, що компенсують збільшення віддачі енергії, зменшення втрат енергії в зовнішнє середовище викличе зниження напруги дугового розряду.
Охолодження дуги водним середовищем підвищує напругу і тепломощность дуги, в результаті йде інтенсивне плавлення металу. Для успіху зварювання істотне значення має покриття електрода; воно повинно мати достатню товщину, 30% ваги електродного стрижня. Покриття електрода, що омивається водою, розплавляється повільніше електродного стрижня, тому при горінні дуги покриття на кінці електрода утворює так званий козирок, що сприяє формуванню і утриманню газового міхура, необхідного для нормального горіння дуги.
Газовий міхур при горінні дуги безперервно зростає, збільшуючись в обсязі; потім гази його прориваються і піднімаються на поверхню, газовий міхур зменшується в об'ємі до мінімуму і знову починає рости, що повторюється кілька разів в секунду. Газ міхура складається переважно з водню, одержуваного при розкладанні парів води; крім того, в ньому є продукти розкладання електродного покриття, пари заліза, пари води, окис вуглецю, азот тощо. Водень, що розчиняється в наплавленого металу, утворює пори і знижує пластичність металу. Тому необхідна водонепроникність покриття і відсутність вологи в ньому. Випаровування води в покритті і електроліз з виділенням водню на поверхні електродного стрижня руйнують покриття, зривають його з електродного I стержня і швидко призводять електрод в непридатність. Особливо водонепроникним має бути покриття для робіт в солоній морській воді.
Водонепроникність надають електродів спеціальною обробкою. Після нанесення покриття, його просушування і прокалкі, I покриття просочують і покривають різними водонепроникними складами. Наприклад, проварюють електроди в розплавленому парафіні (цей склад дуже слабкий, придатний лише для прісної води). Кращий результат дає розчин целулоїду в ацетоні, а також бакелітовий лак. Найкращим вважається розчин синтетичних смол в діхлоретане. Стрижні електродів зі зварювальної сталевого дроту Св-08 мають діаметр 4-5 мм.
Пари заліза і матеріалів електродного покриття, стикаючись з водою, конденсуються, утворюючи найдрібніші колоїдальні частки, в першу чергу оксидів заліза; ці частинки довгий час не осідають у воді і утворюють в зоні зварювання темно-буре хмара каламуті, що заважає спостереженню і роботі зварника-водолаза. Освіта каламуті залежить і від складу електродного покриття, одна з вимог до нього - мінімальне утворення каламуті.
При задовільній якості електродів дуга майже так само стійка, як і при роботі на повітрі. Зазвичай робота проводиться на постійному струмі нормальної полярності. Можлива робота і на змінному струмі. На постійному струмі цілком стійка і вугільна дуга, але вона поки не знаходить застосування. Інтенсивне розплавлення металу дугою дозволяє виконувати звичайні форми зварних з'єднань в усіх просторових положеннях.
Наплавлений метал задовільний по міцності, містить підвищену кількість водню і його показники пластичності знижені. Зона впливу звужена, структура металу носить ознаки прискореного охолодження після зварювання.
Сварка можлива як в прісній, так і в солоній морській воді. В останній необхідна ретельна ізоляція електродотримача. Навіть невеликі неізольовані ділянки металевих деталей можуть викликати значні витоки струму, до декількох десятків ампер. У солоній воді дуга може запалюватися без торкання електродом, лише при наближенні його до будь-якого металевого предмета, що знаходиться у воді, хоча б і не приєднаному проводом до джерела струму. Всі металеві предмети в зоні зварювання виявляються приєднаними до джерела струму через воду. Тому в результаті необережного наближення електрода до металевих частин водолазного спорядження, наприклад до шолома або нагрудної манишці, водолаз може пропалити їх.
Незважаючи на труднощі роботи водолаза-зварювальника і не дуже високу якість зварних з'єднань, підводне зварювання отримала досить широке практичне застосування в суднопіднімальних, судноремонтних, аварійно-рятувальних та інших роботах. Успішному застосуванню підводного зварювання сприяє придатність для підводних робіт без всяких переробок звичайних нормальних джерел струму для зварювання на повітрі. При звичайних підводних роботах зварювальний струм береться в межах 180-240А, напруга дуги 30-35В; зайві 5-7В проти зварювання на повітрі йдуть на покриття теплових втрат, створюваних навколишнього водним середовищем.
Значний інтерес представляє можливість застосування зварювання на великих глибинах. Досвід зварювання на глибинах до 100 м показав, що дуга горіла стійко, її розплавляють дію посилювалося, що сприятливо для зварювання. Є лабораторні дослідження горіння дуги при тисках до 1200 am, що перевищує тиск на дні найбільших глибин океанів; горіння дуги протікало нормально, і вона зберігала свої звичайні властивості.
Однак умови підводних робіт вельми важкі для людини. При глибині понад 20 м починається інтенсивне розчинення азоту в крові; при підйомі водолаза зі зменшенням тиску дрібні бульбашки азоту виділяються, викликаючи хворобливі відчуття (кесонна хвороба). Тому підйом зі значних глибин небезпечний для життя водолаза, і його виробляють повільно, з зупинками за певним графіком. Крім того, зі збільшенням тиску на значних глибинах самопочуття людини погіршується. На глибинах 50-70 м нормальна тривалість роботи водолаза становить всього 15 хв, а тривалість його підйому в кілька разів перевищує цю величину. Тому робота стає практично нездійсненним на глибині, що перевищує 30-40 м.
Єдиний шлях збільшення продуктивності підводного зварювання і поширення її на значні глибини - це механізація і автоматизація процесу зварювання з максимальним скороченням часу перебування людини підводою. Основна мета автоматизації в цьому випадку звільнити людину від виконання робіт в особливо важких умовах. Є успішні результати застосування шлангових напівавтоматів і автоматів в підводних умовах з голою дротом діаметром близько 2 мм з вдуванням захисного газу аргону в зону дуги або без подачі газу. Застосування найпростішого шлангового напівавтомата підвищує продуктивність праці водолаза-зварювальника і скорочує час його перебування під водою в 5-10 разів. Надалі, зі створенням комплексу автоматичних пристроїв з телевізійним спостереженням і надводним управлінням, стануть можливими підводні зварювальні роботи на будь-яких глибинах.