Водородный резак: Водородный резак своими руками. Водородная горелка в домашних условиях — НПФ Техсервис — Техническое оборудование общепромышленного и нефтепромыслового назначения

Содержание

Водородный резак своими руками. Водородная горелка в домашних условиях

В конструкции данного аппарата большее число рабочих пластин, модифицированные боковые платы и надежный штуцер для выхода горючей газовой смеси), но действующий по тому же принципу электролизер.

Тем, кто впервые сталкивается с подобным устройством, нелишне, думается, в самых общих чертах пояснить (а остальным напомнить), в чем суть такого рода конструкций. А она достаточно проста.

Между боковыми платами, соединенными четырьмя шпильками, размещены металлические пластины-электроды, разделенные резиновыми кольцами. Внутренняя ячеистая полость такой батареи на 1/2…3/4 объема заполнена слабым водным раствором щелочи (КОН или NaOH). Приложенное к пластинам напряжение от источника постоянного тока вызывает разложение (электролиз) раствора, сопровождающееся обильным выделением водорода и кислорода. Эта смесь газов, пройдя через специальный жидкостный затвор (рис. 1а), поступает далее на горелку и, сгорая, позволяет получить столь необходимую для многих технологических процессов (например, резки и сварки металлов) высокую температуру — около 1800° С.

Рис.1. Аппарат для резки и сварки, работающий на продуктах электролиза слабого щелочного раствора:

а — блок-схема, б — готовая самодельная конструкция:
1 — блок питания выпрямленным напряжением электросети, 2 — электролизер, 3 — затвор жидкостный, 4 — горелка газовая, 5 — амперметр, 6 — ручка включения аппарата, 7 — ручка смены режима работы (скачкообразное изменение отдаваемой в нагрузку мощности), 8 — ручка управления потенциометрами, 9 — скоба хранения электрошнура в свернутом состоянии, 10 — корпус переносной деревянный, 11 — штепсельная вилка.

Производительность электролизера зависит от концентрации щелочи в растворе и прочих факторов. А самое главное — от размеров и количества пластин-электродов, расстояния между ними, что, в свою очередь, определяется параметрами блока электропитания — мощностью и напряжением (из расчета 2…3 В на гальванический промежуток между двумя расположенными рядом друг с другом пластинами).

Предлагаемые мною конструкции источника постоянного тока доступны для изготовления в условиях «домашней мастерской» и начинающему самодельщику. Они способны обеспечить надежную работу даже «восьмидесятиячеистого» (пластин-электродов у такого — 81 шт.) электролизера, а тем более — «тридцатиячеистого». Вариант, принципиальная электрическая схема которого изображена на рис. 4, позволяет к тому же легко осуществлять регулировку мощности для оптимального согласования с нагрузкой: на первой ступени — 0…1,7 кВт, на второй (при включении SA1) — 1,7…3,4 кВт.

И пластины для электролизера предлагаются соответствующие — 150×150 мм. Изготавливаются они из кровельного железа толщиной
0,5 мм. Помимо газоотводного 12-мм отверстия в каждой пластине сверлится еще по четыре установочных (диаметром 2,5 мм), в которые при сборке продеваются вязальные или велосипедные спицы. Последние нужны для лучшего центрирования пластин и прокладок, а потому на окончательном этапе сборки из конструкции убираются.

Рис.2. Электролизер («восьмидесятиячеистый» вариант):

1 -плата боковая (фанера, s12, 2 шт.), 2 — щека прозрачная (оргстекло, s4, 2 шт. ), 3 — пластина-электрод (жесть, s0,5; 81 шт.), 4 — кольцо разделительное герметизирующее (5-мм резина кислото- и щелочеупорная, 82 шт.), 5 — втулка-изолятор (кембриковая трубка 6,2×1, L35, 12 шт.), 6 — шпилька Мб (4 шт.), 7 — гайка Мб со стопорной шайбой (8 шт.), 8 — трубка вывода горючей газовой смеси, 9 — раствор слабощелочной (2/3 внутреннего объема электролизера), 10 — вывод контактный (медь рафинированная, 2 шт.), 11 — штуцер («нержавейка»), 12 — гайка накидная М10, 13 — шайба штуцера («нержавейка»), 14 — манжета (резина кислото- и щелочеупорная), 15 — горловина заливная («нержавейка»), 16 — гайка накидная M18, 17 — шайба заливной горловины («нержавейка»), 18 — шайба герметизирующая (резина кислото- и щелочеупорная), 19 — крышка заливной горловины («нержавейка»), 20 — прокладка герметизирующая (резина кислото- и щелочеупорная).

Вообще-то пришлось немало поломать голову, прежде чем «водогорелка» стала удобной и надежной, как лампа Эдисона: включил — заработала, выключил — работать перестала. Особенно хлопотным делом оказалась модернизация не самого электролизера, а подсоединяемого к нему на выходе жидкостного затвора. Но стоило отказаться от ставшего было шаблонным применения воды в качестве заслона от распространения пламени внутрь газообразующей батареи (по соединительной трубке) и обратиться к использованию… керосина, как все тут же пошло на лад.

Почему выбран именно керосин? Во-первых, потому, что в отличие от воды эта жидкость в присутствии щелочи не вспенивается. Во-вторых, как показала практика, при случайном попадании капель керосина в пламя горелки последнее не гаснет — наблюдается лишь небольшая вспышка. Наконец, в-третьих: будучи удобным «разделителем», керосин, находясь в затворе, оказывается безопасным в пожарном отношении.

По окончании работы, во время перерыва и т.п. горелка, естественно, гасится. В электролизере образуется вакуум, и керосин перетекает из правого бачка в левый (рис. 3). Потом — барбатация воздуха, после чего горелку можно хранить сколько угодно: в любой момент она готова к использованию. При ее включении газ давит на керосин, который вновь перетекает в правый бачок. Затем начинается барбатация газа…

Рис.3. Керосиновый затвор и принцип его действия

(а — при работающем электролизере, б — в момент отключения аппарата):

1 — баллон (2 шт.), 2 — пробка (2 шт.), 3 штуцер вводный, 4 — штуцер выводной, 5 — керосин, 6 — переходник (стальная труба).

Соединительные трубки в аппарате — полихлорвиниловые. Лишь к самой горелке ведет тонкий резиновый шланг. Так что после отключения питания достаточно эту «резину» перегнуть руками — и пламя, выдав напоследок легкий хлопок, потухнет.

И еще одна тонкость. Хотя блок питания (см. рис. 4) и способен обеспечить электроэнергией 3,4-киловаттную нагрузку, пользоваться столь большой мощностью в любительской практике случается очень редко. И чтобы «не гонять электронику» чуть ли не вхолостую (в однополупериодном режиме выпрямления, когда на выходе 0…1.7 кВт), нелишне иметь в распоряжении и другой источник питания электролизера — поменьше и попроще (рис. 5).

Рис.4. Принципиальная электрическая схема блока электропитания.

По сути, это — двух-полупериодный, известный многим самодельщикам регулируемый выпрямитель. Причем со связанными друг с другом (механически) «движками» 470-омных потенциометров. Конструктивно такую связь можно осуществить либо при помощи простейшей зубчатой передачи с двумя текстолитовыми шестернями, либо воспользоваться более сложным устройством типа верньера (в бытовом радиоприемнике).

Рис.5. Вариант блока питания с использованием в схеме тиристоров и самодельного трансформатора.

Трансформатор в блоке питания самодельный. В качестве магнито-провода применен набор Ш16×32 из трансформаторной стали. Обмотки содержат: первичная — 2000 витков ПЭЛ-0,1; вторичная — 2×220 витков ПЭЛ-0,3.

Практика показывает: рассмотренный самодельный аппарат для газовой резки и сварки даже при самой напряженной эксплуатации способен исправно служить весьма продолжительное время.

Правда, раз в 10 лет требуется проводить основательное техобслуживание, в основном из-за электролизера. Пластины последнего, работая в агрессивной среде, покрываются окисью железа, которая начинает выступать в роли изолятора. Приходится пластины промывать с последующей зачисткой на наждачном круге. Более того, заменять четыре из них (у отрицательного полюса), разъеденных кислотными остатками, собирающимися вблизи «минуса».

Применение так называемых сливных отверстий (кроме заливного и газоотводного) также вряд ли можно считать оправданным, что и было учтено при разработке аппарата. Столь же необязательным является и ввод в схему аппарата бидонов для сбора накапливающейся сверхагрессивной щелочи. К тому же эксплуатация «безбидонной» конструкции показывает, что этой «вредоносной жидкости» способно собраться за 10-летний период на дне керосинового затвора не более полстакана. Скопившуюся щелочь удаляют (например, при техобслуживании), а в затвор заливают очередную порцию чистого керосина.

В.Радьков, Татарстан
МК 03 1997

Условиях. Представленное устройство не имеет накопительных баллонов для газа, что делает его довольно безопасным в эксплуатации. Водород производится методом электролиза, и вырабатывается из обычной воды. Газ, производимый в необходимых количествах ННО генератором, тут же сжигается в горелке, что исключает возможность его накапливания и взрыва.

Необходимые материалы для постройки горелки:
— Пластины из нержавейки, примерно 1 мм толщиной;
— Два болта М6х150 с шайбами и гайками;
— Кусок прозрачной трубки;
(В проекте использовалась трубка из водяного уровня)
— Штуцера с «елочкой»;
(их диаметр подбирается под шланг с водяного уровня)
— Пластиковый контейнер на полтора литра;
(подойдет обычный контейнер для хранения пищи)
— Фильтр проточной очистки;
(можно использовать фильтр стиральной машинки)

— Обратный водный клапан.

Инструменты используются стандартные, которые имеются в каждой мастерской.

Первым шагом будет создание сердца ННО генератора – электролизер. Он выполнен из листов нержавеющей стали, расположенных последовательно друг за другом через равные промежутки и скрепленных болтами.

Как говорится в источнике, марка нержавеющей стали нужна либо зарубежная AISI316L, ее отечественный аналог 03X16h25M3. Но это в идеале, в принципе можно использовать любую.

Почему используется именно нержавеющая сталь, а не к примеру обычный черный метал, ведь он тоже проводит ток? Дело в том что, во первых черный метал ржавеет в воде, во вторых в воду при работе аппарата будет добавляться щелочь, что при условии прохождения электрического тока будет создавать для пластин достаточно агрессивную среду, в которой обычное железо просто долго не протянет.

Из листа нержавейки нужно вырезать 16 квадратных пластин. По размеру они должны быть такими, чтобы свободно входили в пластиковый контейнер. Резать их можно болгаркой или лобзиком.

После этого, в каждой пластине просверливается по два отверстия, диаметром 6 мм, под болты. С противоположной стороны нужно спилить часть уголка.
Вот что должно получится:

Теперь еще немного теории. Принцип работы водородного генератора основывается на том, что при прохождении постоянного электрического тока через электролит между пластинами, ток расщепляет воду на ее составляющие: кислород и водород.

Из этого следует, что из пластин будут собраны две электрически изолированных друг от друга батареи, на одну из которых будет поступать плюс, на другую минус (анод и катод).

Вот как это выглядит схематически:

Такое количество пластин нужно для того, чтобы повысить площадь электрического воздействия на электролит, тем самым увеличив ток, проходящий через электролит, и как следствие количество вырабатываемого водорода.

Существует довольно много вариантов подключения пластин, и данный вариант не является самым оптимальным. Он используется, потому что является довольно простым в изготовлении и коммутации.

Данная схема рассчитана на малое напряжение и большой ток.

Для изоляции пластин друг от друга были использованы кусочки прозрачной трубки:

Толщина кольца должна равняться приблизительно 1 мм.

Скрепляются пластины так: на болт одевается шайба, затем пластина, затем три шайбы, пластина, три шайбы и т.д. Так собираются анод и катод, по 8 пластин.

Затем одна батарея вставляется в другую, развернувшись на 180 градусов. Между пластинами в качестве диэлектрика вставляются вырезанные ранее кусочки трубки.

После сборки две батареи прозваниваются между собой, и если нет короткого замыкания, устанавливаются в контейнер.

В контейнере просверливаются отверстия под болты, на них будет поступать напряжение.

В крышке контейнера просверливается отверстие под штуцер. Перед установкой самого штуцера, его посадочное место лучше промазать герметиком или силиконом. То же самое касается и прилегающей поверхности крышки. Чтобы проверить контейнер на герметичность его можно опустить в емкость с водой. Если на нем появятся пузырьки, значит контейнер не герметичный.

Для повышения генерации газа, в воду необходимо добавить некоторые примеси. Лучше всего подойдет гидроксид натрия, который содержится в средствах для прочистки труб от засоров.

Водородная горелка своими руками – это вполне посильная задача для опытного мастера и новичка, вооруженного подробными рекомендациями о ее самостоятельном изготовлении. Этот прибор работает благодаря выделяемому водорода теплу. Смесь водорода с кислородом – это газ с наибольшей возможной температурой горения – 2800°С. Его называют гремучим или газом Брауна. Однако при работе с этой смесью необходимо быть осторожным, так как она очень взрывоопасна.

Водород обладает определенными преимуществами перед другими горючими газами. Например, его можно получить путем электролиза непосредственно из воды. Самостоятельно изготовленная водородная горелка не требует использования водорода в баллонах. Электролизная горелка способна сама поставлять газ в необходимых количествах. Благодаря этому водородная сварка является очень экономичным и наиболее безопасным способом.

Самодельный сварочный аппарат с водородной горелкой можно сделать на основе электролизного генератора. Вероятность взрыва газа с использованием такого оборудования полностью исключается, так как весь газ сразу же пускается на сварку и не накапливается в достаточном для взрыва количестве.

Что потребуется для изготовления горелки?

Чтобы сделать водородную горелку, нужно запастись таким материалами:

листовая нержавеющая сталь;
2 болта М6х150 с гайками и шайбами;
прозрачная трубка, например, такая, как в водяном уровне;
штуцеры с внешним диаметром соответствующим шланге;
герметичный пластиковый контейнер объемом 1,5 литра;
маленький фильтр для очистки приточной воды;
обратный водный клапан.

К выбору нержавейки необходимо подходить ответственно. Желательно выбирать марку импортной стали AISI 316L или отечественный аналог – 03Х16Н15М3. Однако если есть небольшой кусочек нержавеющей стали 50х50 см толщиной 2 мм, то приобретать целый лист нет необходимости.

Использовать нужно именно нержавейку, так как она не подвергается коррозии в воде в отличие от обычной стали.

Кроме того, водородная сварка будет более эффективной, если использовать щелочь, а не простую воду. Щелочная среда является агрессивной, поэтому использовать обычную сталь недопустимо.

Вернуться к оглавлению

Особенности изготовления

Нержавейку нужно распилить на небольшие пластинки. Из куска 50х50 см получится 16 пластинок по форме приближенных к квадрату. Распилить металл можно болгаркой, один из углов каждой пластины необходимо спилить, чтобы в дальнейшем можно было соединить их между собой.

На противолежащей срезу стороне нужно просверлить отверстия для крепежных болтов, чтобы потом соединить элементы. Работа приспособления будет основываться на том, что постоянный ток, проходя через раствор электролита последовательно от пластины к пластине, будет расщеплять воду на кислород и водород. Для обеспечения этого процесса необходимо создать пластины с противоположными зарядами: положительным и отрицательным.

Для наибольшей эффективности работы прибора необходимо, чтобы площадь пластин была максимальной. Это обеспечит максимальную площадь воздействия на раствор, через воду пройдет максимальный ток, благодаря чему образуется наибольшее возможное количество газа. Чтобы добиться желаемого результата, необходимо обеспечить положительный и отрицательный заряд наибольшему возможному количеству пластин. При 16 пластинах на анод и катод приходится по 8 элементов.

Водородная сварка представляет собой разновидность газопламенной обработки. Ее отличительной особенностью является горение пламени в атмосфере водорода. На сегодняшний день среди всех видов газопламенных обработок наибольшей популярностью пользуется именно такой метод.

Он обладает высокой эффективностью и служит отличной альтернативой ацетиленовой сварке. Кроме того, изготовить сварочный аппарат можно своими руками в домашних условиях, что делает его еще более интересным.

Водородная сварка обладает рядом преимуществ по сравнению с другими аналогами. Главным ее достоинством является то, что в процессе горения сварочной горелки выделяется водяной пар, поэтому она является самой безопасной.

Кроме того, данная технология обеспечивает высокие рабочие температуры, а значит позволяет работать с более тугоплавкими металлами. Водородную сварку можно легко использовать в домашних условиях, так как изготовить сварочный аппарат своими руками может любой желающий.

Еще одним наиболее часто используемым методом является ацетиленовая сварка.

Технология сварки при помощи водорода.

В то же время водородная во многих случаях оказывается более предпочтительной благодаря своим особенностям:

позволяет получать аккуратные плотные швы;
возможность работы с мелкими деталями;
высокая температура газовой горелки позволяет осуществлять не только , но и резку материалов;
водородная горелка своими руками – это посильная задача не только для мастеров, но и для новичков;
возможность выполнения работ в замкнутом пространстве;
водородный сварочный аппарат является малогабаритным и его удобно транспортировать.

Несмотря на многочисленные достоинства атомно-водородной сварки, она не лишена недостатков. Главные из них – это трудности работы с медными изделиями, некоторыми легированными сталями, а также с массивными материалами.

Применение метода

Газопламенная сварка осуществляется за счет горения газообразной смеси. Самой часто используемой является ацетиленовая сварка. Она основана на окислении карбида в воде.

Если необходима небольшая температура, например, для работы с мелкими деталями или тонким металлом, используется пропан. Он подается из баллона в смесительную камеру, а затем в горелку.

В эту же камеру подается кислород, поддерживающий горение газа. Регулируя давление кислорода можно достичь температуры горения до 3000 градусов, что позволяет осуществлять не только сварку, но и резку металла.

Недостатком этой является необходимость использование баллона с газом. Это накладывает ограничения на применение сварки во многих сложных условиях.

Агрегат для водородной сварки.

Принцип работы водородной сварки основан на процессе разделения воды на водород и кислород. В результате последующей рекомбинации одноатомного водорода в двухатомный происходит высвобождение энергии, ускоряющей сварку.

Область сварки оказывается защищенной водородом от кислорода, что исключает окисление поверхности и обеспечивает гладкие швы.

Использовать водородные баллоны для сплава опасно. Его утечка в замкнутых помещениях может привести к удушью или головокружению. Также он является взрывоопасным.

Производство водорода, необходимого для работы сварочного аппарата, осуществляется непосредственно на месте проведения сварочных работ в электролизной камере. Это исключает указанные риски при правильном использовании оборудования и соблюдении техники безопасности.

Водородная сварка широко применяется в сложных условиях: тоннелях, шахтах, коллекторах. Использовать в таких задачах пропилен-ацетиленовые баллоны невозможно из-за высокого риска утечки смеси и ее взрыва.

Электролизное оборудование лишено этих недостатков и широко применяется в указанных областях.

Использовать водородные сварочные аппараты достаточно просто. Они не требуют частой перезарядки и быстро выходят на рабочие температуры.

Кроме того, они могут работать от бытовой сети, что делает их весьма привлекательными для простого пользователя. Особенно учитывая то, что водородная сварка может быть изготовлена своими руками по одной из многочисленных схем электролизера для сварки доступной в интернете.

Как самому сделать водородный сварочный аппарат?

Сварка водородом пригодится любому умельцу. Водородный резак является недешевым оборудованием. Кроме того, доступные в продаже аппараты зачастую оказываются непригодными для мелких деталей, особенно для ювелирных изделий.

Выходом из этой ситуации является изготовление атомно-водородной сварки своими руками. Все детали, необходимые для создания такого прибора можно легко приобрести в любом хозяйственном магазине. Итак, давайте рассмотрим, как это сделать в домашних условиях.

Основная емкость

Установка для сварки при помощи водорода.

Аппарат водородной сварки работает в результате горения водорода, благодаря диссоциации водного раствора щелочи.

Этот процесс осуществляется в емкости, для которой отлично подойдет пол литровая банка. Ее необходимо закрыть пластмассовой крышкой с двумя отверстиями, проделанными для вывода контактов от электродов.

Все выводы необходимо плотно загерметизировать. Для этих целей подойдет клей «Момент».

В качестве можно использовать четырехсантиметровые полоски из нержавеющей стали. Для наибольшей производительности сварочного аппарата требуется задействовать весь объем жидкости.

Для этого пластины просверливаются по верхнему и нижнему краю и соединяются между собой диэлектрическими шпильками. На получившемся блоке делаются клеммы: два минуса, расположенные по краям, и полюс между ними.

Каждая клемма загибается и фиксируется на емкости болтом. На эти болты будут накидываться клеммы от источника питания.

Емкость необходимо заполнить с помощью шприца рабочей жидкостью через штуцер отвода газов. Электролит представляет собой 8-10% смесь гидроокиси натрия в дистиллированной воде. При работе электролизера температура рабочей жидкости щелочного раствора обычно не превышает 80 °С.

Гидродозатором выступает второй сосуд. В нем газы насыщаются парами горючих веществ. Затем полученная смесь направляется в третью емкость, наполненную обычной водой. Она выполняет функцию затвора для выхода газов.

В качестве сопла, через которое буду выходить кислород, водород и горючие вещества, может быть использована обычная медицинская игла.

Источник тока для атомно-водородной сварки

В качестве источника тока может использоваться обычный аккумулятор на 12 вольт. Этот вариант отлично подойдет для работы с металлом фиксированной толщины.

Его недостатком является отсутствие возможности контроля силы пламени , так как ее производительность определяется выработкой водорода и кислорода, зависящей от силы тока.

Выбор зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов будет более предпочтительным. Для работы с тонкими металлическими пластинами или ювелирными изделиями зарядку можно настроить на 3 вольта.

Запитать кислородом водородную сварку можно от обычной сети в 220 В, что позволяет использовать данный аппарат в домашних условиях.

Обменная камера

Принципиальная схема аппарата водородной сварки.

Для отбора водорода и кислорода, подаваемого в горелку, используется еще одна емкость – обменная камера.

Внутри нее необходимо проделать 3 отверстия:

для заправки рабочей жидкостью;
снизу штуцер для подачи рабочей жидкости в основную емкость;
штуцер для подачи газовой смеси на сопло.

Конструкцию дополнительной емкости также необходимо тщательно загерметизировать. Через водородные затворы водородного генератора не должны просачиваться газы и жидкость. Это также решается с помощью «Момента».

Изготовление горелки

Для изготовления горелки можно использовать обычный резиновый шланг. Именно по нему водород и кислород будут транспортироваться от обменной камеры к соплу. В качестве сопла можно применить иглу от шприца или капельницы. Последняя будет более предпочтительным выбором, так как стенки этой иглы толще.

Шланг необходимо плотно закрепить со штуцером обменной камеры и основанием иглы. Это достигается при помощи хомутов. После завершения всех операций по сборке аппарата можно приступать к его испытанию.

Электролиз рабочей жидкости начинается быстро. Уже через несколько минут можно будет поджечь пламя на конце сопла. Регулировка пламени осуществляется изменением напряжения на аппарате.

Итог

Во многих случаях использование водородной сварки оказывается более удобным, чем других газопламенных методов. Особенно актуальной она становится, когда речь заходит про работу в домашних условиях.

Приведенное описание того, как сделать водородную горелку своими руками, поможет всем мастерам, желающим изготовить такой прибор. Это существенно сэкономит средства на покупку магазинного варианта сварки.

Кроме того изготовленный своими руками водородный резак является более перспективным для работы с мелкими изделиями. Водородная сварка является экологически чистой, а ее изготовление не требует большого труда и крупных затрат.

Также метод аналогичен с ацетиленовой сваркой, и освоить его не составит труда.

Водородное пламя является хорошей альтернативой пламени ацетиленовому и активно используется для сварки, резки и пайки различных материалов. В отличие от многих традиционных способов водородная сварка почти безопасна, благодаря тому, что продуктом процесса горения в ней выступает пар. Этот способ считается вариантом газопламенной обработки, использующим смеси из кислорода и горючих газов.

Если просто использовать водород как топливо вместо ацетилена, то произойдет покрытие сварочной ванны толстым шлаковым слоем, а получаемый при этом шов будет отличаться тонкостью и пористостью. Чтобы избежать этого, применяют органические соединения, способные связывать кислород. С этой целью используются такие углеводороды, как бензин, бензол, толуол и другие, подогретые до температуры, составляющей 30-80% от температуры кипения. Нужное их количество минимально, поэтому водородная сварка ценой не сильно отличается от прочих способов газопламенной обработки.

Еще одной сложностью данного способа может служить отсутствие достаточно эффективных источников водорода с кислородом. Газовые баллоны обладают повышенной опасностью в эксплуатации, поэтому их применение нецелесообразно. Значительные концентрации водорода способны вызывать обморожения и головокружение с удушьем.

Особенно опасно в водородном пламени то, что его не видно в дневном свете. Для его обнаружения необходимо применение специальных датчиков. Решить проблему надежности источников газов позволяют специальные аппараты, разлагающие воду посредством воздействия электрической энергии на кислород и водород. Эти электролизеры могут производить оба газа одновременно.

Эти легкие и компактные приборы приходят на смену тяжелому газосварочному оборудованию, применяемому при недоступности источников электроэнергии, что особенно удобно для проведения водородной сварки в домашних условиях.

Оборудование для водородной сварки

Водородные сварочные приборы, обладая разной мощностью, работают от обычной электросети. Они оборудуются традиционной ацетиленовой горелкой, через шланг в которую поступает водородно-кислородная смесь. Регулировка температуры их пламени позволяет устанавливать ее в широком диапазоне (600-2600 ºС). Аппараты можно применять как для ручной, так и автоматической сварки. Их эксплуатация не доставляет сложностей благодаря не слишком большой трудоемкости и отсутствию необходимости в перезарядке.

Обладая компактными габаритами, аппаратура при этом может быть достаточно мощной. Она приводится в режим работы за несколько минут в зависимости от температуры в месте проведения сварки и требуемого расхода газов. При владении основными навыками газопламенной обработки выполнение своими руками водородной сварки не составит труда, а производительность процесса с качеством швов будут не хуже, чем при традиционной сварке.

В отличие от традиционной сварки, использующей в виде основного топливного газа ацетилен, сварка с использованием вместо него водорода не только продуктивна, но и экологически безопасна. Сварка с ацетиленом чревата загрязнением атмосферного воздуха токсичными соединениями, в то время как единственным продуктом от процесса горения в водородном оборудовании выступает совсем безвредный пар.

Также абсолютно безопасны эти аппараты при хранении, транспортировке и в эксплуатации. Ими выполняют не только сварку, но и кислородную резку (ручную или машинную), пайку, порошковую наплавку, термоупрочнение и порошковое напыление. Несколько разных режимов позволяют осуществлять работы в большом спектре от соединения материалов с минимальной толщиной до резки толстолистных сталей. Несмотря на небольшие размеры этих переносных приборов и малую мощность, они позволяют сварку и резку изделий с толщинами до 2 мм как из черных, так и цветных металлов.

Применение водородной сварки

Кислородно-водородная сварка, топливным газом в которой служит водород, широко применяется в изготовлении ювелирных изделий, используется в стоматологии и при ремонте холодильного оборудования. Различные модели водородных аппаратов популярны в сервисных центрах по обслуживанию техники и других закрытых помещениях, где запрещается эксплуатация взрывоопасных кислородных и пропановых баллонов.

Также к преимуществам применения кислородно-водородного пламени стоит отнести сокращение затрат по обслуживанию рабочих мест при соблюдении норм пожарной безопасности и промышленной санитарии за счет полного отсутствия отходов в производстве и абсолютной безвредности продукта горения — водяного пара. Для беспрерывной работы водородно-кислородных приборов требуется только незначительный объем воды. А спектр обрабатываемых ими материалов довольно широк и включает как черные, цветные, благородные металлы со сталями, так и керамику со стеклом.

Представляющая собой электрохимический подвид сварки плавлением, атомно-водородная сварка, происходящая от действия электродуги с водородом, хорошо подходит для соединения чугунных деталей и конструкций из легированных и низкоуглеродистых сталей. Но ее применение в промышленности ограничивается довольно высоким напряжением источников питания, представляющим опасность для жизни людей.

Кроме того, этим способом сварки нельзя пользоваться при работе с медью, латунью, цинком, титаном и рядом других химических элементов, обладающих повышенной активностью во взаимодействии с водородом. При этом высокая активность молекулярного водорода эффективно защищает металлический расплав от негативного атмосферного влияния.

Технология сварки и резки с помощью водорода, в отличие от ацетиленовой или пропановой, позволяет получать довольно чистый срез. Помимо этого в ней отсутствуют вредные выбросы азотной окиси и грата, а металл не поглощает углерод и закаливается.

Водородные сварочные аппараты целесообразно применять при работах, производимых в тоннелях, колодцах и других труднодоступных местах, где запрещается размещение баллонов с пропаном или ацетиленом. Отдельные виды водородного сварочного оборудования позволяют осуществлять сварку даже при отрицательных температурах.

Водородный резак своими руками — flagman-ug.ru

Содержание

Водяная горелка — миниатюрный автоген
Электрооборудование, свет, освещение
Преимущества водородной сварки в сравнении с другими видами газопламенной обработки
Преимущества водородной сварки
Применение метода
Как самому сделать водородный сварочный аппарат?
Водородная горелка своими руками
Самодельный водородный генератор:
При работе с водородной горелкой следует:
Как правильно пользоваться водородной горелкой:
Водяной затвор и предохранитель:
Как сделать генератор водорода в домашних условиях
Краткая теоретическая часть
Создание опытного образца
О водородной ячейке Мейера
Реактор из пластин
Выгодно ли получать водород в домашних условиях
Заключение

Водяная горелка — миниатюрный автоген

Используется принцип получения водорода с помощью электролиза водного раствора щелочи. Благодаря малым наружным габаритам электролизера ему найдется место и на небольшом рабочем столе, а использование в качестве блока электропитания стандартного выпрямителя для подзарядки аккумуляторных батарей облегчает изготовление установки и делает работу с ней безопасной.

Относительно небольшая, но вполне достаточная для нужд моделиста производительность аппарата позволила предельно упростить конструкцию водяного затвора и гарантировать пожара — и взрывобезопасность.

Устройство электролизера

Между двумя платами, соединенными четырьмя шпильками, размещена батарея стальных пластин-электродов, разделенных резиновыми кольцами. Внутренняя полость батареи наполовину заполнена водным раствором КОН или NaOH.

Приложенное к пластинам постоянное напряжение вызывает электролиз воды и выделение газообразного водорода и кислорода.

Эта смесь отводится через надетую на штуцер полихлорвиниловую трубку в промежуточную емкость, а из нее в водяной затвор. Газ, прошедший через помещенную там смесь воды с ацетоном в соотношении 1 :1, имеет необходимый для горения состав и, отведенный другой трубкой в форсунку — иглу от медицинского шприца, сгорает у ее выходного отверстия с температурой около 1800° С.

Состав электролизера:

1 — изолирующая полихлорвиниловая трубка 10 мм, 2 — шпилька М8 (4 шт.), 3 — гайка М8 с шайбой (4 шт.), 4— левая плата, 5 — пробка-болт М10 с шайбой, б — плас-. тина, 7 — резиновое кольцо, 8 — штуцер, 9 — шайба, 10 —полихлорвиниловая трубка 5 мм, 11 — правая плата, 12 — короткий штуцер (3 шт.), 13 — промежуточная емкость, 14 — основание, 15 — клеммы, 16 — барботажная трубка, 17 — форсунка-игла, 18 — корпус водяного затвора.

Для плат электролизера я использовал толстое оргстекло. Этот материал легко обрабатывается, химически стоек к действию электролита и позволяет визуально контролировать его уровень, чтобы при необходимости добавлять через наливное отверстие дистиллированную воду.

Пластины можно изготовить из листового металла (нержавеющая сталь, никель, декапированное или трансформаторное железо) толщиной 0,6—0,8 мм. Для удобства сборки в пластинах выдавлены круглые углубления под резиновые кольца уплотнения, глубина их при толщине кольца 5—6 мм должна быть 2—3 мм.

Изоляции пластин, вырезаются из листовой маслобензостойкой или кислотоупорной резины. Сделать это вручную несложно, и все же идеальный для этого инструмент — “кругорез-универсал”.

Четыре стальные шпильки М8, соединяющие детали, изолированы кембриком диаметром 10 мм и пропущены в соответствующие отверстия диаметром 11 мм.

Количество пластин в батарее — 9. Оно определяется параметрами блока электропитания: его мощностью и максимальным напряжением — из расчета 2В на пластину.

Потребляемый ток зависит от количества задействованных пластин (чем их меньше, тем ток больше) и от концентрации раствора щелочи. В более концентрированном растворе ток больше, но лучше применять 4—8-процентный раствор — при электролизе он не так пенится.

Контактные клеммы припаиваются к первой и трем последним пластинам. Стандартное зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов ВА-2, подключенное на 8 пластин, при напряжении 17 В и токе около 5А обеспечивает необходимую производительность горючей смеси для форсунки — иглы с внутренним диаметром 0,6 мм.

Оптимальное соотношение диаметра иглы форсунки и производительности электролизера устанавливается опытным путем — так, чтобы зона воспламенения смеси располагалась вне иглы. Если производительность мала или диаметр отверстия слишком велик, горение начнется в самой игле, которая от этого быстро разогреется и оплавится.

Надежным заслоном от распространения пламени по подводящей трубке внутрь электролизера является простейший водяной затвор, который сделан из двух порожних баллончиков для заправки газовых зажигалок. Достоинства их те же, что и у материала плат: легкость механической обработки, химическая стойкость и полупрозрачность, позволяющая контролировать уровень жидкости в водяном затворе.

Промежуточная емкость исключает возможность смешивания электролита и состава водяного затвора в режимах интенсивной работы или под действием разряжения, возникающего при выключении электропитания. А чтобы этого избежать наверняка, по окончании работы следует сразу же отсоединять трубку от электролизера.

Штуцеры емкостей сделаны из медных трубок диаметром 4 и 6 мм, устанавливаются в верхней стенке баллончиков на резьбе. Через них же осуществляется заливка состава водяного затвора и слив конденсата из разделительной емкости. Отличная воронка для этого получится из еще одного пустого баллончика, разрезанного пополам и с установленной на месте клапана тонкой трубкой.

Соедините короткой полихлорвиниловой трубкой диаметром 5 мм электролизер с промежуточной емкостью, последнюю — с водяным затвором, а его выходной штуцер более длинной трубкой — с форсункой-иглой.

Включите выпрямитель, подрегулируйте напряжением или количеством подключаемых пластин номинальный ток и подожгите выходящий из форсунки газ.

Если вам необходима большая производительность — увеличьте количество пластин и примените более мощный блок питания — с ЛАТРом и простейшим выпрямителем.

Температура пламени также поддается некоторой корректировке составом водяного затвора. Когда в нем только вода, в смеси содержится много кислорода, что в некоторых случаях нежелательно.

Залив в водяной затвор метиловый спирт, смесь можно обогатить и поднять температуру до 2600°С.

Для снижения температуры пламени водяной затвор заполняют смесью ацетона и воды в соотношении 1:1. Однако в последних случаях следует не забывать пополнять и содержимое водяного затвора.

Электрооборудование, свет, освещение

Водородное пламя можно использовать в качестве альтернативы ацетиленовому при проведении резки, пайки и сварки. В отличие от официальных методов, водородная сварка является практически безвредной. Это обусловлено паром, который является продуктом горения в этом процессе. Если вы владеете навыками газовой сварки, то довольно быстро сможете научиться и водородной. Если нет — потребуется чуть больше времени, но результат будет того стоить. В этой статье мы вам расскажем о том, как можно выполнить водородную сварку своими руками.

Содержание:

Особенности водородной сварки

Газовая сварка используется уже на протяжении ста лет. В качестве основного горючего газа используется ацетилен. Результаты проведенных исследований показали, что использование водорода вместо ацетилена является более продуктивным. При сварке материалов получается такое же производство и качество сварного шва. Единственная трудность состоит в том, что ацетиленовое пламя восстанавливает железо, а водородное — окисляет его.

Водородная сварка является одним из видов газопламенной обработки, которая происходит с использованием кислорода и смеси горючего газа. При задействовании водорода в качестве горючего газа сварочная ванна покрывается большим слоем шлака, а шов получается тонким и пористым. Но эту проблему удалось решить. Органические вещества имеют свойство связывать кислород, поэтому было принято решение об их применении. Стали использоваться углеводороды, которые имеют 30-80° температуры кипения. Это гексан, толуол, бензин, гептан, бензол. Для сварки необходимо минимальное количество.

Когда технологические вопросы были удачно решены, возникло еще одно затруднение. Отсутствовал эффективный источник кислорода. Водородные баллоны являются источником повышенной опасности, поэтому их использование нерентабельно. Большая концентрация сжиженного водорода может вызвать головокружение, удушье и сильное обморожение. Но основной опасностью водородного пламени является его невидимость при дневном свете.

Днем водородное пламя можно определить путем использования специальных датчиков. Эту проблему удалось решить посредством расположения воды на водород и кислород под воздействием электричества. Электролизеры — это приборы, которые при помощи электрической энергии могут получать водород и кислород одновременно.

Стоит отметить, что водород, подходящий для сварки различных изделий из железа и малоуглеродистых сталей, является абсолютно непригодным для сварки нержавеющих сталей. Это происходит из-за его растворения в расплавленном никеле. При отвердевании металла он выделяется обратно, образовывая трещины и поры. Кислородно-водородная сварка также непригодна для меди. Но ее преимущество заключается в том, что атмосфера водорода защищает свариваемую поверхность от окисления.

Ацетиленовые генераторы и баллоны необходимы для использования в полевых условиях, когда рядом нет источников электроэнергии. Но в других случаях массивное газосварочное оборудование могут заменить легкие и удобные водородные аппараты.

Варианты использования водородных приборов

Сварочный водородный аппарат работает от трехфазной и бытовой электросети, имеют разную мощность. Прибором можно пользоваться в ручном и автоматическом режиме. В стандартную ацетиленовую горелку по шлангу подается состав водорода и кислорода, при этом температуру чистого пламени можно отрегулировать от 600 до 2600 градусов.

Сварочные водородные аппараты очень легки в эксплуатации. Их не нужно часто перезаряжать, да и трудоемкость является небольшой. Как правило, они входят в рабочий режим всего за пару минут, что зависит от требуемого расходования газа и температуры помещения. При оборудовании небольших размеров аппарат может быть очень мощным.

Водородная сварка является очень экологической, в отличие от ацетилена, работа с которым загрязняет среду токсичными веществами. В водородных приборах единственным продуктом горения является полностью безвредный пар. Кроме этого, при работе и хранении эти приборы полностью безопасны. Но не стоит пренебрегать защитной одеждой — рукавицами, плотной робой и очками для газовой сварки.

Такие аппараты решают практически все задачи, которые ставятся перед пламенной обработкой материалов. При помощи этих приборов можно осуществлять сварку, пайку, порошковое напыление, ручную и машинную кислородную резку, наплавку, термоупрочнение, порошковую наплавку. Существуют различные режимы работы, которые предоставляют возможность выполнять большой спектр работ — от сварки минимальной толщины до резки толстых стальных листов. Даже небольшие переносные аппараты с незначительной мощностью могут варить и резать листы черного и цветного металла до двух миллиметров толщины.

Аппараты водородной сварки пользуются большой популярностью среди ювелиров, стоматологов и специалистов по ремонту холодильников. Модели с большей мощностью позволяют сваривать материал до трех миллиметров толщины. Они очень популярны на станциях обслуживания техники, поскольку в этих местах запрещено использовать опасные баллоны с кислородом и пропаном.

Сварочные водородные аппараты могут использоваться во время кузовных работ, при ремонте батарей, блоков двигателей и ступиц. Когда предельный уровень давления и электролита достигается, встроенная контрольная система сама подает сигнал. В этом случае аппарат автоматически отключается от источника питания. Благодаря соблюдению таких мер безопасности, обеспечивается хорошая пожарная и взрывобезопасность.

Для сотрудников аварийных компаний, были разработаны специальные варианты, которые сваривают трубы с толщиной стенки до пяти миллиметров. Такие приборы можно использовать для заварки зон с браками чугунного и цветного литья, машинной и ручной резки металлов до тридцати миллиметров толщиной стенки. Эти способы сварки осуществляют с питанием подогревающего пламя резака от прибора и подачей кислорода из баллона.

Благодаря такой технологии получается очень чистый рез, в сравнении с ацетиленом и пропаном. Также отсутствуют выбросы оксида азота и граты, металл не насыщается углеродом и закаливается. Такие сварочные аппараты часто используются в колодцах, тоннелях и метрополитенах, поскольку там также запрещено использование пропана и ацетилена. Есть виды, которые предоставляют возможность проводить водородную сварку при минусовых температурах.

Водородная сварка в домашних условиях

Водородный сварочный прибор пригодится каждому домашнему умельцу. Водородные аппараты стоят довольно дорого. К тому же купленные приборы очень тяжело использовать для работы с небольшими деталями. Вы можете изготовить подобный сварочный аппарат у себя дома. Все узлы можно собрать из обычных материалов. Давайте рассмотрим, как это правильно делается.

Водородная смесь получается благодаря электролизу водного раствора щелочи — едкого натра. Источник тока можно сделать из выпрямителя для зарядки аккумуляторных батарей от автомобиля. Для домашнего использования будет достаточно небольшой производительности, поэтому конструкцию можно упростить.

Электролиз происходит в сосуде, поэтому для водопроводной сварки в домашних условиях можно использовать стеклянную банку с полиэтиленовой крышкой в 0,5 литров. В крышке необходимо проделать точки для выводов контактных пластин электродов и для втулки трубки отвода получаемых газов. После этого следует герметизировать все выводы и саму крышку, подойдет обычный клей «Момент». Стоит отметить, что изогнутые змейкой электроды, являются пластинами шириной в 4 сантиметра из нержавеющей стали.

Через штуцер отвода газов необходимо заполнить банку электролитом (8-10% смесь гидроокиси натрия в очищенной воде) при помощи шприца в 50 мл. Функцию гидродозатора выполняет второй сосуд, в котором получается барботирование полученных газов и насыщение их парами горючих веществ при прохождении через 60-70% их раствора в воде.

Эта смесь должна поступать в третью емкость с водой, которая является затвором для выхода газов. Безопасность работы повышает задействование двух засовов, которые последовательно расположены и исключают проскок пламени от аппарата в электролизер. Для большей безопасности, вы можете сделать второй затвор из пластмассы.

Газ с кислородом, водородом и парами горючих веществ выходит через медицинскую иголку. Пламя может достигать температуры 2500 градусов, но ее можно регулировать путем изменения подаваемого напряжения. Следите, чтобы процесс горение был стойким. Если вы поменяете напряжение на электродах, измениться и сила тока, которая влияет на дозу выделяемого газа.

Вы можете легко проверить это при помощи расчетов с использованием известной формулы Фарадея. Для втулок можно задействовать трубки от гелиевых ручек, капельниц и т.д., как показано на видео о водородной сварке. Помните, что диаметр иглы сварочного аппарата должен быть от 0,6 до 0, 8 миллиметра, а для третьего сосуда необходимо использовать пластмассовую баночку. Получившуюся конструкцию необходимо уложить в корпус, подходящий по размеру.

При электролизе расходуется вода, а количество щелочи остается таким же. Щелочь распадается на ионы и повышает электропроводность раствора. Вы можете пополнять топливную смесь при помощи обычного медицинского шприца с иглой. Для держателя иглы можно использовать деревянную ручку для инструментов, в которой также просверливается точка по диаметру трубки. Обязательно поместите ватные тампоны внутри трубки шприца, на ее основании и конце. Такая мера предосторожности предотвратит проскок пламени по трубке в сосуд со спиртовым составом.

Выпрямитель вы можете собрать самостоятельно на диодах, путем их соединения по полупериодной схеме. Вы можете задействовать любой подходящий трансформатор с мощностью не менее 180 Вт. Отлично подойдет трансформатор от старых советских телевизоров. Необходимо удалить вторичные обмотки и намотать новые при помощи толстого медного обмоточного провода в 4 миллиметра. Желательно сделать отводы для регулирования выходного напряжения, которые обеспечивают работу электролизера под нагрузкой. Хорошее напряжение на электродах следует регулировать в пределах 3В, ведь в приборе находится всего один гальванический промежуток.

Температура пламени зависит от смеси топливного состава. Вы можете использовать ацетон или этиловый спирт. В случае с ацетоном нельзя ставить втулки из трубок от гелиевых ручек, поскольку они растворятся в нем. Если количество спирта в смеси выходящих газов уменьшено и преобладает кислород, пламя может погаснуть. При сборке аппарата для самодельной водородной сварки помните обо всех вышеперечисленных правилах, особенно о ватных тампонах и третьем сосуде из пластмассы. Помните, что качественно собранное и герметичное устройство, будет работать очень долго при правильной эксплуатации.

Требования безопасности при водородной сварке

Водородная сварка может быть очень опасной. Могут возникать несчастные случаи из-за взрыва смесей, воспламенения кислородных редукторов, обратных ударов пламени. Вы должны тщательно ознакомиться с техникой безопасности, прежде чем заниматься водородной сваркой. Здесь мы приведем основные правила.

Газовую сварку запрещается проводить слишком близко от воспламеняющихся и огнеопасных веществ. Если вы проводите сварку в помещениях, котлах или закрытых тесных помещениях, делайте постоянные перерывы и выходите на свежий воздух. В закрытых и полузакрытых помещениях вредные газы необходимо удалять при помощи местных отсосов. Если вы производите сварку в резервуарах, за процессом должен наблюдать второй человек, находящийся снаружи.
Во время сварки и резки следует обязательно использовать специальные защитные очки. В противном случае яркие лучи могут негативно повлиять на сетчатку и кровеносную оболочку глаз, вплоть до катаракты и наступления слепоты. Брызги металла и шлака также представляют большую опасность для открытых глаз.
При использовании газовых баллонов лучше переносить их на носилках или на тележке, с обязательным использованием защитного колпака. Обычные способы транспортировки являются небезопасными. При перевозке газовые баллоны не должны касаться друг друга и падать. В зоне резки или сварки металла запрещается хранить кислородные баллоны. Перемещение на небольшие расстояния осуществляется переворачиваем с небольшим наклоном. Если в баллоне возникнет смесь кислорода и горючего газа (когда давление кислорода в баллоне ниже рабочего давления регулятора), может случиться взрыв. Поэтому следует применять редукторы с исправными манометрами.
Во время сварки необходимо направить пламя горелки в сторону, которая находится с другой стороны от источника питания. Если вы не можете выполнить это условие, оградите источник при помощи железного щита. При работе газопроводящие рукава должны быть рядом со сварщиком. Во время перерыва следует обязательно тушить пламя горелки.
Если сварочных постов больше десяти, газообеспечение должно идти по проводам ацетиленовых станций. Ацетиленовый генератор следует устанавливать в помещении с вентилятором и температурой не ниже пяти градусов. Следите, чтобы водный засов был наполнен до необходимого уровня. При неисправном или отключенном водном затворе работать запрещено.

Технология газовой сварки с применением водорода является такой же, как и у газовой сварки. Отличие заключается лишь в применении водородной смеси. Перед тем, как сделать водородную сварку самостоятельно, перечитайте ещё раз вышеописанные правила и советы. Мы надеемся, что наша информация поможет вам сделать качественный прибор и понять технологию процесса.

Преимущества водородной сварки в сравнении с другими видами газопламенной обработки

Он обладает высокой эффективностью и служит отличной альтернативой ацетиленовой сварке. Кроме того, изготовить водородный сварочный аппарат можно своими руками в домашних условиях, что делает его еще более интересным.