Prednosti i nedostatci
Kao rezultat izgaranja vodika, ne nastaju štetne tvari, za razliku od slučajeva kada se acetilen koristi za zavarivanje. To se događa jer kada se vodik sagorijeva u okruženju kisika, nastaje voda, odnosno vodena para, koja ne sadrži nikakve štetne nečistoće.
Temperatura plamena smjese vodika i kisika može se podesiti u rasponu od 600-2600 °C, što omogućuje zavarivanje i rezanje čak i najvatrostalnijih materijala.
Sva gore navedena svojstva omogućuju korištenje vodikovog zavarivanja u skučenim prostorima, sobama s lošom ventilacijom, u bunarima, tunelima, podrumima kuća.
Vrijedi napomenuti takvu prednost zavarivanja vodikom kao mogućnost promjene mlaznice plamenika. Vodik podržava plamen gotovo bilo koje konfiguracije i veličine.
Moguće je koristiti tanak mlaz plina, dajući plamen ne deblji od igle za šivanje, čak i kada radite s nakitom od plemenitih metala. Tanak plamen ne zahtijeva prisutnost dodatnog kisika, dovoljno otopljenog u zraku.
Domaći generator vodika
Nedostatak vodikovog zavarivanja može se smatrati ovisnošću o dostupnosti izvora električne energije potrebne za proizvodnju vodika. Uporaba boca s vodikom nije dopuštena zbog opasnosti od njihovog transporta i rada.
Metoda atomskog vodika
Jedna vrsta zavarivanja koja koristi vodik je atomsko zavarivanje vodikom. Njegov se proces temelji na fenomenu disocijacije (raspada) molekularnog vodika na atome.
Da bi se raspala, molekula vodika mora primiti značajnu količinu toplinske energije. Atomsko stanje vodika je toliko nestabilno da traje samo djelić sekunde. A onda dolazi do redukcije vodika iz atomskog u molekularni.
Pri redukciji se oslobađa velika količina topline koja se koristi kod zavarivanja atomskim vodikom za zagrijavanje i taljenje zavarenih metalnih dijelova.
U praksi se cijeli proces provodi električnim zavarivanjem s dvije netrošne elektrode. Za dobivanje potrebne struje za pokretanje luka može se koristiti konvencionalni aparat za zavarivanje. Ali držač ili plamenik ima neobičan dizajn.
Elektrode i plamenik
Elektrode s plamenikom, u koje se dovodi vodik, nalaze se pod kutom jedna prema drugoj. Luk se pokreće između ove dvije elektrode. Vodik, odnosno smjesa dušika i vodika, dovedena u zonu luka, pod utjecajem visoke temperature prelazi u stanje atomskog vodika.
Nadalje, kada se vraća u svoj molekularni oblik, vodik daje toplinu, stvarajući temperaturu koja, zajedno s temperaturom luka, može doseći 3600 °C.
Budući da se disocijacija događa apsorpcijom topline (vodik ima učinak hlađenja), napon za pokretanje luka mora biti prilično visok - oko 250-300 V. Kasnije se napon može spustiti na 60-120 V, a luk može izgorjeti savršeno.
Intenzitet izgaranja ovisit će o udaljenosti između elektroda i količini vodika koji se dovodi u zonu zavarivanja.
Gori luk
Luk se pali kratkim kratkim spojem elektroda jedna na drugu ili na grafitnoj ploči kada se elektrode upuhuju plinom. Nakon paljenja luka, udaljenost do dijelova koji se zavaruju održava se unutar 5-10 mm.
Ako luk ne dodiruje metal koji se zavari, gori ravnomjerno i postojano. Zovu je mirnom. Na malim udaljenostima od obratka, kada plamen luka gotovo dotakne obradak, proizvodi se jak oštar zvuk. Takav luk naziva se zvonjava.
Tehnologija zavarivanja slična je konvencionalnoj plinskoj tehnologiji.
Zavarivanje metodom atomskog vodika izumio je i istražio američki znanstvenik Langmuir 1925. godine. U procesu istraživanja umjesto luka korištena je toplina izgaranja volframove niti kroz koju je propuštan vodik.
Tehnologija
Bit takvog fenomena kao što je zavarivanje pod vodom objašnjava se činjenicom da kada gori luk, oslobađa se plin koji tvori mjehur. Omotavajući elektrodu i dijelove koji se zavaruju, plin oslobađa prostor za izgaranje luka.
Kao rezultat toga, sva toplina koju oslobađa troši se na zagrijavanje i taljenje metala, koji se tome aktivno opire, neprestano se hladi okolnom vodom.
Njegova temperatura u nekim slučajevima može doseći negativne vrijednosti ako je voda zasićena dovoljnom količinom soli.
Plin koji se oslobađa tijekom izgaranja luka dijelom je produkt izgaranja metala. Dio njegova udjela (vodik i kisik) nastaje tijekom razgradnje vode pod utjecajem električne struje i visoke temperature.
Mjehurići plina stalno teže prema gore, imaju manju težinu i gustoću od vode, a u zoni zavarivanja stalno se stvara novi dio plina.
Oblik šava
Zbog plina koji pluta u kaotičnom kretanju, kao i zbog produkata izgaranja u njemu (čađa, dim), vidljivost u zoni zavarivanja je vrlo otežana.
Ova okolnost određuje značajke dizajna šavova pri zavarivanju pod vodom. Proizvode se u obliku tauri, odnosno kada su dijelovi koji se spajaju smješteni jedan u odnosu na drugi pod kutom blizu pravog. Ako se dijelovi koji se spajaju moraju nalaziti u istoj ravnini, tada se ne zavaruju od kraja do kraja, već se preklapaju.
Ove vrste šavova omogućuju rad s elektrodom pod vodom čak i u nedostatku dovoljne vidljivosti, usredotočujući se na rub dijelova koji se spajaju, kao "na dodir".
Napon i struja
Napon pri kojem se zavarivanje izvodi pod vodom mora biti dovoljno visok da osigura stabilno izgaranje luka. U pravilu varira između 30-35 V.
Za opskrbu takvim naponom u dubinu potrebni su aparati za zavarivanje koji mogu "odavati" napon od 80-120 V i struju zavarivanja od 180-220 A. Podvodno zavarivanje može se raditi i istosmjernom i izmjeničnom strujom, ali najbolje rezultati se dobivaju korištenjem istosmjerne struje.
S povećanjem dubine na kojoj se izvode radovi zavarivanja, intenzitet gorenja luka, kao i kvaliteta rezultirajućih zavara, ne mijenja se. Za stabilno izgaranje potrebno je samo povećati napon. Stoga su mogućnosti zavarivanja pod vodom tehnički neograničene. Granicu dubine postavljaju samo sposobnosti ljudskog tijela zavarivača i stabilnost opreme za podvodnu uporabu.
Značajke zavarivanja cijevi pod visokim pritiskom.
Prilikom odabira vrste zavarivanja potrebno je uzeti u obzir i materijal od kojeg su cijevi izrađene i njihov promjer.
Zavarivanje visokotlačnog cjevovoda izvodi se plinskim ili elektrolučnim zavarivanjem. U ovom slučaju, plinsko zavarivanje može se koristiti samo ako je promjer cijevi cjevovoda u rasponu od 6 do 25 mm. Za cijevi većeg promjera treba koristiti elektrolučno zavarivanje. Kod promjera cijevi od 25 do 100 mm koristi se ručno elektrolučno zavarivanje, ali ako je promjer cijevi veći od 100 mm, tada je potrebno poluautomatsko ili automatsko zavarivanje pod vodom, uz zavarivanje korijena šava u svakom slučaju se radi ručno. Također treba imati na umu da se u slučajevima kada promjer cijevi ne prelazi 40 mm, u pravilu koristi konvencionalni zavar i izrađuje se utor u obliku slova V. Ali pri zavarivanju cijevi promjera većeg od 60 mm najčešće se koriste potporni prstenovi.
Još jedna značajka zavarivanja s visokotlačnim cijevima je da je potrebno izvesti nekoliko slojeva zavara - broj slojeva ovisi o vrsti cjevovoda i karakteristikama metala i može biti od 4 do 10 komada.
Kontrola zavarenih spojeva. Ispravljanje nedostataka u zavarenom spoju
Tijekom dodatne proizvodnje na mjestu rada, montaže, popravka, rekonstrukcije tlačne opreme, treba koristiti sustav kontrole kvalitete zavarenih spojeva koji jamči otkrivanje neprihvatljivih nedostataka, visoku kvalitetu i pouzdanost rada ove opreme i njenih elemenata.
Kontrola kvalitete zavarenih spojeva mora se provoditi na način propisan projektnom i procesnom dokumentacijom.
Svi zavareni spojevi podliježu vizualnom pregledu i mjerenju kako bi se utvrdili sljedeći nedostaci:
a) pukotine svih vrsta i smjerova;
b) fistule i poroznost vanjske površine zavara;
c) podrezivanja;
d) priljevi, opekotine, neotopljeni krateri;
e) odstupanja geometrijskih dimenzija i relativnog položaja zavarenih elemenata;
f) pomicanje i uklanjanje spojeva rubova elemenata koji se zavaruju iznad propisanih normi;
g) neusklađenost oblika i dimenzija šava sa zahtjevima tehnološke dokumentacije;
h) nedostatke na površini osnovnog metala i zavarenih spojeva (udubljenja, raslojavanja, školjke, nedostatak prodora, pore, inkluzije itd.).
Ultrazvučna detekcija kvarova i radiografska kontrola provode se kako bi se identificirali unutarnji nedostaci u zavarenim spojevima (pukotine, nedostatak prodora, inkluzije troske itd.).
Metoda kontrole (ultrazvučna, radiografska, obje metode u kombinaciji) odabire se na temelju mogućnosti pružanja najpotpunijeg i točnog otkrivanja nedostataka u određenoj vrsti zavarenih spojeva, uzimajući u obzir karakteristike fizikalnih svojstava metala i ovaj način kontrole.
Opseg kontrole za svaku pojedinu vrstu tlačne opreme utvrđuje se na temelju zahtjeva odgovarajućih sigurnosnih priručnika i naveden je u tehnološkoj dokumentaciji.
Zavareni spojevi ne smiju imati vanjske ili unutarnje nedostatke (oštećenja) koji mogu utjecati na sigurnost opreme. Minimalne vrijednosti mehaničkih karakteristika zavarenih spojeva opreme ne smiju biti niže od minimalnih vrijednosti mehaničkih karakteristika materijala koji se spajaju.
Dijelovi opreme sastavljeni zajedno moraju osigurati sigurnost opreme i biti prikladni svojoj namjeni. Svi trajni ili zavareni spojevi elemenata opreme moraju biti dostupni za ispitivanje bez razaranja.
Kontrola kvalitete ugradnje (pretproizvodnja) mora biti potvrđena certifikatom kvalitete ugradnje.
Certifikat o kvaliteti ugradnje mora sastaviti organizacija koja je izvršila instalaciju, potpisan od čelnika ove organizacije, kao i voditelja organizacije - vlasnika montirane tlačne opreme i zapečaćena.
Organizacija koja je loše izvršila montažu (dodatnu proizvodnju), popravak, rekonstrukciju tlačne opreme odgovorna je sukladno važećem zakonu.
Nedopušteni nedostaci pronađeni tijekom ugradnje (dodatne izrade), rekonstrukcije, popravka, ispitivanja moraju se otkloniti naknadnom kontrolom ispravljenih presjeka.
Tehnologija otklanjanja nedostataka utvrđena je tehnološkom dokumentacijom. Odstupanja od prihvaćene tehnologije ispravljanja nedostataka moraju se dogovoriti s njezinim razvijačem.
Metode i kvaliteta otklanjanja nedostataka moraju osigurati potrebnu pouzdanost i sigurnost opreme.
Uklanjanje nedostataka treba izvesti mehanički, osiguravajući glatke prijelaze na točkama uzorka. Maksimalne dimenzije i oblik uzoraka koji se pripremaju utvrđeni su tehnološkom dokumentacijom.
Dopušteno je koristiti metode toplinskog rezanja (urezivanja) za uklanjanje unutarnjih nedostataka, nakon čega slijedi mehanička obrada površine uzorka.
Potpunost uklanjanja kvara mora se provjeriti vizualno i ispitivanjem bez razaranja (kapilarna ili magnetska čestica za otkrivanje kvarova ili jetkanje).
Dopušteno je uzorkovanje otkrivenih mjesta nedostataka bez naknadnog zavarivanja, pod uvjetom da se minimalna dopuštena debljina stijenke dijela održava na mjestu najveće dubine uzorkovanja i potvrđuje proračunom čvrstoće.
Ako se tijekom pregleda ispravljenog područja pronađu nedostaci, tada se mora izvršiti drugi ispravak istim redoslijedom kao i prvi.
Ispravljanje nedostataka u istom dijelu zavarenog spoja dopušteno je najviše tri puta.
U slučaju izrezivanja neispravnog zavarenog spoja cijevi i naknadnog umetanja dijela cijevi u obliku zavarivanja, dva novoizrađena zavarena spoja ne smatraju se ispravljenima.
poluautomatski način
Zbog činjenice da je tijekom zavarivanja u vodi prisutna velika količina vodika, šav je porozan. Istodobno, pojačano hlađenje materijala vodom ima negativan učinak.
Šav se ispostavlja krhkim, nestabilnim u savijanju. Da bi se dobio zadovoljavajući rezultat, potrebno je uzeti u obzir veliku marginu sigurnosti i pouzdanosti pri proračunu konstrukcija.
Zavarivanje pod vodom u okruženju argona ne daje opipljiv učinak, jer samo malo smanjuje sadržaj vodika u šavu.
Dobar rezultat postiže se korištenjem poluautomatskog zavarivanja pomoću žice s punjenom jezgrom. Ima manji promjer od elektrode.
Prilikom zavarivanja s poluautomatskim uređajem moguće je organizirati konstantno i kontinuirano mehanizirano dovođenje žice, što će u kombinaciji s upotrebom nepotrošnih elektroda omogućiti dobivanje jednolikih šavova velike duljine.
Materijali i oprema
Električna oprema za podvodno zavarivanje - transformatori, pretvarači - ne smiju se ni na koji način razlikovati od onih koji se koriste za konvencionalno zavarivanje. Iznimka su konstrukcije čiji je rad predviđen na velikim dubinama. Ponekad se sustav hlađenja takvih uređaja mijenja.
Crijeva i kablovi
Crijeva i kabeli moraju biti pažljivo odabrani i provjereni na integritet. Ova potreba je posljedica i zahtjeva električne sigurnosti i tehnologije rada.
Zavarivanje se vrlo često izvodi u morskoj vodi, čiji je sadržaj soli visok. Takva voda je dobar provodnik struje, stoga, ako kabeli nisu zapečaćeni, može procuriti, što može negativno utjecati na kvalitetu luka.
odijelo
Očito je da je za zaštitu zavarivača neophodna oprema za ronjenje. Za rad na velikim dubinama, odijelo ili svemirsko odijelo može biti izrađeno od metala. Ovdje se krije još jedan trik.
U slanoj vodi, luk se može zapaliti na pristojnoj udaljenosti od metala, a da ga ni ne dodirne. A budući da se pozitivna vodljivost može uspostaviti u vodi između dijela koji se zavariva i odijela zavarivača, može doći do pražnjenja uz malu udaljenost između elektrode i odijela.
Elektrode i žica
Posebnu pozornost zaslužuju elektrode za podvodno zavarivanje. Moraju biti izrađene od materijala koji nije izložen vodi. Zavarivanje pod vodom izvodi se elektrodama od mekog čelika.
Premaz je obložen posebnim spojevima koji sprječavaju njegovo uništavanje dugo vremena, stvarajući vodonepropusni sloj na površini.
Kao takvi pripravci mogu se koristiti parafin, vosak, celuloid otopljen u acetonu. Promjer elektroda za podvodno zavarivanje je 4-6 milimetara. Postoje posebne marke - Sv-08, Sv-08A, Sv-08GA, Sv-08G2.
Pri zavarivanju poluautomatskim uređajem koristi se žica za zavarivanje sljedećih marki - SV-08G2S, PPS-AN1.
Teški uvjeti rada zahtijevaju pravilnu organizaciju radnog mjesta, te poštivanje svih sigurnosnih mjera.Radno mjesto mora biti odabrano na takav način da valovi i struje ne ometaju zavarivača.
U blizini radilišta ne smije biti plutajućih labavih predmeta. Elektrode se smiju mijenjati samo kada je napajanje isključeno.
Poštivanje svih pravila i tehnologije podvodnog zavarivanja omogućit će vam postizanje izvrsnih rezultata pri ugradnji i popravku hidrauličnih konstrukcija, brodova i ugradnje podvodne opreme.
Obrada zavarenog šava pri spajanju cijevi visokog tlaka.
Prilikom zavarivanja cijevi debelih stijenki koje čine visokotlačni cjevovod, metal je izložen visokoj temperaturi, što dovodi do promjena u njegovoj strukturi na mjestu samog vara i na udaljenosti od oko 1-2 centimetra od njega ( odnosno u grijanoj zoni) . To dovodi do činjenice da su karakteristike zavara smanjene, što znači da nema jamstva da će izdržati štetne utjecaje okoliša koji prolazi kroz cjevovod i njegovu okolinu. Kako bi se to izbjeglo, potrebno je provesti posebnu obradu zavara i područja koje se nalazi u njegovoj blizini.
Najčešće se za to koristi toplinska obrada, čije značajke ovise o tome od kojeg čelika su cijevi izrađene i o njihovim točnim dimenzijama. Ako se cjevovod proizvodi u proizvodnim uvjetima, tada se za toplinsku obradu spojeva koriste posebne peći - to mogu biti otporne muflne peći, plinski plamenici s prstenovima ili indukcijski grijači.
Otporna muflna peć koristi se za toplinsku obradu spojeva debelozidnih cijevi promjera od 30 do 320 mm. U ovom slučaju, točna debljina stijenki cijevi nije važna. U takvoj peći spoj se zagrijava na 900 stupnjeva.
Indukcijski grijači obrađuju spajanje cijevi zagrijavanjem spoja električnom strujom industrijske frekvencije (na 50 Hz). Takav grijač se koristi za obradu spoja cijevi promjera većeg od 100 mm i debljine stijenke od -10 mm. Kako bi se izvela takva toplinska obrada, sam spoj i područje cijevi koje se nalazi pored njega omotani su azbestnim limom, na koji je položeno nekoliko zavoja bakrene žice, čiji poprečni presjek treba biti najmanje 100 četvornih mm. Prilikom namatanja žice potrebno je osigurati da su zavoji istovremeno dovoljno blizu jedan drugome, ali se ne dodiruju - inače može doći do kratkog spoja.
Kao što se može vidjeti iz gore navedenog, zavareni spoj cijevi i njegova naknadna obrada zadaci su dizajnirani za obrtnike s velikim iskustvom u takvom radu.
Prilikom zavarivanja potrebno je uzeti u obzir sve značajke određenog cjevovoda - od kojih cijevi se montira, a završava s uvjetima pod kojima će se raditi. Što se tiče naknadne toplinske obrade, ovdje je također potrebno poznavati nijanse takve operacije i poštivati sve tehnološke zahtjeve - samo će takav pristup kao rezultat jamčiti visokokvalitetno povezivanje.
Dobivanje vodika
Vodik se može dobiti elektrolizom vode, točnije, alkalne otopine natrijevog hidroksida (kaustična soda, kaustična soda, sve su to nazivi za istu tvar). Vodi se dodaje hidroksid kako bi se reakcija ubrzala.
Za dobivanje vodika dovoljno je spustiti dvije elektrode u otopinu i na njih primijeniti istosmjernu struju. Tijekom procesa elektrolize, kisik će se osloboditi na pozitivnoj elektrodi, a vodik na negativnoj. Količina oslobođenog vodika bit će dvostruko veća od količine oslobođenog kisika.
U kemijskom smislu, reakcija izgleda ovako:
2H2O=2H2+O2
Ostaje tehnički razdvojiti ova dva plina i spriječiti njihovo miješanje, budući da je rezultat smjesa s enormnom potencijalnom energijom.Ostavljanje procesa nekontrolirano je iznimno opasno.
Za zavarivanje vodik se dobiva pomoću posebnih uređaja - elektrolizera. Za njihovo napajanje potrebna je električna energija napona od 230 V ili više. Elektrolizatori, ovisno o izvedbi, mogu raditi na trofaznoj struji i na jednofaznoj struji.
Kod kuće
Za korištenje vodikovog zavarivanja u svakodnevnom životu nije potrebno kupovati uređaje za proizvodnju vodika. Obično imaju odlične performanse i snagu. Osim toga, takvi generatori su glomazni i skupi.
Snaga i radni fluid
Struja se može napajati iz auto punjača ili iz domaćeg ispravljača koji se može izraditi s odgovarajućim transformatorom i nekoliko poluvodičkih dioda.
Kao radni fluid mora se koristiti otopina natrijevog hidroksida. Bit će to bolji elektrolit od obične vode. Kako se razina otopine smanjuje, samo trebate dodati vodu. Količina natrijevog hidroksida uvijek će biti konstantna.
Kućište i cijevi
Kao kućište za generator vodika, možete koristiti običnu litarsku staklenku s poklopcem od polietilena. U poklopcu je potrebno izbušiti rupe za promjer staklenih cijevi.
Cijevi će se koristiti za uklanjanje nastalih plinova. Duljina cijevi mora biti dovoljna da donji krajevi budu uronjeni u otopinu.
Unutar cijevi se moraju postaviti elektrode kroz koje se dovodi istosmjerna struja. Mjesta na kojima cijevi prolaze kroz poklopac moraju biti zabrtvljena bilo kojim silikonskim brtvilom.
Povlačenje vodika
Vodik će se osloboditi iz cijevi koja sadrži negativnu elektrodu. Potrebno je predvidjeti mogućnost isušivanja crijevom. Vodik se mora ukloniti kroz vodenu brtvu.
To je još jedna staklenka vode od pola litre, u čiji poklopac su montirane dvije cijevi. Jedan od njih, kroz koji se vodik dovodi iz generatora, uronjen je u vodu. Drugi vodik koji je prošao kroz vodu uklanja iz zatvarača i dovodi ga kroz crijeva ili elastične cijevi do plamenika.
Vodena brtva je neophodna kako plamen iz plamenika ne bi prošao u generator kada padne tlak vodika.
Plamenik
Plamenik se može napraviti od igle iz medicinske šprice. Njegova debljina treba biti 0,6-0,8 mm. Za držač igle možete prilagoditi odgovarajuće plastične cijevi, dijelove kemijskih olovaka, automatske olovke. Također je potrebno osigurati dovod kisika u plamenik iz generatora.
Intenzitet stvaranja vodika i kisika u generatoru ovisit će o veličini primijenjenog napona. Eksperimentiranjem s ovim parametrima moguće je postići temperaturu plamena plamenika od 2000-2500 °C.
Samostalni aparat koji izvodi zavarivanje vodikom može se uspješno koristiti za rezanje ili za spajanje zavarivanjem ili lemljenjem raznih sitnih dijelova od crnih i obojenih metala. To može biti potrebno pri popravku raznih kućanskih predmeta, autodijelova, raznih metalnih alata.
