Водородная сварка: особенности, преимущества и применение инновационной технологии

Что такое водородная сварка. Как работает процесс сварки водородом. Какие преимущества имеет водородная сварка перед другими методами. Где применяется водородная сварка. Какое оборудование используется для водородной сварки.

Что такое водородная сварка и как она работает

Водородная сварка — это инновационный метод соединения металлов, при котором в качестве горючего газа используется водород. Основные особенности этого вида сварки:

• Температура пламени достигает 2600-3000°C
• В качестве горючего газа применяется чистый водород
• Процесс происходит в защитной среде водорода
• Не требуется применение флюсов
• Возможна сварка тонких и тугоплавких металлов

Принцип работы водородной сварки заключается в следующем:

1. Водород подается в сварочную горелку
2. При горении водорода образуется высокотемпературное пламя
3. Пламя расплавляет кромки свариваемых деталей
4. Расплавленный металл соединяется в сварной шов
5. Защитная среда водорода препятствует окислению металла

Преимущества водородной сварки перед другими методами

Водородная сварка имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с традиционными способами сварки:

• Высокая температура пламени позволяет сваривать тугоплавкие металлы
• Отсутствие вредных выбросов и загрязнений
• Чистота сварного шва благодаря защитной среде водорода
• Возможность сварки очень тонких деталей
• Высокая скорость сварки
• Простота регулировки параметров
• Возможность автоматизации процесса

Области применения водородной сварки

Благодаря своим уникальным свойствам, водородная сварка нашла применение во многих отраслях промышленности:

• Аэрокосмическая промышленность — сварка деталей из титана и других тугоплавких металлов
• Электроника — сварка тонких проводников и контактов
• Приборостроение — соединение прецизионных деталей
• Ювелирное производство — сварка драгоценных металлов
• Медицина — изготовление имплантов и медицинских инструментов
• Автомобилестроение — сварка кузовных деталей из алюминия

Оборудование для водородной сварки

Для выполнения водородной сварки используется следующее основное оборудование:

• Источник питания постоянного тока
• Горелка для водородной сварки
• Баллон с водородом
• Редуктор для регулировки давления газа
• Система подачи защитного газа
• Сварочный стол с креплениями

Современные установки для водородной сварки могут быть полностью автоматизированы и управляться с помощью компьютера, что обеспечивает высокую точность и повторяемость процесса.

Технология выполнения водородной сварки

Процесс водородной сварки включает следующие основные этапы:

1. Подготовка деталей — очистка и обезжиривание поверхностей
2. Настройка оборудования — регулировка параметров тока и подачи газа
3. Возбуждение дуги между электродом и деталью
4. Формирование сварочной ванны расплавленного металла
5. Перемещение горелки вдоль линии сварки
6. Заварка кратера и обрыв дуги
7. Охлаждение и контроль качества сварного соединения

При правильном выполнении всех этапов получается прочный и качественный сварной шов без дефектов и загрязнений.

Перспективы развития водородной сварки

Водородная сварка является перспективной технологией, которая продолжает активно развиваться. Основные направления совершенствования этого метода:

• Разработка новых сплавов электродов
• Создание более эффективных источников питания
• Автоматизация и роботизация процесса сварки
• Применение лазерного излучения для нагрева
• Использование нанотехнологий при подготовке поверхностей
• Разработка новых защитных газовых смесей

Дальнейшее развитие водородной сварки позволит расширить сферы ее применения и повысить качество получаемых сварных соединений.

Требования безопасности при водородной сварке

При выполнении водородной сварки необходимо соблюдать следующие правила техники безопасности:

• Использовать средства индивидуальной защиты — маску, перчатки, спецодежду
• Обеспечить хорошую вентиляцию рабочего места
• Не допускать утечек водорода из баллонов и шлангов
• Располагать баллоны с водородом вдали от источников тепла
• Проверять исправность оборудования перед началом работы
• Не оставлять включенное оборудование без присмотра
• Иметь средства пожаротушения на рабочем месте

Строгое соблюдение правил техники безопасности позволяет избежать несчастных случаев при проведении водородной сварки.

Водородная сварка — основные отличия от стандартных способов сварки

​Водородное пламя является хорошей альтернативой пламени ацетиленовому и активно используется для сварки, резки и пайки различных материалов. В отличие от многих традиционных способов водородная сварка почти безопасна, благодаря тому, что продуктом процесса горения в ней выступает пар. Этот способ считается вариантом газопламенной обработки, использующим смеси из кислорода и горючих газов.

Если просто использовать водород как топливо вместо ацетилена, то произойдет покрытие сварочной ванны толстым шлаковым слоем, а получаемый при этом шов будет отличаться тонкостью и пористостью. Чтобы избежать этого, применяют органические соединения, способные связывать кислород. С этой целью используются такие углеводороды, как бензин, бензол, толуол и другие, подогретые до температуры, составляющей 30-80% от температуры кипения. Нужное их количество минимально, поэтому водородная сварка ценой не сильно отличается от прочих способов газопламенной обработки.

 

Еще одной сложностью данного способа может служить отсутствие достаточно эффективных источников водорода с кислородом. Газовые баллоны обладают повышенной опасностью в эксплуатации, поэтому их применение нецелесообразно. Значительные концентрации водорода способны вызывать обморожения и головокружение с удушьем.

 

 

Особенно опасно в водородном пламени то, что его не видно в дневном свете. Для его обнаружения необходимо применение специальных датчиков. Решить проблему надежности источников газов позволяют специальные аппараты, разлагающие воду посредством воздействия электрической энергии на кислород и водород. Эти электролизеры могут производить оба газа одновременно.

 

Эти легкие и компактные приборы приходят на смену тяжелому газосварочному оборудованию, применяемому при недоступности источников электроэнергии, что особенно удобно для проведения водородной сварки в домашних условиях.

 

Оборудование для водородной сварки

 

Водородные сварочные приборы, обладая разной мощностью, работают от обычной электросети. Они оборудуются традиционной ацетиленовой горелкой, через шланг в которую поступает водородно-кислородная смесь. Регулировка температуры их пламени позволяет устанавливать ее в широком диапазоне (600-2600 ºС). Аппараты можно применять как для ручной, так и автоматической сварки. Их эксплуатация не доставляет сложностей благодаря не слишком большой трудоемкости и отсутствию необходимости в перезарядке.

 

Обладая компактными габаритами, аппаратура при этом может быть достаточно мощной. Она приводится в режим работы за несколько минут в зависимости от температуры в месте проведения сварки и требуемого расхода газов. При владении основными навыками газопламенной обработки выполнение своими руками водородной сварки не составит труда, а производительность процесса с качеством швов будут не хуже, чем при традиционной сварке.

 

 

В отличие от традиционной сварки, использующей в виде основного топливного газа ацетилен, сварка с использованием вместо него водорода не только продуктивна, но и экологически безопасна. Сварка с ацетиленом чревата загрязнением атмосферного воздуха токсичными соединениями, в то время как единственным продуктом от процесса горения в водородном оборудовании выступает совсем безвредный пар.

 

Также абсолютно безопасны эти аппараты при хранении, транспортировке и в эксплуатации. Ими выполняют не только сварку, но и кислородную резку (ручную или машинную), пайку, порошковую наплавку, термоупрочнение и порошковое напыление. Несколько разных режимов позволяют осуществлять работы в большом спектре от соединения материалов с минимальной толщиной до резки толстолистных сталей. Несмотря на небольшие размеры этих переносных приборов и малую мощность, они позволяют сварку и резку изделий с толщинами до 2 мм как из черных, так и цветных металлов.

 

Применение водородной сварки

 

Кислородно-водородная сварка, топливным газом в которой служит водород, широко применяется в изготовлении ювелирных изделий, используется в стоматологии и при ремонте холодильного оборудования.

Различные модели водородных аппаратов популярны в сервисных центрах по обслуживанию техники и других закрытых помещениях, где запрещается эксплуатация взрывоопасных кислородных и пропановых баллонов.

 

 

 

Также к преимуществам применения кислородно-водородного пламени стоит отнести сокращение затрат по обслуживанию рабочих мест при соблюдении норм пожарной безопасности и промышленной санитарии за счет полного отсутствия отходов в производстве и абсолютной безвредности продукта горения – водяного пара. Для беспрерывной работы водородно-кислородных приборов требуется только незначительный объем воды. А спектр обрабатываемых ими материалов довольно широк и включает как черные, цветные, благородные металлы со сталями, так и керамику со стеклом.

 

Представляющая собой электрохимический подвид сварки плавлением, атомно-водородная сварка, происходящая от действия электродуги с водородом, хорошо подходит для соединения чугунных деталей и конструкций из легированных и низкоуглеродистых сталей. Но ее применение в промышленности ограничивается довольно высоким напряжением источников питания, представляющим опасность для жизни людей.

 

 

Кроме того, этим способом сварки нельзя пользоваться при работе с медью, латунью, цинком, титаном и рядом других химических элементов, обладающих повышенной активностью во взаимодействии с водородом. При этом высокая активность молекулярного водорода эффективно защищает металлический расплав от негативного атмосферного влияния.

Технология сварки и резки с помощью водорода, в отличие от ацетиленовой или пропановой, позволяет получать довольно чистый срез. Помимо этого в ней отсутствуют вредные выбросы азотной окиси и грата, а металл не поглощает углерод и закаливается

.

 

Водородные сварочные аппараты целесообразно применять при работах, производимых в тоннелях, колодцах и других труднодоступных местах, где запрещается размещение баллонов с пропаном или ацетиленом. Отдельные виды водородного сварочного оборудования позволяют осуществлять сварку даже при отрицательных температурах.

 

особенности, плюсы и минусы, цена

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.

Содержание

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:

1. Толуол.
2. Бензин.
3. Бензол.
4. Гексан
5. Гептан.

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.

Сварка атомным водородом Значение, принцип, применение и преимущества

2 комментария / Сварочные процессы / Автор администратор

Сварка атомным водородом или Дуговая сварка атомным водородом — это метод сварки, в котором используется дуга между двумя вольфрамовыми электродами в присутствии газообразного водорода. Электрическая дуга, образующаяся между двумя электродами, разрывает молекулы водорода, которые позже реагируют вместе, рекомбинируя. В результате в процессе рекомбинации выделяется большое количество тепла, т.е. 3400-4000°С, что способствует процессу сварки. Процесс атомно-водородной сварки был изобретен Ирвингом Ленгмюром в начале 20 века. Другое название процесса дуговая атомная сварка .

---

Основные моменты сообщения:

• Сварка атомным водородом Значение
• Принцип или как это работает?
• Характеристики AHW
• Используемое оборудование
• Приложения AHW
• Преимущества
• Недостатки
• Зарплата сварщика атомного водорода

---

Что такое атомно-водородная сварка?

Сварка атомным водородом представляет собой процесс сварки, в котором используется дуга между двумя вольфрамовыми электродами в присутствии газообразного водорода . Дуга, образующаяся между двумя проводами, разрывает молекулы водорода, что впоследствии сочетается с выделением тепла. Это тепло повысит температуру до 3400-4000°С. Это большое количество тепловой энергии используется для сварки. В этом процессе присадочный стержень необязателен.

AHW Принцип

AHW — это процесс сварки, в котором используется дуга между двумя вольфрамовыми электродами в присутствии газообразного водорода. Кроме того, генерация дуги происходит, когда два электрода из вольфрама находятся в контакте друг с другом.

Температура около 6000°C вблизи дуги, образованной между двумя вольфрамовыми стержнями, разбивает молекулы водорода на ионы водорода.

H ₂ → 2H

Эти атомы водорода будут рекомбинировать вместе с образованием молекул водорода, как только они вступят в контакт с относительно более холодной поверхностью с выделением большого количества тепла.

2H → H ₂ + нагрев

Этот нагрев повысит температуру до 3400-4000°C, что достаточно для расплавления сварочной проволоки или заполняющей проволоки.

Чтобы процесс прошел успешно, сварщики должны установить следующие параметры. Это скорость перемещения, текущая настройка, размер дуги и контакт дуги с изделием .

Особенности сварки атомным водородом

• 4000º C — средняя температура образующегося пламени.
• Температура пламени дицианоацетилена составляет 4987ºC, а пламени цианогена – 4525ºC.
• Прохождение газообразного водорода через вольфрамовые электроды увеличивает срок службы электродов.

Оборудование, используемое в AHW

Для дуговой сварки атомным водородом используется следующее основное оборудование:

1. Вольфрамовые электроды
В этой технике используются два вольфрамовых электрода. Эти электроды соединены V-образно, так что на концах двух электродов сохраняется зазор от 1,5 мм до 2 мм. Дуга образуется между двумя электродами, которые помогают при сварке.

2. Баллон с водородом
Для этого процесса требуется баллон с газообразным водородом. Кроме того, как следует из названия процесса (атомно-водородная сварка). Газообразный водород является важным фактором в процессе сварки .

3. Присадочный стержень
Присадочный стержень не является обязательным в процессе сварки атомарным водородом. Требуется ли для сварки присадочная проволока или нет, зависит от заготовки.

4. Держатель электрода
Для процесса требуются два держателя электрода. Эти электрододержатели удерживают вольфрамовые электроды, а также предотвращают их прямой контакт с руками сварщика.

5. Насадки
Во время процесса две насадки подключаются к держателям электродов. Кроме того, они обеспечивают достаточное количество водорода, окружающего вольфрамовые электроды.

6. Регулятор давления
Регулятор давления представляет собой клапан на баллоне с водородом. Он работает для измерения давления газообразного водорода и отображения его на подключенном к нему счетчике. Регулятор давления поддерживает достаточное количество газообразного водорода возле электродов.

7. Трансформатор
Требуется трансформатор с напряжением холостого хода 300 В. Он помогает создать дугу между двумя вольфрамовыми электродами и поддерживает ее.

8. Источник питания переменного тока
Основной целью использования устройства питания переменного тока является поддержание напряжения 300В. Контроллер также требуется для регулирования значения тока в соответствии с требованиями. Этот источник питания создает дугу между двумя вольфрамовыми электродами.

Переменный ток (AC) предпочтительнее постоянного тока (DC). Это необходимо из-за того, что на оба вольфрамовых электрода требуется одинаковая мощность, чтобы между ними образовалась дуга.

Применение атомно-водородной сварки

1. Этот процесс позволяет сваривать тонкие листы металлов и сплавов малого диаметра.
2. Процесс сварки атомарным водородом подходит для таких сплавов, как нержавеющая сталь, где требуется быстрая сварка.
Тип
3. AHW можно использовать для сварки большинства металлов, будь то железо, сталь и другие металлы и сплавы.
4. Процесс используется для ремонта твердых наплавок, соединения деталей, инструментов и штампов.

Преимущества AHW

1. Газообразный водород, который окружает электроды, также действует как защитный газ и дополнительно предотвращает окисление.
2. Это один из самых быстрых методов сварки типов .
3. Сварщики могут легко сосредоточить пламя горелки на зоне сварки.
4. Газообразный водород, присутствующий вблизи вольфрамовых электродов, предотвращает их чрезмерный нагрев. В конечном итоге это увеличивает срок службы электродов.
5. Сварка сплавов может легко производиться без окисления благодаря восстановительному действию водорода.
6. Этот процесс не требует таких вещей, как зажигание дуги и поддержание столба дуги, поскольку заготовка не является частью электрической цепи.

Сварка атомным водородом Недостатки

1. Этот процесс экономически неэффективен по сравнению с другими доступными методами сварки.
2. Процесс сварки эффективен только в плоских положениях.
3. Это может быть опасно, поскольку газообразный водород, используемый в этом процессе, легко воспламеняется.
4. Процесс требует высококвалифицированного специалиста, так как включает в себя некоторые технические аспекты выполнения.
5. Не подходит для нанесения больших количеств металлов.

Зарплата сварщика атомного водорода

Не все сварщики могут зарабатывать одинаковые деньги. Заработная плата зависит от различных факторов, таких как уровень образования (программы), рабочие навыки, сертификация, опыт работы и т. д. По мере того, как работник приобретает опыт, увеличивается и заработная плата. Зарплата зависит от того, какую работу выполняет человек. Обычно сварщик на атомном водороде зарабатывает от 17 до 59 долларов.в час. В среднем они зарабатывают 32 доллара в час. Кроме того, их средний заработок колеблется от 50 630 до 67 087 долларов.

Заключение

Атомно-водородная сварка до сих пор актуальна благодаря своим свойствам, несмотря на то, что ей уже 100 лет. Но тенденции меняются в новом мире технологий. Большинство работ по сварке атомарным водородом заменяется процессом сварки МИГ. Как бы то ни было, атомно-водородная сварка заслуживает важного места в сварочной промышленности. Таким образом, желающие могут использовать вышеуказанную информацию для учебы и работы.

Родственный:  Другие типы сварки

Сварка атомным водородом — Baker’s Gas & Welding Supplies, Inc.

Делиться:

Ed

Сварка атомарным водородом, также известная как AHW, представляет собой метод дуговой сварки, в котором используется дуга, расположенная между двумя вольфрамовыми электродами и водородным защитным газом. Этот метод сварки был открыт Ирвингом Ленгмюром, когда он изучал атомарный водород. Используемая электрическая дуга разбивает молекулы водорода, которые позже рекомбинируют и выделяют большое количество тепла, температура которого может достигать 3400–4000 градусов Цельсия. Способность достигать таких высоких температур делает этот процесс сварки одним из трех самых горячих пламен. По сравнению с ацетиленовой горелкой, которая способна достигать температуры только 3300 градусов по Цельсию, сварка атомарным водородом намного горячее, чем обычный сварщик.

Высокий уровень тепла, который выделяется при сварке атомным водородом, достаточно высок, чтобы расплавить и сварить вольфрам, который может быть самым трудным для сварки металлом. Водород, который используется в процессе сварки, действует как газовый щит и защищает свариваемый металл от загрязняющих веществ, таких как углерод, кислород и азот, которые могут вызывать дефекты во многих металлах. Это также избавляет сварщика от необходимости использовать флюс. При атомно-водородной сварке дуга поддерживается отдельно от свариваемых деталей. Газообразный водород обычно является двухатомным, но когда ему позволяют достичь таких высоких температур, он распадается на свою атомарную форму и поглощает большое количество тепла, создаваемого дугой.

Когда водород вступает в контакт с более холодной поверхностью, например, со свариваемыми частями, он рекомбинирует в свою двухатомную форму и быстро высвобождает накопленное тепло. Энергию, выделяемую при сварке атомарным водородом, можно довольно легко изменить, регулируя расстояние между потоком дуги и свариваемыми деталями.