Сварка гидролизная: Сварочный аппарат водородный: зачем нужно подобное оборудование?

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.

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.

Атомно-водородная сварка | Сварка и сварщик

Атомно-водородная сварка. Плавление металла происходит за счет тепла, выделяемого при превращении атомарного водорода в молекулярный водород, и за счет тепла независимой дуги, горящей между двумя вольфрамовыми электродами.

1 — электроды; 2 — мундштуки горелки; 3 — зона превращения атомарного водорода в молекулярный; 4 — молекулярный водород, поступающий из мундштуков; 5 — зона диссоциации водорода на атомарный
Схема процесса атомно-водородной сварки

Атомно-водородная сварка была изобретена в 1925 г. американцем Лангмюром.

Во время нагревания водорода при соприкосновении его с раскаленной вольфрамовой нитью лампочки, как это имело место в первых исследованиях Лангмюра, происходит диссоциация молекул водорода на атомы.

Особенно интенсивную диссоциацию (61-62% всего нагретого водорода) Лангмюру удалось получить в вольтовой дуге, образованной в атмосфере водорода между двумя вольфрамовыми электродами. Атомное состояние водорода неустойчивое, оно длится доли секунды. Воссоединение атомов в молекулы сопровождается выделением тепла, которое было поглощено при диссоциации.>

Тепловой эффект от излучения дуги и от сгорания молекулярного водорода в наружной зоне пламени незначителен по сравнению с эффектом рекомбинации атомов водорода.

Температура атомно-водородного пламени составляет ~ 3700° С, что по концентрации тепла приближает этот способ сварки к сварке в среде защитных газов. Водород при этом способе сварки передает тепло от дуги к изделию вначале за счет поглощения его при реакции диссоциации, а затем путем выделения при рекомбинации атомов водорода. Высокая активность водорода обеспечивает хорошую защиту металла шва от вредного воздействия кислорода и азота воздуха.

При атомно-водородной сварке дуга горит между двумя вольфрамовыми электродами, расположенными под углом. В зону дуги можно подавать чистый водород или азотно-водородные смеси, получаемые при диссоциации аммиака. Питание дуги осуществляется от источников переменного тока. Из-за высокого охлаждающего действия реакции диссоциации водорода и высокого потенциала ионизации водорода напряжение источника питания дуги, требуемое для ее зажигания, должно быть 250-300 В. Напряжение горения дуги 60-120 В. Сила тока дуги 10-80 А.

Широкий диапазон изменения напряжения горения дуги мало сказывается на величине изменения силы тока. Напряжение горения дуги зависит от расхода водорода и расстояния между вольфрамовыми электродами.

Зажигание дуги осуществляется коротким замыканием вольфрамовых электродов, обдуваемых водородом, или, лучше, замыканием электродов на угольную (или графитовую) пластинку при обдувании струей газа, так как в этом случае обеспечивается легкое зажигание дуги и не требуется повышенного напряжения холостого хода источника питания. После зажигания дуги расстояние от концов электродов до поверхности изделия устанавливают в пределах 4-10 мм. Это зависит от мощности атомно-водородного пламени и толщины свариваемого металла.

а — спокойной; б — звенящей
Формы дуги

Дуга может быть спокойной (рис. а), когда нет в дуге характерного веера, и звенящей (рис. б), когда веер пламени касается поверхности свариваемого изделия и дуга издает резкий звук. Для спокойной дуги напряжение не превышает 20-50 В и расход водорода 500-800 л/ч, для звенящей дуги — 60-120 В и 900-1800 л/ч соответственно.

При атомно-водородной сварке выполняют следующие виды сварных соединений: стыковые с отбортовкой и без отбортовки кромок, угловые, тавровые и нахлесточные.

Высоту отбортовки принимают равной двойной толщине свариваемого листа. Угловые соединения выполняют с применением присадочной проволоки или без нее. При сварке толщин более 3 мм на стыковых и тавровых соединениях рекомендуется выполнять скос кромок под углом ≥45°.

Обычно атомно-водородную сварку рекомендуется применять для сварки металлов и сплавов толщиной 0,5-5-10 мм. Этим способом хорошо свариваются малоуглеродистая и легированная сталь, чугун, алюминиевые, магниевые сплавы. Хуже свариваются медь, латунь из-за склонности к насыщению водородом и испарению цинка. При сварке алюминия и сплавов на его основе необходимо применить флюсы, состоящие из солей щелочных металлов. Металлы с высокой химической активностью к водороду, например Ti, Zr, Та и др., нецелесообразно сваривать атомно-водородной сваркой.

Атомно-водородная сварка обеспечивает получение сварных соединений со свойствами, близкими к свойствам основного металла.

Техника выполнения швов при атомно-водородной сварке подобна технике газовой сварки, т. е. может быть осуществлена как правым, так и левым методами.

Атомно-водородную сварку можно осуществлять в нижнем и вертикальном положениях, по режимам приведенным в таблице

Режимы (ориентировочные) атомно-водородной сварки

Установка для атомно-водородной сварки состоит из атомно-водородного аппарата, баллона с водородом, водородного редуктора, горелки и пускорегулирующей аппаратуры.

1 — атомно-водородный аппарат; 2 — баллон с водородом; 3 — горелка; 4 — токоподвод; 5 — шланг для подачи водорода
Схема установки для атомно-водородной сварки

При горении дуги в смеси водорода и азота в состав установки входит еще баллон с аммиаком, крекер для получения азотно-водородной смеси из аммиака, аммиачный вентиль, водоотделитель и осушитель для газа. Водород с воздухом образует взрывные смеси, поэтому все соединения трубопроводов, вентилей, шлангов должны быть надежными, а помещения, где производится работа, хорошо вентилируемые.

1 — корпус; 2 — сосуд, питающий пост азотно-водородной смесью; 3 — нагреватель; 4 — труба с катализатором; 5 — катализатор; 6 — электродвигатель; I — баллон с аммиаком; II — крекер; III — водоотделитель; IV — азотно-водородный аппарат
Схемы крекера (а) и установки (б) для сварки азотно-водородной смесью

При соединении водорода с углеродом в условиях сварочной дуги происходит обезуглероживание металла. Поэтому в производственных условиях вместо чистого водорода применяют смеси водорода с азотом. Для расщепления аммиака на водород и азот используют аппараты-крекеры (см. рис. а), в которых расщепление происходит при 600 °С в присутствии катализатора — железной стружки. Из крекера смесь газов поступает в очиститель (см. рис. б) и далее в осушитель, где азотно-водородная смесь, пройдя слой хлористого кальция, поступает по резиновому шлангу в сварочную горелку.

Технические характеристики аппаратов для атомно-водородной сварки

Известны аппараты для атомно-водородной сварки типа ГЭ-1-2, ГЭ-2-2, АВ-40, АГЭС-75, техническая характеристика которых приведена в таблице.

Атомно-водородная сварка широко применялась в самолетостроении, химическом машиностроении и других отраслях промышленности. В настоящее время из-за значительного прогресса других способов сварки атомно-водородная сварка применяется редко.

Сварка с водородно-кислородной горючей смесью из электролиза воды

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 6,2×1, 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 — 150×150 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 Ш16×32 из трансформаторной стали. Обмотки содержат: первичная — 2000 витков ПЭЛ-0,1; вторичная — 2×220 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.

В.РАДЬКОВ, Татарстан. Моделист-конструктор 1997 №3.

моя водородная сварка — Самодельное сварочное и вспомогательное оборудование

Здравствуйте господа.Решился и я выставить на общее обозрение свою конструкцию водородного генератора.В принципе ничего нового.Набор батареи из 71 пластин из нержавейки размерами 160х160мм.Питание 140В. 10-11А. Питаю через обычный димер на импортном симисторе расчитаном на 40 А.Потом выпрямляю диодной сборкой током на 35 А.Установил датчик давления от холодильника (доработанный) отключает питание при достижении 0.8 атмосфер и включает при 0.3 атмосферы.Бульбулятор с углеродной добавкой я сделал сьемный т.к.во многих случаях он не нужен.В разрезе горелки я сделал дополнительный огнепреградитель который состоит из двух аквариумных распылителей.Прекрасно справляется с обратным хлопком.

Чтож,смотрите кому интересно оценивайте,задавайте вопросы,если кому что интересно и не понятно.

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.

Что собой представляет сварка водородная?

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.

Схемы водородной сварки.

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:

Как применяется холодная сварка для пластика.

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.

Устройство водородной горелки.

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.

Электросхема водородной горелки.

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.

Схема электролизера для водородной сварки.

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.

Вернуться к оглавлению

Создание водородно-сварочного оборудования в домашних условиях

Водородный прибор для сварки может пригодиться каждому и в домашних условиях. Если покупать такой прибор в магазине, это обойдется очень дорого.

Тем более каждый может самостоятельно изготовить его дома. Для того чтобы смастерить сварочный аппарат дома, понадобятся следующие инструменты и материалы:

Для выполнения водородной сварки потребуется полтора литра дистиллированной воды.

• гладкий лист, состоящий из нержавеющего металла;
• металлические болты и гайки;
• поликарбонат;
• материал резины или пластика;
• полимерный компонент – герметик;
• соединительные детали, называемые штуцеры.

В процессе сборки сварочного водородного прибора очень важно придерживаться технологии выполнения работ. Это все можно узнать, прочитав инструкцию.

Весь процесс сварки и резки с помощью водорода, по сравнению с ацетиленовым или пропановым, допускает получение среза без дополнительной обработки шлифовальными инструментами. Также при использовании этой технологии исключено выбрасывание опасной окиси азота, в то время как металл не может поглотить углерод, в связи с чем закаляется.

Водородные сварочные аппараты необходимо эксплуатировать при работах, выполняемых в труднодоступных местах, где невозможно разместить баллон, наполненный нужным веществом.

Другие разновидности водородного оборудования допускают производить сварку и при минусовой температуре.

Подводная сварка технология и особенности проведения под водой

Преимущества и недостатки

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

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.

Недостатком водородной сварки можно считать зависимость ее от наличия источника электроэнергии, необходимой для получения водорода. Использование баллонов с водородом не допускается по причине опасности их транспортировки и эксплуатации.

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.

Далее при возвращении в молекулярную форму, водород отдает тепло, создающее температуру, которая в сумме с температурой дуги может достигать 3600 °C.

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

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.

Технология

Суть такого явления, как сварка под водой, объясняется тем, что при горении дуги, выделяется газ, который образует пузырь. Обволакивая электрод и свариваемые детали, газ высвобождает пространство для горения дуги.

В результате все тепло, выделяемое ею, расходуется на разогрев и плавление металла, который активно сопротивляется этому, охлаждаясь постоянно окружающей водой.

Температура ее в отдельных случаях может доходить и до отрицательных значений, если вода насыщена достаточным количеством солей.

Газ, выделяемый при горении дуги, частично является продуктом сгорания металлов. Некоторая его доля (водород и кислород) образуюся при разложении воды под действием электрического тока и высокой температуры.

Пузыри газа постоянно стремятся вверх, обладая меньшим весом и плотностью, чем вода, а в зоне сварки постоянно образуется новая порция газа.

Форма шва

Из-за всплывающего в беспорядочном движении газа, а также из-за продуктов сгорания, находящихся в нем (сажи, дыма), видимость в зоне сварки сильно затруднена.

Это обстоятельство определяет особенности конструкции швов при сварке под водой. Они производятся в виде тавров, то есть, когда соединяемые детали располагаются относительно друг друга под углом, близким к прямому. Если же соединяемые детали должны располагаться в одной плоскости, то сваривают их не встык, а внахлест.

Эти виды швов дают возможность работать электродом под водой даже при отсутствии достаточной видимости, ориентируясь по кромке соединяемых деталей, как бы «на ощупь».

Напряжение и ток

Напряжение, при котором производят сварку под водой, должно быть достаточно высоким, обеспечивающим устойчивое горение дуги. Как правило, оно варьируется в пределах 30-35 В.

Для подачи такого напряжения на глубину, требуются сварочные аппараты, способные «выдавать» напряжение 80-120 В и сварной ток 180-220 А. Подводная сварка может производиться как постоянным, так и переменным током, но лучшие результаты получаются при использовании постоянного тока.

При увеличении глубины, на которой производятся сварочные работы, интенсивность горения дуги, а так же качество получаемых швов не изменяется. Необходимо только повышение напряжения для устойчивого горения. Поэтому возможности сварки под водой технически ничем не ограниченны. Предел глубины устанавливается только возможностями человеческого организма сварщика и устойчивостью оборудования для подводного использования.

Сварка труб высокого давления особенности.

При выборе типа сварки необходимо учитывать и материал, из которого изготавливаются трубы, и их диаметр.

Сварка трубопровода высокого давления производится методом газовой или электродуговой сварки. При этом газовая сварка может применяться только в том случае, если диаметр труб трубопровода находится в пределах от 6 до 25 мм. Для труб большего диаметра должна применяться электродуговая сварка. При диаметре труб от 25 до 100 мм применяется ручная электродуговая сварка, если же диаметр труб превышает 100 мм, то возникает необходимость в полуавтоматической или автоматической сварке под флюсом, при этом подварка корня шва в любом случае производится вручную. Также следует учитывать, что в тех случаях, когда диаметр труб не превышает 40 мм, как правило, используется обычный сварной шов и производится V-образная разделка кромок. А вот при сварке труб диаметром более 60 мм чаще всего используются подкладные кольца.

И еще одной особенностью сварочных работ, проводимых с трубами высокого давления, является то, что при этом необходимо выполнять несколько слоев сварного шва – количество слоев зависит от вида трубопровода и от характеристик металла и может составлять от 4 до 10 штук.

Контроль сварных соединений. Исправление дефектов сварного соединения

При доизготовлении на месте эксплуатации, монтаже, ремонте, реконструкции оборудования под давлением должна применяться система контроля качества сварных соединений, гарантирующая выявление недопустимых дефектов, высокое качество и надежность эксплуатации этого оборудования и его элементов.

Контроль качества сварных соединений должен быть проведен в порядке, предусмотренном проектной и технологической документацией.

Визуальному осмотру и измерениям подлежат все сварные соединения с целью выявления следующих дефектов:

а) трещин всех видов и направлений;

б) свищей и пористости наружной поверхности шва;

в) подрезов;

г) наплывов, прожогов, незаплавленных кратеров;

д) отклонений по геометрическим размерам и взаимному расположению свариваемых элементов;

е) смещения и совместного увода кромок свариваемых элементов свыше предусмотренных норм;

ж) несоответствия формы и размеров шва требованиям технологической документации;

з) дефектов на поверхности основного металла и сварных соединений (вмятин, расслоений, раковин, непроваров, пор, включений и т.п.).

Ультразвуковую дефектоскопию и радиографический контроль проводятся в целях выявления в сварных соединениях внутренних дефектов (трещин, непроваров, шлаковых включений и т.п.).

Метод контроля (ультразвуковой, радиографический, оба метода в сочетании) выбирается исходя из возможности обеспечения наиболее полного и точного выявления дефектов конкретного вида сварных соединений с учетом особенностей физических свойств металла и данного метода контроля.

Объем контроля для каждого конкретного вида оборудования под давлением устанавливается, исходя из требований соответствующих руководств по безопасности и указывается в технологической документации.

Сварные соединения не должны иметь внешних или внутренних дефектов (повреждений), которые могут повлиять на безопасность оборудования. Минимальные значения механических характеристик сварных соединений оборудования должны быть не ниже минимальных значений механических характеристик соединяемых материалов.

Элементы оборудования, собираемые вместе, должны обеспечивать безопасность оборудования и соответствовать его назначению. Все неразъемные или сварные соединения элементов оборудования должны быть доступны для неразрушающего контроля.

Контроль качества монтажа (доизготовления) должен быть подтвержден удостоверением о качестве монтажа.

Удостоверение о качестве монтажа должно составляться организацией, производившей монтаж, подписываться руководителем этой организации, а также руководителем организации – владельца смонтированного оборудования под давлением и скрепляться печатями.

Организация, некачественно выполнившая монтаж (доизготовление), ремонт, реконструкцию оборудования под давлением несет ответственность в соответствии с действующим законодательством.

Недопустимые дефекты, обнаруженные в процессе монтажа (доизготовления), реконструкции, ремонта, испытаний должны быть устранены с последующим контролем исправленных участков.

Технология устранения дефектов устанавливается технологической документацией. Отклонения от принятой технологии исправления дефектов должны быть согласованы с ее разработчиком.

Методы и качество устранения дефектов должны обеспечивать необходимую надежность и безопасность работы оборудования.

Удаление дефектов следует проводить механическим способом с обеспечением плавных переходов в местах выборок. Максимальные размеры и форма подлежащих заварке выборок устанавливаются технологической документацией.

Разрешается применение способов термической резки (строжки) для удаления внутренних дефектов с последующей обработкой поверхности выборки механическим способом.

Полнота удаления дефектов должна быть проконтролирована визуально и методом неразрушающего контроля (капиллярной или магнитопорошковой дефектоскопией либо травлением).

Выборка обнаруженных мест дефектов без последующей заварки разрешается при условии сохранения минимально допустимой толщины стенки детали в месте максимальной глубины выборки и подтверждением расчетом на прочность.

Если при контроле исправленного участка будут обнаружены дефекты, то должно быть проведено повторное исправление в том же порядке, что и первое.

Исправление дефектов на одном и том же участке сварного соединения разрешается проводить не более трех раз.

В случае вырезки дефектного сварного соединения труб и последующей вставки в виде  вварки отрезка трубы два вновь выполненных сварных соединения не считаются  исправленными.

Полуавтоматический способ

В силу того, что во время сварки в воде присутствует большое количество водорода, шов получается пористым. Одновременно отрицательное действие оказывает усиленное охлаждение материала водой.

Шов получается хрупким, неустойчивым на изгиб. Для получения удовлетворительного результата приходится при расчете конструкций учитывать большой запас прочности и надежности.

Сварка под водой в среде аргона не дает ощутимого эффекта, так как лишь немного снижает содержание водорода в шве.

Хороший результат дает применение полуавтоматической сварки с применением порошковой проволоки. Она имеет меньший диаметр, чем электрод.

При сварке полуавтоматом можно организовать постоянную и непрерывную механизированную подачу проволоки, что в сочетании с применением неплавящихся электродов позволит получить однородные швы большой длины.

Материалы и оборудование

Силовое оборудование для сварки под водой – трансформаторы, преобразователи – могут ничем не отличаться от применяемых для обычной сварки. Исключение составляют конструкции, работа которых предусмотрена на большой глубине. Иногда изменена система охлаждения таких аппаратов.

Шланги и кабели

Шланги и кабели необходимо тщательно подбирать и проверять их целостность. Это необходимость обусловлена как требованиями электробезопасности, так и технологией производства работ.

Сварка очень часто проводится в морской воде, содержание солей в которой высоко. Такая вода является хорошим проводником электричества, поэтому при негерметичных кабелях возможна его утечка, что может оказать отрицательное воздействие на качество дуги.

Скафандр

Очевидно, что для защиты сварщика необходимо подводное снаряжение. Для работы на большой глубине костюм или скафандр может быть металлическим. Здесь кроется очередной подвох.

В соленой воде дуга может загореться на приличном расстоянии от металла, даже не касаясь его. А так как в воде может установиться положительная проводимость между свариваемой деталью и скафандром сварщика, то при небольшом расстоянии между электродом и скафандром может возникнуть разряд.

Электроды и проволока

Отдельного внимания заслуживают электроды для подводной сварки. Они должны быть выполнены из материала, не подверженного воздействию воды. Сварка под водой производится электродами из малоуглеродистой стали.

Обмазка покрывается специальными составами, препятствующими ее разрушению длительное время, создавая на поверхности водонепроницаемый слой.

В качестве таких составов могут применяться парафин, воск, растворенный в ацетоне целлулоид. Диаметр электродов для подводной сварки 4-6 миллиметров. Существуют специальные марки – Св-08, Св-08А, Св-08ГА, Св-08Г2.

При сварке полуавтоматом используется сварочная проволока следующих марок – СВ-08Г2С, ППС-АН1.

Затрудненные условия производства работ требуют правильной организации рабочего места, и соблюдения всех мер безопасности. Рабочее место должно быть выбрано таким образом, чтобы волны и течения не оказывали помех сварщику.

Рядом с местом работ не должно быть плавающих незакрепленных предметов. Смена электродов должна производиться только при выключенном питании.

Соблюдение всех правил и технологии подводных сварочных работ позволит получить отличные результаты при устройстве и ремонте гидросооружений, судов, монтаже подводного оборудования.

Обработка сварного шва при соединении труб высокого давления.

При сварке толстостенных труб, из которых состоит трубопровод высокого давления, металл попадает под воздействие высокой температуры, что приводит к появлению изменений в его структуре в месте самого сварного шва и на расстоянии примерно 1-2 сантиметра от него (то есть, в нагреваемой зоне). Это приводит к тому, что характеристики сварного шва снижаются, а значит, и гарантия того, что он выдержит неблагоприятные воздействия проходящей по трубопроводу и окружающей его среды, нет никакой. Для того, чтобы избежать этого, необходимо провести специальную обработку сварного шва и зоны, расположенной около него.

Чаще всего для этого применяется термообработка, особенности которой зависят от того, из какой именно стали изготовлены трубы и от их точных размеров.  Если изготовление трубопровода ведется в производственных условиях, то для термообработки соединений используются специальные печи – это могут быть муфельные печи сопротивления, газовые горелки с кольцами или индукционные нагреватели.

Муфельная печь сопротивления используется для термообработки соединений толстостенных труб диаметром от 30 до 320 мм. При этом точная толщина стенок труб не имеет значения. В такой печи место соединения нагревается до 900 градусов.

Индукционные нагреватели обрабатывают соединение труб с помощью нагрева места соединения электрическим током промышленной частоты (в 50 Гц). Используется такой нагреватель для обработки соединения труб, диаметр которых превышает 100 мм, а толщина стенок –10 мм. Для того, чтобы произвести такую термообработку, само соединение и зону трубы, расположенную рядом с ним, обертывают листом асбеста, поверх которого укладывают несколько витков медного многожильного провода, сечение которого должно быть не меньше 100 кв.мм. При наматывании провода необходимо следить за тем, чтобы витки одновременно находились достаточно плотно друг к другу, но не касались друг друга – в противном случае может произойти замыкание.

Как видно из указанного выше, сварное соединение труб и последующая его обработка – задачи, рассчитанные на мастеров с большим опытом подобных работ.

При проведении сварки необходимо учитывать все особенности конкретного трубопровода – начиная от того, из каких труб он монтируется, и заканчивая тем, в каких условиях будет эксплуатироваться. Что касается последующей термообработки, здесь также необходимо знать нюансы подобной операции и соблюдать все технологические требования – только такой подход в результате позволит гарантировать высокое качество соединения.

Получение водорода

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:

2H₂O=2H₂+O₂

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.

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.

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.

Гидролиз | Ресурсы Wyzant

Написано репетитором Кэти З.

Подобно тому, как изучение воды — это «гидрология», гидролиз означает вода + разделение. Чаще всего вы будете изучать разрыв химических связей путем добавления молекулы воды, что означает, что наблюдаемое вами вещество разрушается.

Этот процесс включает несколько шагов химии, которые вы уже изучили:

Возможно, вы узнали о гидролизе из биологии, когда узнали об АТФ и пищеварении.Вы можете просмотреть эти темы в вашем учебнике или на страницах справки Wyzant.

Гидролиз

Это химический процесс добавления молекулы воды к соединению, который чаще всего вызывает разрушение обеих частей. химические связи, в результате которых каждый фрагмент становится либо анионом (отрицательно заряженные ионы, такие как ионы гидроксида, OH ^—) или катион (положительно заряженные ионы, такие как ионы водорода H ⁺ ).Противоположно заряженные ионы присоединяются друг к другу, синтезируя в новые вещества. Часто эти реакции происходят при растворении ионных соединений в воде.

Есть пять типов реакций гидролиза, с которыми вы можете столкнуться в своих исследованиях: соли, АТФ, пищеварение (ферменты), мыло (омыление). и выветривание (скалы).

Соли — это соединения, образующиеся в результате реакции кислоты и основания.Ионные соединения могут быть либо кислотой, либо основанием и являются основой соли, которая является их образующим соединением. В зависимости от того, была ли изначально соль сильной кислотой и слабым основанием или наоборот (слабая кислота и сильное основание), когда он растворяется в воде (подвергается гидролизу), в результате образуется либо сильнокислый раствор, либо, наоборот, сильный щелочной раствор. решение. Молекулы воды самопроизвольно ионизируются с образованием гидроксильных анионов и катионов водорода.

a) Вы можете безопасно комбинировать уксус и бикарбонат натрия и создавать ацетат натрия дома:

CH ₃ COOH + NaHCO ₃ -> CH ₃ COO ^— Na ⁺ + H ₂ O + CO ₂

Ацетат натрия распадается в воде на ионы натрия и ацетат. Ионы натрия очень слабо реагируют с гидроксилом. ионы, тогда как ионы ацетата соединяются с ионами водорода, в результате чего образуется щелочной (щелочной) раствор и выделяется углерод. диоксид газа.

б) Хлорид аммония (NH ₄ Cl) ​​представляет собой соль слабого основания, аммиака (NH ₃ ) и сильной кислоты, соляной кислоты (HCl).

NH ₄ Cl + H ₂ O -> NH ₄ ⁺ + H ₂ O + Cl ^— -> NH ₃ + H ₃ O ⁺

Когда хлорид аммония растворяется в воде, он гидролизуется с расщеплением на катион NH ₄ ⁺ и анион Cl ^— .NH ₄ ⁺ будет реагировать с H ₂ O, теряя ион водорода, превращаясь в H ₃ O ⁺ . Поскольку в этой химической реакции образуются ионы гидроксония (H ₃ O ⁺ ), получается кислый раствор.

Помните, что соль сильного основания и сильной кислоты НЕ будет гидролизоваться в воде, потому что катион основания и анион кислоты НЕ реагировать с водой.

АТФ представляет собой молекулу аденозинтрифосфата. Как вы помните из биологии, высвобождение энергии АТФ имеет важное значение для жизни. Клетки используют АТФ для хранения энергии и высвобождения ее по мере необходимости путем гидролиза. Таким образом, гидролиз связан как с метаболизмом, так и с накоплением энергии. АТФ подвергается гидролизу двумя путями. 1) АТФ удаляет одну фосфатную группу и образует АДФ (аденозиндифосфат) и 2) затем удаляет другую фосфатная группа приводит к АМФ (аденозинмонофосфат) и пирофосфату, который обычно разрушается еще дальше.Эти биосинтеза реакции часто протекают в цепочках, так как фосфатные связи подвергаются гидролизу.

Пищеварение — это расщепление пищи, чтобы наш организм мог легче усваивать питательные вещества. Гидролиз — это процесс добавления воды в органические соединения в пище. Однако, поскольку большинство органических соединений не легко соединяются с водой, необходим катализатор. чтобы сразу начать процесс. Катализаторы органических реакций называются ферментами.Вы помните из биологии, что каждый фермент является специфическим ключ, чтобы разблокировать процесс сопоставления. Таким образом, липазы сочетаются с жирами, углеводы — с углеводами, а протеазы — с белками с водой в организме. процесс гидролиза.

Специфичность ферментов очень важна для соответствия «ключа» и «замка», поэтому каждый ключ протеазы не катализирует гидролиз. каждого белка. Позиционирование и ориентация белкового вещества могут даже быть искажены.Это становится очень важным при активации гормонов эндрокринной системы репродуктивной системы. Также считается, что это часть проблемы инсулинорезистентности 2-го типа. диабетики, связанные с их поджелудочной железой.

Распад крахмала — это довольно хорошо изученный тип гидролиза. Крахмал катализируется ферментом амилазой. Крахмал, который представляет собой сложный углевод, расщепляется на более мелкие молекулы мальтозы (простой сахар).Затем мальтоза расщепляется на молекулы глюкозы в наличие фермента мальтазы. На каждом этапе гидролиза молекулы воды распадаются на ионы и добавляют гидроксильный анион или катион водорода. новым молекулам, образующимся на каждом фрагменте разорванной связи.

Мыло — это один из промышленных процессов гидролиза, который проводится в лаборатории. Сырье не вступает в реакцию с водой и требует катализатор.Кроме того, этот процесс более эффективен, если его проводить в резервуаре высокого давления и при высоких температурах. Катализатор для мыла обычно является сильной базой. (Для гидролиза других лабораторных соединений может потребоваться сильная кислота.) Когда жир гидролизуется натрием гидроксида в реакции с водой процесс называется омылением. Полученное «мыло» на самом деле представляет собой соль жирной кислоты.

На очень старых масляных картинах могут образовываться белые отложения и комочки.Поскольку некоторые произведения искусства были очищены и отреставрированы, эти отложения было обнаружено омыление. Считается, что жирные кислоты в старых масляных красках вступали в реакцию с металлами в краске. пигменты, которые были использованы. Неизвестно, почему это произошло только с некоторыми произведениями искусства, а не с другими.

Выветривание — это часть цикла горных пород. Не совершайте ошибку, которую делают некоторые ученики и путают выветривание горных пород с погодой, связанной с климатом.Эта форма выветривания НЕ связана с круговоротом воды и погодой на улице.

Гидролиз — важный процесс выветривания горных пород и восстановления горных пород в их форме из вулканических и метаморфических пород в осадочные. типы. В основном из крупных твердых пород на более мелкие фрагменты. Все породы состоят из минералов. Многие минералы земной коры — силикаты. Некоторые из этих силикатов, например полевые шпаты, могут медленно гидролизоваться, вступая в реакцию с водой, с образованием новых и различных минералов вместе с водой. растворимые соединения.По мере образования новых минералов породы превращаются в отложения, которые могут уплотняться в осадочные породы, такие как аргиллиты. и алевролит. Если они не превращаются в камни, они становятся почвой, которая обеспечивает растения необходимыми питательными веществами.

Дегидратационный синтез (противоположный гидролизу)

Другой способ представить себе противоположность гидролиза состоит в том, что вы синтезируете два химических вещества вместе и создаете молекулу воды, которая представляет собой форму дегидратации или удаления молекул воды из реагирующего вещества.

Объединив два ингредиента (синтез), вы удаляете два атома водорода и один атом кислорода, которые затем объединяются в одну воду. молекула (H ₂ O). Вы берете гидроксил-ион (OH ^—) из одной молекулы и ион водорода (H ⁺ ) из другой и синтезировать их в новое вещество плюс вода. Как всегда в химии, все может быть намного сложнее, но это основная концепция.

Гидролиз иминов с образованием кетонов (или альдегидов) — Master Organic Chemistry

Master Organic Chemistry Reaction Guide

Описание: Обработка иминов водой приводит к их обратному гидролизу до альдегидов (или кетонов) и амина.

Примечания: Реакция поддерживается за счет использования кислотного катализатора.

Примеры:

Примечания: Обратите внимание, что третий пример является внутримолекулярным.

Механизм: Протонирование иминного азота (стадия 1, стрелки A и B) приводит к образованию иона иминия, который подвергается 1,2-присоединению водой (стадия 2, стрелки C и D). Перенос протона (этап 3, стрелки E и F) с последующим 1,2-элиминированием аммиака (этап 4, стрелки G и H) приводит к иону оксония, который затем депротонируется с образованием нейтрального кетона.

Примечания:

• Кислота полезна, но не является абсолютным требованием для этой реакции.Разумные механизмы можно нарисовать без кислоты.
• «Cl» здесь в h4O + Cl- совершенно неважно, просто означает баланс заряда для h4O +. Другие противоионы, такие как Br-, HSO3- и т. Д., Также подойдут.
• Обратите внимание, что это равновесная реакция и идет в этом направлении из-за большого избытка воды. Это полная противоположность образования имина.
• Несомненно, существуют другие разумные способы переноса протона (этап 3) и других частиц, помимо h3O, которые предположительно могут действовать как основания на последнем этапе.

(Advanced) Ссылки и дополнительная литература

Имины также известны как «основания Шиффа» в литературе по классической органической химии, отсюда и название в названиях некоторых из этих статей.

1. О механизме образования и гидролиза основания Шиффа
   EH Cordes and WP Jencks
   Журнал Американского химического общества 1962, 84 (5), 832-837
   DOI: 10.1021 / ja00864a031
   В этой классической статье авторы представляют доказательства того, что при нейтральном pH потеря h3O определяет скорость, но при кислом pH атака амина является определяющей. Максимальная скорость наблюдается около pH 4.
2. Механизм гидролиза шиффовых оснований, полученных из алифатических аминов
   Э.Х. Кордес и В.П. Дженкс
   Журнал Американского химического общества 1963, 85 (18), 2843 -2848
   DOI : 10.1021 / ja00901a037
   В кислых условиях реакция протекает через воздействие воды на конъюгированную кислоту имина. В нейтральных и основных условиях определяющим этапом является атака воды; в кислых условиях стадия, определяющая скорость, представляет собой разложение тетраэдрического промежуточного соединения.
3. Кинетика и механизм гидролиза N-изобутилиденметиламина в водном растворе
   Джек Хайн, Джон К. Крейг-младший, Джон Г. Андервуд II и Фрэнсис А.Виа
   Журнал Американского химического общества 1970, 92 (17), 5194-5199
   DOI : 10.1021 / ja00720a032
   В этих статьях представлены экспериментальные доказательства различных механизмов гидролиза иминов в обеих кислотных средах. и основные СМИ.
4. Химия иминов.
   Роберт У. Лайер
   Chemical Reviews 1963, 63 (5), 489-510
   DOI: 10.1021 / cr60225a003
   Раздел IV.A. в этом обзоре («Добавление воды») есть краткое обсуждение гидролиза иминов, что является хорошим местом для начала.
5. Гидролиз иминов: кинетика и механизм спонтанного гидролиза N-салицилиден-2-аминотиазола, индуцированного кислотами, основаниями и ионами металлов
   Анади К. Даш, Бхаскар Даш и Сомнат Прахарадж
   Chem. Soc., Dalton Trans ., 1981 , 2063-2069
   DOI: 10.1039 / DT9810002063
   Кислота Льюиса (например,г. Катализируемый ионами металла) гидролиз иминов также возможен, как описано в этой статье.
6. Кинетическое исследование гидролиза шиффовых оснований, полученных из 2-аминотиофенола
   Hassib, H.B., Abdel-Kader, N..S. И Исса, Ю.
   J. Solution Chem 41 , 2036–2046 ( 2012 )
   DOI : 10.1007 / s10953-012-9920-6
   Очень хорошее тщательное исследование механизма гидролиза определенного имина и включает в себя вывод уравнений удельной скорости для катализируемого кислотой и катализируемого основанием гидролиза.
7. Депротонирование основания Шиффа родопсина обязательно при активации G-белка
   C. Longstaff, RD Calhoon и RR Rando
   PNAS 1 июня, 1986 83 ( 12 ) 4209-4213
   DOI : 10.1073 / pnas.83.12.4209
   Химия иминов имеет огромное значение в биохимии. Vision основан на изомеризации сетчатки, которая связана с белком, называемым родопсином, через иминную связь через боковую аминовую цепь лизина

гидролиз

Гидролиз — это химическая реакция или процесс, при котором химическое соединение разрушается в результате реакции с водой. ^{[1] [2]} Это тип реакции, который используется для разрушения полимеров. В эту реакцию добавляется вода.

В органической химии гидролиз можно рассматривать как обратную или противоположную реакцию конденсации, реакцию, в которой два молекулярных фрагмента соединяются для каждой образованной молекулы воды. Поскольку гидролиз может быть обратимой реакцией, конденсация и гидролиз могут происходить в одно и то же время, причем положение равновесия определяет количество каждого продукта.

В неорганической химии это слово часто применяется к растворам солей и реакциям, посредством которых они превращаются в новые ионные частицы или в осадки (оксиды, гидроксиды или соли). Добавление молекулы воды к химическому соединению без образования каких-либо других продуктов обычно известно как гидратация, а не гидролиз .

В биохимии гидролиз рассматривается как противоположность дегидратационному синтезу. При гидролизе добавляется молекула воды (H ₂ O).Где, как при дегидратационном синтезе, удаляется молекула воды.

В электрохимии гидролиз также может относиться к электролизу воды. При гидролизе к водной среде прикладывается напряжение, которое производит ток и разбивает воду на ее составляющие, водород и кислород.

Дополнительные рекомендуемые знания

Примеры

Гидролиз солей металлов

(Как отмечалось выше, гидролиз солей металлов более известен как гидратация.) Многие ионы металлов являются сильными кислотами Льюиса, и в воде они могут подвергаться гидролизу с образованием основных солей . Такие соли содержат гидроксильную группу, которая непосредственно связана с ионом металла вместо водного лиганда. Положительный заряд на ионах металлов создает притяжение к воде, основание Льюиса с несвязывающей электронной парой на атоме кислорода и изменяет электронную плотность воды. Это, в свою очередь, увеличивает полярность связи O-H, которая теперь действует как донор протонов согласно кислотно-основной теории Бренстеда-Лоури, выделяя водород в виде иона H +, увеличивая кислотность раствора.Например, хлорид алюминия подвергается обширному гидролизу в воде, так что раствор становится очень кислым.

Это означает, что хлористый водород теряется при испарении растворов AlCl ₃ , а остаток представляет собой основную соль (в данном случае оксихлорид ) вместо AlCl ₃ . Такое поведение также наблюдается с другими хлоридами металлов, такими как ZnCl ₂ , SnCl ₂ , FeCl ₃ и галогенидами лантаноидов, такими как DyCl ₃ .С некоторыми соединениями, такими как TiCl ₄ , гидролиз может завершиться и образовать чистый гидроксид или оксид, в данном случае TiO ₂ .

Гидролиз сложноэфирного звена

В реакции гидролиза, которая включает разрыв сложноэфирной связи, один продукт гидролиза содержит гидроксильную функциональную группу, а другой — функциональную группу карбоновой кислоты.

Карбонил атакует гидроксид-анион (или молекула воды, которая быстро депротонируется).Образовавшийся тетраэдрический промежуточный продукт распадается. Фрагмент алкоксида отрывается от тетраэдрического углерода и превращается в спирт в результате протонирования, оставляя ацильный фрагмент с атакующим гидроксидом с образованием карбоновой кислоты. Это противоположно реакции этерификации, снова давая исходный спирт и карбоновую кислоту. В основном растворе карбоновая кислота депротонирована, так что основной гидролиз необратим, а кислотный гидролиз — нет.

Существует два основных метода гидролиза сложных эфиров: основной гидролиз и кислотный катализ.При кислотно-катализируемом гидролизе разбавленная кислота используется для протонирования карбонильной группы, чтобы активировать ее в направлении нуклеофильной атаки со стороны молекулы воды. Однако более обычный метод гидролиза сложного эфира включает кипячение сложного эфира с обратным холодильником с водным основанием, таким как NaOH или КОН. После завершения реакции карбоксилатную соль подкисляют с высвобождением свободной карбоновой кислоты.

Важным примером этой реакции является высвобождение жирных кислот из глицерина при гидролизе триглицеридов, как это происходит при омылении.

Гидролиз амидных звеньев

В других реакциях гидролиза, таких как гидролиз амидной связи до карбоновой кислоты и аминового продукта или аммиака, только продукт карбоновой кислоты имеет гидроксильную группу, полученную из воды. Аминный продукт (или аммиак) получает оставшийся ион водорода. Более конкретный случай гидролиза амидной связи — это гидролиз пептидных связей аминокислот.

Гидролиз целлюлозы (целлюлолиз)

Целлюлозолитическое средство связано с гидролизом целлюлозы (т.е.е. целлюлолитические бактерии, грибы или ферменты).

Гидролиз до глюкозы (т.е. целлюлозы или крахмала) называется осахариванием .

Необратимость гидролиза в физиологических условиях

В физиологических условиях (то есть в разбавленном водном растворе) реакция гидролитического расщепления, при которой концентрация метаболического предшественника низкая (порядка от 10 ^-3 до 10 ^-6 молярных долей), по существу термодинамически необратима.Приведу пример:

А + Н ₂ О → X + Y

Если предположить, что x — это конечная концентрация продуктов, а C — начальная концентрация A, и W = [H ₂ O] = 55,5 молярных единиц, тогда x можно рассчитать по формуле:

пусть K _d × W = k:

, затем

Для значения C = 0. Compendium of Chemical Terminology, solvolysis, по состоянию на 23 января 2007 г. .