Предимства и недостатъци
В резултат на горенето на водорода не се образуват вредни вещества, за разлика от случаите, когато се използва ацетилен за заваряване. Това се случва, защото при изгаряне на водорода в кислородна среда се образува вода или по-скоро водна пара, която не съдържа никакви вредни примеси.
Температурата на пламъка на водородно-кислородната смес може да се регулира в диапазона от 600-2600 °C, което позволява заваряване и рязане дори на най-огнеупорните материали.
Всички изброени по-горе свойства правят възможно използването на водородно заваряване в затворени пространства, стаи с лоша вентилация, в кладенци, тунели, мазета на къщи.
Струва си да се отбележи такова предимство на водородното заваряване като възможността за смяна на дюзата на горелката. Водородът поддържа пламъци с почти всякаква конфигурация и размер.
Възможно е да се използва тънка газова струя, даваща пламък не по-дебел от шевна игла, дори когато се работи с бижута от благородни метали. Тънкият пламък не изисква наличието на допълнителен кислород, достатъчно разтворен във въздуха.
Домашен водороден генератор
Недостатъкът на водородното заваряване може да се счита за неговата зависимост от наличието на източник на електроенергия, необходим за производството на водород. Не се допуска използването на водородни бутилки поради опасност от транспортирането и експлоатацията им.
Атомен водороден метод
Един вид заваряване, който използва водород, е атомно водородно заваряване. Неговият процес се основава на феномена на дисоциация (разпад) на молекулния водород в атоми.
За да се разпадне, водородната молекула трябва да получи значително количество топлинна енергия. Атомното състояние на водорода е толкова нестабилно, че трае само част от секундата. И тогава има редукция на водорода от атомен към молекулен.
При редукцията се отделя голямо количество топлина, която се използва при атомно водородно заваряване за нагряване и стопяване на заварените метални части.
На практика целият процес се осъществява чрез електрическо заваряване с два неконсумативни електрода. Може да се използва конвенционална заваръчна машина за получаване на необходимия ток за стартиране на дъгата. Но държачът или горелката има необичаен дизайн.
Електроди и горелка
Електродите с горелка, в които се подава водород, са разположени под ъгъл един спрямо друг. Между тези два електрода се инициира дъгата. Водородът или смес от азот и водород, подадена в зоната на дъгата, под въздействието на висока температура преминава в състояние на атомен водород.
Освен това, когато се връща в молекулярната си форма, водородът отделя топлина, създавайки температура, която заедно с температурата на дъгата може да достигне 3600 °C.
Тъй като дисоциацията настъпва с поглъщането на топлина (водородът има охлаждащ ефект), напрежението за стартиране на дъгата трябва да е доста високо - около 250-300 V. По-късно напрежението може да бъде намалено до 60-120 V и дъгата може горят перфектно.
Интензитетът на горене ще зависи от разстоянието между електродите и количеството водород, подадено в зоната на заваряване.
Гореща дъга
Дъгата се запалва чрез кратко късо съединение на електродите един към друг или върху графитна плоча, когато електродите се продухват с газ. След запалване на дъгата разстоянието до частите, които ще бъдат заварени, се поддържа в рамките на 5-10 mm.
Ако дъгата не докосва метала, който се заварява, тя гори равномерно и стабилно. Наричат я спокойна. На малки разстояния до детайла, когато пламъкът на дъгата почти докосне детайла, се получава силен остър звук. Такава дъга се нарича звънене.
Технологията на заваряване е подобна на конвенционалната газова технология.
Заваряването по метода на атомен водород е изобретено и изследвано през 1925 г. от американския учен Лангмюър. В процеса на изследване вместо дъга е използвана топлината от горенето на волфрамова нишка, през която е пропускан водород.
технология
Същността на такова явление като заваряване под вода се обяснява с факта, че когато дъгата гори, се отделя газ, който образува мехурче. Обгръщайки електрода и частите, които ще бъдат заварени, газът освобождава място за изгаряне на дъгата.
В резултат на това цялата топлина, отделена от него, се изразходва за нагряване и топене на метала, който активно се съпротивлява на това, като постоянно се охлажда от заобикалящата вода.
Температурата му в някои случаи може да достигне отрицателни стойности, ако водата е наситена с достатъчно количество соли.
Газът, освободен при изгарянето на дъгата, е частично продукт от изгарянето на метали. Част от неговия дял (водород и кислород) се образува при разлагането на водата под въздействието на електрически ток и висока температура.
Газовите мехурчета непрекъснато се стремят нагоре, с по-малко тегло и плътност от водата, а в зоната на заваряване постоянно се образува нова порция газ.
Форма на шева
Поради изплуването на газ в хаотичното движение, както и поради продуктите на горенето в него (сажди, дим), видимостта в зоната на заваряване е много трудна.
Това обстоятелство определя конструктивните характеристики на шевовете при заваряване под вода. Те се произвеждат под формата на тройници, тоест когато частите, които трябва да се съединят, са разположени една спрямо друга под ъгъл, близък до прав. Ако частите, които трябва да бъдат съединени, трябва да бъдат разположени в една и съща равнина, тогава те не са заварени от край до край, а се припокриват.
Тези видове шевове позволяват да се работи с електрод под вода дори при липса на достатъчна видимост, като се фокусира върху ръба на частите, които трябва да се съединят, сякаш „чрез докосване“.
Напрежение и ток
Напрежението, при което се извършва заваряване под вода, трябва да бъде достатъчно високо, за да осигури стабилно изгаряне на дъгата. По правило тя варира между 30-35 V.
За подаване на такова напрежение в дълбочина са необходими заваръчни машини, които могат да „издадат“ напрежение от 80-120 V и заваръчен ток от 180-220 A. Подводното заваряване може да се извършва както с постоянен, така и с променлив ток, но най-доброто резултатите се получават с постоянен ток.
С увеличаване на дълбочината, на която се извършват заваръчни работи, интензивността на изгаряне на дъгата, както и качеството на получените заваръчни шевове, не се променя. Необходимо е само да се увеличи напрежението за стабилно горене. Следователно възможностите за заваряване под вода са технически неограничени. Ограничението на дълбочината се определя само от възможностите на човешкото тяло на заварчика и стабилността на оборудването за използване под вода.
Характеристики за заваряване на тръби с високо налягане.
При избора на вида заваряване е необходимо да се вземе предвид както материалът, от който са направени тръбите, така и техният диаметър.
Заваряването на тръбопровода за високо налягане се извършва чрез газова или електрическа дъга. В този случай газовото заваряване може да се използва само ако диаметърът на тръбопроводните тръби е в диапазона от 6 до 25 mm. За тръби с по-голям диаметър трябва да се използва електродъгово заваряване. При диаметри на тръбите от 25 до 100 mm се използва ръчно електродъгово заваряване, но ако диаметърът на тръбата надвишава 100 mm, тогава има нужда от полуавтоматично или автоматично заваряване под флюс, като във всеки случай се заварява коренът на шева се извършва ръчно. Трябва също така да се има предвид, че в случаите, когато диаметърът на тръбите не надвишава 40 mm, като правило се използва конвенционален заваръчен шев и се прави V-образен жлеб. Но при заваряване на тръби с диаметър над 60 mm най-често се използват опорни пръстени.
И друга особеност на заваръчните работи, извършвани с тръби с високо налягане, е, че е необходимо да се извършат няколко слоя заваръчен шев - броят на слоевете зависи от вида на тръбопровода и от характеристиките на метала и може да бъде от 4 до 10 парчета.
Контрол на заварените съединения. Коригиране на дефекти в заварено съединение
При допълнително производство на мястото на експлоатация, монтаж, ремонт, реконструкция на оборудване под налягане трябва да се използва система за контрол на качеството на заварените съединения, за да се гарантира откриването на неприемливи дефекти, високо качество и надеждност на работа на това оборудване и неговите елементи.
Контролът на качеството на заварените съединения трябва да се извършва по начина, предписан от проектната и технологичната документация.
Всички заварени съединения подлежат на визуална проверка и измервания с цел идентифициране на следните дефекти:
а) пукнатини от всякакъв вид и посоки;
б) фистули и порьозност на външната повърхност на заваръчния шев;
в) подрязвания;
г) приливи, изгаряния, неразтопени кратери;
д) отклонения в геометричните размери и относителното положение на заварените елементи;
е) изместване и отстраняване на фуги на ръбовете на елементите, които ще се заваряват, над предписаните стандарти;
ж) несъответствие на формата и размерите на шева с изискванията на технологичната документация;
з) дефекти по повърхността на основния метал и заварените съединения (вдлъбнатини, слоеве, черупки, липса на проникване, пори, включвания и др.).
Ултразвуковото откриване на дефекти и радиографски контрол се извършват с цел идентифициране на вътрешни дефекти в заварените съединения (пукнатини, липса на проникване, шлакови включвания и др.).
Методът на контрол (ултразвуков, радиографски, двата метода в комбинация) се избира въз основа на възможността за осигуряване на най-пълно и точно откриване на дефекти в определен вид заварени съединения, като се вземат предвид характеристиките на физическите свойства на метала и този метод на контрол.
Обхватът на контрол за всеки конкретен тип оборудване под налягане се установява въз основа на изискванията на съответните ръководства за безопасност и е посочен в технологичната документация.
Заварените съединения не трябва да имат външни или вътрешни дефекти (повреди), които могат да повлияят на безопасността на оборудването. Минималните стойности на механичните характеристики на заварените съединения на оборудването не трябва да са по-ниски от минималните стойности на механичните характеристики на материалите, които ще се съединяват.
Елементите на оборудването, сглобени заедно, трябва да гарантират безопасността на оборудването и да са подходящи за неговото предназначение. Всички постоянни или заварени съединения на елементите на оборудването трябва да са налични за безразрушителен контрол.
Контролът на качеството на монтажа (предварително производство) трябва да бъде потвърден със сертификат за качество на монтажа.
Сертификатът за качество на инсталацията трябва да бъде изготвен от организацията, извършила инсталацията, подписан от ръководителя на тази организация, както и от ръководителя на организацията - собственик на монтираното оборудване под налягане и запечатан.
Организация, която е извършила лошо монтаж (допълнително производство), ремонт, реконструкция на оборудване под налягане, носи отговорност в съответствие с приложимото законодателство.
Недопустимите дефекти, открити при монтаж (допълнително производство), реконструкция, ремонт, изпитване трябва да бъдат отстранени с последващ контрол на коригираните секции.
Технологията за отстраняване на дефекти се установява от технологичната документация. Отклоненията от приетата технология за отстраняване на дефекти трябва да бъдат съгласувани с нейния разработчик.
Методите и качеството на отстраняване на дефектите трябва да гарантират необходимата надеждност и безопасност на оборудването.
Отстраняването на дефектите трябва да се извършва механично, като се гарантират плавни преходи в точките за вземане на проби. Максималните размери и форма на пробите за варене се определят от технологичната документация.
Разрешено е използването на методи на термично рязане (издълбаване) за отстраняване на вътрешни дефекти, последвано от механична обработка на повърхността на пробата.
Пълнотата на отстраняването на дефекта трябва да се провери визуално и чрез неразрушаващо изпитване (капилярно или магнитно-частично детектиране на дефекти или ецване).
Допуска се вземане на проби от откритите места на дефекти без последващо заваряване, при условие че минималната допустима дебелина на стената на детайла се поддържа на мястото на максималната дълбочина на вземане на проби и се потвърждава чрез изчисление на якост.
Ако се открият дефекти по време на проверката на коригираната област, тогава трябва да се извърши втора корекция в същия ред като първата.
Коригирането на дефекти в същия участък на завареното съединение е разрешено да се извършва не повече от три пъти.
В случай на изрязване на дефектна заварена тръбна връзка и последващо поставяне на тръбен участък под формата на заварка, две новоизработени заварени съединения не се считат за коригирани.
полуавтоматичен начин
Поради факта, че по време на заваряване във водата присъства голямо количество водород, шевът е порест. В същото време повишеното охлаждане на материала с вода има отрицателен ефект.
Шевът се оказва крехък, нестабилен при огъване. За да се получи задоволителен резултат, е необходимо да се вземе предвид голяма граница на безопасност и надеждност при изчисляване на конструкциите.
Заваряването под вода в среда на аргон не дава осезаем ефект, тъй като само леко намалява съдържанието на водород в шева.
Добър резултат се получава при използването на полуавтоматично заваряване с помощта на тел с флюс. Той има по-малък диаметър от електрода.
При заваряване с полуавтоматично устройство е възможно да се организира постоянно и непрекъснато механизирано подаване на тел, което в комбинация с използването на неконсумативни електроди ще направи възможно получаването на равномерни шевове с голяма дължина.
Материали и оборудване
Силовото оборудване за подводно заваряване - трансформатори, преобразуватели - не може да се различава по никакъв начин от използваното за конвенционално заваряване. Изключение правят конструкциите, чиято работа е предвидена на голяма дълбочина. Понякога охладителната система на такива устройства се променя.
Маркучи и кабели
Маркучите и кабелите трябва да бъдат внимателно подбрани и проверени за целостта. Тази необходимост се дължи както на изискванията за електрическа безопасност, така и на технологията на работа.
Заваряването много често се извършва в морска вода, чието съдържание на сол е високо. Такава вода е добър проводник на електричество, следователно, ако кабелите не са запечатани, може да изтече, което може да има отрицателен ефект върху качеството на дъгата.
костюм
Очевидно е необходимо оборудване за гмуркане за защита на заварчика. За работа на голяма дълбочина костюмът или скафандърът могат да бъдат направени от метал. Тук се крие още един трик.
В солена вода дъгата може да се запали на прилично разстояние от метала, без дори да го докосва. И тъй като във водата може да се установи положителна проводимост между частта, която ще се заварява, и костюма на заварчика, може да възникне разряд с малко разстояние между електрода и костюма.
Електроди и тел
Специално внимание заслужават електродите за подводно заваряване. Те трябва да бъдат изработени от материал, който не е изложен на вода. Заваряването под вода се извършва с електроди от мека стомана.
Покритието е покрито със специални съединения, които предотвратяват разрушаването му за дълго време, създавайки водоустойчив слой върху повърхността.
Като такива състави могат да се използват парафин, восък, целулоид, разтворен в ацетон. Диаметърът на електродите за подводно заваряване е 4-6 милиметра. Има специални марки - Sv-08, Sv-08A, Sv-08GA, Sv-08G2.
При заваряване с полуавтоматично устройство се използва заваръчната тел от следните марки - SV-08G2S, PPS-AN1.
Трудните условия на труд изискват правилна организация на работното място и спазване на всички мерки за безопасност.Работното място трябва да бъде избрано по такъв начин, че вълните и теченията да не пречат на заварчика.
В близост до работната площадка не трябва да има плаващи насипни предмети. Електродите трябва да се сменят само при изключено захранване.
Спазването на всички правила и технология на подводно заваряване ще ви позволи да получите отлични резултати при инсталиране и ремонт на хидравлични конструкции, кораби и инсталиране на подводно оборудване.
Обработка на заваръчен шев при свързване на тръби с високо налягане.
При заваряване на дебелостенни тръби, които съставляват тръбопровод с високо налягане, металът е изложен на висока температура, което води до промени в структурата му на мястото на самата заварка и на разстояние около 1-2 сантиметра от него ( тоест в отопляемата зона). Това води до факта, че характеристиките на заваръчния шев са намалени, което означава, че няма гаранция, че той ще издържи на неблагоприятните въздействия на околната среда, преминаваща през тръбопровода и околната среда. За да се избегне това, е необходимо да се извърши специална обработка на заваръчния шев и зоната, разположена близо до него.
Най-често за това се използва топлинна обработка, чиито характеристики зависят от това от коя стомана са направени тръбите и от техните точни размери. Ако тръбопроводът се произвежда при производствени условия, тогава за топлинна обработка на фуги се използват специални пещи - това могат да бъдат съпротивителни муфелни пещи, газови горелки с пръстени или индукционни нагреватели.
Устойчивата муфелна пещ се използва за термична обработка на фуги на дебелостенни тръби с диаметър от 30 до 320 mm. В този случай точната дебелина на стените на тръбите няма значение. В такава пещ кръстовището се нагрява до 900 градуса.
Индукционните нагреватели обработват свързването на тръбите чрез нагряване на кръстовището с електрически ток с индустриална честота (при 50 Hz). Такъв нагревател се използва за обработка на свързване на тръби с диаметър над 100 mm и дебелина на стената -10 mm. За да се извърши такава термична обработка, самата фуга и зоната на тръбата, разположена до нея, са обвити с азбестов лист, върху който се полагат няколко завъртания от навита медна тел, чието напречно сечение трябва да бъде най-малко 100 кв. мм. При навиване на проводника е необходимо да се гарантира, че завоите са едновременно достатъчно близо един до друг, но не се допират един до друг - в противен случай може да възникне късо съединение.
Както се вижда от горното, завареното свързване на тръби и последващата му обработка са задачи, предназначени за майстори с богат опит в такава работа.
При извършване на заваряване е необходимо да се вземат предвид всички характеристики на конкретен тръбопровод - от кои тръби е монтиран и завършва с условията, при които ще се експлоатира. Що се отнася до последващата топлинна обработка, тук също е необходимо да се знаят нюансите на такава операция и да се спазват всички технологични изисквания - само такъв подход в резултат ще гарантира висококачествена връзка.
Получаване на водород
Водородът може да се получи чрез електролиза на вода, по-точно алкален разтвор на натриев хидроксид (сода каустик, сода каустик, това са имена на едно и също вещество). Хидроксидът се добавя към водата, за да се ускори реакцията.
За да получите водород, достатъчно е да спуснете два електрода в разтвора и да приложите постоянен ток към тях. По време на процеса на електролиза кислородът ще бъде освободен на положителния електрод, водородът ще бъде освободен при отрицателния. Количеството освободен водород ще бъде два пъти повече от количеството освободен кислород.
В химично отношение реакцията изглежда така:
2H2О=2Н2+О2
Технически остава да се разделят тези два газа и да се предотврати смесването им, тъй като резултатът е смес с огромна потенциална енергия.Оставянето на процеса неконтролиран е изключително опасно.
За заваряване водородът се получава с помощта на специални устройства - електролизатори. За захранването им е необходимо електричество с напрежение 230 V или повече. Електролизаторите, в зависимост от конструкцията, могат да работят на трифазен ток и на еднофазен ток.
Вкъщи
За да използвате водородно заваряване в ежедневието, не е необходимо да купувате устройства за производство на водород. Обикновено имат страхотна производителност и мощност. Освен това такива генератори са обемисти и скъпи.
Мощност и работна течност
Захранването може да се захранва от зарядно за кола или от самоделен токоизправител, който може да се направи с подходящ трансформатор и няколко полупроводникови диода.
Като работен флуид трябва да се използва разтвор на натриев хидроксид. Ще бъде по-добър електролит от обикновена вода. Тъй като нивото на разтвора намалява, просто трябва да добавите вода. Количеството натриев хидроксид винаги ще бъде постоянно.
Корпус и тръби
Като корпус за водороден генератор можете да използвате обикновен литров буркан с полиетиленов капак. В капака е необходимо да се пробият дупки за диаметъра на стъклените тръби.
Тръбите ще се използват за отстраняване на получените газове. Дължината на тръбите трябва да е достатъчна, така че долните краища да са потопени в разтвора.
Вътре в тръбите трябва да се поставят електроди, през които се подава постоянен ток. Местата, където тръбите преминават през капака, трябва да бъдат запечатани със силиконов уплътнител.
Извличане на водород
Водородът ще бъде освободен от тръбата, съдържаща отрицателния електрод. Необходимо е да се предвиди възможност за източване с маркуч. Водородът трябва да се отстрани през водно уплътнение.
Това е друг половин литров буркан с вода, в чийто капак са монтирани две тръби. Един от тях, през който се подава водород от генератора, се потапя във вода. Вторият отстранява водорода, който е преминал през водата, от затвора и го доставя през маркучи или еластични тръби към горелката.
Водно уплътнение е необходимо, така че пламъкът от горелката да не преминава в генератора, когато налягането на водорода спадне.
Горелка
Горелката може да бъде направена от игла от медицинска спринцовка. Дебелината му трябва да бъде 0,6-0,8 мм. За държача на иглата можете да адаптирате подходящи пластмасови тръби, части от химикалки, автоматични моливи. Също така е необходимо да се осигури подаване на кислород към горелката от генератора.
Интензитетът на образуване на водород и кислород в генератора ще зависи от величината на приложеното напрежение. Чрез експериментиране с тези параметри е възможно да се постигне температура на пламъка на горелката от 2000-2500 °C.
Самоделно изработен апарат, който извършва водородно заваряване, може успешно да се използва за рязане или за съединяване чрез заваряване или запояване на различни малки части, изработени от черен и цветен метал. Това може да се наложи при ремонт на различни битови предмети, авточасти, различни метални инструменти.
