Атомно-водородная сварка. Плавление металла происходит за счет тепла, выделяемого при превращении атомарного водорода в молекулярный водород, и за счет тепла независимой дуги, горящей между двумя вольфрамовыми электродами.
1 - электроды; 2 - мундштуки горелки; 3 - зона превращения атомарного водорода в молекулярный; 4 - молекулярный водород, поступающий из мундштуков; 5 - зона диссоциации водорода на атомарный
Атомно-водородная сварка была изобретена в 1925 г. американцем Лангмюром.
Во время нагревания водорода при соприкосновении его с раскаленной вольфрамовой нитью лампочки, как это имело место в первых исследованиях Лангмюра, происходит диссоциация молекул водорода на атомы.
Особенно интенсивную диссоциацию (61-62% всего нагретого водорода) Лангмюру удалось получить в вольтовой дуге, образованной в атмосфере водорода между двумя вольфрамовыми электродами. Атомное состояние водорода неустойчивое, оно длится доли секунды. Воссоединение атомов в молекулы сопровождается выделением тепла, которое было поглощено при диссоциации.>
Тепловой эффект от излучения дуги и от сгорания молекулярного водорода в наружной зоне пламени незначителен по сравнению с эффектом рекомбинации атомов водорода.
Температура атомно-водородного пламени составляет ~ 3700° С, что по концентрации тепла приближает этот способ сварки к сварке в среде защитных газов. Водород при этом способе сварки передает тепло от дуги к изделию вначале за счет поглощения его при реакции диссоциации, а затем путем выделения при рекомбинации атомов водорода. Высокая активность водорода обеспечивает хорошую защиту металла шва от вредного воздействия кислорода и азота воздуха.
При атомно-водородной сварке дуга горит между двумя вольфрамовыми электродами, расположенными под углом. В зону дуги можно подавать чистый водород или азотно-водородные смеси, получаемые при диссоциации аммиака. Питание дуги осуществляется от источников переменного тока. Из-за высокого охлаждающего действия реакции диссоциации водорода и высокого потенциала ионизации водорода напряжение источника питания дуги, требуемое для ее зажигания, должно быть 250-300 В. Напряжение горения дуги 60-120 В. Сила тока дуги 10-80 А.
Широкий диапазон изменения напряжения горения дуги мало сказывается на величине изменения силы тока. Напряжение горения дуги зависит от расхода водорода и расстояния между вольфрамовыми электродами.
Зажигание дуги осуществляется коротким замыканием вольфрамовых электродов, обдуваемых водородом, или, лучше, замыканием электродов на угольную (или графитовую) пластинку при обдувании струей газа, так как в этом случае обеспечивается легкое зажигание дуги и не требуется повышенного напряжения холостого хода источника питания. После зажигания дуги расстояние от концов электродов до поверхности изделия устанавливают в пределах 4-10 мм. Это зависит от мощности атомно-водородного пламени и толщины свариваемого металла.
а - спокойной; б - звенящей
Формы дуги
Дуга может быть спокойной (рис. а), когда нет в дуге характерного веера, и звенящей (рис. б), когда веер пламени касается поверхности свариваемого изделия и дуга издает резкий звук. Для спокойной дуги напряжение не превышает 20-50 В и расход водорода 500-800 л/ч, для звенящей дуги - 60-120 В и 900-1800 л/ч соответственно.
При атомно-водородной сварке выполняют следующие виды сварных соединений: стыковые с отбортовкой и без отбортовки кромок, угловые, тавровые и нахлесточные.
Высоту отбортовки принимают равной двойной толщине свариваемого листа. Угловые соединения выполняют с применением присадочной проволоки или без нее. При сварке толщин более 3 мм на стыковых и тавровых соединениях рекомендуется выполнять скос кромок под углом ≥45°.
Обычно атомно-водородную сварку рекомендуется применять для сварки металлов и сплавов толщиной 0,5-5-10 мм. Этим способом хорошо свариваются малоуглеродистая и легированная сталь, чугун, алюминиевые, магниевые сплавы. Хуже свариваются медь, латунь из-за склонности к насыщению водородом и испарению цинка. При сварке алюминия и сплавов на его основе необходимо применить флюсы, состоящие из солей щелочных металлов. Металлы с высокой химической активностью к водороду, например Ti, Zr, Та и др., нецелесообразно сваривать атомно-водородной сваркой.
Атомно-водородная сварка обеспечивает получение сварных соединений со свойствами, близкими к свойствам основного металла.
Техника выполнения швов при атомно-водородной сварке подобна технике газовой сварки, т. е. может быть осуществлена как правым, так и левым методами.
Атомно-водородную сварку можно осуществлять в нижнем и вертикальном положениях, по режимам приведенным в таблице
Режимы (ориентировочные) атомно-водородной сварки
Установка для атомно-водородной сварки состоит из атомно-водородного аппарата, баллона с водородом, водородного редуктора, горелки и пускорегулирующей аппаратуры.
1 - атомно-водородный аппарат; 2 - баллон с водородом; 3 - горелка; 4 - токоподвод; 5 - шланг для подачи водорода
При горении дуги в смеси водорода и азота в состав установки входит еще баллон с аммиаком, крекер для получения азотно-водородной смеси из аммиака, аммиачный вентиль, водоотделитель и осушитель для газа. Водород с воздухом образует взрывные смеси, поэтому все соединения трубопроводов, вентилей, шлангов должны быть надежными, а помещения, где производится работа, хорошо вентилируемые.
1 - корпус; 2 - сосуд, питающий пост азотно-водородной смесью; 3 - нагреватель; 4 - труба с катализатором; 5 - катализатор; 6 - электродвигатель; I - баллон с аммиаком; II - крекер; III - водоотделитель; IV - азотно-водородный аппарат
Схемы крекера (а) и установки (б) для сварки азотно-водородной смесью
При соединении водорода с углеродом в условиях сварочной дуги происходит обезуглероживание металла. Поэтому в производственных условиях вместо чистого водорода применяют смеси водорода с азотом. Для расщепления аммиака на водород и азот используют аппараты-крекеры (см. рис. а), в которых расщепление происходит при 600 °С в присутствии катализатора - железной стружки. Из крекера смесь газов поступает в очиститель (см. рис. б) и далее в осушитель, где азотно-водородная смесь, пройдя слой хлористого кальция, поступает по резиновому шлангу в сварочную горелку.
Технические характеристики аппаратов для атомно-водородной сварки
Известны аппараты для атомно-водородной сварки типа ГЭ-1-2, ГЭ-2-2, АВ-40, АГЭС-75, техническая характеристика которых приведена в таблице.
Атомно-водородная сварка широко применялась в самолетостроении, химическом машиностроении и других отраслях промышленности. В настоящее время из-за значительного прогресса других способов сварки атомно-водородная сварка применяется редко.
Современные технологии в последнее время стараются использовать экологически чистые виды топлива, которые не наносят серьезный вред окружающей среде, это требование также относится и к сварочным работам. Ведь важно, чтобы процесс работы был не только эффективным, но и безопасным.
Прекрасной альтернативой ацетиленовому пламени является водородное с использование кислорода. Водородная сварка является отличным способом сваривания разных металлов, она создает прочное соединение, и при этом во время нее не выделяются вредные пары. Но все же перед тем как ее применять не стоит забывать про важные особенности.
Особенности водородной сварки
Сварка водородом относится к безвредным технологиям, потому что во время горения дуги используется только один химический компонент - водород, а точнее водяной пар. Но данное преимущество имеет в себе несколько негативных качеств. К примеру, сверху заготовка может покрываться слоем из шлака. Также сварной шов может получиться слишком тонким.
Для усиления соединения применяются связывающие кислород органические соединения. Наибольшей популярностью пользуются - толуол, бензин или бензол. Они потребуются в небольшом количестве, по этой причине сварка с использование водорода обойдет намного дешевле других газопламенных работ.
Дуга при сварке горит в водородной атмосфере между двумя неплавящимися вольфрамовыми электродами. Из-за того что в дневное время пламя горючего вещества не видно, часто используются специальные водородные датчики. Не стоит применять крупные и тяжелые баллоны с газом, потому что они могут оказывать вредное воздействие на здоровье и могут быть опасными для жизни человека.
Именно этот фактор заставил многих специалистов найти наиболее оптимальное решение - они начали использовать специальные аппараты, которые заполнены водой. Под воздействием электричества жидкость распадается на водород и кислород. Наиболее подходящим стали электролизеры.
Это водородный сварочный аппарат, в котором вода распадается на два составляющих элементами, при этом их количество имеет оптимальные пропорции. После проведения дистиллят через электрический ток происходит процесс диссоциации.
Аппараты, которые применялись ранее, обладали огромными размерами. Устройства, которые могли сварить листы металла с показателем толщины 6 мм, весили около 300 килограмм. Это доставляло массу неудобств, поэтом позже создали передвижные конструкции, которые намного облегчили проведение сварочных работ.
Положительные качества водородной сварки
Водородная сварка, которая проводится своими руками, имеет много положительных качеств, о которых должен знать каждый начинающий сварщик. К самым главным относят:
- При ее проведении не требуется часто перезаряжать сварочный аппарат, это экономит много времени;
- Быстро входит в рабочий режим. На этот процесс может уходить максимум 5 минут в зависимости от расхода газа и показателей атмосферы;
- Обладает повышенной мощностью при небольших габаритах оборудования;
- Имеет экологическую частоту. В отличие от ацетиленовой газовая сварка своими руками с водородом не выделяет пары азота, которые оказывают отравляющее воздействие на здоровье;
- Сварочный аппарат, который применяется при водородном сварочном процессе, обладает высокой пожаробезопасностью;
- Конструкция установки максимально продумана, она позволяет избежать возгорания и взрывов;
- При помощи сварки с водородом можно обрабатывать и сваривать разные виды материалов - разные цветные металлы, чугун, сталь, стекло, керамику;
- После сваривания швы не окисляются;
- Для того чтобы обеспечить бесперебойный процесс сваривания достаточно иметь всего несколько доступных компонента - воду и источник тока.
Какое оборудование используется
Сварка на воде может проводиться своими руками, но для этого требуется подготовить необходимое оборудование. Именно от него зависит качество и прочность сварного шва, а также износостойкость всей конструкции. Наиболее подходящим вариантом будет использование водородно-кислородного сварочного аппарата.
Если рассматривать среди отечественных моделей сварочных устройств, то популярным считается продукт отечественного производителя под названием «Лига». Устройства могут работать от сети с мощностью 220 В. Для них подходит обычная дистиллированная вода, которая используется в качестве топлива.
Ниже имеет краткий принцип действия данного оборудования:
- Через дистиллированную воду проходит заряд электрического тока;
- Ток превращает дистиллят в водород и кислород;
- Полученная смесь проходит через охладитель-обогатитель газа, в нем остается лишняя влага;
- В этом же элементе к водороду добавляется горючее - разные углеводороды, которые часто применяются при сварке (бензол, спирт и другие);
- После этого смесь переходит в горелку;
- Чтобы регулировать мощность в устройстве имеет регулятор тока и гаситель пламени.
Атомно-водородная сварка
Атомно-водородная сварка - это одна из разновидностей водородного сварочного процесса. Во время нее происходит процесс диссоциации - распад молекулярного водорода на атомы.
Для того чтобы произошел распад для молекулы водорода требуется достаточное количество тепловой энергии. Стоит учитывать, что атомное состояние водорода обладает низкой устойчивостью, оно может длиться доли секунды. А уже после этого атомный водород снова переходит в состояние молекулярного.
Во время восстановления происходит выделение большого количество теплоты, именно оно и применяется при проведении атомно-водородной сварки. Тепло требуется для разогревания и плавления свариваемого материала.
Обычно на практике данный процесс проводится с использованием электросварки и двух неплавящихся электродов. А вот чтобы получить требуемый ток для возбуждения дуги можно применять обычное сварочное устройство.
Сварочный процесс с использованием водорода имеет массу нюансов и особенностей, которые важно предварительно изучить. По сути это самый безопасный и надежный способ сварить конструкцию. Тем более данная технология может применять не только для цветных металлов и стали, но и для других материалов.
Подвидом дуговой сварки выступает сварка водородная. Технология основана на распаде воды до двух составляющих - водорода и кислорода. В чем специфика работы? Чем водородная сварка отличается от дуговой, а чем на нее похожа? Какое оборудование используется для работы? В данном материале вы найдете ответы на эти и другие вопросы.
Данная технология относится к категории безвредных, поскольку в процессе горения дуги задействован один химический элемент - водород (точнее, водяной пар). Однако за этим преимуществом кроется пара недостатков технологии. Например, поверх заготовки может образоваться слой шлака, либо сварочный шов будет тонким. Чтобы его усилить, применяют связывающие кислород органические соединения вроде толуола, бензина или бензола. Их понадобится малое количество, поэтому водородная сварка обойдется сварщику дешевле, чем другой тип газопламенной обработки.
Дуга при сварке горит в атмосфере водорода между двух неплавящихся вольфрамовых электродов. Пламя горючего элемента незаметно при дневном свете, поэтому часто применяют специальные датчики. Крупные и тяжелые баллоны с газом не используются, поскольку за их эффективностью кроется опасность для здоровья работника. Зато возникает необходимость вместо емкостей применять аппараты, заполненные водой, в которых под действием электричества жидкость распадалась бы на водород и кислород.
Решение было найдено - им стал электролизер. Это подвид сварочного аппарата, где вода распадается до двух составляющих, причем в оптимальной пропорции. Происходит диссоциация после проведения через дистиллят электрического тока. Ранние разработки удивляли громоздкостью - электролизеры могли сварить металлические листы толщиной до 6 мм, при этом весили более 300 кг. Позже создали передвижные модели, благодаря которым процесс соединения деталей стал эффективнее.
Подвидом водородной сварки выступает атомно-водородная. Обычно применяется при соединении чугунных или стальных деталей, отличается повышенной экзотермией. Редко применяется на производстве, поскольку есть опасный фактор - повышенное напряжение.
Преимущества сварки водородом
Методика известна не так, как ручная или полуавтоматическая сварка, однако имеет ряд достоинств, с которыми сварщику нужно познакомиться. Среди них:
- редкая перезарядка сварочного аппарата;
- оперативный вход в рабочий режим (до 5 минут в зависимости от расхода газа и параметров атмосферы);
- высокая мощность при малых габаритах оборудования;
- экологическая чистота (в отличие от сварки ацетиленом, где выделяются токсичные пары азота, отравляющие организм);
- сварочный аппарат относится к классу пожаробезопасного оборудования;
- конструкция и принцип действия таковы, что препятствуют не только возгоранию установки, но и взрыву;
- широкий спектр материалов для обработки (цветмет, чугун, сталь, стекло и даже керамика);
- исключено окисление свариваемых участков;
- доступность главного расходного элемента - воды;
- для бесперебойной работы необходимы лишь источник тока и вода (желательно дистиллированная).
Теперь - пара слов о составных элементах оборудования, используемого для водородной сварки.
Составные элементы аппарата
Традиционно основными элементами устройств для сварки водородом являются:
- горелка;
- шланг;
- заправочное устройство;
- запасное сопло;
- охладитель-обогатитель.
Горелка предназначена для подачи газа в область соединения заготовок. Температуру пламени можно регулировать в диапазоне 600-2600 градусов. Сварочный аппарат достаточно мощный, позволяет выполнять ручную и автоматическую сварку. Если пользователь имеет базовые навыки работы с газопламенным оборудованием, эксплуатация электролизеров для водородной сварки проблем не составит. Теперь рассмотрим обработку заготовок детальнее.
Характеристика процесса
При выборе водородной сварки как метода соединения деталей пользователь обнаружит, что последнее происходит намного быстрее, чем при той же аргонодуговой или ацетиленовой. Сначала под действием высоких температур диссоциируются (распадаются) молекулы воды на кислород и водород. Далее, одноатомный водород преобразуется в двухатомный, за счет чего выделяется дополнительная тепловая энергия, ускоряющая процесс соединения.
Этот же водород расходуется на защиту зоны сварки, поэтому шов получается качественным - прочным и герметичным. Исключение составляет лишь медь и ее сплавы (за счет химических свойств материала).
Выделяемое тепло позволяет сваривать даже вольфрам (самый тугоплавкий металл с температурой плавления 3422 градуса). Здесь водород вновь выполнит роль защитного газа, препятствуя загрязнению углеродом, азотом или кислородом. Дуга, образуемая горелкой, достаточно стабильна и не зависит от первичной обработки соединяемых изделий.
Обзор оборудования
Классический пример сварочного аппарата для водородной сварки - продукт отечественного производителя «Лига». Устройства работают от сети 220 В и в качестве «топлива» используют дистиллированную воду. Применение оборудования снижает себестоимость сварочного процесса в десятки раз по сравнению с использованием габаритных газовых баллонов.
О принципе действия - коротко:
- через дистиллят проходит электрический ток, превращая его в водород и кислород;
- полученная смесь проходит через охладитель-обогатитель газа, где остается лишняя влага;
- в этом же элементе электролизера к водороду добавляются пары летучих углеводородов (бензол, спирт и т.д.);
- смесь поступает в газовую горелку;
- для контроля мощности в конструкции предусмотрены регулятор тока и гаситель пламени.
Компания «Лига» выпускает несколько модификаций электролизных установок, а именно:
- 02 С;
- 02 0;
- 22 Д.
Наиболее популярные в среде профессиональных сварщиков устройства - «Лига-02» и «Лига-22».
Водородная сварка обладает рядом преимуществ, выгодно выделяющих ее на фоне дуговой, ручной и других типов сварки. Первое достоинство для пользователя - экологическая чистота используемых элементов и безопасность. По этой причине электролизной установкой целесообразно пользоваться при больших объемах работ, либо при сварке внутри компактных помещений.
Известны ли вам нюансы работы с оборудованием и другие его особенности? Поделитесь своими навыками и знаниями в обсуждении к статье.
Высокоэффективное водородно-кислородное пламя может служить качественной альтернативой ацетилено-кислородному пламени в процессах сварки, резки и пайки. Частично, водородно-кислородная сварка может стать заменой свариванию в среде инертных газов. Этот метод, в отличие от стандартных, является практически безвредным, поскольку продуктом горения в данном процессе является пар. Водородная сварка выполненная своими руками для исполнителей, владеющих навыками , не требует длительного переучивания, достаточным является краткий инструктаж
Особенности водородно-кислородной сварки
История газовой сварки насчитывает около ста лет. Основным горючим газом повсеместно являлся ацетилен. Исследования ученых показали, что использование водорода вместо ацетилена позволяет получить такую же производительность и высокое качество при сварке углеродистых сталей и других материалов. Водородная газовая сварка является разновидностью процессов газопламенной обработки материалов, происходящих с использованием смеси горючего газа с кислородом.
Трудность состояла в том, что ацетилено-кислородное пламя по отношению к расплавленному железу является восстановительным, а водородно-кислородное – окислительным. Сварочная ванна при использовании водорода в качестве горючего газа покрывалась сплошным слоем шлака, шов становился пористым и хрупким. Проблему помогло решить использование органических веществ, обладающих способностью связывать кислород. В качестве таких добавок стали применять углеводороды, имеющие температуру кипения в пределах 30-80 градусов. Это могут быть бензины, гексан, гептан, толуол, бензол. Необходимое для процесса их количество крайне мало.
Особенности водородного пламени
После решения технологических вопросов затруднением оставалась газовая смесь для сварки в связи с отсутствием эффективного источника водорода. Использование водородных баллонов является крайне нерентабельным. К тому же, такие баллоны – источник повышенной опасности. Сжиженный водород может стать причиной сильных обморожений, большие концентрации этого вещества вызывают удушье и головокружения. Также, опасной особенностью водородного пламени является невидимость при дневном свете. Определить его можно только при помощи специальных датчиков.
Создание электролизеров
Решением проблемы стали электролизеры – аппараты, которые с помощью электрической энергии позволяют получать сразу, причем в оптимальном соотношении, и водород, и кислород. Очередной сложностью оказалась громоздкость оборудования, необходимого для выработки достаточного для промышленных целей количества горючей смеси. Существующие ранее передвижные аппараты могли обеспечить только потребности ювелиров и зубных техников. Стационарные аппараты, способные сваривать металл толщиной 5-6 мм, весили порядка 300 кг. В конце прошлого века был создан передвижной электролизер, с помощью которого стала возможна портативная газовая сварка с достаточным временем работы без дозаправки и приемлемой производительностью в условиях промышленности и на строительных площадках.
Принцип работы водородно-кислородных электролизеров
Водородно-кислородные газосварочные аппараты представляют собой электролизеры, в которых под воздействием электричества вода разлагается на кислород и водород. Сварочное оборудование может работать от бытовой или трехфазной электросети. Смесь водорода и кислорода подается по шлангу в стандартную ацетилено-кислородную сварочную горелку. Сущность газовой сварки с использованием водорода такая же, как и обычной газовой сварки. Водородно – кислородный сварочный аппарат
Единственное отличие – применение водородно-кислородной смеси вместо привычных ацетилен-кислородной и пропан-кислородной.
Сварочные водородно-кислородные аппараты разной мощности позволяют решить практически все задачи, ставящиеся перед газопламенной обработкой . С их помощью осуществляют: сварку, наплавку, пайку, термоупрочнение, порошковое напыление и порошковую наплавку, кислородную резку – ручную и машинную. Различные режимы газовой сварки с водородом дают возможность выполнения широкого спектра работ – от микросварки и микропайки пламенем толщиной с иголку до толщиной порядка 300 мм. Работа аппаратов может вестись и в ручном, и в автоматическом режимах.
Даже малогабаритные переносные аппараты при такой незначительной мощности – 1,8 кВт, потребляемой от двухфазной бытовой сети, могут решить проблему сваривания и резки листов из черного и толщиной до 2 мм. Температуру чистого пламени можно легко отрегулировать от 600 до 2600 градусов. Такие электролизеры популярны среди стоматологов, ювелиров, ремонтников холодильных агрегатов.
Более мощные модели водородно-кислородных сварочных аппаратов, позволяющие сваривать металл толщиной до 3 мм, приобрели популярность на станциях технического обслуживания, где применение взрывоопасных баллонов с кислородом и пропаном запрещено. Простая система контроля производительности позволяет использовать аппарат в самых труднодоступных зонах при ремонте блоков двигателей, радиаторов, ступиц, во время кузовных работ. В случае достижения предельных уровней давления и электролита встроенная контрольная система подает сигнал. Происходит автоматическое отключение аппарата от источника электрического питания. Такие меры предосторожности обеспечивают двойную пожарную и взрывобезопасность.
Для профессионалов
Для работников аварийных служб разработаны специальные аппараты, позволяющие с толщиной стенки до 5 мм в условиях отсутствия трехфазной сети. Эти электролизеры можно применять для заварки дефектных зон чугунного и цветного литья, ручной и машинной резки металлов с толщиной стенки до 30 мм. Такие способы газовой сварки осуществляют с питанием подогревающего пламени резака от аппарата и подачей режущего кислорода из баллона. Данная технология позволяет получать более чистый рез, чем при использовании ацетилена и пропана. При этом процессе не происходит науглероживание и закаливание металла, отсутствуют грат и загрязняющие атмосферу выбросы оксида азота. Такие модели электролизеров позволяют вести безопасную кислородную резку в тоннелях, колодцах, метрополитенах, где запрещается использование пропана и ацетилена. Некоторые аппараты подобного типа дают возможность проводить работы при отрицательных температурах окружающего воздуха.
Водородная газовая сварка видео наглядно демонстрирует ход сварочного процесса с применением электролизера.
Преимущества использования водородно-кислородных электролизеров
Современные производители газосварочного оборудования предлагают электролизно-водные сварочные аппараты, обладающие рядом преимуществ по сравнению с традиционными способами сварки с использованием пропана и ацетилена.
Ключевые особенности аппаратов:
- Аппараты легки в эксплуатации – перезарядка нужна редко, а ее трудоемкость значительно ниже, чем трудозатраты при перезарядке генератора.
- Быстрый выход в рабочий режим – 1-5 мин, в зависимости от необходимого расхода газа и температуры окружающей среды.
- Возможность получения значительной мощности при небольших габаритных размерах оборудования.
- Экологическая чистота сварочного процесса. Работа с ацетиленом сопровождается загрязнением среды токсичными оксидами азота. При сварке в помещениях норматив по содержанию азота, как правило, не выдерживается, что отрицательно сказывается на здоровье работников. В водородно-кислородных аппаратах единственным продуктом горения является абсолютно безвредный водяной пар.
- Аппараты являются пожаровзрывобезопасным оборудованием как при работе, так и при хранении. Защитная одежда при водородно-кислородной сварке такая же, как и при обычной газовой: плотная роба, рукавицы, очки для газовой сварки.
Использование ацетиленовых генераторов и баллонов является целесообразным исключительно в полевых условиях при отсутствии источников электроэнергии. Во всех других случаях громоздкое газосварочное оборудование могут заменить высокоэффективные, удобные, долговечные аппараты, работающие на электричестве и воде.
Высокоэффективное водородно-кислородное пламя может служить качественной альтернативой ацетилено-кислородному пламени в процессах сварки, резки и пайки. Частично, водородно-кислородная сварка может стать заменой свариванию в среде инертных газов. Этот метод, в отличие от стандартных, является практически безвредным, поскольку продуктом горения в данном процессе является пар. Водородная сварка выполненная своими руками для исполнителей, владеющих навыками , не требует длительного переучивания, достаточным является краткий инструктаж
Особенности водородно-кислородной сварки
История газовой сварки насчитывает около ста лет. Основным горючим газом повсеместно являлся ацетилен. Исследования ученых показали, что использование водорода вместо ацетилена позволяет получить такую же производительность и высокое качество при сварке углеродистых сталей и других материалов. Водородная газовая сварка является разновидностью процессов газопламенной обработки материалов, происходящих с использованием смеси горючего газа с кислородом.
Трудность состояла в том, что ацетилено-кислородное пламя по отношению к расплавленному железу является восстановительным, а водородно-кислородное – окислительным. Сварочная ванна при использовании водорода в качестве горючего газа покрывалась сплошным слоем шлака, шов становился пористым и хрупким. Проблему помогло решить использование органических веществ, обладающих способностью связывать кислород. В качестве таких добавок стали применять углеводороды, имеющие температуру кипения в пределах 30-80 градусов. Это могут быть бензины, гексан, гептан, толуол, бензол. Необходимое для процесса их количество крайне мало.
Особенности водородного пламени
После решения технологических вопросов затруднением оставалась газовая смесь для сварки в связи с отсутствием эффективного источника водорода. Использование водородных баллонов является крайне нерентабельным. К тому же, такие баллоны – источник повышенной опасности. Сжиженный водород может стать причиной сильных обморожений, большие концентрации этого вещества вызывают удушье и головокружения. Также, опасной особенностью водородного пламени является невидимость при дневном свете. Определить его можно только при помощи специальных датчиков.
Создание электролизеров
Решением проблемы стали электролизеры – аппараты, которые с помощью электрической энергии позволяют получать сразу, причем в оптимальном соотношении, и водород, и кислород. Очередной сложностью оказалась громоздкость оборудования, необходимого для выработки достаточного для промышленных целей количества горючей смеси. Существующие ранее передвижные аппараты могли обеспечить только потребности ювелиров и зубных техников. Стационарные аппараты, способные сваривать металл толщиной 5-6 мм, весили порядка 300 кг. В конце прошлого века был создан передвижной электролизер, с помощью которого стала возможна портативная газовая сварка с достаточным временем работы без дозаправки и приемлемой производительностью в условиях промышленности и на строительных площадках.
Принцип работы водородно-кислородных электролизеров
Водородно-кислородные газосварочные аппараты представляют собой электролизеры, в которых под воздействием электричества вода разлагается на кислород и водород. Сварочное оборудование может работать от бытовой или трехфазной электросети. Смесь водорода и кислорода подается по шлангу в стандартную ацетилено-кислородную сварочную горелку. Сущность газовой сварки с использованием водорода такая же, как и обычной газовой сварки. Водородно – кислородный сварочный аппарат
Единственное отличие – применение водородно-кислородной смеси вместо привычных ацетилен-кислородной и пропан-кислородной.
Сварочные водородно-кислородные аппараты разной мощности позволяют решить практически все задачи, ставящиеся перед газопламенной обработкой . С их помощью осуществляют: сварку, наплавку, пайку, термоупрочнение, порошковое напыление и порошковую наплавку, кислородную резку – ручную и машинную. Различные режимы газовой сварки с водородом дают возможность выполнения широкого спектра работ – от микросварки и микропайки пламенем толщиной с иголку до толщиной порядка 300 мм. Работа аппаратов может вестись и в ручном, и в автоматическом режимах.
Даже малогабаритные переносные аппараты при такой незначительной мощности – 1,8 кВт, потребляемой от двухфазной бытовой сети, могут решить проблему сваривания и резки листов из черного и толщиной до 2 мм. Температуру чистого пламени можно легко отрегулировать от 600 до 2600 градусов. Такие электролизеры популярны среди стоматологов, ювелиров, ремонтников холодильных агрегатов.
Более мощные модели водородно-кислородных сварочных аппаратов, позволяющие сваривать металл толщиной до 3 мм, приобрели популярность на станциях технического обслуживания, где применение взрывоопасных баллонов с кислородом и пропаном запрещено. Простая система контроля производительности позволяет использовать аппарат в самых труднодоступных зонах при ремонте блоков двигателей, радиаторов, ступиц, во время кузовных работ. В случае достижения предельных уровней давления и электролита встроенная контрольная система подает сигнал. Происходит автоматическое отключение аппарата от источника электрического питания. Такие меры предосторожности обеспечивают двойную пожарную и взрывобезопасность.
Для профессионалов
Для работников аварийных служб разработаны специальные аппараты, позволяющие с толщиной стенки до 5 мм в условиях отсутствия трехфазной сети. Эти электролизеры можно применять для заварки дефектных зон чугунного и цветного литья, ручной и машинной резки металлов с толщиной стенки до 30 мм. Такие способы газовой сварки осуществляют с питанием подогревающего пламени резака от аппарата и подачей режущего кислорода из баллона. Данная технология позволяет получать более чистый рез, чем при использовании ацетилена и пропана. При этом процессе не происходит науглероживание и закаливание металла, отсутствуют грат и загрязняющие атмосферу выбросы оксида азота. Такие модели электролизеров позволяют вести безопасную кислородную резку в тоннелях, колодцах, метрополитенах, где запрещается использование пропана и ацетилена. Некоторые аппараты подобного типа дают возможность проводить работы при отрицательных температурах окружающего воздуха.
Водородная газовая сварка видео наглядно демонстрирует ход сварочного процесса с применением электролизера.
Преимущества использования водородно-кислородных электролизеров
Современные производители газосварочного оборудования предлагают электролизно-водные сварочные аппараты, обладающие рядом преимуществ по сравнению с традиционными способами сварки с использованием пропана и ацетилена.
Ключевые особенности аппаратов:
- Аппараты легки в эксплуатации – перезарядка нужна редко, а ее трудоемкость значительно ниже, чем трудозатраты при перезарядке генератора.
- Быстрый выход в рабочий режим – 1-5 мин, в зависимости от необходимого расхода газа и температуры окружающей среды.
- Возможность получения значительной мощности при небольших габаритных размерах оборудования.
- Экологическая чистота сварочного процесса. Работа с ацетиленом сопровождается загрязнением среды токсичными оксидами азота. При сварке в помещениях норматив по содержанию азота, как правило, не выдерживается, что отрицательно сказывается на здоровье работников. В водородно-кислородных аппаратах единственным продуктом горения является абсолютно безвредный водяной пар.
- Аппараты являются пожаровзрывобезопасным оборудованием как при работе, так и при хранении. Защитная одежда при водородно-кислородной сварке такая же, как и при обычной газовой: плотная роба, рукавицы, очки для газовой сварки.
Использование ацетиленовых генераторов и баллонов является целесообразным исключительно в полевых условиях при отсутствии источников электроэнергии. Во всех других случаях громоздкое газосварочное оборудование могут заменить высокоэффективные, удобные, долговечные аппараты, работающие на электричестве и воде.
