Водородная сварка, суть процесса и преимущества технологии

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.

Особенности водородной сварки

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.

Режимы (ориентировочные) атомно-водородной сварки

Толщина листа, мм	Диаметр электрода, мм	Сила тока, А	Средний расход водорода, л/ч	Рабочее давление водорода, кгс/см2
до 1	2	30	1200	0,055
до 3		40	1400	0,064
до 5	3	50	1500	0,068
до 6-8		60	1600	0,073
до 8-10	4	70	1750	0,080
св. 10		80	1850	0,085

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.

Преимущества и недостатки

В результате сгорания водорода не образуется никаких вредных веществ, в отличие от случаев, когда для сварки используется ацетилен. Происходит это потому, что при сгорании водорода в среде кислорода, образуется вода, точнее водяной пар, который не содержит никаких вредных примесей.

Температура пламени водородно-кислородной смеси может регулироваться в пределах 600-2600  °C, что позволяет сваривать и резать даже самые тугоплавкие материалы.

Для получения водорода в качестве сырья используется только вода и электроэнергия, что делает стоимость работ низкой по сравнению с другими видами сварки.

Все вышеперечисленные свойства позволяют использовать водородную сварку в замкнутых пространствах, помещениях с плохой вентиляцией, в колодцах, тоннелях, подвалах домов.

Стоит отметить и такое преимущество водородной сварки, как возможность смены сопла горелки. Водород поддерживает пламя практически любой конфигурации и размера.

Использовать тонкую струю газа, дающую пламя не толще швейной иглы, можно даже при работе с ювелирными изделиями из драгоценных металлов. Для тонкого пламени не требуется наличие дополнительного кислорода, достаточно растворенного в воздухе.

Генератор водорода бытового назначения

Недостатком водородной сварки можно считать зависимость ее от наличия источника электроэнергии, необходимой для получения водорода. Использование баллонов с водородом не допускается по причине опасности их транспортировки и эксплуатации.

Характеристика

Отметим, что сварка водородом — это один из видов газопламенной. Этот метод уже многие годы используется в самых разных сферах. В качестве газа здесь используется ацетилен.

В процессе водородной вместо ацетилена используют водород, смешанный с кислородом. Это позволило достичь большей эффективности, создавая узкие и высококачественные швы.

Но и такого метода существует свой недостаток — в процессе сварки в ванне возникает большое количество шлака. Чтобы избежать этого, газовую смесь смешивают с органическими веществами, чтобы гасить кислород.

Подобными веществами выступают чаще всего углеводороды с температурой кипения от 30 до 80°С: бензин, гексан, гептан и прочие.

Другой преградой во время рабочего процесса стала необходимость выбора мощного источника подачи газа. Баллоны с водородом использовать слишком небезопасно.

При работе со сжиженным водородом в больших объемах человек рискует получить удушье или головокружение!

Небольшим недостатком также является, огонь водорода, который невозможно увидеть при дневном свете, поэтому в аппарате применяют специальные датчики.

Водородная сварка не подходит для работы с нержавеющей сталью. Только для сварки железных изделий или элементов из малоуглеродистых сталей.

Технические характеристики аппаратов для атомно-водородной сварки

Тип аппарата	Тип горелки	Номинальное напряжение, В	Пределы регулирования силы тока, А	Номинальная мощность, кВт
ГЭ-1-2	ГЭГ-2-2	220	30-83	18,3
ГЭ-2-2	ГЭГ-1-1	260	20-75	15,6
АВ-40	Г12-1	220	15-49	10,7
АГЭС-75	ГЭГ-1-1	300	20-100	22,6

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.

Виды сварочных аппаратов

Для осуществления любого вида сварочных работ необходимо применять аппарат для сварки, отсутствие которого на любом строительном объекте или в бытовых условиях недопустимо. Ведь он является единственным аппаратом с возможностью скрепления изделий из металла.

Электросхема водородной горелки.

При водородной сварке использованию подлежит водородно-сварочное оборудование. Водородный аппарат используется не только для резки и спайки разных видов металлов, но и для отделки различного пластика, стекла или кварца.

Этот вид оборудования подлежит использованию в отраслевых областях, где для работы нужен нагрев до максимальных температур.

Сварочный аппарат работает за счет водорода, который вырабатывается в самом аппарате. Вследствие распада молекул воды на два важных элемента, кислород и водород, удается получить водород. После этого образуется газовая смесь, имеющая максимальную энергию. При помощи нее можно осуществлять работы по соединению различных металлических конструкций.

Для того чтобы это устройство работало правильно, нужно подготовить 1,5 л дистиллированной воды и освободить доступ к сети электропитания.

Это оборудование очень легко эксплуатируется, не требует частого перезаряжания и имеет небольшую трудоемкость. Работа начинается уже через несколько минут после включения в сеть электропитания. При помощи аппаратов водородной сварки можно осуществлять сварку деталей толщиной до трех миллиметров, а это значит, что он может использоваться ювелирами, стоматологами, специалистами по ремонту бытовой техники.

Водородно-кислородные электролизеры отличаются мощностью, в зависимости от которой допускается выполнение различных сварочных работ.

Схема электролизера для водородной сварки.

К ним относится спайка, сварочные работы, кислородная резка и другие. При сварке водородом можно выполнить огромный перечень работ, начиная с микросварки и заканчивая резкой стальных листов. Эти аппараты малогабаритные и могут применяться для сварки листов размером до 2 мм при мощности 1,8 кВт.

В некоторых случаях применяются ацетиленовые генераторы и баллоны. Их целесообразно применять только в полевых условиях, где нет возможности использовать электричество. Если имеется разъем электропитания, то лучше использовать громоздкое сварочное оборудование.

Атомно-водородная сварка немного отличается своим технологическим процессом от обычного вида таких работ. В процессе происходит подача водорода в сварочную область. При помощи сварочной горелки можно с легкостью определить направление и объем смеси.

В ходе выполнения сварки с элементами кислорода и водорода, происходит оплавление краев горелки из-за слишком высокого уровня температуры. Поэтому она подлежит немедленному очищению. Такой процесс газосварки можно выполнить как в ручном, так и в автоматическом режиме.

Специалисты, имеющие навыки в этой области, способны делать эти необходимые работы без чьей-либо помощи.

Нужно просто купить аппарат для сварки с эффектом 210, где в упаковке имеется еще одна горелка. Этот аппарат начинает работу после включения его в сеть электропитания 220 Вт. Им можно легко достичь результата при резке металлических пластин небольшой толщины либо пластин из легированных сталей.

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.

Создание водородно-сварочного оборудования в домашних условиях

Водородный прибор для сварки может пригодиться каждому и в домашних условиях. Если покупать такой прибор в магазине, это обойдется очень дорого.

Тем более каждый может самостоятельно изготовить его дома. Для того чтобы смастерить сварочный аппарат дома, понадобятся следующие инструменты и материалы:

Для выполнения водородной сварки потребуется полтора литра дистиллированной воды.

• гладкий лист, состоящий из нержавеющего металла;
• металлические болты и гайки;
• поликарбонат;
• материал резины или пластика;
• полимерный компонент – герметик;
• соединительные детали, называемые штуцеры.

В процессе сборки сварочного водородного прибора очень важно придерживаться технологии выполнения работ. Это все можно узнать, прочитав инструкцию.

Весь процесс сварки и резки с помощью водорода, по сравнению с ацетиленовым или пропановым, допускает получение среза без дополнительной обработки шлифовальными инструментами. Также при использовании этой технологии исключено выбрасывание опасной окиси азота, в то время как металл не может поглотить углерод, в связи с чем закаляется.

Водородные сварочные аппараты необходимо эксплуатировать при работах, выполняемых в труднодоступных местах, где невозможно разместить баллон, наполненный нужным веществом.

Другие разновидности водородного оборудования допускают производить сварку и при минусовой температуре.

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.

Литература

• Украинская советская энциклопедия : / Гл. ред. М. П. Бажан; редкол .: А. К. Антонов и др. — 2-е изд. — К . : Голов. ред. Уре, 1974—1985.
• Kalpkjian, Serope and Steven R. Schmid. Manufacturing Engineering and Technology textbook Fifth edition. Upper Saddle River: Pearson Education, Inc., 2006
• Atomic Hydrogen Welding. Specialty Welds. Дата обращения 26 января 2008.
• «Atomic-Hydrogen Welding», Odhams Practical & Technical Encyclopaedia, 1947, . Проверено 26 января 2008.

Архивная копия от 11 января 2008 на Wayback Machine 

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...