Vantaggi e svantaggi
Come risultato della combustione dell'idrogeno, non si formano sostanze nocive, a differenza dei casi in cui si utilizza l'acetilene per la saldatura. Questo accade perché quando l'idrogeno viene bruciato in un ambiente di ossigeno, si forma acqua, o meglio vapore acqueo, che non contiene impurità nocive.
La temperatura di fiamma della miscela idrogeno-ossigeno può essere regolata nell'intervallo 600-2600 °C, il che consente di saldare e tagliare anche i materiali più refrattari.
Tutte le proprietà di cui sopra consentono di utilizzare la saldatura a idrogeno in spazi ristretti, ambienti con scarsa ventilazione, in pozzi, gallerie, scantinati di case.
Vale la pena notare un tale vantaggio della saldatura a idrogeno come la possibilità di cambiare l'ugello del bruciatore. L'idrogeno supporta fiamme di quasi tutte le configurazioni e dimensioni.
È possibile utilizzare un sottile getto di gas, dando una fiamma non più spessa di un ago da cucito, anche quando si lavora con gioielli in metalli preziosi. Una fiamma sottile non richiede la presenza di ossigeno aggiuntivo, sufficientemente disciolto nell'aria.
Generatore di idrogeno domestico
Lo svantaggio della saldatura a idrogeno può essere considerato la sua dipendenza dalla disponibilità di una fonte di elettricità necessaria per produrre idrogeno. L'uso di bombole di idrogeno non è consentito a causa del pericolo del loro trasporto e funzionamento.
Metodo dell'idrogeno atomico
Un tipo di saldatura che utilizza l'idrogeno è la saldatura a idrogeno atomico. Il suo processo si basa sul fenomeno della dissociazione (decadimento) dell'idrogeno molecolare in atomi.
Per decadere, una molecola di idrogeno deve ricevere una quantità significativa di energia termica. Lo stato atomico dell'idrogeno è così instabile che dura solo una frazione di secondo. E poi c'è la riduzione dell'idrogeno da atomico a molecolare.
Durante la riduzione, viene rilasciata una grande quantità di calore, che viene utilizzato nella saldatura a idrogeno atomico per riscaldare e fondere le parti metalliche saldate.
In pratica tutto il processo viene attuato mediante saldatura elettrica con due elettrodi non consumabili. Una saldatrice convenzionale può essere utilizzata per ottenere la corrente necessaria per avviare l'arco. Ma il supporto o il bruciatore ha un design insolito.
Elettrodi e bruciatore
Gli elettrodi con un bruciatore, in cui viene fornito idrogeno, si trovano ad angolo l'uno rispetto all'altro. L'arco viene avviato tra questi due elettrodi. L'idrogeno, o una miscela azoto-idrogeno, fornita alla zona dell'arco, sotto l'influenza dell'alta temperatura, passa nello stato di idrogeno atomico.
Inoltre, tornando alla sua forma molecolare, l'idrogeno emette calore, creando una temperatura che, insieme alla temperatura dell'arco, può raggiungere i 3600 °C.
Poiché la dissociazione avviene con l'assorbimento di calore (l'idrogeno ha un effetto di raffreddamento), la tensione per avviare l'arco deve essere piuttosto alta - circa 250-300 V. Successivamente, la tensione può essere ridotta a 60-120 V e l'arco può brucia perfettamente.
L'intensità della combustione dipenderà dalla distanza tra gli elettrodi e dalla quantità di idrogeno fornita alla zona di saldatura.
Bruciare l'arco
L'arco si accende cortocircuitando brevemente gli elettrodi tra loro o su una piastra di grafite quando gli elettrodi vengono soffiati con il gas. Dopo l'accensione dell'arco, la distanza dalle parti da saldare viene mantenuta entro 5-10 mm.
Se l'arco non tocca il metallo da saldare, brucia in modo uniforme e costante. La chiamano calma. A piccole distanze dal pezzo, quando la fiamma dell'arco quasi tocca il pezzo, viene prodotto un forte suono acuto. Un tale arco è chiamato squillo.
La tecnologia di saldatura è simile alla tecnologia a gas convenzionale.
La saldatura con il metodo dell'idrogeno atomico è stata inventata e studiata nel 1925 dallo scienziato americano Langmuir. Nel processo di ricerca, invece di un arco, è stato utilizzato il calore della combustione di un filamento di tungsteno, attraverso il quale è stato fatto passare l'idrogeno.
Tecnologia
L'essenza di un fenomeno come la saldatura sott'acqua è spiegata dal fatto che quando l'arco brucia, viene rilasciato un gas che forma una bolla. Avvolgendo l'elettrodo e le parti da saldare, il gas libera spazio per la combustione dell'arco.
Di conseguenza, tutto il calore da esso rilasciato viene speso per riscaldare e fondere il metallo, che resiste attivamente a questo, essendo costantemente raffreddato dall'acqua circostante.
La sua temperatura in alcuni casi può raggiungere valori negativi se l'acqua è satura di una quantità sufficiente di sali.
Il gas rilasciato durante la combustione dell'arco è in parte un prodotto della combustione dei metalli. Una parte della sua quota (idrogeno e ossigeno) si forma durante la decomposizione dell'acqua sotto l'influenza della corrente elettrica e dell'alta temperatura.
Le bolle di gas tendono costantemente verso l'alto, avendo meno peso e densità dell'acqua, e una nuova porzione di gas si forma costantemente nella zona di saldatura.
Forma della cucitura
A causa del gas che fluttua nel movimento caotico, nonché dei prodotti della combustione in esso contenuti (fuliggine, fumo), la visibilità nella zona di saldatura è molto difficile.
Questa circostanza determina le caratteristiche del design delle cuciture durante la saldatura sott'acqua. Sono prodotti sotto forma di tauri, cioè quando le parti da unire si trovano l'una rispetto all'altra ad un angolo vicino a quello retto. Se le parti da unire devono trovarsi sullo stesso piano, vengono saldate non end-to-end, ma sovrapposte.
Questi tipi di cuciture consentono di lavorare con un elettrodo sott'acqua anche in assenza di visibilità sufficiente, concentrandosi sul bordo delle parti da unire, come se fosse “al tatto”.
Tensione e corrente
La tensione alla quale la saldatura viene eseguita sott'acqua deve essere sufficientemente alta da garantire una combustione stabile dell'arco. Di norma, varia tra 30-35 V.
Per fornire una tale tensione in profondità, sono necessarie saldatrici in grado di "emettere" una tensione di 80-120 V e una corrente di saldatura di 180-220 A. La saldatura subacquea può essere eseguita sia con corrente continua che alternata, ma la migliore i risultati sono ottenuti utilizzando la corrente continua.
Con un aumento della profondità alla quale vengono eseguiti i lavori di saldatura, l'intensità della combustione dell'arco, così come la qualità delle saldature risultanti, non cambia. È solo necessario aumentare la tensione per una combustione stabile. Pertanto, le possibilità di saldatura sott'acqua sono tecnicamente illimitate. Il limite di profondità è fissato solo dalle capacità del corpo umano del saldatore e dalla stabilità dell'attrezzatura per l'uso subacqueo.
Caratteristiche di saldatura di tubi ad alta pressione.
Quando si sceglie il tipo di saldatura, è necessario tenere conto sia del materiale con cui sono realizzati i tubi che del loro diametro.
La saldatura della tubazione ad alta pressione viene eseguita mediante saldatura ad arco elettrico o a gas. In questo caso, la saldatura a gas può essere utilizzata solo se il diametro dei tubi della tubazione è compreso tra 6 e 25 mm. Per tubi con diametri maggiori si consiglia di utilizzare la saldatura ad arco elettrico. Con diametri dei tubi da 25 a 100 mm viene utilizzata la saldatura ad arco elettrico manuale, ma se il diametro del tubo supera i 100 mm, è necessaria la saldatura ad arco sommerso semiautomatica o automatica, saldando comunque la radice della cucitura è fatto manualmente. Va inoltre tenuto presente che nei casi in cui il diametro dei tubi non supera i 40 mm, di norma viene utilizzata una saldatura convenzionale e viene realizzata una scanalatura a V. Ma quando si saldano tubi con un diametro superiore a 60 mm, vengono spesso utilizzati anelli di supporto.
E un'altra caratteristica dei lavori di saldatura eseguiti con tubi ad alta pressione è che è necessario eseguire più strati di saldatura: il numero di strati dipende dal tipo di tubazione e dalle caratteristiche del metallo e può variare da 4 a 10 pezzi.
Controllo dei giunti saldati. Correzione dei difetti in un giunto saldato
Durante la produzione aggiuntiva sul luogo di lavoro, l'installazione, la riparazione, la ricostruzione delle attrezzature a pressione, è necessario utilizzare un sistema di controllo della qualità per i giunti saldati per garantire il rilevamento di difetti inaccettabili, l'alta qualità e l'affidabilità del funzionamento di questa attrezzatura e dei suoi elementi.
Il controllo di qualità dei giunti saldati deve essere effettuato secondo le modalità prescritte dalla progettazione e dalla documentazione di processo.
Tutti i giunti saldati sono soggetti ad ispezione visiva e misurazioni al fine di identificare i seguenti difetti:
a) crepe di ogni tipo e direzione;
b) fistole e porosità della superficie esterna della saldatura;
c) sottosquadri;
d) afflussi, ustioni, crateri non sciolti;
e) deviazioni nelle dimensioni geometriche e nella posizione relativa degli elementi saldati;
f) spostamento e rimozione dei giunti dei bordi degli elementi da saldare in eccesso rispetto alle norme prescritte;
g) non conformità della forma e delle dimensioni della cucitura ai requisiti della documentazione tecnologica;
h) difetti sulla superficie del metallo di base e giunti saldati (ammaccature, delaminazioni, gusci, mancanza di penetrazione, pori, inclusioni, ecc.).
Il rilevamento dei difetti ad ultrasuoni e il controllo radiografico vengono eseguiti al fine di identificare i difetti interni nei giunti saldati (crepe, mancanza di penetrazione, inclusioni di scorie, ecc.).
Il metodo di controllo (ultrasuoni, radiografici, entrambi i metodi in combinazione) è selezionato in base alla possibilità di fornire il rilevamento più completo e accurato dei difetti in un particolare tipo di giunti saldati, tenendo conto delle caratteristiche delle proprietà fisiche del metallo e questo metodo di controllo.
L'ambito di controllo per ogni specifico tipo di attrezzatura a pressione è stabilito sulla base dei requisiti dei relativi manuali di sicurezza ed è indicato nella documentazione tecnologica.
I giunti saldati non devono presentare difetti esterni o interni (danni) che possano pregiudicare la sicurezza dell'apparecchiatura. I valori minimi delle caratteristiche meccaniche dei giunti saldati delle apparecchiature non devono essere inferiori ai valori minimi delle caratteristiche meccaniche dei materiali da unire.
Gli elementi dell'attrezzatura assemblati insieme devono garantire la sicurezza dell'attrezzatura ed essere idonei allo scopo. Tutti i giunti permanenti o saldati degli elementi dell'apparecchiatura devono essere disponibili per prove non distruttive.
Il controllo della qualità dell'installazione (pre-produzione) deve essere confermato da un certificato di qualità dell'installazione.
Il certificato di qualità dell'installazione deve essere redatto dall'organizzazione che ha eseguito l'installazione, firmato dal capo di questa organizzazione, nonché dal capo dell'organizzazione, il proprietario dell'attrezzatura a pressione montata e sigillato.
Un'organizzazione che esegue in modo inadeguato l'installazione (produzione aggiuntiva), la riparazione, la ricostruzione delle attrezzature a pressione è responsabile in conformità con la legge applicabile.
I difetti inammissibili riscontrati durante l'installazione (produzione aggiuntiva), la ricostruzione, la riparazione, il collaudo devono essere eliminati con successivo controllo delle sezioni corrette.
La tecnologia per eliminare i difetti è stabilita dalla documentazione tecnologica. Le deviazioni dalla tecnologia di correzione dei difetti accettata devono essere concordate con il suo sviluppatore.
I metodi e la qualità dell'eliminazione dei difetti devono garantire la necessaria affidabilità e sicurezza dell'apparecchiatura.
La rimozione dei difetti deve essere eseguita meccanicamente, garantendo transizioni fluide nei punti di campionamento. Le dimensioni massime e la forma dei campioni da preparare sono stabilite dalla documentazione tecnologica.
È consentito utilizzare metodi di taglio termico (scriccatura) per rimuovere i difetti interni, seguiti da un'elaborazione meccanica della superficie del campione.
La completezza della rimozione del difetto deve essere verificata visivamente e mediante controlli non distruttivi (rilevamento o incisione dei difetti di particelle capillari o magnetiche).
È consentito il campionamento dei punti rilevati dei difetti senza successiva saldatura, a condizione che lo spessore minimo consentito della parete della parte sia mantenuto al posto della profondità di campionamento massima e confermato da un calcolo della resistenza.
Se vengono rilevati difetti durante l'ispezione dell'area corretta, è necessario eseguire una seconda correzione nello stesso ordine della prima.
La correzione dei difetti nella stessa sezione del giunto saldato può essere eseguita non più di tre volte.
In caso di taglio di un giunto di tubo saldato difettoso e successivo inserimento di un tratto di tubo sotto forma di saldatura, due giunti saldati di nuova realizzazione non sono considerati corretti.
modo semiautomatico
A causa del fatto che una grande quantità di idrogeno è presente nell'acqua durante la saldatura, la giuntura è porosa. Allo stesso tempo, un maggiore raffreddamento del materiale con acqua ha un effetto negativo.
La cucitura risulta fragile, instabile nella flessione. Per ottenere un risultato soddisfacente, è necessario tenere conto di un ampio margine di sicurezza e affidabilità nel calcolo delle strutture.
La saldatura sott'acqua in un ambiente argon non dà un effetto tangibile, poiché riduce solo leggermente il contenuto di idrogeno nella giuntura.
Un buon risultato si ottiene con l'utilizzo della saldatura semiautomatica con filo animato. Ha un diametro più piccolo dell'elettrodo.
Quando si salda con un dispositivo semiautomatico, è possibile organizzare un'alimentazione del filo meccanizzata costante e continua, che, in combinazione con l'uso di elettrodi non consumabili, consentirà di ottenere cuciture uniformi di grande lunghezza.
Materiali e attrezzature
Le apparecchiature di potenza per la saldatura subacquea - trasformatori, convertitori - non possono differire in alcun modo da quelle utilizzate per la saldatura convenzionale. L'eccezione sono le costruzioni, il cui lavoro è previsto a grande profondità. A volte il sistema di raffreddamento di tali dispositivi viene modificato.
Tubi e cavi
I tubi flessibili e i cavi devono essere accuratamente selezionati e verificati per l'integrità. Questa esigenza è dovuta sia ai requisiti di sicurezza elettrica che alla tecnologia del lavoro.
La saldatura viene molto spesso eseguita in acqua di mare, il cui contenuto di sale è elevato. Tale acqua è un buon conduttore di elettricità, quindi, se i cavi non sono sigillati, potrebbe fuoriuscire, il che può avere un effetto negativo sulla qualità dell'arco.
completo da uomo
Ovviamente, l'attrezzatura subacquea è necessaria per proteggere il saldatore. Per lavorare a grandi profondità, una tuta o una tuta spaziale possono essere realizzate in metallo. Qui sta un altro trucco.
In acqua salata, l'arco può accendersi a una discreta distanza dal metallo, senza nemmeno toccarlo. E poiché si può stabilire una conduttività positiva nell'acqua tra la parte da saldare e la tuta del saldatore, può verificarsi una scarica con una piccola distanza tra l'elettrodo e la tuta.
Elettrodi e filo
Particolare attenzione meritano gli elettrodi per saldatura subacquea. Devono essere realizzati con un materiale non esposto all'acqua. La saldatura sott'acqua viene eseguita con elettrodi in acciaio dolce.
Il rivestimento è rivestito con composti speciali che ne impediscono a lungo la distruzione, creando uno strato impermeabile sulla superficie.
Come tali composizioni possono essere usate paraffina, cera, celluloide disciolta in acetone. Il diametro degli elettrodi per la saldatura subacquea è di 4-6 millimetri. Ci sono marchi speciali: Sv-08, Sv-08A, Sv-08GA, Sv-08G2.
Quando si salda con un dispositivo semiautomatico, viene utilizzato il filo di saldatura dei seguenti marchi: SV-08G2S, PPS-AN1.
Condizioni di lavoro difficili richiedono una corretta organizzazione del luogo di lavoro e il rispetto di tutte le misure di sicurezza.Il luogo di lavoro deve essere scelto in modo tale che onde e correnti non interferiscano con il saldatore.
Non ci dovrebbero essere oggetti sciolti galleggianti vicino al luogo di lavoro. Gli elettrodi devono essere sostituiti solo quando l'alimentazione è spenta.
Il rispetto di tutte le regole e la tecnologia della saldatura subacquea ti consentirà di ottenere risultati eccellenti durante l'installazione e la riparazione di strutture idrauliche, navi e l'installazione di apparecchiature subacquee.
Elaborazione di un cordone saldato al collegamento di tubi ad alta pressione.
Quando si saldano tubi a pareti spesse che costituiscono una tubazione ad alta pressione, il metallo è esposto a temperature elevate, il che porta a cambiamenti nella sua struttura nel sito della saldatura stessa e ad una distanza di circa 1-2 centimetri da essa ( cioè nella zona riscaldata) . Ciò porta al fatto che le caratteristiche della saldatura sono ridotte, il che significa che non vi è alcuna garanzia che resista agli effetti negativi dell'ambiente che passa attraverso la tubazione e il suo ambiente. Per evitare ciò, è necessario eseguire lavorazioni speciali della saldatura e dell'area situata vicino ad essa.
Molto spesso per questo viene utilizzato il trattamento termico, le cui caratteristiche dipendono dall'acciaio di cui sono fatti i tubi e dalle loro dimensioni esatte. Se la tubazione viene prodotta in condizioni di produzione, vengono utilizzati forni speciali per il trattamento termico dei giunti: possono essere forni a muffola a resistenza, bruciatori a gas con anelli o riscaldatori a induzione.
Il forno a muffola di resistenza viene utilizzato per il trattamento termico di giunti di tubi a pareti spesse con un diametro da 30 a 320 mm. In questo caso, lo spessore esatto delle pareti dei tubi non ha importanza. In una tale fornace, la giunzione viene riscaldata a 900 gradi.
I riscaldatori a induzione elaborano il collegamento dei tubi riscaldando la giunzione con una corrente elettrica di frequenza industriale (a 50 Hz). Tale riscaldatore viene utilizzato per elaborare il collegamento di tubi con un diametro superiore a 100 mm e uno spessore della parete di -10 mm. Per eseguire un tale trattamento termico, il giunto stesso e l'area del tubo situata accanto ad esso sono avvolti con un foglio di amianto, sopra il quale sono posate diverse spire di filo di rame intrecciato, la cui sezione trasversale dovrebbe essere almeno 100 mmq. Quando si avvolge il filo, è necessario assicurarsi che le spire siano contemporaneamente abbastanza vicine l'una all'altra, ma non si tocchino, altrimenti potrebbe verificarsi un cortocircuito.
Come si può vedere da quanto sopra, il collegamento saldato dei tubi e la sua successiva lavorazione sono compiti progettati per artigiani con una vasta esperienza in tali lavori.
Quando si esegue la saldatura, è necessario tenere conto di tutte le caratteristiche di una particolare tubazione, da cui è montata la tubazione e termina con le condizioni in cui verrà utilizzata. Per quanto riguarda il successivo trattamento termico, anche qui è necessario conoscere le sfumature di tale operazione e soddisfare tutti i requisiti tecnologici: solo un tale approccio garantirà una connessione di alta qualità.
Ottenere idrogeno
L'idrogeno può essere ottenuto per elettrolisi dell'acqua, più precisamente una soluzione alcalina di idrossido di sodio (soda caustica, soda caustica, questi sono tutti nomi della stessa sostanza). L'idrossido viene aggiunto all'acqua per accelerare la reazione.
Per ottenere l'idrogeno, è sufficiente abbassare due elettrodi nella soluzione e applicare loro corrente continua. Durante il processo di elettrolisi, l'ossigeno verrà rilasciato all'elettrodo positivo, l'idrogeno verrà rilasciato al negativo. La quantità di idrogeno rilasciata sarà il doppio della quantità di ossigeno rilasciata.
In termini chimici, la reazione si presenta così:
2H2O=2H2+O2
Resta tecnicamente da separare questi due gas ed evitare che si mescolino, poiché il risultato è una miscela con un'enorme energia potenziale.Lasciare il processo incontrollato è estremamente pericoloso.
Per la saldatura, l'idrogeno si ottiene utilizzando dispositivi speciali: elettrolizzatori. Per alimentarli è necessaria elettricità con una tensione di 230 V o più. Gli elettrolizzatori, a seconda del modello, possono funzionare con corrente trifase e con corrente monofase.
A casa
Per utilizzare la saldatura a idrogeno nella vita di tutti i giorni, non è necessario acquistare dispositivi per la produzione di idrogeno. Di solito hanno grandi prestazioni e potenza. Inoltre, tali generatori sono ingombranti e costosi.
Potenza e fluido di lavoro
L'alimentazione può essere fornita da un caricabatteria per auto o da un raddrizzatore fatto in casa, che può essere realizzato con un apposito trasformatore e alcuni diodi a semiconduttore.
La soluzione di idrossido di sodio deve essere utilizzata come fluido di lavoro. Sarà un elettrolita migliore dell'acqua normale. Man mano che il livello della soluzione diminuisce, è sufficiente aggiungere acqua. La quantità di idrossido di sodio sarà sempre costante.
Alloggiamento e tubi
Come alloggiamento per un generatore di idrogeno, puoi utilizzare un normale barattolo da un litro con un coperchio in polietilene. Nel coperchio è necessario praticare dei fori per il diametro dei tubi di vetro.
I tubi verranno utilizzati per rimuovere i gas risultanti. La lunghezza dei tubi deve essere sufficiente in modo che le estremità inferiori siano immerse nella soluzione.
Gli elettrodi devono essere posti all'interno dei tubi, attraverso i quali viene fornita corrente continua. I punti in cui i tubi passano attraverso il coperchio devono essere sigillati con qualsiasi sigillante siliconico.
Ritiro di idrogeno
L'idrogeno verrà rilasciato dal tubo contenente l'elettrodo negativo. È necessario prevedere la possibilità di drenarlo con un tubo. L'idrogeno deve essere rimosso attraverso un sigillo d'acqua.
È un altro barattolo d'acqua da mezzo litro, nel cui coperchio sono montati due tubi. Uno di questi, attraverso il quale l'idrogeno viene fornito dal generatore, è immerso nell'acqua. Il secondo preleva l'idrogeno che è passato attraverso l'acqua dalla serranda e lo consegna tramite tubi o tubi elastici al bruciatore.
È necessario un sigillo d'acqua in modo che la fiamma del bruciatore non passi nel generatore quando la pressione dell'idrogeno diminuisce.
Bruciatore
Il bruciatore può essere ricavato da un ago di una siringa medica. Il suo spessore dovrebbe essere 0,6-0,8 mm. Per il supporto dell'ago è possibile adattare tubi di plastica adatti, parti di penne a sfera, matite automatiche. È inoltre necessario fornire ossigeno al bruciatore dal generatore.
L'intensità della formazione di idrogeno e ossigeno nel generatore dipenderà dall'entità della tensione applicata. Sperimentando questi parametri è possibile raggiungere una temperatura di fiamma del bruciatore di 2000-2500 °C.
Un apparato autocostruito che esegue la saldatura a idrogeno può essere utilizzato con successo per il taglio o per unire mediante saldatura o saldatura di varie piccole parti in metallo ferroso e non ferroso. Ciò potrebbe essere necessario durante la riparazione di vari articoli per la casa, parti di automobili, vari strumenti di metallo.
