Водородный сварочный аппарат своими руками
Аппарат для газовой резки и сварки различных материалов, включая тугоплавкие металлы, ни одному хозяйству, думается, не помешает. Тем более компактный и абсолютно безопасный в обращении. Но где такой достать? Да и не по карману многим его приобретение.
А вот у сторонников малой механизации - любителей создавать всё своими руками такой аппарат наверняка имеется. Возможно, даже самодельный, выполненный по эскизам и с учётом рекомендаций, которые были опубликованы на страницах «Моделиста-конструктора» (№7 за 1980 г. и № 10 за 1985 г.).
О том, как смастерить усовершенствованный вариант малогабаритного, но достаточно мощного аппарата для газовой резки и сварки, работающего по принципу получения водородно-кислородной горючей смеси с помощью электролиза водного раствора щёлочи, рассказывает очередная публикация журнала.
Первая «водогорелка», способная резать и сваривать даже тугоплавкие металлы, у меня с 1985 года. Изготовил её (а сейчас наладил мелкосерийный выпуск аналогов для продажи) по материалам журнала «Моделист-конструктор». Теперь выношу на суд читателей свою последнюю разработку, в основе которой хотя и усовершенствованный (большее число рабочих пластин, модифицированные боковые платы и надёжный штуцер для выхода горючей газовой смеси), но действующий по тому же принципу электролизер.
Тем, кто впервые сталкивается с подобным устройством, нелишне, думается, в самых общих чертах пояснить (а остальным напомнить), в чем суть такого рода конструкций. А она достаточно проста.
Рис.1. Аппарат для резки и сварки, работающий на продуктах электролиза слабого щелочного раствора:
а - блок-схема, б - готовая самодельная конструкция; ё - блок питания выпрямленным напряжением электросети, 2 - электролизер, 3 - затвор жидкостный, 4 - горелка газовая, 5 - амперметр, 6 - ручка включения аппарата, 7 - ручка смены режима работы (скачкообразное изменение отдаваемой в нагрузку мощности), 8 - ручка управления потенциометрами, 9 - скоба хранения электрошнура в свёрнутом состоянии, 10 - корпус переносной деревянный, 11 - штепсельная вилка.
Рис.2. Электролизер («восьмидесятиячеистый» вариант):
1 - плата боковая (фанера, s12, 2 шт.), 2 щека прозрачная (оргстекло, s4, 2 шт.), 3 - пластина-электрод (жесть, s0,5; 81 шт.), 4 - кольцо разделительное герметизирующее (5-мм резина кислото- и щёлочеупорная, 82 шт.), 5 - втулка-изолятор (кембриковая трубка 6,2x1, L35, 12 шт.), 6 - шпилька М6 (4 шт.), 7 - гайка М6 со стопорной шайбой (8 шт.), 8 - трубка вывода горючей газовой смеси, 9 - раствор слабощелочной (2/3 внутреннего объёма электролизера), 10 - вывод контактный (медь рафинированная, 2 шт.), 11 - штуцер («нержавейка»), 12 - гайка накидная M10, 13 - шайба штуцера («нержавейка»), 14 - манжета (резина кислото- и щёлочеупорная), 15 - горловина заливная («нержавейка»), 16 - гайка накидная Ml8, 17 - шайба заливной горловины («нержавейка»), 18 - шайба герметизирующая (резина кислото- и щелочеупорная), 19 - крышка заливной горловины («нержавейка»), 20 - прокладка герметизирующая (резина кислото- и щёлочеупорная).
Между боковыми платами, соединёнными четырьмя шпильками, размещены металлические пластины-электроды, разделённые резиновыми кольцами. Внутренняя ячеистая полость такой батареи на 1/2. 3/4 объёма заполнена слабым водным раствором щёлочи (КОН или NaOH).
Приложенное к пластинам напряжение от источника постоянного тока вызывает разложение (электролиз) раствора, сопровождающееся обильным выделением водорода и кислорода. Эта смесь газов, пройдя через специальный жидкостный затвор (рис. 1а), поступает далее на горелку и, сгорая, позволяет получить столь необходимую для многих технологических процессов (например, резки и сварки металлов) высокую температуру - около 1800° С.
Производительность электролизера зависит от концентрации щёлочи в растворе и прочих факторов. А самое главное - от размеров и количества пластин-электродов, расстояния между ними, что, в свою очередь, определяется параметрами блока электропитания - мощностью и напряжением (из расчёта 2. 3 В на гальванический промежуток между двумя расположенными рядом друг с другом пластинами).
Предлагаемые мною конструкции источника постоянного тока доступны для изготовления в условиях «домашней мастерской» и начинающему самодельщику. Они способны обеспечить надёжную работу даже «восьмидесятиячеистого» (пластин-электродов у такого - 81 шт.) электролизера, а тем более - «тридцатиячеистого».
Вариант, принципиальная электрическая схема которого изображена на рис. 4, позволяет к тому же легко осуществлять регулировку мощности для оптимального согласования с нагрузкой: на первой ступени - 0. 1,7 кВт, на второй (при включении SA1) - 1,7. 3,4 кВт.
И пластины для электролизера предлагаются соответствующие - 150x150 мм. Изготавливаются они из кровельного железа толщиной 0,5 мм. Помимо газоотводного 12-мм отверстия в каждой пластине сверлится еще по четыре установочных (диаметром 2,5 мм), в которые при сборке продеваются вязальные или велосипедные спицы.
Последние нужны для лучшего центрирования пластин и прокладок, а потому на окончательном этапе сборки из конструкции убираются.
Вообще-то пришлось немало поломать голову, прежде чем «водогорелка» стала удобной и надёжной, как лампа Эдисона: включил - заработала, выключил - работать перестала. Особенно хлопотным делом оказалась модернизация не самого электролизера, а подсоединяемого к нему на выходе жидкостного затвора. Но стоило отказаться от ставшего было шаблонным применения воды в качестве заслона от распространения пламени внутрь газообразующей батареи (по соединительной трубке) и обратиться к использованию. керосина, как все тут же пошло на лад.
Почему выбран именно керосин? Во-первых, потому, что в отличие от воды эта жидкость в присутствии щелочи не вспенивается. Во-вторых, как показала практика, при случайном попадании капель керосина в пламя горелки последнее не гаснет - наблюдается лишь небольшая вспышка.
Наконец, в- третьих: будучи удобным «разделителем», керосин, находясь в затворе, оказывается безопасным в пожарном отношении.
Рис.3. Керосиновый затвор и принцип его действия (а - при работающем электролизере, б - в момент отключения аппарата): 1 - баллон (2 шт.), 2 - пробка (2 шт.), 3 - штуцер вводный, 4 - штуцер выводной, 5 - керосин, 6 - переходник (стальная труба).
По окончании работы, во время перерыва и т.п. горелка, естественно, гасится. В электролизере образуется вакуум, и керосин перетекает из правого бачка в левый (рис. 3).
Потом - барбатация воздуха, после чего горелку можно хранить сколько угодно: в любой момент она готова к использованию. При её включении газ давит на керосин, который вновь перетекает в правый бачок. Затем начинается барбатация газа.
Соединительные трубки в аппарате - полихлорвиниловые. Лишь к самой горелке ведёт тонкий резиновый шланг. Так что после отключения питания достаточно эту «резину» перегнуть руками - и пламя, выдав напоследок легкий хлопок, потухнет.
Рис.4. Принципиальная электрическая схема блока электропитания.
И еще одна тонкость. Хотя блок питания (см. рис. 4) и способен обеспечить электроэнергией 3,4-киловаттную нагрузку, пользоваться столь большой мощностью в любительской практике случается очень редко.
И чтобы «не гонять электронику» чуть ли не вхолостую (в однополупериодном режиме выпрямления, когда на выходе 0. 1,7 кВт), нелишне иметь в распоряжении и другой источник питания электролизера - поменьше и попроще (рис. 5). По сути, это - двухполупериодный, известный многим самодельщикам регулируемый выпрямитель.
Причём со связанными друг с другом (механически) «движками» 470-омных потенциометров. Конструктивно такую связь можно осуществить либо при помощи простейшей зубчатой передачи с двумя текстолитовыми шестернями, либо воспользоваться более сложным устройством типа верньера (в бытовом радиоприёмнике).
Рис.5. Вариант блока питания с использованием в схеме тиристоров и самодельного трансформатора.
Трансформатор в блоке питания самодельный. В качестве магнитопровода применён набор Ш16x32 из трансформаторной стали. Обмотки содержат: первичная - 2000 витков ПЭЛ-0,1; вторичная - 2x220 витков ПЭЛ-0,3.
Практика показывает: рассмотренный самодельный аппарат для газовой резки и сварки даже при самой напряжённой эксплуатации способен исправно служить весьма продолжительное время. Правда, раз в 10 лет требуется проводить основательное техобслуживание, в основном из-за электролизера.
Пластины последнего, работая в агрессивной среде, покрываются окисью железа, которая начинает выступать в роли изолятора. Приходится пластины промывать с последующей зачисткой на наждачном круге. Более того, заменять четыре из них (у отрицательного полюса), разъеденных кислотными остатками, собирающимися вблизи «минуса».
Поэтому рекомендуется в электролизер заливать только дистиллированную воду, а щелочной раствор использовать наименее загрязнённый солями (недопустимо присутствие следов химических соединений серной и соляной кислот).
Применение так называемых сливных отверстий (кроме заливного и газоотводного) также вряд ли можно считать оправданным, что и было учтено при разработке аппарата. Столь же необязательным является и ввод в схему аппарата бидонов для сбора накапливающейся сверхагрессивной щёлочи.
К тому же эксплуатация «безбидонной» конструкции показывает, что этой «вредоносной жидкости» способно собраться за 10-летний период на дне керосинового затвора не более полстакана. Скопившуюся щёлочь удаляют (например, при техобслуживании), а в затвор заливают очередную порцию чистого керосина.
Преимущества водородной сварки в сравнении с другими видами газопламенной обработки
Виды сварки
Водородная сварка представляет собой разновидность газопламенной обработки. Ее отличительной особенностью является горение пламени в атмосфере водорода. На сегодняшний день среди всех видов газопламенных обработок наибольшей популярностью пользуется именно такой метод.
Он обладает высокой эффективностью и служит отличной альтернативой ацетиленовой сварке. Кроме того, изготовить водородный сварочный аппарат можно своими руками в домашних условиях, что делает его еще более интересным.
Преимущества водородной сварки
Водородная сварка обладает рядом преимуществ по сравнению с другими аналогами. Главным ее достоинством является то, что в процессе горения сварочной горелки выделяется водяной пар, поэтому она является самой безопасной.
Кроме того, данная технология обеспечивает высокие рабочие температуры, а значит позволяет работать с более тугоплавкими металлами. Водородную сварку можно легко использовать в домашних условиях, так как изготовить сварочный аппарат своими руками может любой желающий.
Еще одним наиболее часто используемым методом является ацетиленовая сварка.
Технология сварки при помощи водорода.
В то же время водородная во многих случаях оказывается более предпочтительной благодаря своим особенностям:
- позволяет получать аккуратные плотные швы;
- возможность работы с мелкими деталями;
- высокая температура газовой горелки позволяет осуществлять не только сварку, но и резку материалов;
- водородная горелка своими руками – это посильная задача не только для мастеров, но и для новичков;
- возможность выполнения работ в замкнутом пространстве;
- водородный сварочный аппарат является малогабаритным и его удобно транспортировать.
Несмотря на многочисленные достоинства атомно-водородной сварки, она не лишена недостатков. Главные из них – это трудности работы с медными изделиями, некоторыми легированными сталями, а также с массивными материалами.
Применение метода
Газопламенная сварка осуществляется за счет горения газообразной смеси. Самой часто используемой является ацетиленовая сварка. Она основана на окислении карбида в воде.
Если необходима небольшая температура, например, для работы с мелкими деталями или тонким металлом, используется пропан. Он подается из баллона в смесительную камеру, а затем в горелку.
В эту же камеру подается кислород, поддерживающий горение газа. Регулируя давление кислорода можно достичь температуры горения до 3000 градусов, что позволяет осуществлять не только сварку, но и резку металла.
Недостатком этой технологии является необходимость использование баллона с газом. Это накладывает ограничения на применение сварки во многих сложных условиях.
Агрегат для водородной сварки.
Принцип работы водородной сварки основан на процессе разделения воды на водород и кислород. В результате последующей рекомбинации одноатомного водорода в двухатомный происходит высвобождение энергии, ускоряющей сварку.
Область сварки оказывается защищенной водородом от кислорода, что исключает окисление поверхности и обеспечивает гладкие швы.
Использовать водородные баллоны для сплава опасно. Его утечка в замкнутых помещениях может привести к удушью или головокружению. Также он является взрывоопасным.
Производство водорода, необходимого для работы сварочного аппарата, осуществляется непосредственно на месте проведения сварочных работ в электролизной камере. Это исключает указанные риски при правильном использовании оборудования и соблюдении техники безопасности.
Водородная сварка широко применяется в сложных условиях: тоннелях, шахтах, коллекторах. Использовать в таких задачах пропилен-ацетиленовые баллоны невозможно из-за высокого риска утечки смеси и ее взрыва.
Электролизное оборудование лишено этих недостатков и широко применяется в указанных областях.
Использовать водородные сварочные аппараты достаточно просто. Они не требуют частой перезарядки и быстро выходят на рабочие температуры.
Кроме того, они могут работать от бытовой сети, что делает их весьма привлекательными для простого пользователя. Особенно учитывая то, что водородная сварка может быть изготовлена своими руками по одной из многочисленных схем электролизера для сварки доступной в интернете.
Как самому сделать водородный сварочный аппарат?
Сварка водородом пригодится любому умельцу. Водородный резак является недешевым оборудованием. Кроме того, доступные в продаже аппараты зачастую оказываются непригодными для пайки мелких деталей, особенно для ювелирных изделий.
Выходом из этой ситуации является изготовление атомно-водородной сварки своими руками. Все детали, необходимые для создания такого прибора можно легко приобрести в любом хозяйственном магазине. Итак, давайте рассмотрим, как это сделать в домашних условиях.
Основная емкость
Установка для сварки при помощи водорода.
Аппарат водородной сварки работает в результате горения водорода, благодаря диссоциации водного раствора щелочи.
Этот процесс осуществляется в емкости, для которой отлично подойдет пол литровая банка. Ее необходимо закрыть пластмассовой крышкой с двумя отверстиями, проделанными для вывода контактов от электродов.
Все выводы необходимо плотно загерметизировать. Для этих целей подойдет клей «Момент».
В качестве электродов можно использовать четырехсантиметровые полоски из нержавеющей стали. Для наибольшей производительности сварочного аппарата требуется задействовать весь объем жидкости.
Для этого пластины просверливаются по верхнему и нижнему краю и соединяются между собой диэлектрическими шпильками. На получившемся блоке делаются клеммы: два минуса, расположенные по краям, и полюс между ними.
Каждая клемма загибается и фиксируется на емкости болтом. На эти болты будут накидываться клеммы от источника питания.
Гидродозатором выступает второй сосуд. В нем газы насыщаются парами горючих веществ. Затем полученная смесь направляется в третью емкость, наполненную обычной водой. Она выполняет функцию затвора для выхода газов.
В качестве сопла, через которое буду выходить кислород, водород и горючие вещества, может быть использована обычная медицинская игла.
Источник тока для атомно-водородной сварки
В качестве источника тока может использоваться обычный аккумулятор на 12 вольт. Этот вариант отлично подойдет для работы с металлом фиксированной толщины.
Его недостатком является отсутствие возможности контроля силы пламени горелки, так как ее производительность определяется выработкой водорода и кислорода, зависящей от силы тока.
Выбор зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов будет более предпочтительным. Для работы с тонкими металлическими пластинами или ювелирными изделиями зарядку можно настроить на 3 вольта.
Запитать кислородом водородную сварку можно от обычной сети в 220 В, что позволяет использовать данный аппарат в домашних условиях.
Обменная камера
Принципиальная схема аппарата водородной сварки.
Для отбора водорода и кислорода, подаваемого в горелку, используется еще одна емкость – обменная камера.
Внутри нее необходимо проделать 3 отверстия:
- для заправки рабочей жидкостью;
- снизу штуцер для подачи рабочей жидкости в основную емкость;
- штуцер для подачи газовой смеси на сопло.
Конструкцию дополнительной емкости также необходимо тщательно загерметизировать. Через водородные затворы водородного генератора не должны просачиваться газы и жидкость. Это также решается с помощью «Момента».
Изготовление горелки
Для изготовления горелки можно использовать обычный резиновый шланг. Именно по нему водород и кислород будут транспортироваться от обменной камеры к соплу. В качестве сопла можно применить иглу от шприца или капельницы. Последняя будет более предпочтительным выбором, так как стенки этой иглы толще.
Шланг необходимо плотно закрепить со штуцером обменной камеры и основанием иглы. Это достигается при помощи хомутов. После завершения всех операций по сборке аппарата можно приступать к его испытанию.
Электролиз рабочей жидкости начинается быстро. Уже через несколько минут можно будет поджечь пламя на конце сопла. Регулировка пламени осуществляется изменением напряжения на аппарате.
Во многих случаях использование водородной сварки оказывается более удобным, чем других газопламенных методов. Особенно актуальной она становится, когда речь заходит про работу в домашних условиях.
Приведенное описание того, как сделать водородную горелку своими руками, поможет всем мастерам, желающим изготовить такой прибор. Это существенно сэкономит средства на покупку магазинного варианта сварки.
Кроме того изготовленный своими руками водородный резак является более перспективным для работы с мелкими изделиями. Водородная сварка является экологически чистой, а ее изготовление не требует большого труда и крупных затрат.
Также метод аналогичен с ацетиленовой сваркой, и освоить его не составит труда.
Современный метод пайки металлов, как работает водородная сварка
В современном мире поиск технологий, не несущих вред экологии окружающей среды, стал модной особенностью этого времени. Не обошла эта тенденция и сварочные работы. Несмотря на то, что сварка применяется уже более ста лет, основным рабочим газом остается ацетилен, но в последнее время все более популярной становится водородная сварка. Что это за метод? Есть ли отличия от обычной дуговой? Об этом, а также об особенностях этого типа сварки и об используемом оборудовании расскажем подробнее.
Особенности
Водородное пламя — прекрасная альтернатива сварке ацетиленом. При этом данная технология практически безвредна, так как во время горения дуги задействован только водород, а именно водяной пар. Но при всей безопасности, шов в результате может получиться тонким и пористым, а в сварочной зоне образоваться много шлака. Во избежание тонких и слабых швов в процессе сварочных работ к водороду добавляют другие газы. Основные 5 наименований:
Эти кислородные соединения облегчают процесс сварки. Их добавляют по чуть-чуть, поэтому стоимость работ весьма низкая, по сравнению с другими видами сварки.
Водородное пламя при горении абсолютно не видно, особенно при дневном освещении. Для его контроля применяются специальные датчики.
Использование баллонов с газом, в данном случае водородом, невозможно, так как высок риск утечки. Высокая концентрация водорода в помещении может вызвать приступ удушья и головокружение, а также спровоцировать взрыв.
По причине невозможного использования сжиженного газа в баллонах, его стали извлекать из воды. Для этого потребовались специальные аппараты, заполненные водой. При прохождении электрического тока через воду, она распадается на кислород и водород, количество последнего вполне хватает для сварочных работ.
Для выработки водорода посредством электролиза стали производить специальные сварочные аппараты — электролизеры, в которых дистиллят вырабатывает оптимальное количество как кислорода, так и водорода. Изначально электролизеры были довольно громоздкими, но впоследствии стали более компактными и мобильными, что совсем не повлияло на качество сварных соединений.
Преимущества и недостатки
Сварка в водородной среде пока не так известная как аргонодуговая, или же ручная. Однако, у этого метода имеется ряд положительных моментов, о которых необходимо знать:
- максимальное время входа в рабочий режим всего 5 минут;
- сварочный аппарат не требует частой перезарядки, а это экономия времени;
- компактность оборудования не влияет на мощность;
- обеспечение высоких рабочих температур позволяет работать с тугоплавкими металлами, стеклом и даже керамикой;
- готовые соединения не подвергаются окислению;
- работа аппарата от обычной бытовой сети;
- оборудование на основе воды абсолютно пожаробезопасно;
- для работы без сбоев достаточно наличие воды (по возможности, дистиллированной) и источника электрического тока;
- возможность сварки мелких довольно мелких деталей.
К достоинствам водородной сварки можно отнести то, что высокая рабочая температура горелки позволяет не только сваривать металл аккуратными и прочными швами, но и осуществлять его резку.
Перечисленные положительные свойства сварки водородом позволяют осуществлять работы при плохой вентиляции, в закрытых помещениях, туннелях, шахтах, подвалах, а также в замкнутых пространствах.
При многообразии положительных моментов, недостатком данного метода можно считать только зависимость сварочного аппарата от электрической сети.
О процессе
Для осуществления сварочных работ в водородной среде необходимо использовать качественное оборудование. Сварочный аппарат — электролизер играет далеко не последнюю роль в получении аккуратного соединения. Его основными составляющими являются:
- горелка для подачи газа к заготовкам;
- шланг для соединения элементов;
- охладитель — обогатитель, в котором скапливается лишняя влага;
- регулятор мощности тока;
- регулятор уровня пламени (гаситель).
Процесс сварки водородом проходит намного быстрее, чем у других типов. Началом служит распад дистиллята на составляющие. После этого водород из одноатомного становится двухатомным, высвобождая энергию, ускоряющую процесс соединения. Благодаря такому водороду сварные швы получаются не только аккуратными, но и герметичными.
Водородная сварка подходит практически для соединения любых металлов, даже для вольфрама. При работе с изделиями из нержавеющей стали водород растворяется в расплавленном никеле, а при взаимодействии с медью швы получаются рыхлыми и слабыми, но не окисляются.
При работе со сваркой водородом обязательным условием является направление струи пламени в противоположную от электролизера сторону, так как рабочая температура в водородной среде варьируется от 250°С до 3000°С. По этой же причине не стоит пренебрегать защитной амуницией и использовать при работе специальную одежду, обувь и очки для сварочных работ.
Аппарат своими руками
Приобрести сварочный электролизер можно в любой точке мира без особых усилий, но такая покупка нанесет сильный удар по бюджету.
Так как цена на водородные резаки довольно высока, намного экономичнее сделать своими руками. Для самостоятельного создания электролизера потребуется:
- Основная емкость. В домашних условиях для этого подойдет обычная стеклянная банка с полиэтиленовой крышкой. Минимальный объем банки пол литра. В крышке необходимо прорезать отверстия для выводов проводов, электродных контактов и газоотводной трубки. Отверстия герметизируют хорошим клеем или герметиком. Банка заполняется электролитом.
- Электроды. В качестве электродов могут выступать полоски из нержавейки.
- Гидродозатор. Это второй сосуд в схеме, в котором газы насыщаются парами горючих веществ.
- Емкость с водой. Это третий сосуд, в который отправляются насыщенные газы, он осуществляет функцию блокировки выхода газов.
- Игла от шприца. Она будет обеспечивать выход газов.
- Трансформатор. Для него подойдет аналогичный прибор из телевизора старого образца. Надо только снять вторичную обмотку и самостоятельно намотать новую медную.
- Горелка. Для этой функции прекрасно подходит игла от капельницы, так как она толще, чем игла от обычного шприца.
После закрепления всех элементов и соединения их между собой необходимо проверить герметичность всех выходов. От качества сборки зависит длительность службы аппарата.
Сварочные работы с применением водорода набирают популярность. Этот способ сваривания металлов (и не только) является самым экологически безопасным по сравнению с другими. Наиболее востребован такой метод среди непрофессионалов и в домашних условиях.
Соблюдение техники безопасности и правил индивидуальной защиты предотвратит возникновение пожароопасных и чрезвычайных ситуаций. Не стоит работать водородом вблизи от легковоспламеняющихся веществ.
Доступность схем и материалов для создания сварочного электролизера своими руками позволит изготовить его достаточно быстро и без особых затрат. Кроме того собственноручно сделанный резак лучше подходит для сварки мелких деталей.
Что собой представляет сварка водородная?
Данная технология относится к категории безвредных, поскольку в процессе горения дуги задействован один химический элемент — водород (точнее, водяной пар). Однако за этим преимуществом кроется пара недостатков технологии.
Например, поверх заготовки может образоваться слой шлака, либо сварочный шов будет тонким. Чтобы его усилить, применяют связывающие кислород органические соединения вроде толуола, бензина или бензола. Их понадобится малое количество, поэтому водородная сварка обойдется сварщику дешевле, чем другой тип газопламенной обработки.
Дуга при сварке горит в атмосфере водорода между двух неплавящихся вольфрамовых электродов. Пламя горючего элемента незаметно при дневном свете, поэтому часто применяют специальные датчики. Крупные и тяжелые баллоны с газом не используются, поскольку за их эффективностью кроется опасность для здоровья работника. Зато возникает необходимость вместо емкостей применять аппараты, заполненные водой, в которых под действием электричества жидкость распадалась бы на водород и кислород.
Решение было найдено — им стал электролизер. Это подвид сварочного аппарата, где вода распадается до двух составляющих, причем в оптимальной пропорции. Происходит диссоциация после проведения через дистиллят электрического тока. Ранние разработки удивляли громоздкостью — электролизеры могли сварить металлические листы толщиной до 6 мм, при этом весили более 300 кг. Позже создали передвижные модели, благодаря которым процесс соединения деталей стал эффективнее.
Подвидом водородной сварки выступает атомно-водородная. Обычно применяется при соединении чугунных или стальных деталей, отличается повышенной экзотермией. Редко применяется на производстве, поскольку есть опасный фактор — повышенное напряжение.
Установка для сварки при помощи водорода.
Аппарат водородной сварки работает в результате горения водорода, благодаря диссоциации водного раствора щелочи.
Принципиальная схема аппарата водородной сварки.
Для отбора водорода и кислорода, подаваемого в горелку, используется еще одна емкость – обменная камера.
Электролиз рабочей жидкости начинается быстро. Уже через несколько минут можно будет поджечь пламя на конце сопла. Регулировка пламени осуществляется изменением напряжения на аппарате.
Преимущества сварки водородом
Методика известна не так, как ручная или полуавтоматическая сварка, однако имеет ряд достоинств, с которыми сварщику нужно познакомиться. Среди них:
- редкая перезарядка сварочного аппарата;
- оперативный вход в рабочий режим (до 5 минут в зависимости от расхода газа и параметров атмосферы);
- высокая мощность при малых габаритах оборудования;
- экологическая чистота (в отличие от сварки ацетиленом, где выделяются токсичные пары азота, отравляющие организм);
- сварочный аппарат относится к классу пожаробезопасного оборудования;
- конструкция и принцип действия таковы, что препятствуют не только возгоранию установки, но и взрыву;
- широкий спектр материалов для обработки (цветмет, чугун, сталь, стекло и даже керамика);
- исключено окисление свариваемых участков;
- доступность главного расходного элемента — воды;
- для бесперебойной работы необходимы лишь источник тока и вода (желательно дистиллированная).
Теперь — пара слов о составных элементах оборудования, используемого для водородной сварки.
Составные элементы аппарата
Традиционно основными элементами устройств для сварки водородом являются:
- горелка;
- шланг;
- заправочное устройство;
- запасное сопло;
- охладитель-обогатитель.
Горелка предназначена для подачи газа в область соединения заготовок. Температуру пламени можно регулировать в диапазоне 600-2600 градусов. Сварочный аппарат достаточно мощный, позволяет выполнять ручную и автоматическую сварку. Если пользователь имеет базовые навыки работы с газопламенным оборудованием, эксплуатация электролизеров для водородной сварки проблем не составит. Теперь рассмотрим обработку заготовок детальнее.
Характеристика процесса
При выборе водородной сварки как метода соединения деталей пользователь обнаружит, что последнее происходит намного быстрее, чем при той же аргонодуговой или ацетиленовой. Сначала под действием высоких температур диссоциируются (распадаются) молекулы воды на кислород и водород. Далее, одноатомный водород преобразуется в двухатомный, за счет чего выделяется дополнительная тепловая энергия, ускоряющая процесс соединения.
Этот же водород расходуется на защиту зоны сварки, поэтому шов получается качественным — прочным и герметичным. Исключение составляет лишь медь и ее сплавы (за счет химических свойств материала).
Выделяемое тепло позволяет сваривать даже вольфрам (самый тугоплавкий металл с температурой плавления 3422 градуса). Здесь водород вновь выполнит роль защитного газа, препятствуя загрязнению углеродом, азотом или кислородом. Дуга, образуемая горелкой, достаточно стабильна и не зависит от первичной обработки соединяемых изделий.
Принцип работы водородно-кислородных электролизеров
Водородно-кислородные газосварочные аппараты представляют собой электролизеры, в которых под воздействием электричества вода разлагается на кислород и водород. Сварочное оборудование может работать от бытовой или трехфазной электросети. Смесь водорода и кислорода подается по шлангу в стандартную ацетилено-кислородную сварочную горелку. Сущность газовой сварки с использованием водорода такая же, как и обычной газовой сварки.
Водородно – кислородный сварочный аппарат
Единственное отличие – применение водородно-кислородной смеси вместо привычных ацетилен-кислородной и пропан-кислородной.
Сварочные водородно-кислородные аппараты разной мощности позволяют решить практически все задачи, ставящиеся перед газопламенной обработкой материалов. С их помощью осуществляют: сварку, наплавку, пайку, термоупрочнение, порошковое напыление и порошковую наплавку, кислородную резку – ручную и машинную. Различные режимы газовой сварки с водородом дают возможность выполнения широкого спектра работ – от микросварки и микропайки пламенем толщиной с иголку до резки стальных листов толщиной порядка 300 мм. Работа аппаратов может вестись и в ручном, и в автоматическом режимах.
Даже малогабаритные переносные аппараты при такой незначительной мощности – 1,8 кВт, потребляемой от двухфазной бытовой сети, могут решить проблему сваривания и резки листов из черного и цветного металла толщиной до 2 мм. Температуру чистого пламени можно легко отрегулировать от 600 до 2600 градусов. Такие электролизеры популярны среди стоматологов, ювелиров, ремонтников холодильных агрегатов.
Более мощные модели водородно-кислородных сварочных аппаратов, позволяющие сваривать металл толщиной до 3 мм, приобрели популярность на станциях технического обслуживания, где применение взрывоопасных баллонов с кислородом и пропаном запрещено. Простая система контроля производительности позволяет использовать аппарат в самых труднодоступных зонах при ремонте блоков двигателей, радиаторов, ступиц, во время кузовных работ. В случае достижения предельных уровней давления и электролита встроенная контрольная система подает сигнал. Происходит автоматическое отключение аппарата от источника электрического питания. Такие меры предосторожности обеспечивают двойную пожарную и взрывобезопасность.
Для профессионалов
Для работников аварийных служб разработаны специальные аппараты, позволяющие сваривать трубы с толщиной стенки до 5 мм в условиях отсутствия трехфазной сети. Эти электролизеры можно применять для заварки дефектных зон чугунного и цветного литья, ручной и машинной резки металлов с толщиной стенки до 30 мм. Такие способы газовой сварки осуществляют с питанием подогревающего пламени резака от аппарата и подачей режущего кислорода из баллона. Данная технология позволяет получать более чистый рез, чем при использовании ацетилена и пропана. При этом процессе не происходит науглероживание и закаливание металла, отсутствуют грат и загрязняющие атмосферу выбросы оксида азота. Такие модели электролизеров позволяют вести безопасную кислородную резку в тоннелях, колодцах, метрополитенах, где запрещается использование пропана и ацетилена. Некоторые аппараты подобного типа дают возможность проводить работы при отрицательных температурах окружающего воздуха.
Водородная газовая сварка видео наглядно демонстрирует ход сварочного процесса с применением электролизера.
При выполнении точечной сварки своими руками необходимо поддерживать точную скорость перемещения обоих электродов. Наиболее часто сварка в среде защитных газов выполняется в углекислом газе и аргоне. Подробнее о технологии читайте в этой статье.
Читайте также: