Аппарат для газовой резки и сварки своими руками. Что собой представляет сварка водородная? Водородная сварка своими руками

Варианты применения

Плюсы водородной сварки

Сегодня среди всех видов газопламенных обработок все большую популярность получает сварка водородная. Такая газосварочная технология основана прежде всего на процессе электрохимического распада воды на два химических элемента: водород и кислород.

Процедура сварки отличается наибольшей эффективностью и обладает большими преимуществами перед сваркой, где главным элементом выступает соединение кислорода с ацетиленом.

Водородную сварку можно отнести к категории безвредных технологий, так как весь процесс горения основан на единственном элементе – водяном паре. В ходе работы температура горелки может повыситься до 2600°С, а это значит, что данная технология позволит осуществить любую сварку, спаивание или поможет прорезать различные виды черных металлов.

Читайте также:

Технология процесса водородной сварки

Так как водородное пламя имеет ряд преимуществ перед ацетиленовым, его чаще используют для прорезания и спайки изделий из металла. Из-за того что в результате горения выделяется водяной пар, такая сварка считается самой безопасной. При использовании в ходе сварки водорода как топливного элемента, на покрытии металла может возникнуть слой шлака большой толщины. Выполняемый при этом сварочный шов будет иметь тонкую толщину и рыхлость. Чтобы избежать этого, в основном используют органические соединения, которые, наоборот, связывают кислород. Для этого лучше применять различные углеводороды (бензин, толуол и др.) и подогревать их до достижения температуры 80% от температуры кипения. При сварке понадобится минимальное количество углеводородов для максимального результата, поэтому она и намного дешевле, чем другая газопламенная обработка.

При использовании водородной сварки не нужно применять газовые баллоны, являющиеся эффективными источниками смеси водорода с кислородом. Дело в том, что они очень опасны при эксплуатации. Когда происходит сварка, водородное пламя совсем не видно при дневном свете. Поэтому для облегчения работы необходимо использовать специальные датчики. Надежность источников газа зависит прежде всего от аппаратов, работа которых возможна при наполненности водой, где с помощью воздействия электроэнергии она распадается на кислород и водород. При помощи таких электролизеров очень просто выполняется электролизная сварка, где в качестве основного элемента соединения деталей используется водородно-кислородная смесь.

В некоторых случаях используется атомно-водородная сварка, представляющая собой электрохимический процесс плавления. Действие достигается в результате нагревания электрической дуги расщепления водорода. По уровню содержания тепла атомно-водородная сварка несколько отличается от ацетиленово-кислородной сварки и других видов сварок. В основном данный вид используется при сварке чугуна или стали. В промышленных предприятиях атомно-водородная сварка применяется в редких случаях по причине высокого напряжения, которое опасно для любого человека.

Вернуться к оглавлению

Виды сварочных аппаратов

Для осуществления любого вида сварочных работ необходимо применять аппарат для сварки, отсутствие которого на любом строительном объекте или в бытовых условиях недопустимо. Ведь он является единственным аппаратом с возможностью скрепления изделий из металла.

При водородной сварке использованию подлежит водородно-сварочное оборудование. Водородный аппарат используется не только для резки и спайки разных видов металлов, но и для отделки различного пластика, стекла или кварца.

Этот вид оборудования подлежит использованию в отраслевых областях, где для работы нужен нагрев до максимальных температур.

Сварочный аппарат работает за счет водорода, который вырабатывается в самом аппарате. Вследствие распада молекул воды на два важных элемента, кислород и водород, удается получить водород. После этого образуется газовая смесь, имеющая максимальную энергию. При помощи нее можно осуществлять работы по соединению различных металлических конструкций.

Для того чтобы это устройство работало правильно, нужно подготовить 1,5 л дистиллированной воды и освободить доступ к сети электропитания.

Это оборудование очень легко эксплуатируется, не требует частого перезаряжания и имеет небольшую трудоемкость. Работа начинается уже через несколько минут после включения в сеть электропитания. При помощи аппаратов водородной сварки можно осуществлять сварку деталей толщиной до трех миллиметров, а это значит, что он может использоваться ювелирами, стоматологами, специалистами по ремонту бытовой техники.

Водородно-кислородные электролизеры отличаются мощностью, в зависимости от которой допускается выполнение различных сварочных работ.

К ним относится спайка, сварочные работы, кислородная резка и другие. При сварке водородом можно выполнить огромный перечень работ, начиная с микросварки и заканчивая резкой стальных листов. Эти аппараты малогабаритные и могут применяться для сварки листов размером до 2 мм при мощности 1,8 кВт.

В некоторых случаях применяются ацетиленовые генераторы и баллоны. Их целесообразно применять только в полевых условиях, где нет возможности использовать электричество. Если имеется разъем электропитания, то лучше использовать громоздкое сварочное оборудование.

Атомно-водородная сварка немного отличается своим технологическим процессом от обычного вида таких работ. В процессе происходит подача водорода в сварочную область. При помощи сварочной горелки можно с легкостью определить направление и объем смеси.

В ходе выполнения сварки с элементами кислорода и водорода, происходит оплавление краев горелки из-за слишком высокого уровня температуры. Поэтому она подлежит немедленному очищению. Такой процесс газосварки можно выполнить как в ручном, так и в автоматическом режиме.

Специалисты, имеющие навыки в этой области, способны делать эти необходимые работы без чьей-либо помощи.

Нужно просто купить аппарат для сварки с эффектом 210, где в упаковке имеется еще одна горелка. Этот аппарат начинает работу после включения его в сеть электропитания 220 Вт. Им можно легко достичь результата при резке металлических пластин небольшой толщины либо пластин из легированных сталей.

Водородное пламя может быть прекрасной альтернативой ацетиленовому, с его помощью также можно проводить резку, пайку и сварку. Водородная сварка практически безвредна, причиной тому является пар, являющийся здесь продуктом горения.

Если вы владеете газовой, то водородная сварка не будет для вас слишком затруднительной. Люди пользуются газовой сваркой уже более века, основным горючим газом в ней является ацетилен, однако водород более продуктивен, отличие в том, ацетиленовое пламя способно восстановить железо, а водородное его окисляет.

Водородная сварка происходит с участием кислорода и смеси горючего газа. Сварочная ванна в этом случае покрывается слоем шлака, с шов получается тонким и пористым, сейчас применяются углеводороды, при помощи которых удалось решить эту проблему.

Применение водородной сварки

Водород подходит для сварки железных изделий, но не нержавеющих сталей, так как он растворяется в расплавленном никеле, также такая сварка не подходит для меди, но водородная атмосфера не дает поверхности окисляться.

Сварочный водородный аппарат способен работать от обычной бытовой электросети, прибор работает в автоматическом и ручном режиме. В стандартную горелку по шлангу подается смесь кислорода и водорода, температура пламени регулируется на уровне 600 - 2600 градусов.

Этими аппаратами легко пользоваться, они не требуют частой перезарядки, ими можно начинать пользоваться уже через пару минут, при этом аппарат весьма мощный.

Такая сварка весьма экологична, что отличает ее от ацетиленовой, сильно загрязняющей окружающую среду. Приборы безопасны при хранении и работе, при этом от защитной одежды отказываться не стоит.

Еще одно важное условие перед началом работы, нужно правильно подобрать электроды, все уникальны, от их правильного выбора будет во многом зависеть успех работы, при выборе нужно учесть рабочий материал, требуемое качество шва, условия работы и многие другие параметры.

• Такая сварка способна выполнить практически любую задачу по пламенной обработке материала. Эти приборы весьма популярны у ювелиров, стоматологов и специалистов по ремонту холодильников.
• Мощные аппараты позволяют варить материал, толщиной до 3 мм, они постоянно используются на станциях по ремонту различной техники, так как там нельзя использовать кислородные баллоны.
• Водородные аппараты можно использовать для кузовных работ, ремонта батарей, блоков и двигателей. Как только будет достигнут максимально возможный уровень давления электролита, система сама подаст сигнал и аппарат отключится, что обеспечивает высокую пожаробезопасность.

Эта технология обеспечивает намного более чистый рез, по сравнению с пропаном и ацетиленом. Эти аппараты применяются в колодцах тоннелях и метрополитене, там запрещены пропан и ацетилен.

Водородная сварка возможна и при отрицательной температуре. Такой аппарат весьма пригодится дома, но они достаточно дороги, есть и другой вариант, собрать прибор самому.

Водородная сварка своими руками

Водородную смесь можно получить при помощи электролиза водного раствора щелочи, источник тока можно сделать, используя выпрямитель для зарядки аккумулятора от машины.

Электролиз должен происходить в сосуде, дома подойдет стеклянная банка с крышкой из полиэтилена, ее объем может быть от полулитра. В крышке сделайте точки вывода для проводов и пластин электродов, а также для втулки трубки отвода газов.

Гидродозатором может быть второй сосуд, в нем происходит барботирование газов, там они насыщаются парами горючих веществ. Эта смесь отправляется в третью емкость с водой, она является затвором для выхода газов. Газ с кислородом, водородом и горючими веществами будет выходить через медицинскую иголку.

• Температура пламени может доходить до 2500 градусов, но если менять уровень подаваемого напряжения ее можно регулировать.
• Процесс горения должен быть стойким, если изменить напряжение на электродах, поменяется и сила тока, а она влияет на дозу выделения газа.
• При электролизе идет расход воды, а количество щелочи не меняется, она распадается на ионы, что повышает электропроводность раствора.

Топливную смесь можно пополнять обычным медицинским шприцем с иглой. Внутри трубки шприца нужно поместить ватные тампоны, на ее конце и основании, это необходимо, чтобы не было проскока пламени по трубке в сосуд со спиртовым составом.

Выпрямитель можно собрать, соединив диоды по полупериодной сети, для этого подойдет трансформатор с мощностью от 180 Вт, хорошим вариантом будет прибор от старого советского телевизора, удалите вторичные обмотки и намотайте новые, используя толстый медный обмотанный провод.

Сделайте отводы, чтобы регулировать выходное напряжение, обеспечивающее работу электролизера. Температура пламени будет зависеть от состава топлива, можно использовать ацетон или этиловый спирт.

Если вы выбрали ацетон, не ставьте втулки из трубок от гелиевых ручек, они в нем растворятся. Если в смеси будет преобладать кислород, пламя может погаснуть.

Если вы соберете устройство качественно, и оно будет герметичным, то сможет проработать очень долго. Если же вам нужно сварить крупные металлические элементы, то нужно узнать, как делается , в принципе, это вполне возможно.

Водородная сварка может быть весьма опасной, так как смеси могут взрываться, кислородные редукторы воспламеняться, случаются и обратные удары пламени.

Перед началом работы, нужно четко изучить технику безопасности, это первое, пренебрегать ею невозможно. Нельзя проводить такую сварку вблизи легко воспламеняющихся веществ.

Если сварка идет в закрытом помещении, нужно часто делать перерывы и выходить на воздух. В закрытом и полузакрытом помещении для удаления газов используйте местные отсосы. Если сварка идет в резервуаре, то обязательно нужен наблюдатель снаружи.

• Все работы проводите только в защитных очках, чтобы не повредить глаза. Если используете газовые баллоны, переносите их на тележке или носилках и используйте защитный колпак.

Они не должны соприкасаться и падать, в зоне сварки не должно быть кислородных баллонов. Всегда используйте редукторы с исправными манометрами, чтобы избежать взрывов.

Пламя горелки при сварке должно быть направлена в сторону от источника питания, если это невозможно, оградите источник при помощи железного щита. Газопроводящие рукава должны находиться вблизи сварщика, в перерывах пламя горелки нужно тушить. Если соблюдать эти простые правила, водородная сварка всегда будет безопасной.

Водород — газ без запаха и цвета, весьма легкий, относительно воздуха, с высокой теплопроводностью, самый распространенный, вездесущий химический элемент.
Водородная сварка — эта газосварочная технология основывается на принципе электрохимического разложения воды на водород и кислород.

Процесс сварки имеет отличную эффективность и считается достойной альтернативой сварке с использованием ацетилена и кислорода. Относится к категории безвредных технологий, поскольку элементом горения является водяной пар. Причем, температура на мундштуке горелки достигает 2600°С, что позволяет производить сварку, пайку и, даже, резку черных металлов.
В качестве горелки используются как типовые кислородно-ацетиленовые, серии ГС, так и ручного производства. При этом наконечник должен соответствовать производительности газовой установки и толщине свариваемой конструкции.

Принцип работы.

Аппараты по выработке водорода для сварки, работают от сети 220В и 380В. Суть заключается в том, что протекающий через воду электрический ток разделяет ее на газообразные составляющие. Газовая смесь, проходя через охладитель, конденсирует наличную влагу. В оставшийся газ вводятся пары таких углеводородов, как бензин, спирт или другие. Полученная смесь газа поступает в сварочную горелку по резиновым шлангам. Количество газовой смеси контролируется регулятором тока. Но давление в электролизере может подняться по причине несоответствия сечения сопла горелки и производительности аппарата. И если это давление превосходит величину 0,4 атм, то электронный датчик отключит ток электролизера. В свою очередь, диаметр наконечника должен соответствовать отверстию инжектора, встроенного в рукоять горелки.
В случае необходимости увеличения КПД электролизера, в воду вводится одноразовая порция щелочи. Всего 150гр. на полтора литра дистиллированной воды. Падение же уровня электролита контролируется и оповещается электронным датчиком. Чтобы получить мощный поток газа, нужна большая площадь электродов. Это, хотя — бы 1000см3; суммарно по катоду и аноду, с силой тока до 15А. При большом токе может произойти закипание электролита, что нежелательно. Важен и выбор металла пластин. Электропитание следует обеспечить через ЛАТР с понижающим, до 110 вольт, трансформатором.
Итак, поджигается газ и вентилем добавляется кислород до получения пламени нужной формы, размера и цвета.
Участие водорода в газопламенном воздействии на металлы не требуют громоздких газовых баллонов (вес кислородного баллона -70кг, ацетиленового — 95кг). Интерес к газопламенной сварке растет благодаря массовому выпуску мобильных аппаратов, вырабатывающих кислородно – водородную смесь на базе гидролиза воды. Исходным материалом для их получения, считается 5±35 % раствор щелочи КОН. Он легко получается и из природного метана. В больших количествах получается, как побочный продукт, в металлургическом и хлорном производствах.
На заре становления нефтеперерабатывающей промышленности, водород вырабатывали из H2SO4 на кислотных заводах. Вырабатываемый газ использовался и для сварки свинцовых труб (t плавления=360° С), листов обмуровочных, свинцовой обшивки внутренних и наружных поверхностей оборудования.

Сфера применения.

Несмотря на некоторые проблемы, связанные с практическим использованием водорода, этот газ находит широкое распространение и в области сварочного производства.
Приоритетной сферой этой технологии считается сварка специальных легированных сталей и сплавов из алюминия. Подобного рода сварка целесообразна и с технической, и экономической точки зрения. Но для изделий и конструкций всего до 5мм толщиной. В целом же, сложно назвать сферу деятельности, где можно было — бы обойтись без использования водорода.
Подобная технология стала незаменимой и нашла большой спрос в области:
— ракетно-космической техники;
— авиастроения;
— химической промышленности;
— медицинской сфере;
— металлургии.

Водородная сварка характеризуется медленным равномерным нагревом металла. Это и обуславливает использование ее в сварочном производстве:
-легированных и низкоуглеродистых сталей, толщиной не более 5мм;
-цветных и благородных металлов;
-инструментальных сталей, требующих постепенный нагрев и медленное охлаждение;
-специальных сталей и чугуна, требующих равномерного нагрева всей поверхности свариваемого изделия и медленное остывание, путем помещения детали в уголь. В противном случае, на сварном шве могут иметь место микротрещины;
-пайке резцов и наплавочных работ;
-ювелирного и стоматологического направления;
-ремонта трубок и деталей холодильной техники;
-пайки металлических оправ и запайка медицинских ампул;
-кузовного ремонта автомобильной техники;
-обработке стекол, в том числе кварцевых;
— другие сферы.

Достоинства технологии:

1. абсолютно безвреден, поскольку продукт горения есть водяной пар;
2. расходный материал- вода в малом объеме и непрерывная работа в течении200часов;
3. большая производительность, стабильное давление, удобство в использовании и управлении мощностью;
4. высокое качество сварного шва, при низкой стоимости и малом весе оборудования;
5. эффективность по сравнению с кислородно-ацетиленовым оборудованием;
6. возможность проведения работ на нескольких постах одновременно;
7. автоматическая поддержка режима работы и необходимого давления газа в системе.
8. аппараты просты в эксплуатации с выходом на рабочий режим за 1±5 минут;
9. аппараты не являются взрывоопасными как во время сварки, так и при длительном хранении.

Недостатки:

1. низкая продуктивность при сварке толстого металла и необходимость разогрева, относительно большей площади, свариваемого изделия;
2. работа с металлом только малой толщины;
3. неэффективная форма газового пламени.

Высокую продуктивность можно достичь правильным подбором сечения сопла по отношению к толщине свариваемого изделия;
-избыточная масса углеводородной добавки снижает температуру пламени, а недостаток их приводит к кипению ванночки и образованию окислов;
-применение присадочного материала, легированным марганцем и кремнием;
-выбор припоя, соответствующего металлу;
-обязательная подготовка поверхности к пайке;
— всегда пользоваться регулятором «количество смеси» на блоке электролизера.

Но стоит ли изобретать велосипед, если есть компания “DP Air Gas” . Именно она и является основным поставщиком промышленных газов для стран СНГ и Евросоюза. Профессионалы компании всегда посоветуют и подскажут реальные пути решения проблем с водородом.

В условиях ужесточения экологических требований к промышленным процессам проводятся работы по поиску безвредных видов топлива. Не остались без внимания и сварочные работы с использованием в качестве основных источников энергии горючих газов – пропана, ацетилена и других. В результате исследований оказалось возможным заменить их водородом, или, вернее смесью из водорода и кислорода.

Водород можно получить при помощи электролиза воды, точнее, щелочного раствора гидроксида натрия (каустической соды, едкого натра, это все названия одного и того же вещества). Гидроксид добавляют в воду для ускорения реакции.

Для получения водорода достаточно опустить в раствор два электрода и подать на них постоянный ток. В ходе электролизного процесса на положительном электроде будет выделяться кислород, на отрицательном – водород. Объем выделяемого водорода будет в два раза больше, чем объем выделяемого кислорода.

В химическом выражении реакция выглядит следующим образом:

2H 2 O=2H 2 +O 2

Остается технически разделить эти два газа и воспрепятствовать их смешиванию, поскольку в результате образуется смесь, обладающая огромной потенциальной энергией. Оставлять процесс без контроля крайне опасно.

Для сварки водород получают при помощи специальных аппаратов – электролизеров. Для их питания необходимо электричество напряжением от 230 В. Электролизеры, в зависимости от конструкции, могут работать на трехфазном токе и на однофазном.

Преимущества и недостатки

В результате сгорания водорода не образуется никаких вредных веществ, в отличие от случаев, когда для сварки используется ацетилен. Происходит это потому, что при сгорании водорода в среде кислорода, образуется вода, точнее водяной пар, который не содержит никаких вредных примесей.

Температура пламени водородно-кислородной смеси может регулироваться в пределах 600-2600 °C, что позволяет сваривать и резать даже самые тугоплавкие материалы.

Для получения водорода в качестве сырья используется только вода и электроэнергия, что делает стоимость работ низкой по сравнению с другими видами сварки.

Все вышеперечисленные свойства позволяют использовать водородную сварку в замкнутых пространствах, помещениях с плохой вентиляцией, в колодцах, тоннелях, подвалах домов.

Стоит отметить и такое преимущество водородной сварки, как возможность смены сопла горелки. Водород поддерживает пламя практически любой конфигурации и размера.

Использовать тонкую струю газа, дающую пламя не толще швейной иглы, можно даже при работе с ювелирными изделиями из драгоценных металлов. Для тонкого пламени не требуется наличие дополнительного кислорода, достаточно растворенного в воздухе.

Генератор водорода бытового назначения

Атомно-водородный способ

Одной из разновидностей сварки, в которой задействован водород, является атомно-водородная сварка. Процесс ее основан на явлении диссоциации (распада) молекулярного водорода на атомы.

Для распада, молекула водорода должна получить значительное количество тепловой энергии. Атомное состояние водорода настолько неустойчиво, что длится лишь доли секунды. А далее происходит восстановление водорода из атомного в молекулярный.

При восстановлении выделяется большое количество теплоты, которую и используют при атомно-водородной сварке для разогрева и плавления свариваемых деталей из металла.

На практике весь процесс реализуется при помощи электросварки с двумя неплавящимися электродами. Для получения необходимого тока, возбуждающего дугу, может использоваться обычный сварочный аппарат. А вот держатель или горелка имеют необычную конструкцию.

Электроды и горелка

Электроды с горелкой, в которую подается водород, расположены под углом друг к другу. Дуга возбуждается между этими двумя электродами. Водород, или азотно-водородная смесь, подаваемые в зону дуги, под воздействием высокой температуры переходят в состояние атомарного водорода.

Поскольку диссоциации происходит с поглощением тепла (водород оказывает охлаждающее влияние), то напряжение для разжигания дуги должно быть достаточно высоким – около 250-300 В. в дальнейшем напряжение можно понизить до 60-120 В, и дуга при этом может отлично гореть.

Интенсивность горения будет зависеть от расстояния между электродами и количества водорода, подаваемого в зону сварки.

Горение дуги

Разжигание дуги производится кратковременным замыканием электродов между собой или на графитовой пластинке при обдувании электродов газом. После разжигания дуги, расстояние до свариваемых деталей поддерживается в пределах 5-10 мм.

Если дуга не касается свариваемого металла, она горит равномерно и устойчиво. Ее называют спокойной. При малых расстояниях, до детали, когда пламя дуги почти касается детали, образуется сильный резкий звук. Такая дуга называется звенящей.

Технология сварки сходна с технологией обычной газовой.

Сварка с применением атомно-водородного метода была придумана и исследована в 1925 году американским ученым Лангмюром. В процессе исследований вместо дуги использовалась теплота от горения вольфрамовой нити, через которую пропускался водород.

В бытовых условиях

Для использования водородной сварки в быту необязательно покупать аппараты для получения водорода. Они, как правило, обладают большой производительностью и мощностью. К тому же, такие генераторы громоздкие и дорогие.

В бытовых условиях часто требуются небольшие объемы сварочных работ, поэтому оборудование для водородной сварки целесообразно изготовить самостоятельно.

Питание и рабочая жидкость

Питание можно подавать от автомобильного зарядного устройства или от самодельного выпрямителя, который можно изготовить, имея подходящий трансформатор и несколько полупроводниковых диодов.

В качестве рабочей жидкости должен использоваться раствор гидроокиси натрия. Он будет являться лучшим электролитом, чем простая вода. По мере уменьшения уровня раствора, необходимо просто добавлять воду. Количество гидроксида натрия будет всегда постоянно.

Корпус и трубки

В качестве корпуса для генератора водорода можно использовать обычную литровую банку с полиэтиленовой крышкой. В крышке необходимо просверлить отверстия под диаметр стеклянных трубок.

Трубки будут использоваться для отвода образующихся газов. Длина трубок должна быть достаточной для того, чтобы нижние концы были погружены в раствор.

Внутри трубок должны быть размещены электроды, по которым подается постоянный ток. Места прохода трубок через крышку необходимо загерметизировать любым силиконовым герметиком.

Отвод водорода

Из трубки, в которой находится отрицательный электрод, будет выделяться водород. Необходимо предусмотреть возможность отвода его при помощи шланга. Отводить водород необходимо через гидрозатвор.

Он представляет собой еще одну полулитровую банку с водой, в крышку которой вмонтированы две трубки. Одну из них, по которой подается водород от генератора, погружают в воду. Вторая выводит прошедший через воду водород из затвора и через шланги или эластичные трубки подает к горелке.

Водяной затвор необходим для того, чтобы пламя от горелки не прошло в генератор при падении давления водорода.

Горелка

Горелку можно сделать из иглы от медицинского шприца. Толщина ее должна быть 0,6-0,8 мм. Для держателя иглы можно приспособить подходящие пластиковые трубки, части корпусов шариковых ручек, автоматических карандашей. Необходимо предусмотреть и подвод к горелке кислорода от генератора.

Интенсивность образования водорода и кислорода в генераторе будет зависеть от величины подаваемого напряжения. Поэкспериментировав с этими параметрами, можно достичь температуры пламени горелки 2000-2500 °C.

Изготовленный своими руками аппарат, выполняющий водородную сварку, возможно с успехом применять для резки или для соединения сваркой либо пайкой различных мелких деталей из черного и цветного металла. Это может понадобиться при ремонте различных предметов домашнего обихода, деталей автомобилей, различных металлических инструментов.