Разное 0 comments

Водородная пайка: Водородная сварка — сущность и характеристика процесса

Posted on By alexxlab

Содержание

особенности, плюсы и минусы, цена

В современном мире поиск технологий, не несущих вред экологии окружающей среды, стал модной особенностью этого времени. Не обошла эта тенденция и сварочные работы. Несмотря на то, что сварка применяется уже более ста лет, основным рабочим газом остается ацетилен, но в последнее время все более популярной становится водородная сварка. Что это за метод? Есть ли отличия от обычной дуговой? Об этом, а также об особенностях этого типа сварки и об используемом оборудовании расскажем подробнее.

Содержание

Особенности

Водородное пламя — прекрасная альтернатива сварке ацетиленом. При этом данная технология практически безвредна, так как во время горения дуги задействован только водород, а именно водяной пар. Но при всей безопасности, шов в результате может получиться тонким и пористым, а в сварочной зоне образоваться много шлака. Во избежание тонких и слабых швов в процессе сварочных работ к водороду добавляют другие газы. Основные 5 наименований:

  1. Толуол.
  2. Бензин.
  3. Бензол.
  4. Гексан
  5. Гептан.

Эти кислородные соединения облегчают процесс сварки. Их добавляют по чуть-чуть, поэтому стоимость работ весьма низкая, по сравнению с другими видами сварки.

Водородное пламя при горении абсолютно не видно, особенно при дневном освещении. Для его контроля применяются специальные датчики.

Использование баллонов с газом, в данном случае водородом, невозможно, так как высок риск утечки. Высокая концентрация водорода в помещении может вызвать приступ удушья и головокружение, а также спровоцировать взрыв.

По причине невозможного использования сжиженного газа в баллонах, его стали извлекать из воды. Для этого потребовались специальные аппараты, заполненные водой. При прохождении электрического тока через воду, она распадается на кислород и водород, количество последнего вполне хватает для сварочных работ.

Для выработки водорода посредством электролиза стали производить специальные сварочные аппараты — электролизеры, в которых дистиллят вырабатывает оптимальное количество как кислорода, так и водорода. Изначально электролизеры были довольно громоздкими, но впоследствии стали более компактными и мобильными, что совсем не повлияло на качество сварных соединений.

Преимущества и недостатки

Сварка в водородной среде пока не так известная как аргонодуговая, или же ручная. Однако, у этого метода имеется ряд положительных моментов, о которых необходимо знать:

  • максимальное время входа в рабочий режим всего 5 минут;
  • сварочный аппарат не требует частой перезарядки, а это экономия времени;
  • компактность оборудования не влияет на мощность;
  • обеспечение высоких рабочих температур позволяет работать с тугоплавкими металлами, стеклом и даже керамикой;
  • готовые соединения не подвергаются окислению;
  • работа аппарата от обычной бытовой сети;
  • оборудование на основе воды абсолютно пожаробезопасно;
  • для работы без сбоев достаточно наличие воды (по возможности, дистиллированной) и источника электрического тока;
  • возможность сварки мелких довольно мелких деталей.

К достоинствам водородной сварки можно отнести то, что высокая рабочая температура горелки позволяет не только сваривать металл аккуратными и прочными швами, но и осуществлять его резку.

Перечисленные положительные свойства сварки водородом позволяют осуществлять работы при плохой вентиляции, в закрытых помещениях, туннелях, шахтах, подвалах, а также в замкнутых пространствах.

При многообразии положительных моментов, недостатком данного метода можно считать только зависимость сварочного аппарата от электрической сети.

О процессе

Для осуществления сварочных работ в водородной среде необходимо использовать качественное оборудование. Сварочный аппарат — электролизер играет далеко не последнюю роль в получении аккуратного соединения. Его основными составляющими являются:

  • горелка для подачи газа к заготовкам;
  • шланг для соединения элементов;
  • охладитель — обогатитель, в котором скапливается лишняя влага;
  • регулятор мощности тока;
  • регулятор уровня пламени (гаситель).

Процесс сварки водородом проходит намного быстрее, чем у других типов. Началом служит распад дистиллята на составляющие. После этого водород из одноатомного становится двухатомным, высвобождая энергию, ускоряющую процесс соединения. Благодаря такому водороду сварные швы получаются не только аккуратными, но и герметичными.

Водородная сварка подходит практически для соединения любых металлов, даже для вольфрама. При работе с изделиями из нержавеющей стали водород растворяется в расплавленном никеле, а при взаимодействии с медью швы получаются рыхлыми и слабыми, но не окисляются.

При работе со сваркой водородом обязательным условием является направление струи пламени в противоположную от электролизера сторону, так как рабочая температура в водородной среде варьируется от 250°С до 3000°С. По этой же причине не стоит пренебрегать защитной амуницией и использовать при работе специальную одежду, обувь и очки для сварочных работ.

Аппарат своими руками

Приобрести сварочный электролизер можно в любой точке мира без особых усилий, но такая покупка нанесет сильный удар по бюджету.

Так как цена на водородные резаки довольно высока, намного экономичнее сделать своими руками. Для самостоятельного создания электролизера потребуется:

  • Основная емкость. В домашних условиях для этого подойдет обычная стеклянная банка с полиэтиленовой крышкой. Минимальный объем банки пол литра. В крышке необходимо прорезать отверстия для выводов проводов, электродных контактов и газоотводной трубки. Отверстия герметизируют хорошим клеем или герметиком. Банка заполняется электролитом.
  • Электроды. В качестве электродов могут выступать полоски из нержавейки.
  • Гидродозатор. Это второй сосуд в схеме, в котором газы насыщаются парами горючих веществ.
  • Емкость с водой.     Это третий сосуд, в который отправляются насыщенные газы, он осуществляет функцию блокировки выхода газов.
  • Игла от шприца. Она будет обеспечивать выход газов.
  • Трансформатор. Для него подойдет аналогичный прибор из телевизора старого образца. Надо только снять вторичную обмотку и самостоятельно намотать новую медную.
  • Горелка. Для этой функции прекрасно подходит игла от капельницы, так как она толще, чем игла от обычного шприца.

После закрепления всех элементов и соединения их между собой необходимо проверить герметичность всех выходов. От качества сборки зависит длительность службы аппарата.

Сварочные работы с применением водорода набирают популярность. Этот способ сваривания металлов (и не только) является самым экологически безопасным по сравнению с другими. Наиболее востребован такой метод среди непрофессионалов и в домашних условиях.

Соблюдение техники безопасности и правил индивидуальной защиты предотвратит возникновение пожароопасных и чрезвычайных ситуаций. Не стоит работать водородом вблизи от легковоспламеняющихся веществ.

Доступность схем и материалов для создания сварочного электролизера своими руками позволит изготовить его достаточно быстро и без особых затрат. Кроме того собственноручно сделанный резак лучше подходит для сварки мелких деталей.

Атомно-водородная сварка | Сварка и сварщик

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

Схема процесса атомно-водородной сварки

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

Толщина листа, ммДиаметр электрода, ммСила тока, АСредний расход водорода, л/чРабочее давление водорода, кгс/см2
до 123012000,055
до 3 4014000,064
до 535015000,068
до 6-8 6016000,073
до 8-1047017500,080
св. 10 8018500,085

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
Схема установки для атомно-водородной сварки

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

Тип аппаратаТип горелкиНоминальное напряжение, ВПределы регулирования силы тока, АНоминальная мощность, кВт
ГЭ-1-2ГЭГ-2-222030-8318,3
ГЭ-2-2ГЭГ-1-126020-7515,6
АВ-40Г12-122015-4910,7
АГЭС-75ГЭГ-1-130020-10022,6

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.

как работает, преимущества и недостатки, каким оборудованием выполняется

Время на чтение: 2 мин