Výhody a nevýhody
V důsledku spalování vodíku nevznikají škodlivé látky, na rozdíl od případů, kdy se ke svařování používá acetylén. Děje se tak proto, že při spalování vodíku v kyslíkovém prostředí vzniká voda, respektive vodní pára, která neobsahuje žádné škodlivé nečistoty.
Teplotu plamene směsi vodíku a kyslíku lze nastavit v rozsahu 600-2600 °C, což umožňuje svařování a řezání i těch nejžáruvzdornějších materiálů.
Všechny výše uvedené vlastnosti umožňují použití vodíkového svařování ve stísněných prostorách, místnostech se špatnou ventilací, ve studních, tunelech, suterénech domů.
Za zmínku stojí taková výhoda svařování vodíkem jako možnost výměny trysky hořáku. Vodík podporuje plameny téměř jakékoli konfigurace a velikosti.
I při práci se šperky z drahých kovů je možné použít tenký proud plynu, který dává plamen ne silnější než šicí jehla. Tenký plamen nevyžaduje přítomnost dalšího kyslíku, dostatečně rozpuštěného ve vzduchu.
Domácí generátor vodíku
Za nevýhodu vodíkového svařování lze považovat jeho závislost na dostupnosti zdroje elektrické energie nutné k výrobě vodíku. Použití vodíkových lahví není povoleno z důvodu nebezpečí jejich přepravy a provozu.
Metoda atomového vodíku
Jedním typem svařování, které využívá vodík, je atomové vodíkové svařování. Jeho proces je založen na jevu disociace (rozpadu) molekulárního vodíku na atomy.
Aby se molekula vodíku rozpadla, musí přijmout značné množství tepelné energie. Atomový stav vodíku je tak nestabilní, že trvá jen zlomek sekundy. A pak je tu redukce vodíku z atomového na molekulární.
Při redukci se uvolňuje velké množství tepla, které se využívá při atomovém vodíkovém svařování k ohřevu a roztavení svařovaných kovových dílů.
V praxi je celý proces realizován pomocí elektrického svařování dvěma netavitelnými elektrodami. K získání požadovaného proudu pro spuštění oblouku lze použít konvenční svařovací stroj. Ale držák nebo hořák má neobvyklý design.
Elektrody a hořák
Elektrody s hořákem, do kterého se přivádí vodík, jsou umístěny vzájemně šikmo. Mezi těmito dvěma elektrodami je iniciován oblouk. Vodík nebo směs dusíku a vodíku přiváděná do zóny oblouku vlivem vysoké teploty přechází do stavu atomárního vodíku.
Dále, když se vodík vrací do své molekulární formy, uvolňuje teplo a vytváří teplotu, která spolu s teplotou oblouku může dosáhnout 3600 °C.
Vzhledem k tomu, že k disociaci dochází při absorpci tepla (vodík má chladicí účinek), napětí pro spuštění oblouku musí být poměrně vysoké - asi 250-300 V. Později lze napětí snížit na 60-120 V a oblouk může dokonale vypálit.
Intenzita spalování bude záviset na vzdálenosti mezi elektrodami a množství vodíku přiváděného do svařovací zóny.
Hořící oblouk
Oblouk se zapálí krátkým zkratováním elektrod mezi sebou nebo na grafitové desce, když jsou elektrody ofukovány plynem. Po zapálení oblouku je vzdálenost ke svařovaným dílům udržována v rozmezí 5-10 mm.
Pokud se oblouk nedotýká svařovaného kovu, hoří rovnoměrně a stabilně. Říkají jí klidná. V malých vzdálenostech od obrobku, kdy se obloukový plamen téměř dotýká obrobku, vzniká silný ostrý zvuk. Takový oblouk se nazývá zvonění.
Technologie svařování je podobná konvenční plynové technologii.
Svařování metodou atomárního vodíku vynalezl a prozkoumal v roce 1925 americký vědec Langmuir. V procesu výzkumu bylo místo oblouku použito teplo ze spalování wolframového vlákna, kterým procházel vodík.
Technika
Podstata takového jevu, jako je svařování pod vodou, je vysvětlena skutečností, že při hoření oblouku se uvolňuje plyn, který tvoří bublinu. Obalením elektrody a svařovaných dílů plyn uvolňuje prostor pro hoření oblouku.
V důsledku toho je veškeré teplo, které uvolňuje, vynaloženo na ohřev a tavení kovu, který tomu aktivně odolává a je neustále ochlazován okolní vodou.
Jeho teplota může v některých případech dosáhnout záporných hodnot, pokud je voda nasycena dostatečným množstvím solí.
Plyn uvolňovaný při hoření oblouku je částečně produktem spalování kovů. Část jeho podílu (vodík a kyslík) vzniká při rozkladu vody působením elektrického proudu a vysoké teploty.
Plynové bubliny neustále směřují nahoru, mají menší hmotnost a hustotu než voda a ve svařovací zóně se neustále tvoří nová část plynu.
Tvar švu
Kvůli plynu vznášejícímu se při chaotickém pohybu a také kvůli produktům hoření v něm (saze, kouř) je viditelnost v zóně svařování velmi obtížná.
Tato okolnost určuje konstrukční vlastnosti švů při svařování pod vodou. Vyrábějí se ve formě tauri, to znamená, když jsou spojované díly umístěny vůči sobě pod úhlem blízkým pravému. Pokud se spojované díly musí nacházet ve stejné rovině, pak nejsou svařeny od konce ke konci, ale překrývají se.
Tyto typy švů umožňují pracovat s elektrodou pod vodou i za nepřítomnosti dostatečné viditelnosti se zaměřením na okraj spojovaných dílů jakoby „dotykem“.
Napětí a proud
Napětí, při kterém se provádí svařování pod vodou, musí být dostatečně vysoké, aby bylo zajištěno stabilní hoření oblouku. Zpravidla se pohybuje mezi 30-35 V.
Pro dodání takového napětí do hloubky jsou potřeba svářečky, které dokážou „rozdat“ napětí 80-120 V a svařovací proud 180-220 A. Svařování pod vodou lze provádět stejnosměrným i střídavým proudem, ale nejlépe výsledky jsou získány pomocí stejnosměrného proudu.
S rostoucí hloubkou, ve které se svařovací práce provádějí, se intenzita hoření oblouku, stejně jako kvalita výsledných svarů, nemění. Pro stabilní spalování je nutné pouze zvýšit napětí. Proto jsou možnosti svařování pod vodou technicky neomezené. Hranice hloubky je dána pouze schopnostmi lidského těla svářeče a stabilitou zařízení pro použití pod vodou.
Vlastnosti vysokotlakého svařování trubek.
Při volbě typu svařování je nutné vzít v úvahu jak materiál, ze kterého jsou trubky vyrobeny, tak jejich průměr.
Svařování vysokotlakého potrubí se provádí svařováním plynem nebo elektrickým obloukem. V tomto případě lze svařování plynem použít pouze tehdy, pokud je průměr potrubí potrubí v rozmezí od 6 do 25 mm. U trubek s větším průměrem by se mělo používat svařování elektrickým obloukem. U průměrů trubek od 25 do 100 mm se používá ruční svařování elektrickým obloukem, ale pokud průměr trubky přesahuje 100 mm, pak je potřeba poloautomatické nebo automatické svařování pod tavidlem, přičemž v každém případě se svařuje kořen švu se provádí ručně. Je také třeba mít na paměti, že v případech, kdy průměr trubek nepřesahuje 40 mm, se zpravidla používá konvenční svar a je vytvořena drážka ve tvaru V. Ale při svařování trubek o průměru větším než 60 mm se nejčastěji používají opěrné kroužky.
Dalším znakem svařovacích prací prováděných s vysokotlakými trubkami je, že je nutné provést několik vrstev svaru - počet vrstev závisí na typu potrubí a na vlastnostech kovu a může být od 4 do 10 kousky.
Kontrola svarových spojů. Oprava vad ve svarovém spoji
Při doplňkové výrobě v místě provozu, montáži, opravě, rekonstrukci tlakového zařízení by měl být používán systém kontroly kvality svarových spojů, který zaručí odhalení nepřípustných vad, vysokou kvalitu a spolehlivost provozu tohoto zařízení a jeho prvků.
Kontrola kvality svarových spojů musí být prováděna způsobem předepsaným projektovou a procesní dokumentací.
Všechny svarové spoje podléhají vizuální kontrole a měření za účelem zjištění následujících vad:
a) trhliny všech typů a směrů;
b) píštěle a poréznost vnějšího povrchu svaru;
c) podříznutí;
d) přívaly, popáleniny, neroztavené krátery;
e) odchylky geometrických rozměrů a vzájemné polohy svařovaných prvků;
f) posunutí a odstranění spojů okrajů svařovaných prvků nad rámec předepsaných norem;
g) nesoulad tvaru a rozměrů švu s požadavky technologické dokumentace;
h) vady na povrchu základního kovu a svarových spojů (promáčkliny, delaminace, skořepiny, nedostatečná penetrace, póry, vměstky atd.).
Ultrazvuková detekce defektů a radiografická kontrola se provádí za účelem identifikace vnitřních defektů ve svarových spojích (trhliny, nedostatek průvaru, struskové vměstky atd.).
Metoda kontroly (ultrazvuková, rentgenová, obě metody v kombinaci) je zvolena na základě možnosti poskytnout nejúplnější a nejpřesnější detekci vad konkrétního typu svarových spojů s přihlédnutím k charakteristikám fyzikálních vlastností kovu a tento způsob ovládání.
Rozsah kontroly pro každý konkrétní typ tlakového zařízení je stanoven na základě požadavků příslušných bezpečnostních příruček a je uveden v technologické dokumentaci.
Svarové spoje nesmí mít vnější ani vnitřní vady (poškození), které by mohly ovlivnit bezpečnost zařízení. Minimální hodnoty mechanických vlastností svarových spojů zařízení nesmí být nižší než minimální hodnoty mechanických vlastností spojovaných materiálů.
Součásti zařízení sestavené dohromady musí zajišťovat bezpečnost zařízení a být vhodné pro svůj účel. Všechny pevné nebo svařované spoje prvků zařízení musí být k dispozici pro nedestruktivní zkoušky.
Kontrola kvality instalace (předvýrobní) musí být potvrzena certifikátem kvality instalace.
Certifikát kvality montáže musí vyhotovit organizace, která montáž provedla, podepsaný vedoucím této organizace, jakož i vedoucím organizace - vlastníkem montovaného tlakového zařízení a zapečetěn.
Organizace, která špatně provedla montáž (dodatečnou výrobu), opravu, rekonstrukci tlakového zařízení, odpovídá v souladu s platnou legislativou.
Nepřípustné závady zjištěné při montáži (dodatečné výrobě), rekonstrukci, opravě, zkoušení je nutné odstranit s následnou kontrolou opravených úseků.
Technologie odstraňování závad je stanovena technologickou dokumentací. Odchylky od přijaté technologie opravy defektů musí být dohodnuty s jejím vývojářem.
Způsoby a kvalita odstraňování závad musí zajistit potřebnou spolehlivost a bezpečnost zařízení.
Odstranění defektů by mělo být prováděno mechanicky, aby byly zajištěny hladké přechody v bodech vzorku. Maximální rozměry a tvar uvařených vzorků stanoví technologická dokumentace.
K odstranění vnitřních defektů je povoleno používat metody tepelného řezání (dlabání) s následným mechanickým opracováním povrchu vzorku.
Úplnost odstranění defektu musí být zkontrolována vizuálně a nedestruktivním testováním (kapilární nebo magnetická detekce vad nebo leptání).
Odběr vzorků zjištěných míst vad bez následného svařování je povolen za předpokladu dodržení minimální dovolené tloušťky stěny dílce v místě maximální hloubky odběru a potvrzeného pevnostním výpočtem.
Pokud jsou při kontrole opravené oblasti zjištěny závady, musí být provedena druhá oprava ve stejném pořadí jako první.
Opravu vad ve stejném úseku svarového spoje je dovoleno provádět maximálně třikrát.
V případě vyříznutí vadného svarového spoje trubky a následného vložení trubkového dílu formou navaření se dva nově zhotovené svarové spoje nepovažují za opravené.
poloautomatickým způsobem
Vzhledem k tomu, že při svařování je ve vodě přítomno velké množství vodíku, je šev porézní. Negativně se přitom projevuje zvýšené ochlazování materiálu vodou.
Šev se ukazuje jako křehký, nestabilní v ohybu. Pro získání uspokojivého výsledku je nutné při výpočtu konstrukcí vzít v úvahu velkou míru bezpečnosti a spolehlivosti.
Svařování pod vodou v prostředí argonu nedává hmatatelný efekt, protože jen mírně snižuje obsah vodíku ve švu.
Dobrého výsledku se dosáhne použitím poloautomatického svařování plněným drátem. Má menší průměr než elektroda.
Při svařování poloautomatickým zařízením je možné zorganizovat konstantní a nepřetržité mechanizované podávání drátu, což v kombinaci s použitím nekonzumovatelných elektrod umožní získat rovnoměrné švy velké délky.
Materiály a vybavení
Výkonová zařízení pro svařování pod vodou - transformátory, měniče - se nesmí nijak lišit od těch používaných pro klasické svařování. Výjimkou jsou stavby, jejichž práce je zajišťována ve velkých hloubkách. Někdy se chladicí systém takových zařízení mění.
Hadice a kabely
Hadice a kabely je třeba pečlivě vybrat a zkontrolovat jejich neporušenost. Tato potřeba je dána jak požadavky na elektrickou bezpečnost, tak i technologií práce.
Svařování se velmi často provádí v mořské vodě, jejíž obsah soli je vysoký. Taková voda je dobrým vodičem elektřiny, takže pokud kabely nejsou utěsněny, může unikat, což může mít negativní vliv na kvalitu oblouku.
oblek
K ochraně svářeče je samozřejmě nezbytné potápěčské vybavení. Pro práci ve velkých hloubkách může být oblek nebo skafandr vyroben z kovu. Zde je další trik.
Ve slané vodě se může oblouk zapálit ve slušné vzdálenosti od kovu, aniž by se ho vůbec dotkl. A protože ve vodě mezi svařovaným dílem a svářečským oblekem může být vytvořena kladná vodivost, může dojít k výboji v malé vzdálenosti mezi elektrodou a oblekem.
Elektrody a drát
Zvláštní pozornost si zaslouží elektrody pro svařování pod vodou. Musí být vyrobeny z materiálu, který není vystaven vodě. Svařování pod vodou se provádí elektrodami z měkké oceli.
Povlak je potažen speciálními sloučeninami, které zabraňují jeho zničení po dlouhou dobu a vytvářejí na povrchu vodotěsnou vrstvu.
Jako takové kompozice lze použít parafín, vosk, celuloid rozpuštěný v acetonu. Průměr elektrod pro svařování pod vodou je 4-6 milimetrů. Existují speciální značky - Sv-08, Sv-08A, Sv-08GA, Sv-08G2.
Při svařování poloautomatickým zařízením se používá svařovací drát značek - SV-08G2S, PPS-AN1.
Obtížné pracovní podmínky vyžadují řádnou organizaci pracoviště a dodržování všech bezpečnostních opatření.Pracoviště musí být zvoleno tak, aby vlny a proudy svářeče nerušily.
V blízkosti pracoviště by neměly být žádné volně plovoucí předměty. Elektrody by se měly měnit pouze při vypnutém napájení.
Dodržování všech pravidel a technologie podvodního svařování vám umožní dosáhnout vynikajících výsledků při instalaci a opravách hydraulických konstrukcí, lodí a instalaci podvodního zařízení.
Zpracování svaru při spojování vysokotlakých trubek.
Při svařování silnostěnných trubek, které tvoří vysokotlaké potrubí, je kov vystaven vysoké teplotě, což vede ke změnám jeho struktury v místě vlastního svaru a ve vzdálenosti asi 1-2 centimetry od něj ( tedy ve vyhřívané zóně) . To vede ke snížení vlastností svaru, což znamená, že není zaručeno, že odolá nepříznivým vlivům prostředí procházejícího potrubím a jeho okolí. Aby se tomu zabránilo, je nutné provést speciální zpracování svaru a oblasti, která se nachází v jeho blízkosti.
Nejčastěji se k tomu používá tepelné zpracování, jehož vlastnosti závisí na tom, z jaké oceli jsou trubky vyrobeny a na jejich přesných rozměrech. Pokud se potrubí vyrábí za výrobních podmínek, pak se pro tepelné zpracování spojů používají speciální pece - mohou to být odporové muflové pece, plynové hořáky s prstenci nebo indukční ohřívače.
Odporová muflová pec slouží k tepelnému zpracování spojů silnostěnných trubek o průměru 30 až 320 mm. V tomto případě nezáleží na přesné tloušťce stěn trubek. V takové peci se spoj zahřeje na 900 stupňů.
Indukční ohřívače zpracovávají připojení potrubí ohřevem křižovatky elektrickým proudem průmyslové frekvence (při 50 Hz). Takový ohřívač se používá ke zpracování připojení trubek o průměru větším než 100 mm a tloušťce stěny -10 mm. Aby bylo možné takové tepelné zpracování provést, je samotný spoj a oblast trubky umístěná vedle něj obalena azbestovou deskou, na kterou je položeno několik závitů lankového měděného drátu, jehož průřez by měl být alespoň 100 mm2. Při navíjení drátu je nutné zajistit, aby závity byly současně dostatečně blízko u sebe, ale nedotýkaly se - jinak může dojít ke zkratu.
Jak je z výše uvedeného patrné, svařovaný spoj trubek a jeho následné zpracování jsou úkoly určené pro řemeslníky s bohatými zkušenostmi s takovou prací.
Při provádění svařování je nutné vzít v úvahu všechny vlastnosti konkrétního potrubí - ze kterých trubek je namontováno a končí podmínkami, za kterých bude provozováno. Pokud jde o následné tepelné zpracování, zde je také nutné znát nuance takové operace a dodržovat všechny technologické požadavky - pouze takový přístup ve výsledku zaručí vysoce kvalitní spojení.
Získávání vodíku
Vodík lze získat elektrolýzou vody, přesněji alkalického roztoku hydroxidu sodného (louh sodný, louh, to jsou všechno názvy pro stejnou látku). K urychlení reakce se do vody přidá hydroxid.
K získání vodíku stačí spustit dvě elektrody do roztoku a přivést na ně stejnosměrný proud. Během procesu elektrolýzy se na kladné elektrodě uvolňuje kyslík, na záporné elektrodě vodík. Množství uvolněného vodíku bude dvakrát větší než množství uvolněného kyslíku.
Z chemického hlediska reakce vypadá takto:
2H2O = 2H2+O2
Technicky zbývá tyto dva plyny oddělit a zabránit jejich smíchání, protože výsledkem je směs s obrovskou potenciální energií.Ponechat proces bez kontroly je extrémně nebezpečné.
Pro svařování se vodík získává pomocí speciálních zařízení - elektrolyzérů. K jejich napájení je potřeba elektřina o napětí 230 V. Elektrolyzéry mohou podle provedení pracovat na třífázový proud i na jednofázový proud.
Doma
Pro využití vodíkového svařování v každodenním životě není nutné kupovat zařízení na výrobu vodíku. Obvykle mají skvělý výkon a sílu. Kromě toho jsou takové generátory objemné a drahé.
Výkon a pracovní kapalina
Napájení je možné z nabíječky do auta nebo z podomácku vyrobeného usměrňovače, který lze vyrobit s vhodným transformátorem a pár polovodičovými diodami.
Jako pracovní kapalina musí být použit roztok hydroxidu sodného. Bude to lepší elektrolyt než obyčejná voda. Jak hladina roztoku klesá, stačí přidat vodu. Množství hydroxidu sodného bude vždy konstantní.
Pouzdro a trubky
Jako pouzdro pro generátor vodíku můžete použít obyčejnou litrovou sklenici s polyetylenovým víkem. Do víka je nutné vyvrtat otvory pro průměr skleněných trubiček.
K odstranění vzniklých plynů budou použity trubky. Délka trubek musí být dostatečná, aby spodní konce byly ponořeny do roztoku.
Uvnitř trubic musí být umístěny elektrody, kterými je přiváděn stejnosměrný proud. Místa, kde trubky procházejí krytem, je nutné utěsnit jakýmkoli silikonovým tmelem.
Odběr vodíku
Z trubice obsahující zápornou elektrodu se uvolní vodík. Je nutné zajistit možnost jeho vypouštění hadicí. Vodík musí být odstraněn přes vodní uzávěr.
Jedná se o další půllitrovou sklenici vody, v jejímž víčku jsou namontovány dvě trubice. Jeden z nich, kterým je přiváděn vodík z generátoru, je ponořen do vody. Druhý odstraňuje z uzávěru vodík, který prošel vodou, a přivádí ho hadicemi nebo elastickými trubicemi do hořáku.
Vodní uzávěr je nutný, aby při poklesu tlaku vodíku plamen z hořáku nepřecházel do generátoru.
Hořák
Hořák lze vyrobit z jehly z lékařské stříkačky. Jeho tloušťka by měla být 0,6-0,8 mm. Pro držák jehly můžete přizpůsobit vhodné plastové tuby, části kuličkových per, automatické tužky. Dále je nutné zajistit přívod kyslíku do hořáku z generátoru.
Intenzita tvorby vodíku a kyslíku v generátoru bude záviset na velikosti použitého napětí. Experimentováním s těmito parametry je možné dosáhnout teploty plamene hořáku 2000-2500 °C.
Vlastní přístroj, který provádí vodíkové svařování, lze s úspěchem použít pro řezání nebo spojování svařováním nebo pájením různých malých dílů ze železných a neželezných kovů. To může být nutné při opravách různých předmětů pro domácnost, autodílů, různých kovových nástrojů.
