Ventajas y desventajas
Como resultado de la combustión del hidrógeno, no se forman sustancias nocivas, a diferencia de los casos en que se usa acetileno para soldar. Esto sucede porque cuando se quema hidrógeno en un ambiente de oxígeno, se forma agua, o más bien vapor de agua, que no contiene impurezas nocivas.
La temperatura de llama de la mezcla hidrógeno-oxígeno se puede ajustar dentro del rango de 600-2600 °C, lo que permite soldar y cortar incluso los materiales más refractarios.
Todas las propiedades anteriores hacen posible el uso de soldadura de hidrógeno en espacios confinados, habitaciones con poca ventilación, en pozos, túneles, sótanos de casas.
Vale la pena señalar una ventaja de la soldadura con hidrógeno como la posibilidad de cambiar la boquilla del quemador. El hidrógeno admite llamas de casi cualquier configuración y tamaño.
Es posible usar un chorro delgado de gas, que produce una llama no más gruesa que una aguja de coser, incluso cuando se trabaja con joyas hechas de metales preciosos. Una llama fina no requiere la presencia de oxígeno adicional, suficientemente disuelto en el aire.
Generador de hidrógeno doméstico
La desventaja de la soldadura con hidrógeno puede considerarse su dependencia de la disponibilidad de una fuente de electricidad necesaria para producir hidrógeno. No se permite el uso de cilindros de hidrógeno debido a la peligrosidad de su transporte y operación.
método de hidrógeno atómico
Un tipo de soldadura que utiliza hidrógeno es la soldadura de hidrógeno atómico. Su proceso se basa en el fenómeno de disociación (descomposición) del hidrógeno molecular en átomos.
Para decaer, una molécula de hidrógeno debe recibir una cantidad significativa de energía térmica. El estado atómico del hidrógeno es tan inestable que dura solo una fracción de segundo. Y luego está la reducción del hidrógeno de atómico a molecular.
Durante la reducción, se libera una gran cantidad de calor, que se utiliza en la soldadura de hidrógeno atómico para calentar y fundir las piezas metálicas soldadas.
En la práctica, todo el proceso se realiza mediante soldadura eléctrica con dos electrodos no consumibles. Se puede utilizar una máquina de soldar convencional para obtener la corriente necesaria para iniciar el arco. Pero el soporte o quemador tiene un diseño inusual.
Electrodos y quemador
Los electrodos con un quemador, en el que se suministra hidrógeno, están ubicados en ángulo entre sí. El arco se inicia entre estos dos electrodos. El hidrógeno, o una mezcla de nitrógeno-hidrógeno, suministrado a la zona del arco, bajo la influencia de alta temperatura, pasa al estado de hidrógeno atómico.
Además, al volver a su forma molecular, el hidrógeno desprende calor, creando una temperatura que, junto con la temperatura del arco, puede alcanzar los 3600 °C.
Dado que la disociación ocurre con la absorción de calor (el hidrógeno tiene un efecto de enfriamiento), el voltaje para iniciar el arco debe ser bastante alto, alrededor de 250-300 V. Más tarde, el voltaje puede reducirse a 60-120 V y el arco puede quema perfectamente.
La intensidad de la combustión dependerá de la distancia entre los electrodos y de la cantidad de hidrógeno aportado a la zona de soldadura.
quema de arco
El arco se enciende cortando brevemente los electrodos entre sí o en una placa de grafito cuando los electrodos se soplan con gas. Después de la ignición del arco, la distancia a las partes a soldar se mantiene dentro de 5-10 mm.
Si el arco no toca el metal que se está soldando, se quema de manera uniforme y constante. La llaman tranquila. A pequeñas distancias de la pieza de trabajo, cuando la llama del arco casi toca la pieza de trabajo, se produce un sonido fuerte y agudo. Tal arco se llama timbre.
La tecnología de soldadura es similar a la tecnología de gas convencional.
La soldadura mediante el método del hidrógeno atómico fue inventada e investigada en 1925 por el científico estadounidense Langmuir. En el proceso de investigación, en lugar de un arco, se utilizó el calor de la combustión de un filamento de tungsteno, a través del cual pasó hidrógeno.
Tecnología
La esencia de un fenómeno como la soldadura bajo el agua se explica por el hecho de que cuando se quema el arco, se libera un gas que forma una burbuja. Envolviendo el electrodo y las piezas a soldar, el gas libera espacio para que el arco se queme.
Como resultado, todo el calor que libera se gasta en calentar y fundir el metal, que lo resiste activamente, siendo enfriado constantemente por el agua circundante.
Su temperatura en algunos casos puede alcanzar valores negativos si el agua está saturada con una cantidad suficiente de sales.
El gas liberado durante la combustión del arco es en parte producto de la combustión de metales. Parte de su parte (hidrógeno y oxígeno) se forma durante la descomposición del agua bajo la influencia de la corriente eléctrica y las altas temperaturas.
Las burbujas de gas tienden constantemente hacia arriba, tienen menos peso y densidad que el agua, y una nueva porción de gas se forma constantemente en la zona de soldadura.
forma de costura
Debido al gas que flota en el movimiento caótico, así como a los productos de combustión que contiene (hollín, humo), la visibilidad en la zona de soldadura es muy difícil.
Esta circunstancia determina las características de diseño de las costuras cuando se suelda bajo el agua. Se producen en forma de tauri, es decir, cuando las partes a unir se ubican entre sí en un ángulo cercano a la derecha. Si las partes a unir deben ubicarse en el mismo plano, entonces no se sueldan de extremo a extremo, sino que se superponen.
Este tipo de costuras permiten trabajar con un electrodo bajo el agua incluso en ausencia de suficiente visibilidad, enfocándose en el borde de las piezas a unir, como si fuera “al tacto”.
Voltaje y corriente
El voltaje al que se suelda bajo el agua debe ser lo suficientemente alto para garantizar una combustión estable del arco. Por regla general, varía entre 30-35 V.
Para suministrar tal voltaje a profundidad, se requieren máquinas de soldar que puedan "dar" un voltaje de 80-120 V y una corriente de soldadura de 180-220 A. La soldadura submarina se puede realizar tanto con corriente continua como alterna, pero lo mejor Los resultados se obtienen utilizando corriente continua.
Con un aumento en la profundidad a la que se lleva a cabo el trabajo de soldadura, la intensidad de la quema de arco, así como la calidad de las soldaduras resultantes, no cambia. Solo es necesario aumentar el voltaje para una combustión estable. Por lo tanto, las posibilidades de soldar bajo el agua son técnicamente ilimitadas. El límite de profundidad se establece únicamente por las capacidades del cuerpo humano del soldador y la estabilidad del equipo para uso bajo el agua.
Características de la soldadura de tuberías de alta presión.
Al elegir el tipo de soldadura, es necesario tener en cuenta tanto el material del que están hechos los tubos como su diámetro.
La soldadura de la tubería de alta presión se realiza mediante soldadura por arco eléctrico o gas. En este caso, la soldadura con gas solo se puede usar si el diámetro de las tuberías está en el rango de 6 a 25 mm. Para tuberías con diámetros mayores, se debe utilizar soldadura por arco eléctrico. Con diámetros de tubería de 25 a 100 mm, se utiliza soldadura por arco eléctrico manual, pero si el diámetro de la tubería supera los 100 mm, entonces existe la necesidad de soldadura por arco sumergido semiautomática o automática, mientras se suelda la raíz de la costura en cualquier caso. se hace manualmente. También debe tenerse en cuenta que en los casos en que el diámetro de las tuberías no supere los 40 mm, por regla general, se utiliza una soldadura convencional y se realiza una ranura en forma de V. Pero cuando se sueldan tuberías con un diámetro de más de 60 mm, los anillos de respaldo se usan con mayor frecuencia.
Y otra característica del trabajo de soldadura realizado con tuberías de alta presión es que es necesario realizar varias capas de soldadura: la cantidad de capas depende del tipo de tubería y de las características del metal y puede ser de 4 a 10 piezas.
Control de uniones soldadas. Corrección de defectos en una unión soldada
Durante la producción adicional en el lugar de operación, instalación, reparación, reconstrucción de equipos a presión, se debe utilizar un sistema de control de calidad para uniones soldadas para garantizar la detección de defectos inaceptables, alta calidad y confiabilidad de operación de este equipo y sus elementos.
El control de calidad de las uniones soldadas debe realizarse de la manera prescrita por el diseño y la documentación tecnológica.
Todas las uniones soldadas están sujetas a inspección visual y mediciones para identificar los siguientes defectos:
a) grietas de todo tipo y dirección;
b) fístulas y porosidad de la superficie exterior de la soldadura;
c) socavaduras;
d) afluencias, quemaduras, cráteres no derretidos;
e) desviaciones en las dimensiones geométricas y posición relativa de los elementos soldados;
f) desplazamiento y remoción de juntas de los bordes de los elementos a soldar en exceso de las normas prescritas;
g) incumplimiento de la forma y dimensiones de la costura con los requisitos de documentación tecnológica;
h) defectos en la superficie del metal base y de las uniones soldadas (abolladuras, laminaciones, cascarones, falta de penetración, poros, inclusiones, etc.).
Se realizan detección de defectos por ultrasonidos y control radiográfico con el fin de identificar defectos internos en uniones soldadas (fisuras, falta de penetración, inclusiones de escoria, etc.).
El método de control (ultrasónico, radiográfico, ambos métodos en combinación) se selecciona en base a la posibilidad de proporcionar la detección más completa y precisa de defectos en un tipo particular de uniones soldadas, teniendo en cuenta las características de las propiedades físicas del metal y este método de control.
El alcance del control para cada tipo específico de equipo a presión se establece en base a los requisitos de los manuales de seguridad correspondientes y se indica en la documentación tecnológica.
Las uniones soldadas no deben tener defectos externos o internos (daños) que puedan afectar la seguridad del equipo. Los valores mínimos de las características mecánicas de las uniones soldadas del equipo no deben ser inferiores a los valores mínimos de las características mecánicas de los materiales a unir.
Los elementos del equipo ensamblados juntos deben garantizar la seguridad del equipo y ser adecuados para su propósito. Todas las uniones permanentes o soldadas de los elementos del equipo deben estar disponibles para pruebas no destructivas.
El control de calidad de la instalación (preproducción) debe ser confirmado por un certificado de calidad de la instalación.
El certificado de calidad de la instalación debe ser redactado por la organización que realizó la instalación, firmado por el jefe de esta organización, así como por el jefe de la organización, el propietario del equipo a presión montado y sellado.
Una organización que haya realizado una instalación (fabricación adicional), reparación o reconstrucción de equipos a presión de manera deficiente es responsable de conformidad con la ley aplicable.
Los defectos inadmisibles encontrados durante la instalación (fabricación adicional), reconstrucción, reparación, prueba deben eliminarse con el control posterior de las secciones corregidas.
La tecnología de eliminación de defectos se establece mediante la documentación tecnológica. Las desviaciones de la tecnología de corrección de defectos aceptada deben acordarse con su desarrollador.
Los métodos y la calidad de eliminación de los defectos deben garantizar la necesaria fiabilidad y seguridad del equipo.
La eliminación de defectos debe realizarse mecánicamente, asegurando transiciones suaves en los puntos de muestreo. Las dimensiones máximas y la forma de las muestras a elaborar están establecidas por la documentación tecnológica.
Se permite el uso de métodos de corte térmico (ranurado) para eliminar los defectos internos, seguidos de un procesamiento mecánico de la superficie de la muestra.
La integridad de la eliminación de defectos debe comprobarse visualmente y mediante pruebas no destructivas (detección o grabado de defectos capilares o de partículas magnéticas).
Se permite el muestreo de lugares de defectos detectados sin soldadura posterior, siempre que el espesor de pared mínimo permitido de la pieza se mantenga en el lugar de la profundidad máxima de muestreo y se confirme mediante un cálculo de resistencia.
Si se encuentran defectos durante la inspección del área corregida, se debe realizar una segunda corrección en el mismo orden que la primera.
La corrección de defectos en la misma sección de la unión soldada se puede realizar no más de tres veces.
En el caso de cortar una junta de tubería soldada defectuosa y la posterior inserción de una sección de tubería en forma de soldadura, dos juntas soldadas recién hechas no se consideran corregidas.
forma semiautomática
Debido al hecho de que hay una gran cantidad de hidrógeno en el agua durante la soldadura, la costura es porosa. Al mismo tiempo, un mayor enfriamiento del material con agua tiene un efecto negativo.
La costura resulta frágil, inestable a la flexión. Para obtener un resultado satisfactorio es necesario tener en cuenta un amplio margen de seguridad y fiabilidad a la hora de calcular las estructuras.
La soldadura bajo el agua en un entorno de argón no produce un efecto tangible, ya que solo reduce ligeramente el contenido de hidrógeno en la costura.
Se obtiene un buen resultado mediante el uso de soldadura semiautomática con alambre tubular. Tiene un diámetro menor que el electrodo.
Cuando se suelda con un dispositivo semiautomático, es posible organizar una alimentación de alambre mecanizada constante y continua, que, en combinación con el uso de electrodos no consumibles, permitirá obtener costuras uniformes de gran longitud.
Materiales y equipamiento
Los equipos de potencia para la soldadura submarina (transformadores, convertidores) no pueden diferir en nada de los utilizados para la soldadura convencional. La excepción son las construcciones, cuyo trabajo se realiza a grandes profundidades. A veces se cambia el sistema de enfriamiento de tales dispositivos.
mangueras y cables
Las mangueras y los cables deben seleccionarse con cuidado y verificar su integridad. Esta necesidad se debe tanto a los requisitos de seguridad eléctrica como a la tecnología de trabajo.
La soldadura se realiza muy a menudo en agua de mar, cuyo contenido en sal es elevado. Esta agua es un buen conductor de la electricidad, por lo tanto, si los cables no están sellados, puede tener fugas, lo que puede tener un efecto negativo en la calidad del arco.
traje
Obviamente, el equipo de buceo es necesario para proteger al soldador. Para trabajos a grandes profundidades, se puede fabricar un traje o traje espacial de metal. Aquí yace otro truco.
En agua salada, el arco puede encenderse a una distancia decente del metal, sin siquiera tocarlo. Y dado que se puede establecer una conductividad positiva en el agua entre la pieza a soldar y el traje de soldador, puede ocurrir una descarga con una pequeña distancia entre el electrodo y el traje.
electrodos y alambre
Especial atención merecen los electrodos para soldadura submarina. Deben estar hechos de un material que no esté expuesto al agua. La soldadura bajo el agua se realiza con electrodos de acero dulce.
El revestimiento está recubierto con compuestos especiales que evitan su destrucción durante mucho tiempo, creando una capa impermeable en la superficie.
Como tales composiciones se pueden utilizar parafina, cera, celuloide disuelto en acetona. El diámetro de los electrodos para soldadura submarina es de 4-6 milímetros. Hay marcas especiales: Sv-08, Sv-08A, Sv-08GA, Sv-08G2.
Al soldar con un dispositivo semiautomático, se utiliza el alambre de soldadura de las siguientes marcas: SV-08G2S, PPS-AN1.
Las difíciles condiciones de trabajo requieren una correcta organización del lugar de trabajo y el cumplimiento de todas las medidas de seguridad.El lugar de trabajo debe elegirse de tal manera que las olas y las corrientes no interfieran con el soldador.
No debe haber objetos sueltos flotando cerca del lugar de trabajo. Los electrodos solo deben cambiarse cuando la alimentación está apagada.
El cumplimiento de todas las reglas y la tecnología de la soldadura submarina le permitirá obtener excelentes resultados al instalar y reparar estructuras hidráulicas, barcos e instalar equipos submarinos.
Procesamiento de una costura soldada al conectar tuberías de alta presión.
Al soldar tuberías de paredes gruesas que forman una tubería de alta presión, el metal se expone a altas temperaturas, lo que provoca cambios en su estructura en el sitio de la soldadura y a una distancia de aproximadamente 1-2 centímetros de ella ( es decir, en la zona calentada). Esto conduce al hecho de que las características de la soldadura se reducen, lo que significa que no hay garantía de que resistirá los efectos adversos del medio ambiente que pasa a través de la tubería y su entorno. Para evitar esto, es necesario realizar un procesamiento especial de la soldadura y el área ubicada cerca de ella.
En la mayoría de los casos, se utiliza un tratamiento térmico para esto, cuyas características dependen del acero del que están hechas las tuberías y de sus dimensiones exactas. Si la tubería se fabrica en condiciones de producción, se utilizan hornos especiales para el tratamiento térmico de las juntas; estos pueden ser hornos de mufla de resistencia, quemadores de gas con anillos o calentadores de inducción.
El horno de mufla de resistencia se utiliza para el tratamiento térmico de juntas de tuberías de paredes gruesas con un diámetro de 30 a 320 mm. En este caso, no importa el grosor exacto de las paredes de las tuberías. En tal horno, la unión se calienta a 900 grados.
Los calentadores de inducción procesan la conexión de tuberías calentando la unión con una corriente eléctrica de frecuencia industrial (a 50 Hz). Dicho calentador se utiliza para procesar la conexión de tuberías con un diámetro superior a 100 mm y un espesor de pared de -10 mm. Para llevar a cabo dicho tratamiento térmico, la junta en sí y el área de la tubería ubicada junto a ella se envuelven con una lámina de asbesto, sobre la cual se colocan varias vueltas de alambre de cobre trenzado, cuya sección transversal debe ser al menos 100 mm cuadrados Al enrollar el cable, es necesario asegurarse de que las vueltas estén simultáneamente lo suficientemente cerca entre sí, pero que no se toquen entre sí; de lo contrario, puede producirse un cortocircuito.
Como se puede apreciar de lo anterior, la unión soldada de tuberías y su posterior procesamiento son tareas diseñadas para artesanos con amplia experiencia en dicho trabajo.
Al realizar la soldadura, es necesario tener en cuenta todas las características de una tubería en particular, desde qué tuberías se monta y terminando con las condiciones en las que se operará. En cuanto al tratamiento térmico posterior, aquí también es necesario conocer los matices de dicha operación y cumplir con todos los requisitos tecnológicos; solo un enfoque de este tipo garantizará una conexión de alta calidad.
Obtener hidrogeno
El hidrógeno se puede obtener por electrólisis del agua, más precisamente, una solución alcalina de hidróxido de sodio (sosa cáustica, soda cáustica, todos estos son nombres de la misma sustancia). Se agrega hidróxido al agua para acelerar la reacción.
Para obtener hidrógeno, basta con sumergir dos electrodos en la solución y aplicarles corriente continua. Durante el proceso de electrólisis, se liberará oxígeno en el electrodo positivo e hidrógeno en el negativo. La cantidad de hidrógeno liberado será el doble que la cantidad de oxígeno liberado.
En términos químicos, la reacción se ve así:
2H2O=2H2+O2
Queda técnicamente por separar estos dos gases y evitar que se mezclen, ya que el resultado es una mezcla con una enorme energía potencial.Dejar el proceso sin control es extremadamente peligroso.
Para soldar, el hidrógeno se obtiene utilizando dispositivos especiales: electrolizadores. Para alimentarlos, se requiere electricidad con un voltaje de 230 V o más Los electrolizadores, según el diseño, pueden funcionar con corriente trifásica y con corriente monofásica.
En casa
Para usar la soldadura de hidrógeno en la vida cotidiana, no es necesario comprar dispositivos para producir hidrógeno. Suelen tener un gran rendimiento y potencia. Además, dichos generadores son voluminosos y caros.
Potencia y fluido de trabajo.
La energía se puede suministrar desde un cargador de automóvil o desde un rectificador casero, que se puede fabricar con un transformador adecuado y algunos diodos semiconductores.
La solución de hidróxido de sodio debe usarse como fluido de trabajo. Será un mejor electrolito que el agua corriente. A medida que el nivel de la solución disminuye, solo necesita agregar agua. La cantidad de hidróxido de sodio siempre será constante.
Carcasa y tubos
Como carcasa para un generador de hidrógeno, puede usar una jarra ordinaria de un litro con tapa de polietileno. En la tapa, es necesario perforar agujeros para el diámetro de los tubos de vidrio.
Se utilizarán tubos para eliminar los gases resultantes. La longitud de los tubos debe ser suficiente para que los extremos inferiores queden sumergidos en la solución.
Los electrodos deben colocarse dentro de los tubos, a través de los cuales se suministra una corriente continua. Los lugares donde los tubos pasan a través de la tapa deben sellarse con cualquier sellador de silicona.
Retiro de hidrógeno
Se liberará hidrógeno del tubo que contiene el electrodo negativo. Es necesario prever la posibilidad de drenarlo con una manguera. El hidrógeno debe eliminarse a través de un sello de agua.
Es otra jarra de agua de medio litro, en cuya tapa se montan dos tubos. Uno de ellos, a través del cual se suministra hidrógeno desde el generador, se sumerge en agua. El segundo extrae el hidrógeno que ha pasado por el agua de la persiana y lo entrega a través de mangueras o tubos elásticos al quemador.
Es necesario un sello de agua para que la llama del quemador no pase al generador cuando cae la presión del hidrógeno.
Quemador
El quemador se puede hacer con una aguja de una jeringa médica. Su grosor debe ser de 0,6-0,8 mm. Para el soporte de la aguja, puede adaptar tubos de plástico adecuados, partes de bolígrafos, lápices automáticos. También es necesario proporcionar suministro de oxígeno al quemador desde el generador.
La intensidad de la formación de hidrógeno y oxígeno en el generador dependerá de la magnitud del voltaje aplicado. Experimentando con estos parámetros, es posible alcanzar una temperatura de llama del quemador de 2000-2500 °C.
Un aparato de fabricación propia que realiza la soldadura con hidrógeno se puede utilizar con éxito para cortar o para unir mediante soldadura o soldadura blanda varias piezas pequeñas hechas de metales ferrosos y no ferrosos. Esto puede ser necesario al reparar varios artículos del hogar, piezas de automóviles, varias herramientas de metal.
