Vantagens e desvantagens
Como resultado da combustão do hidrogênio, não são formadas substâncias nocivas, ao contrário dos casos em que o acetileno é usado para soldagem. Isso acontece porque quando o hidrogênio é queimado em um ambiente de oxigênio, forma-se água, ou melhor, vapor de água, que não contém impurezas nocivas.
A temperatura da chama da mistura hidrogênio-oxigênio pode ser ajustada na faixa de 600-2600 °C, o que permite soldar e cortar até os materiais mais refratários.
Todas as propriedades acima permitem o uso de soldagem a hidrogênio em espaços confinados, salas com pouca ventilação, em poços, túneis, porões de casas.
Vale a pena notar uma vantagem da soldagem a hidrogênio como a possibilidade de trocar o bico do queimador. O hidrogênio suporta chamas de quase qualquer configuração e tamanho.
É possível usar um jato fino de gás, dando uma chama não mais grossa que uma agulha de costura, mesmo quando se trabalha com joias feitas de metais preciosos. Uma chama fina não requer a presença de oxigênio adicional, suficientemente dissolvido no ar.
Gerador de hidrogênio doméstico
A desvantagem da soldagem a hidrogênio pode ser considerada sua dependência da disponibilidade de uma fonte de eletricidade necessária para produzir hidrogênio. O uso de cilindros de hidrogênio não é permitido devido ao perigo de seu transporte e operação.
Método do hidrogênio atômico
Um tipo de soldagem que usa hidrogênio é a soldagem de hidrogênio atômico. Seu processo é baseado no fenômeno de dissociação (decaimento) do hidrogênio molecular em átomos.
Para decair, uma molécula de hidrogênio deve receber uma quantidade significativa de energia térmica. O estado atômico do hidrogênio é tão instável que dura apenas uma fração de segundo. E depois há a redução do hidrogênio de atômico para molecular.
Durante a redução, uma grande quantidade de calor é liberada, que é usada na soldagem de hidrogênio atômico para aquecer e derreter as peças metálicas soldadas.
Na prática, todo o processo é implementado por meio de soldagem elétrica com dois eletrodos não consumíveis. Uma máquina de solda convencional pode ser usada para obter a corrente necessária para iniciar o arco. Mas o suporte ou queimador tem um design incomum.
Eletrodos e queimador
Os eletrodos com um queimador, no qual o hidrogênio é fornecido, estão localizados em ângulo um com o outro. O arco é iniciado entre esses dois eletrodos. O hidrogênio, ou uma mistura nitrogênio-hidrogênio, fornecido à zona do arco, sob a influência da alta temperatura, passa para o estado de hidrogênio atômico.
Além disso, ao retornar à sua forma molecular, o hidrogênio libera calor, criando uma temperatura que, juntamente com a temperatura do arco, pode chegar a 3600°C.
Como a dissociação ocorre com a absorção de calor (o hidrogênio tem um efeito de resfriamento), a tensão para iniciar o arco deve ser bastante alta - cerca de 250-300 V. Mais tarde, a tensão pode ser reduzida para 60-120 V e o arco pode queimar perfeitamente.
A intensidade da combustão dependerá da distância entre os eletrodos e da quantidade de hidrogênio fornecida à zona de soldagem.
Queima de arco
O arco é aceso ao curto-circuitar brevemente os eletrodos entre si ou em uma placa de grafite quando os eletrodos são soprados com gás. Após a ignição do arco, a distância até as peças a serem soldadas é mantida dentro de 5-10 mm.
Se o arco não tocar o metal que está sendo soldado, ele queimará de maneira uniforme e constante. Eles a chamam de calma. A pequenas distâncias da peça de trabalho, quando a chama do arco quase toca a peça de trabalho, é produzido um som forte e agudo. Tal arco é chamado de toque.
A tecnologia de soldagem é semelhante à tecnologia de gás convencional.
A soldagem pelo método do hidrogênio atômico foi inventada e investigada em 1925 pelo cientista americano Langmuir. No processo de pesquisa, em vez de um arco, foi utilizado o calor da combustão de um filamento de tungstênio, por onde passou o hidrogênio.
Tecnologia
A essência de um fenômeno como a soldagem sob a água é explicada pelo fato de que, quando o arco queima, é liberado um gás que forma uma bolha. Envolvendo o eletrodo e as peças a serem soldadas, o gás libera espaço para a queima do arco.
Como resultado, todo o calor liberado por ele é gasto no aquecimento e derretimento do metal, que resiste ativamente a isso, sendo constantemente resfriado pela água circundante.
Sua temperatura em alguns casos pode atingir valores negativos se a água estiver saturada com uma quantidade suficiente de sais.
O gás liberado durante a queima do arco é parcialmente um produto da combustão de metais. Parte de sua parte (hidrogênio e oxigênio) é formada durante a decomposição da água sob a influência da corrente elétrica e da alta temperatura.
As bolhas de gás tendem constantemente para cima, tendo menos peso e densidade do que a água, e uma nova porção de gás é constantemente formada na zona de soldagem.
Forma da costura
Devido ao gás flutuando no movimento caótico, bem como devido aos produtos de combustão nele contidos (fuligem, fumaça), a visibilidade na zona de soldagem é muito difícil.
Esta circunstância determina as características de design das costuras ao soldar sob a água. Eles são produzidos na forma de tês, ou seja, quando as peças a serem unidas estão localizadas uma em relação à outra em um ângulo próximo ao reto. Se as peças a serem unidas devem estar localizadas no mesmo plano, elas são soldadas não de ponta a ponta, mas sobrepostas.
Estes tipos de costuras permitem trabalhar com um eletrodo debaixo d'água mesmo na ausência de visibilidade suficiente, focando na borda das peças a serem unidas, como se fosse “pelo toque”.
Tensão e corrente
A tensão na qual a soldagem é realizada sob a água deve ser alta o suficiente para garantir uma queima estável do arco. Como regra, varia entre 30-35 V.
Para fornecer essa tensão em profundidade, são necessárias máquinas de solda que possam “fornecer” uma tensão de 80-120 V e uma corrente de solda de 180-220 A. A soldagem subaquática pode ser feita com corrente contínua e alternada, mas o melhor os resultados são obtidos usando corrente contínua.
Com o aumento da profundidade em que o trabalho de soldagem é realizado, a intensidade da queima do arco, bem como a qualidade das soldas resultantes, não muda. Só é necessário aumentar a tensão para uma combustão estável. Portanto, as possibilidades de soldagem sob a água são tecnicamente ilimitadas. O limite de profundidade é definido apenas pelas capacidades do corpo humano do soldador e pela estabilidade do equipamento para uso subaquático.
Recursos de soldagem de tubos de alta pressão.
Ao escolher o tipo de soldagem, é necessário levar em consideração tanto o material do qual os tubos são feitos quanto seu diâmetro.
A soldagem da tubulação de alta pressão é realizada por soldagem a gás ou a arco elétrico. Nesse caso, a soldagem a gás só pode ser usada se o diâmetro dos tubos da tubulação estiver na faixa de 6 a 25 mm. Para tubos maiores, a soldagem a arco deve ser usada. Com diâmetros de tubo de 25 a 100 mm, a soldagem a arco elétrico manual é usada, mas se o diâmetro do tubo exceder 100 mm, há necessidade de soldagem a arco submerso semiautomática ou automática, enquanto solda a raiz da costura em qualquer caso é feito manualmente. Deve-se também ter em mente que nos casos em que o diâmetro do tubo não excede 40 mm, como regra, é usada uma solda convencional e é feita uma ranhura em forma de V. Mas ao soldar tubos com diâmetro superior a 60 mm, os anéis de apoio são mais usados.
E outra característica do trabalho de soldagem realizado com tubos de alta pressão é que é necessário executar várias camadas de solda - o número de camadas depende do tipo de tubulação e das características do metal e pode ser de 4 a 10 peças.
Controle de juntas soldadas. Correção de defeitos em uma junta soldada
Durante a produção adicional no local de operação, instalação, reparo, reconstrução de equipamentos de pressão, um sistema de controle de qualidade para juntas soldadas deve ser usado para garantir a detecção de defeitos inaceitáveis, alta qualidade e confiabilidade de operação deste equipamento e seus elementos.
O controle de qualidade das juntas soldadas deve ser realizado da maneira prescrita pelo projeto e documentação tecnológica.
Todas as juntas soldadas estão sujeitas a inspeção visual e medições para identificar os seguintes defeitos:
a) rachaduras de todos os tipos e direções;
b) fístulas e porosidade da superfície externa da solda;
c) rebaixamentos;
d) influxos, queimaduras, crateras não fundidas;
e) desvios nas dimensões geométricas e posição relativa dos elementos soldados;
f) deslocamento e remoção de juntas das arestas dos elementos a serem soldados em excesso às normas prescritas;
g) não conformidade da forma e dimensões da costura com os requisitos da documentação tecnológica;
h) defeitos na superfície do metal base e juntas soldadas (dentes, laminações, conchas, falta de penetração, poros, inclusões, etc.).
A detecção ultra-sônica de falhas e o controle radiográfico são realizados para identificar defeitos internos nas juntas soldadas (trincas, falta de penetração, inclusões de escória, etc.).
O método de controle (ultra-sônico, radiográfico, ambos os métodos em combinação) é selecionado com base na possibilidade de fornecer a detecção mais completa e precisa de defeitos em um determinado tipo de junta soldada, levando em consideração as características das propriedades físicas do metal e este método de controle.
O escopo de controle para cada tipo específico de equipamento sob pressão é estabelecido com base nos requisitos dos manuais de segurança relevantes e é indicado na documentação tecnológica.
As juntas soldadas não devem apresentar defeitos externos ou internos (danos) que possam afetar a segurança do equipamento. Os valores mínimos das características mecânicas das juntas soldadas do equipamento não devem ser inferiores aos valores mínimos das características mecânicas dos materiais a serem unidos.
Os itens do equipamento montados em conjunto devem garantir a segurança do equipamento e ser adequados à sua finalidade. Todas as juntas permanentes ou soldadas dos elementos do equipamento devem estar disponíveis para ensaios não destrutivos.
O controle de qualidade da instalação (pré-produção) deve ser confirmado por um certificado de qualidade da instalação.
O certificado de qualidade da instalação deve ser elaborado pela organização que executou a instalação, assinado pelo responsável desta organização, bem como pelo responsável da organização - proprietário do equipamento sob pressão montado e selado.
Uma organização que mal realizou instalação (fabricação adicional), reparo, reconstrução de equipamentos sob pressão é responsável de acordo com a lei aplicável.
Defeitos inadmissíveis encontrados durante a instalação (fabricação adicional), reconstrução, reparo, teste devem ser eliminados com controle posterior das seções corrigidas.
A tecnologia de eliminação de defeitos é estabelecida pela documentação tecnológica. Desvios da tecnologia de correção de defeitos aceita devem ser acordados com seu desenvolvedor.
Os métodos e a qualidade de eliminação de defeitos devem garantir a necessária confiabilidade e segurança do equipamento.
A remoção de defeitos deve ser realizada mecanicamente, garantindo transições suaves nos locais de amostragem. As dimensões máximas e a forma das amostras a serem fabricadas são estabelecidas pela documentação tecnológica.
É permitido o uso de métodos de corte térmico (goivagem) para remover defeitos internos, seguido de processamento mecânico da superfície da amostra.
A integridade da remoção de defeitos deve ser verificada visualmente e por ensaios não destrutivos (detecção ou gravação de defeitos capilares ou de partículas magnéticas).
A amostragem de locais de defeitos detectados sem soldagem subsequente é permitida desde que a espessura de parede mínima permitida da peça seja mantida no local da profundidade máxima de amostragem e confirmada por um cálculo de resistência.
Se forem encontrados defeitos durante a inspeção da área corrigida, uma segunda correção deve ser realizada na mesma ordem da primeira.
A correção de defeitos na mesma seção da junta soldada não pode ser realizada mais de três vezes.
No caso de corte de uma junta de tubo soldada defeituosa e posterior inserção de uma seção de tubo na forma de soldagem, duas juntas soldadas recém-feitas não são consideradas corrigidas.
modo semiautomático
Devido ao fato de que uma grande quantidade de hidrogênio está presente na água durante a soldagem, a costura é porosa. Ao mesmo tempo, o aumento do resfriamento do material com água tem um efeito negativo.
A costura acaba sendo frágil, instável na flexão. Para obter um resultado satisfatório, é necessário levar em consideração uma grande margem de segurança e confiabilidade no cálculo das estruturas.
A soldagem sob a água em um ambiente de argônio não produz um efeito tangível, pois reduz apenas ligeiramente o teor de hidrogênio na costura.
Um bom resultado é obtido pelo uso de soldagem semiautomática com fio fluxado. Tem um diâmetro menor que o eletrodo.
Ao soldar com um dispositivo semiautomático, é possível organizar uma alimentação de arame mecanizada constante e contínua, que, em combinação com o uso de eletrodos não consumíveis, permitirá obter costuras uniformes de grande comprimento.
Materiais e equipamentos
Os equipamentos de potência para soldagem subaquática - transformadores, conversores - não podem diferir em nada daqueles usados para soldagem convencional. A exceção são as construções, cuja operação é prevista em grandes profundidades. Às vezes, o sistema de refrigeração desses dispositivos é alterado.
Mangueiras e cabos
Mangueiras e cabos devem ser cuidadosamente selecionados e verificados quanto à integridade. Essa necessidade se deve tanto aos requisitos de segurança elétrica quanto à tecnologia de trabalho.
A soldagem é muitas vezes realizada em água do mar, cujo teor de sal é alto. Essa água é um bom condutor de eletricidade, portanto, se os cabos não estiverem vedados, poderá vazar, o que pode afetar negativamente a qualidade do arco.
Traje
Obviamente, o equipamento de mergulho é necessário para proteger o soldador. Para trabalhar em grandes profundidades, um traje ou traje espacial pode ser feito de metal. Aqui está outro truque.
Em água salgada, o arco pode acender a uma distância decente do metal, sem sequer tocá-lo. E como a condutividade positiva pode ser estabelecida na água entre a peça a ser soldada e a roupa do soldador, pode ocorrer uma descarga com uma pequena distância entre o eletrodo e a roupa.
Eletrodos e fios
Os eletrodos para soldagem subaquática merecem atenção especial. Eles devem ser feitos de um material que não seja exposto à água. A soldagem sob a água é realizada com eletrodos de aço macio.
O revestimento é revestido com compostos especiais que evitam sua destruição por muito tempo, criando uma camada impermeável na superfície.
Parafina, cera, celulóide dissolvidos em acetona podem ser usados como tais composições. O diâmetro dos eletrodos para soldagem subaquática é de 4-6 milímetros. Existem marcas especiais - Sv-08, Sv-08A, Sv-08GA, Sv-08G2.
Ao soldar com um dispositivo semiautomático, é usado o fio de solda das seguintes marcas - SV-08G2S, PPS-AN1.
Condições de trabalho difíceis exigem uma organização adequada do local de trabalho e o cumprimento de todas as medidas de segurança.O local de trabalho deve ser escolhido de forma que as ondas e correntes não interfiram no soldador.
Não deve haver objetos soltos flutuando perto do local de trabalho. Os eletrodos só devem ser trocados quando a energia estiver desligada.
O cumprimento de todas as regras e tecnologia de soldagem subaquática permitirá obter excelentes resultados ao instalar e reparar estruturas hidráulicas, navios e instalar equipamentos subaquáticos.
Processamento de uma costura soldada ao conectar tubos de alta pressão.
Ao soldar tubos de paredes espessas que compõem uma tubulação de alta pressão, o metal é exposto a alta temperatura, o que leva a mudanças em sua estrutura no local da própria solda e a uma distância de cerca de 1-2 centímetros ( isto é, na zona aquecida). Isso leva ao fato de que as características da solda são reduzidas, o que significa que não há garantia de que ela resistirá aos efeitos adversos do ambiente que passa pela tubulação e seu ambiente. Para evitar isso, é necessário realizar um processamento especial da solda e da área localizada próxima a ela.
Na maioria das vezes, o tratamento térmico é usado para isso, cujas características dependem de qual aço os tubos são feitos e de suas dimensões exatas. Se a tubulação for fabricada sob condições de produção, são usados fornos especiais para tratamento térmico de juntas - podem ser fornos de mufla de resistência, queimadores a gás com anéis ou aquecedores de indução.
O forno mufla de resistência é utilizado para o tratamento térmico de juntas de tubos de paredes espessas com diâmetro de 30 a 320 mm. Nesse caso, a espessura exata das paredes dos tubos não importa. Em tal forno, a junção é aquecida a 900 graus.
Aquecedores de indução processam a conexão de tubos aquecendo a junção com uma corrente elétrica de frequência industrial (a 50 Hz). Esse aquecedor é usado para processar a conexão de tubos com diâmetro superior a 100 mm e espessura de parede de -10 mm. Para realizar esse tratamento térmico, a própria junta e a área do tubo localizada próxima a ela são envolvidas com uma folha de amianto, sobre a qual são colocadas várias voltas de fio de cobre trançado, cuja seção transversal deve ser pelo menos 100 milímetros quadrados. Ao enrolar o fio, é necessário garantir que as voltas estejam simultaneamente próximas umas das outras, mas não se toquem - caso contrário, pode ocorrer um curto-circuito.
Como pode ser visto acima, a conexão soldada de tubos e seu processamento subsequente são tarefas projetadas para artesãos com ampla experiência nesse tipo de trabalho.
Ao realizar a soldagem, é necessário levar em consideração todas as características de uma tubulação específica - a partir de quais tubos ela é montada e terminando com as condições sob as quais será operada. Quanto ao tratamento térmico subsequente, aqui também é necessário conhecer as nuances de tal operação e cumprir todos os requisitos tecnológicos - somente essa abordagem como resultado garantirá uma conexão de alta qualidade.
Obtendo hidrogênio
O hidrogênio pode ser obtido por eletrólise da água, mais precisamente, uma solução alcalina de hidróxido de sódio (soda cáustica, soda cáustica, são todos nomes para a mesma substância). O hidróxido é adicionado à água para acelerar a reação.
Para obter hidrogênio, basta abaixar dois eletrodos na solução e aplicar corrente contínua a eles. Durante o processo de eletrólise, o oxigênio será liberado no eletrodo positivo, o hidrogênio será liberado no negativo. A quantidade de hidrogênio liberada será duas vezes maior que a quantidade de oxigênio liberada.
Em termos químicos, a reação se parece com isso:
2H2O=2H2+O2
Resta tecnicamente separar esses dois gases e evitar que se misturem, pois o resultado é uma mistura com enorme energia potencial.Deixar o processo descontrolado é extremamente perigoso.
Para soldagem, o hidrogênio é obtido usando dispositivos especiais - eletrolisadores. Para alimentá-los, é necessária eletricidade com tensão igual ou superior a 230 V. Os eletrolisadores, dependendo do projeto, podem operar com corrente trifásica e monofásica.
Em casa
Para usar a soldagem de hidrogênio na vida cotidiana, não é necessário comprar dispositivos para produzir hidrogênio. Eles geralmente têm grande desempenho e potência. Além disso, esses geradores são volumosos e caros.
Potência e fluido de trabalho
A energia pode ser fornecida a partir de um carregador de carro ou de um retificador caseiro, que pode ser feito com um transformador adequado e alguns diodos semicondutores.
A solução de hidróxido de sódio deve ser usada como fluido de trabalho. Será um eletrólito melhor do que a água pura. À medida que o nível da solução diminui, basta adicionar água. A quantidade de hidróxido de sódio será sempre constante.
Carcaça e tubos
Como alojamento para um gerador de hidrogênio, você pode usar uma jarra de litro comum com tampa de polietileno. Na tampa, é necessário fazer furos para o diâmetro dos tubos de vidro.
Tubos serão usados para remover os gases resultantes. O comprimento dos tubos deve ser suficiente para que as extremidades inferiores fiquem imersas na solução.
Os eletrodos devem ser colocados dentro dos tubos, através dos quais é fornecida uma corrente contínua. Os locais por onde os tubos passam pela tampa devem ser vedados com qualquer selante de silicone.
Retirada de hidrogênio
O hidrogênio será liberado do tubo que contém o eletrodo negativo. É necessário prever a possibilidade de drená-lo com uma mangueira. O hidrogênio deve ser removido através de um selo de água.
É outra jarra de meio litro de água, na tampa da qual estão montados dois tubos. Um deles, através do qual o hidrogênio é fornecido pelo gerador, é imerso em água. O segundo retira o hidrogênio que passou pela água do obturador e o entrega através de mangueiras ou tubos elásticos ao queimador.
Uma vedação de água é necessária para que a chama do queimador não passe para o gerador quando a pressão do hidrogênio cair.
Queimador
O queimador pode ser feito de uma agulha de uma seringa médica. Sua espessura deve ser de 0,6 a 0,8 mm. Para o porta-agulhas, você pode adaptar tubos de plástico adequados, partes de canetas esferográficas, lápis automáticos. Também é necessário fornecer oxigênio ao queimador do gerador.
A intensidade da formação de hidrogênio e oxigênio no gerador dependerá da magnitude da tensão aplicada. Experimentando esses parâmetros, é possível atingir uma temperatura de chama do queimador de 2000-2500 °C.
Um aparelho de fabricação própria que realiza soldagem a hidrogênio pode ser usado com sucesso para cortar ou unir por soldagem ou soldagem de várias peças pequenas feitas de metais ferrosos e não ferrosos. Isso pode ser necessário ao reparar vários utensílios domésticos, peças de automóveis, várias ferramentas de metal.
