Для чего применяют водород при сварке
Технология водородной сварки своими руками
В настоящее время сваривать, резать и паять детали можно не только ацетиленовым пламенем. Сегодня, все чаще прибегают к использованию водородного. Это обусловлено тем, что атомно водородная сварка является абсолютно безвредной. Водородный сварочный аппарат позволяет производить сварку быстро и эффективно, при этом работа характеризуется абсолютной безопасностью. В статье рассмотрим как произвести водородную сварку своими руками.
Особенности процесса сварки водородом
Начнем с того, что сварка водородом является разновидностью газопламенной. Газовая сварка своими руками активно применяется уже на протяжении многих лет. Горючим газом здесь выступает ацителин. При водородной сварке вместо ацителина применяется водород, который смешивается с кислородом. Такой метод оказался более эффективным. В результате получается тонкий и качественный шов, однако, у подобного способа есть один минус, который заключается в том, что в процессе сварки в сварочной ванне образуется много шлака. Чтобы этого не происходило в газовую смесь добавляют небольшое количество органических веществ, которые гасят кислород. В качестве таких веществ обычно используются углеводороды, температура кипения которых варьируется в промежутке 30-80°С: бензин, гексан, гептан, бензол.
Еще одной трудностью, с которой приходилось сталкиваться при сварке водородом стал выбор эффективного источника подачи газа. Использовать водородный баллон нецелесообразно и к тому же очень опасно.
сварочный аппарат для водородной сварки
Сжиженный водород при сильной концентрации может вызывать у человека такие симптомы как: удушье и головокружение!
Еще один минус состоит в том, что пламя такого газа абсолютно незаметно днем. Поэтому кислородный сварочный аппарат может работать с применением датчиков.
Обратите внимание! Водородная сварка своими руками может использоваться для соединения деталей из малоуглеродистых сталей, железа. Для сваривания изделий из нержавейки она не пригодна.
Способы применения водородного сварочного аппарата
Сварочный водородный аппарат может функционировать как от электрической трехфазной сети, так и от бытовой. Также применяется в ручном и автоматическом режимах. В процессе работы в горелку подаются смесь кислорода и водорода, температурный режим пламени составляет 600-2500°С.
Стоит отметить, что атомно-водородная сварка с таким аппаратом отличается простотой использования. Обычно нужный рабочий режим задается в считанные минуты, что зависит от требуемого расхода газа и температуры в месте, где производится процесс. При сварке водородом, в отличие от ацетилена, окружающая среда не загрязняется вредными веществами. Это обусловлено тем, что приборы, в которых как горючее выступает углеводород, выделяют только чистый пар. Работает аппарат благодаря водороду, который вырабатывается в самом приборе. Он образуется за счет того, что вода (которая заливается вручную) расщепляется на атомы кислорода и водорода, в результате чего образуется газовая смесь с большой энергией, которая необходимо для проведения сварки. Для эффективной работы такого устройства нужно 1,5 литра дистиллированной воды и электричество.
Несмотря на то, что водородный сварочный аппарат безопасен, в процессе эксплуатации стоит надеть защитную одежду и очки.
Используя такие приборы можно выполнить такие процедуры как: пайка, сваривание, порошковое напыление, наплавка, кислородная резка. Исходя из того, какой рабочий режим выбрать, можно выполнить самые разные по сложности работы: от соединения деталей маленькой толщины до резки толстых и прочных стальных листов. Помимо основного своего предназначения, такие аппараты активно применяются у стоматологов, ювелиров, мастеров по ремонту холодильников, а также во время кузовных работ, при обслуживании и ремонте радиаторов и т.д.
Высокая безопасность сварочных работ обеспечивается благодаря тому, что в комплектацию устройства входит система автоматического отключения, которая отключает прибор, если рабочее давление превысит норму.
Достоинства и недостатки водородной сварки
Соединение деталей подобным способом обладает множеством преимуществ, о которых нельзя не упомянуть:
Несмотря на большое количество плюсов, выделяются и некоторые недостатки:
Правила безопасности при сварке водородом
Несмотря на то, что в статье неоднократно упоминалось о том, что водородная сварка своими руками – это безопасный процесс, все же пренебрегать мерами осторожности не стоит, т.к. это чревато воспламенением кислородных редукторов и как следствие взрывом.
Поэтому стоит соблюдать следующие правила:
Исходя из вышеописанного можно сделать вывод, что технология выполнения соединения металлов посредством водородной сварки идентична газовой. Однако, атомно водородная сварка значительно расширила спектр возможностей выполнения различных процессов. Если выполнять все условия эксплуатации, то в конечном результате можно получить качественный и прочный шов при полной безопасности и безвредности как для окружающей среды, так и для людей, выполняющих сварку.
Как получают и применяют водород для сварки
В условиях ужесточения экологических требований к промышленным процессам проводятся работы по поиску безвредных видов топлива. Не остались без внимания и сварочные работы с использованием в качестве основных источников энергии горючих газов – пропана, ацетилена и других. В результате исследований оказалось возможным заменить их водородом, или, вернее смесью из водорода и кислорода.
Получение водорода
Водород можно получить при помощи электролиза воды, точнее, щелочного раствора гидроксида натрия (каустической соды, едкого натра, это все названия одного и того же вещества). Гидроксид добавляют в воду для ускорения реакции.
Для получения водорода достаточно опустить в раствор два электрода и подать на них постоянный ток. В ходе электролизного процесса на положительном электроде будет выделяться кислород, на отрицательном – водород. Объем выделяемого водорода будет в два раза больше, чем объем выделяемого кислорода.
В химическом выражении реакция выглядит следующим образом:
Остается технически разделить эти два газа и воспрепятствовать их смешиванию, поскольку в результате образуется смесь, обладающая огромной потенциальной энергией. Оставлять процесс без контроля крайне опасно.
Для сварки водород получают при помощи специальных аппаратов – электролизеров. Для их питания необходимо электричество напряжением от 230 В. Электролизеры, в зависимости от конструкции, могут работать на трехфазном токе и на однофазном.
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.
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.
Атомно-водородный способ
Одной из разновидностей сварки, в которой задействован водород, является атомно-водородная сварка. Процесс ее основан на явлении диссоциации (распада) молекулярного водорода на атомы.
Для распада, молекула водорода должна получить значительное количество тепловой энергии. Атомное состояние водорода настолько неустойчиво, что длится лишь доли секунды. А далее происходит восстановление водорода из атомного в молекулярный.
При восстановлении выделяется большое количество теплоты, которую и используют при атомно-водородной сварке для разогрева и плавления свариваемых деталей из металла.
На практике весь процесс реализуется при помощи электросварки с двумя неплавящимися электродами. Для получения необходимого тока, возбуждающего дугу, может использоваться обычный сварочный аппарат. А вот держатель или горелка имеют необычную конструкцию.
Электроды и горелка
Электроды с горелкой, в которую подается водород, расположены под углом друг к другу. Дуга возбуждается между этими двумя электродами. Водород, или азотно-водородная смесь, подаваемые в зону дуги, под воздействием высокой температуры переходят в состояние атомарного водорода.
Далее при возвращении в молекулярную форму, водород отдает тепло, создающее температуру, которая в сумме с температурой дуги может достигать 3600 °C.
Поскольку диссоциации происходит с поглощением тепла (водород оказывает охлаждающее влияние), то напряжение для разжигания дуги должно быть достаточно высоким – около 250-300 В. в дальнейшем напряжение можно понизить до 60-120 В, и дуга при этом может отлично гореть.
Интенсивность горения будет зависеть от расстояния между электродами и количества водорода, подаваемого в зону сварки.
Горение дуги
Разжигание дуги производится кратковременным замыканием электродов между собой или на графитовой пластинке при обдувании электродов газом. После разжигания дуги, расстояние до свариваемых деталей поддерживается в пределах 5-10 мм.
Если дуга не касается свариваемого металла, она горит равномерно и устойчиво. Ее называют спокойной. При малых расстояниях, до детали, когда пламя дуги почти касается детали, образуется сильный резкий звук. Такая дуга называется звенящей.
Технология сварки сходна с технологией обычной газовой.
Сварка с применением атомно-водородного метода была придумана и исследована в 1925 году американским ученым Лангмюром. В процессе исследований вместо дуги использовалась теплота от горения вольфрамовой нити, через которую пропускался водород.
В бытовых условиях
Для использования водородной сварки в быту необязательно покупать аппараты для получения водорода. Они, как правило, обладают большой производительностью и мощностью. К тому же, такие генераторы громоздкие и дорогие.
В бытовых условиях часто требуются небольшие объемы сварочных работ, поэтому оборудование для водородной сварки целесообразно изготовить самостоятельно.
Питание и рабочая жидкость
Питание можно подавать от автомобильного зарядного устройства или от самодельного выпрямителя, который можно изготовить, имея подходящий трансформатор и несколько полупроводниковых диодов.
В качестве рабочей жидкости должен использоваться раствор гидроокиси натрия. Он будет являться лучшим электролитом, чем простая вода. По мере уменьшения уровня раствора, необходимо просто добавлять воду. Количество гидроксида натрия будет всегда постоянно.
Корпус и трубки
В качестве корпуса для генератора водорода можно использовать обычную литровую банку с полиэтиленовой крышкой. В крышке необходимо просверлить отверстия под диаметр стеклянных трубок.
Трубки будут использоваться для отвода образующихся газов. Длина трубок должна быть достаточной для того, чтобы нижние концы были погружены в раствор.
Внутри трубок должны быть размещены электроды, по которым подается постоянный ток. Места прохода трубок через крышку необходимо загерметизировать любым силиконовым герметиком.
Отвод водорода
Из трубки, в которой находится отрицательный электрод, будет выделяться водород. Необходимо предусмотреть возможность отвода его при помощи шланга. Отводить водород необходимо через гидрозатвор.
Он представляет собой еще одну полулитровую банку с водой, в крышку которой вмонтированы две трубки. Одну из них, по которой подается водород от генератора, погружают в воду. Вторая выводит прошедший через воду водород из затвора и через шланги или эластичные трубки подает к горелке.
Водяной затвор необходим для того, чтобы пламя от горелки не прошло в генератор при падении давления водорода.
Горелка
Горелку можно сделать из иглы от медицинского шприца. Толщина ее должна быть 0,6-0,8 мм. Для держателя иглы можно приспособить подходящие пластиковые трубки, части корпусов шариковых ручек, автоматических карандашей. Необходимо предусмотреть и подвод к горелке кислорода от генератора.
Интенсивность образования водорода и кислорода в генераторе будет зависеть от величины подаваемого напряжения. Поэкспериментировав с этими параметрами, можно достичь температуры пламени горелки 2000-2500 °C.
Изготовленный своими руками аппарат, выполняющий водородную сварку, возможно с успехом применять для резки или для соединения сваркой либо пайкой различных мелких деталей из черного и цветного металла. Это может понадобиться при ремонте различных предметов домашнего обихода, деталей автомобилей, различных металлических инструментов.
Что такое водородная сварка
Чем водородная сварка отличается от дуговой, а чем на нее похожа? Какое оборудование используется? В материале вы найдете ответы на эти и другие вопросы.
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.
Преимущества сварки водородом
Теперь — пара слов о составных элементах оборудования, используемого для водородной сварки.
Составные элементы аппарата
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
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
О принципе действия — коротко:
Компания «Лига» выпускает несколько модификаций электролизных установок, а именно:
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.
Водородно кислородная сварка
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 газовой сварки своими руками, 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 сварного шва 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 материалов. 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 резки стальных листов 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 цветного металла 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 сваривать трубы 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.
Наиболее часто сварка в среде защитных газов выполняется в углекислом газе и аргоне. Подробнее о технологии читайте в этой статье.
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:
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.