Výhody a nevýhody
V dôsledku spaľovania vodíka nevznikajú žiadne škodlivé látky, na rozdiel od prípadov, keď sa na zváranie používa acetylén. Deje sa tak preto, že pri spaľovaní vodíka v kyslíkovom prostredí vzniká voda, respektíve vodná para, ktorá neobsahuje žiadne škodlivé nečistoty.
Teplotu plameňa zmesi vodík-kyslík je možné nastaviť v rozsahu 600-2600 °C, čo umožňuje zváranie a rezanie aj tých najžiaruvzdornejších materiálov.
Všetky vyššie uvedené vlastnosti umožňujú použitie vodíkového zvárania v stiesnených priestoroch, miestnostiach so slabým vetraním, v studniach, tuneloch, pivniciach domov.
Stojí za zmienku taká výhoda zvárania vodíkom ako možnosť výmeny trysky horáka. Vodík podporuje plamene takmer akejkoľvek konfigurácie a veľkosti.
Je možné použiť tenký prúd plynu, ktorý vytvára plameň nie silnejší ako ihla na šitie, dokonca aj pri práci so šperkami vyrobenými z drahých kovov. Tenký plameň nevyžaduje prítomnosť dodatočného kyslíka, dostatočne rozpusteného vo vzduchu.
Domáci generátor vodíka
Za nevýhodu vodíkového zvárania možno považovať jeho závislosť od dostupnosti zdroja elektrickej energie potrebnej na výrobu vodíka. Používanie vodíkových fliaš nie je povolené kvôli nebezpečenstvu ich prepravy a prevádzky.
Metóda atómového vodíka
Jedným typom zvárania, ktorý využíva vodík, je zváranie atómovým vodíkom. Jeho proces je založený na fenoméne disociácie (rozpadu) molekulárneho vodíka na atómy.
Aby sa molekula vodíka rozpadla, musí dostať značné množstvo tepelnej energie. Atómový stav vodíka je taký nestabilný, že trvá len zlomok sekundy. A potom je tu redukcia vodíka z atómového na molekulárny.
Pri redukcii sa uvoľňuje veľké množstvo tepla, ktoré sa využíva pri zváraní atómovým vodíkom na zahrievanie a roztavenie zváraných kovových častí.
V praxi sa celý proces realizuje pomocou elektrického zvárania dvoma nekonzumovateľnými elektródami. Na získanie požadovaného prúdu na spustenie oblúka možno použiť konvenčný zvárací stroj. Ale držiak alebo horák má nezvyčajný dizajn.
Elektródy a horák
Elektródy s horákom, do ktorých sa privádza vodík, sú umiestnené pod určitým uhlom. Oblúk sa iniciuje medzi týmito dvoma elektródami. Vodík alebo zmes dusíka a vodíka privádzaná do zóny oblúka vplyvom vysokej teploty prechádza do stavu atómového vodíka.
Ďalej, keď sa vodík vracia do svojej molekulárnej formy, uvoľňuje teplo, čím vytvára teplotu, ktorá spolu s teplotou oblúka môže dosiahnuť 3600 °C.
Keďže k disociácii dochádza pri absorpcii tepla (vodík má chladiaci účinok), napätie na spustenie oblúka musí byť dosť vysoké - asi 250-300 V. Neskôr môže byť napätie znížené na 60-120 V a oblúk môže dokonale horieť.
Intenzita horenia bude závisieť od vzdialenosti medzi elektródami a množstva vodíka dodávaného do zváracej zóny.
Horenie oblúka
Oblúk sa zapáli krátkym skratovaním elektród medzi sebou alebo na grafitovej platni, keď sú elektródy fúkané plynom. Po zapálení oblúka sa vzdialenosť k častiam, ktoré sa majú zvárať, udržiava v rozmedzí 5-10 mm.
Ak sa oblúk nedotýka zváraného kovu, horí rovnomerne a rovnomerne. Hovoria jej pokojná. Pri malých vzdialenostiach od obrobku, keď sa plameň oblúka takmer dotýka obrobku, vzniká silný ostrý zvuk. Takýto oblúk sa nazýva zvonenie.
Technológia zvárania je podobná konvenčnej plynovej technológii.
Zváranie metódou atómového vodíka vynašiel a skúmal v roku 1925 americký vedec Langmuir. V procese výskumu sa namiesto oblúka využívalo teplo zo spaľovania volfrámového vlákna, cez ktoré prechádzal vodík.
technológie
Podstata takého javu, ako je zváranie pod vodou, sa vysvetľuje skutočnosťou, že pri spaľovaní oblúka sa uvoľňuje plyn, ktorý tvorí bublinu. Obalením elektródy a častí, ktoré sa majú zvárať, plyn uvoľňuje priestor pre horenie oblúka.
Výsledkom je, že všetko teplo, ktoré uvoľňuje, sa vynakladá na zahrievanie a tavenie kovu, ktorý tomu aktívne odoláva, pričom je neustále ochladzovaný okolitou vodou.
Jeho teplota môže v niektorých prípadoch dosiahnuť záporné hodnoty, ak je voda nasýtená dostatočným množstvom solí.
Plyn uvoľnený pri horení oblúka je čiastočne produktom spaľovania kovov. Časť jeho podielu (vodík a kyslík) vzniká pri rozklade vody vplyvom elektrického prúdu a vysokej teploty.
Plynové bubliny neustále smerujú nahor, majú menšiu hmotnosť a hustotu ako voda a v zóne zvárania sa neustále tvorí nová časť plynu.
Tvar švu
V dôsledku plynu vznášajúceho sa pri chaotickom pohybe, ako aj v dôsledku produktov spaľovania v ňom (sadze, dym), je viditeľnosť v zóne zvárania veľmi obtiažna.
Táto okolnosť určuje konštrukčné vlastnosti švíkov pri zváraní pod vodou. Vyrábajú sa vo forme T-kusov, to znamená, keď sú diely, ktoré sa majú spojiť, umiestnené voči sebe v uhle blízkom pravému. Ak diely, ktoré sa majú spojiť, musia byť umiestnené v rovnakej rovine, potom nie sú zvarené koncami, ale prekrývajú sa.
Tieto typy švov umožňujú pracovať s elektródou pod vodou aj pri absencii dostatočnej viditeľnosti so zameraním na okraj častí, ktoré sa majú spojiť, akoby „dotykom“.
Napätie a prúd
Napätie, pri ktorom sa zváranie vykonáva pod vodou, musí byť dostatočne vysoké, aby sa zabezpečilo stabilné horenie oblúka. Spravidla sa pohybuje medzi 30-35 V.
Na dodanie takéhoto napätia do hĺbky sú potrebné zváračky, ktoré dokážu „rozdať“ napätie 80 – 120 V a zvárací prúd 180 – 220 A. Zváranie pod vodou je možné vykonávať jednosmerným aj striedavým prúdom, ale najlepšie výsledky sa získajú pomocou jednosmerného prúdu.
So zväčšením hĺbky, v ktorej sa zváracie práce vykonávajú, sa intenzita horenia oblúka, ako aj kvalita výsledných zvarov, nemení. Pre stabilné spaľovanie je potrebné len zvýšiť napätie. Preto sú možnosti zvárania pod vodou technicky neobmedzené. Hĺbkový limit je daný len schopnosťami ľudského tela zvárača a stabilitou zariadenia na použitie pod vodou.
Vlastnosti vysokotlakového zvárania rúr.
Pri výbere typu zvárania je potrebné brať do úvahy ako materiál, z ktorého sú rúry vyrobené, tak aj ich priemer.
Zváranie vysokotlakového potrubia sa vykonáva zváraním plynom alebo elektrickým oblúkom. V tomto prípade je možné zváranie plynom použiť iba vtedy, ak je priemer potrubí potrubia v rozmedzí od 6 do 25 mm. Pre rúry s väčším priemerom by sa malo použiť zváranie elektrickým oblúkom. Pri priemeroch rúr od 25 do 100 mm sa používa ručné zváranie elektrickým oblúkom, ale ak priemer rúry presahuje 100 mm, potom je potrebné poloautomatické alebo automatické zváranie pod tavivom, pričom sa v každom prípade zvára koreň švu. sa vykonáva ručne. Malo by sa tiež pamätať na to, že v prípadoch, keď priemer rúr nepresahuje 40 mm, sa spravidla používa konvenčný zvar a vytvára sa drážka v tvare V. Ale pri zváraní rúr s priemerom väčším ako 60 mm sa najčastejšie používajú oporné krúžky.
Ďalším znakom zváracích prác vykonávaných s vysokotlakovými rúrami je, že je potrebné vykonať niekoľko vrstiev zvaru - počet vrstiev závisí od typu potrubia a od vlastností kovu a môže byť od 4 do 10 kusov.
Kontrola zvarových spojov. Oprava chýb vo zvarovom spoji
Pri dodatočnej výrobe na mieste prevádzky, montáži, oprave, rekonštrukcii tlakového zariadenia by mal byť použitý systém kontroly kvality zvarových spojov, ktorý zaručí odhalenie neprijateľných chýb, vysokú kvalitu a spoľahlivosť prevádzky tohto zariadenia a jeho prvkov.
Kontrola kvality zvarových spojov sa musí vykonávať spôsobom predpísaným projektovou a technologickou dokumentáciou.
Všetky zvarové spoje podliehajú vizuálnej kontrole a meraniam, aby sa zistili nasledujúce chyby:
a) trhliny všetkých typov a smerov;
b) fistuly a pórovitosť vonkajšieho povrchu zvaru;
c) podrezania;
d) prívaly, popáleniny, neroztopené krátery;
e) odchýlky v geometrických rozmeroch a relatívnej polohe zváraných prvkov;
f) posunutie a odstránenie spojov okrajov prvkov, ktoré sa majú zvárať, nad rámec predpísaných noriem;
g) nesúlad tvaru a rozmerov švu s požiadavkami technologickej dokumentácie;
h) chyby na povrchu základného kovu a zvarových spojov (preliačiny, laminácie, škrupiny, nedostatočná penetrácia, póry, inklúzie atď.).
Ultrazvuková detekcia defektov a rádiografická kontrola sa vykonávajú s cieľom identifikovať vnútorné chyby vo zvarových spojoch (trhliny, nedostatočná penetrácia, inklúzie trosky atď.).
Metóda kontroly (ultrazvuková, rádiografická, obe metódy v kombinácii) sa vyberá na základe možnosti poskytnutia čo najkompletnejšej a najpresnejšej detekcie defektov v konkrétnom type zvarových spojov, berúc do úvahy charakteristiky fyzikálnych vlastností kovu a tento spôsob ovládania.
Rozsah kontroly pre každý konkrétny typ tlakového zariadenia je stanovený na základe požiadaviek príslušných bezpečnostných príručiek a je uvedený v technologickej dokumentácii.
Zvarové spoje nesmú mať vonkajšie ani vnútorné chyby (poškodenia), ktoré by mohli ovplyvniť bezpečnosť zariadenia. Minimálne hodnoty mechanických vlastností zvarových spojov zariadenia nesmú byť nižšie ako minimálne hodnoty mechanických vlastností spájaných materiálov.
Časti zariadenia zmontované spolu musia zaisťovať bezpečnosť zariadenia a musia byť vhodné na svoj účel. Všetky trvalé alebo zvárané spoje prvkov zariadenia musia byť k dispozícii na nedeštruktívne skúšanie.
Kontrola kvality inštalácie (predvýroba) musí byť potvrdená certifikátom kvality inštalácie.
Osvedčenie o kvalite montáže musí vyhotoviť organizácia, ktorá montáž vykonala, podpísané vedúcim tejto organizácie, ako aj vedúcim organizácie – vlastníkom montovaného tlakového zariadenia a zapečatené.
Organizácia, ktorá zle vykonala montáž (dodatočnú výrobu), opravu, rekonštrukciu tlakového zariadenia, zodpovedá v zmysle platnej legislatívy.
Neprípustné chyby zistené pri montáži (dodatočnej výrobe), rekonštrukcii, oprave, skúšaní je potrebné odstrániť s následnou kontrolou opravených dielov.
Technológia odstraňovania defektov je stanovená technologickou dokumentáciou. Odchýlky od prijatej technológie opravy defektov musia byť dohodnuté s jej vývojárom.
Spôsoby a kvalita odstraňovania porúch musia zabezpečiť potrebnú spoľahlivosť a bezpečnosť zariadenia.
Odstránenie defektov by sa malo vykonávať mechanicky, aby sa zabezpečili hladké prechody na odberných miestach. Maximálne rozmery a tvar varených vzoriek stanovuje technologická dokumentácia.
Na odstránenie vnútorných defektov je dovolené použiť metódy tepelného rezania (ryhovania), po ktorom nasleduje mechanické opracovanie povrchu vzorky.
Úplnosť odstránenia defektu sa musí skontrolovať vizuálne a nedeštruktívnym testovaním (kapilárna alebo magnetická detekcia defektov častíc alebo leptanie).
Odber vzoriek zistených miest defektov bez následného zvárania je povolený za predpokladu dodržania minimálnej prípustnej hrúbky steny dielca v mieste maximálnej hĺbky odberu a potvrdeného pevnostným výpočtom.
Ak sa pri kontrole opravenej oblasti zistia chyby, musí sa vykonať druhá oprava v rovnakom poradí ako prvá.
Oprava chýb v tej istej časti zvarového spoja sa môže vykonať najviac trikrát.
V prípade vyrezania chybného zvarového spoja potrubia a následného vloženia potrubného dielu formou zvaru sa dva novovyrobené zvarové spoje nepovažujú za opravené.
poloautomatickým spôsobom
Vzhľadom na to, že počas zvárania je vo vode prítomné veľké množstvo vodíka, je šev porézny. Zároveň negatívne pôsobí zvýšené ochladzovanie materiálu vodou.
Šev sa ukáže ako krehký, nestabilný v ohybe. Na získanie uspokojivého výsledku je potrebné pri výpočte štruktúr brať do úvahy veľkú mieru bezpečnosti a spoľahlivosti.
Zváranie pod vodou v prostredí argónu nedáva hmatateľný efekt, pretože len mierne znižuje obsah vodíka vo šve.
Dobrý výsledok sa dosiahne použitím poloautomatického zvárania pomocou plneného drôtu. Má menší priemer ako elektróda.
Pri zváraní poloautomatickým zariadením je možné zorganizovať konštantné a nepretržité mechanizované podávanie drôtu, čo v kombinácii s použitím nekonzumovateľných elektród umožní získať rovnomerné švy veľkej dĺžky.
Materiály a vybavenie
Výkonové zariadenia na zváranie pod vodou – transformátory, meniče – sa nesmú nijako líšiť od tých, ktoré sa používajú na klasické zváranie. Výnimkou sú stavby, ktorých práca je zabezpečená vo veľkých hĺbkach. Niekedy sa mení chladiaci systém takýchto zariadení.
Hadice a káble
Hadice a káble musia byť starostlivo vybrané a skontrolované z hľadiska integrity. Táto potreba je spôsobená tak požiadavkami na elektrickú bezpečnosť, ako aj technológiou práce.
Zváranie sa veľmi často vykonáva v morskej vode, ktorej obsah soli je vysoký. Takáto voda je dobrým vodičom elektriny, preto ak káble nie sú utesnené, môže unikať, čo môže mať negatívny vplyv na kvalitu oblúka.
oblek
Je zrejmé, že na ochranu zvárača je potrebné potápačské vybavenie. Pre prácu vo veľkých hĺbkach môže byť oblek alebo skafander vyrobený z kovu. Tu je ďalší trik.
V slanej vode sa oblúk môže zapáliť v slušnej vzdialenosti od kovu, bez toho, aby sa ho dotkol. A keďže vo vode medzi zváraným dielom a oblekom zvárača môže byť stanovená kladná vodivosť, môže dôjsť k výboju v malej vzdialenosti medzi elektródou a oblekom.
Elektródy a drôt
Osobitnú pozornosť si zaslúžia elektródy na zváranie pod vodou. Musia byť vyrobené z materiálu, ktorý nie je vystavený vode. Zváranie pod vodou sa vykonáva elektródami z mäkkej ocele.
Povlak je potiahnutý špeciálnymi zlúčeninami, ktoré zabraňujú jeho zničeniu po dlhú dobu a vytvárajú na povrchu vodotesnú vrstvu.
Ako také kompozície možno použiť parafín, vosk, celuloid rozpustený v acetóne. Priemer elektród na zváranie pod vodou je 4-6 milimetrov. Existujú špeciálne značky - Sv-08, Sv-08A, Sv-08GA, Sv-08G2.
Pri zváraní poloautomatickým zariadením sa používa zvárací drôt značiek - SV-08G2S, PPS-AN1.
Zložité pracovné podmienky si vyžadujú správnu organizáciu pracoviska a dodržiavanie všetkých bezpečnostných opatrení.Pracovisko musí byť zvolené tak, aby vlny a prúdy nerušili zvárača.
V blízkosti pracoviska by sa nemali nachádzať žiadne voľne plávajúce predmety. Elektródy by sa mali vymieňať iba vtedy, keď je napájanie vypnuté.
Dodržiavanie všetkých pravidiel a technológie zvárania pod vodou vám umožní dosiahnuť vynikajúce výsledky pri inštalácii a opravách hydraulických konštrukcií, lodí a inštalácii podvodných zariadení.
Spracovanie zvarového švu pri spájaní vysokotlakových rúr.
Pri zváraní hrubostenných rúr, ktoré tvoria vysokotlakové potrubie, je kov vystavený vysokej teplote, čo vedie k zmenám jeho štruktúry v mieste samotného zvaru a vo vzdialenosti asi 1-2 centimetre od neho ( teda vo vyhrievanej zóne) . To vedie k tomu, že sa vlastnosti zvaru znižujú, čo znamená, že nie je zaručené, že odolá nepriaznivým vplyvom prostredia prechádzajúceho potrubím a jeho okolia. Aby sa tomu zabránilo, je potrebné vykonať špeciálne spracovanie zvaru a oblasti, ktorá sa nachádza v jeho blízkosti.
Najčastejšie sa na to používa tepelné spracovanie, ktorého vlastnosti závisia od toho, z akej ocele sú rúry vyrobené a od ich presných rozmerov. Ak sa potrubie vyrába vo výrobných podmienkach, potom sa na tepelné spracovanie spojov používajú špeciálne pece - môžu to byť odporové muflové pece, plynové horáky s prstencami alebo indukčné ohrievače.
Odporová muflová pec sa používa na tepelné spracovanie spojov hrubostenných rúr s priemerom 30 až 320 mm. V tomto prípade nezáleží na presnej hrúbke stien rúr. V takejto peci sa križovatka zahreje na 900 stupňov.
Indukčné ohrievače spracovávajú pripojenie potrubí ohrevom križovatky elektrickým prúdom priemyselnej frekvencie (pri 50 Hz). Takýto ohrievač sa používa na spracovanie pripojenia rúrok s priemerom presahujúcim 100 mm a hrúbkou steny -10 mm. Na uskutočnenie takéhoto tepelného spracovania sa samotný spoj a vedľa neho umiestnená oblasť potrubia obalia azbestovou fóliou, na ktorej je položených niekoľko závitov medeného drôtu, ktorého prierez by mal byť aspoň 100 mm2. Pri navíjaní drôtu je potrebné zabezpečiť, aby boli závity súčasne dostatočne blízko pri sebe, ale nedotýkali sa navzájom - inak môže dôjsť ku skratu.
Ako je zrejmé z vyššie uvedeného, zváraný spoj rúr a jeho následné spracovanie sú úlohy určené pre remeselníkov s bohatými skúsenosťami v takýchto prácach.
Pri zváraní je potrebné vziať do úvahy všetky vlastnosti konkrétneho potrubia - z ktorých rúr je namontované a končiac podmienkami, za ktorých bude prevádzkované. Pokiaľ ide o následné tepelné spracovanie, aj tu je potrebné poznať nuansy takejto operácie a dodržiavať všetky technologické požiadavky - iba takýto prístup ako výsledok zaručí vysokokvalitné pripojenie.
Získavanie vodíka
Vodík sa dá získať elektrolýzou vody, presnejšie alkalického roztoku hydroxidu sodného (lúh sodný, lúh, všetko sú to názvy pre tú istú látku). Na urýchlenie reakcie sa do vody pridá hydroxid.
Na získanie vodíka stačí spustiť do roztoku dve elektródy a aplikovať na ne jednosmerný prúd. Počas procesu elektrolýzy sa na kladnej elektróde uvoľňuje kyslík, na zápornej elektróde vodík. Množstvo uvoľneného vodíka bude dvakrát väčšie ako množstvo uvoľneného kyslíka.
Z chemického hľadiska reakcia vyzerá takto:
2H20 = 2H2+O2
Technicky zostáva tieto dva plyny oddeliť a zabrániť ich zmiešaniu, pretože výsledkom je zmes s obrovskou potenciálnou energiou.Ponechanie procesu bez kontroly je mimoriadne nebezpečné.
Na zváranie sa vodík získava pomocou špeciálnych zariadení - elektrolyzérov. Na ich napájanie je potrebná elektrina s napätím 230 V. Elektrolyzéry v závislosti od konštrukcie môžu pracovať na trojfázovom prúde a na jednofázovom prúde.
Doma
Na použitie vodíkového zvárania v každodennom živote nie je potrebné kupovať zariadenia na výrobu vodíka. Zvyčajne majú skvelý výkon a silu. Okrem toho sú takéto generátory objemné a drahé.
Výkon a pracovná kvapalina
Napájanie je možné z autonabíjačky alebo z podomácky vyrobeného usmerňovača, ktorý je možné vyrobiť s vhodným transformátorom a niekoľkými polovodičovými diódami.
Ako pracovná kvapalina sa musí použiť roztok hydroxidu sodného. Bude to lepší elektrolyt ako obyčajná voda. Keď hladina roztoku klesá, stačí pridať vodu. Množstvo hydroxidu sodného bude vždy konštantné.
Puzdro a rúrky
Ako kryt pre generátor vodíka môžete použiť obyčajnú litrovú nádobu s polyetylénovým vekom. Vo veku je potrebné vyvŕtať otvory pre priemer sklenených trubíc.
Rúry budú použité na odstránenie vzniknutých plynov. Dĺžka rúrok musí byť dostatočná, aby spodné konce boli ponorené do roztoku.
Vo vnútri trubíc musia byť umiestnené elektródy, cez ktoré je privádzaný jednosmerný prúd. Miesta, kde rúrky prechádzajú cez kryt, musia byť utesnené akýmkoľvek silikónovým tmelom.
Odber vodíka
Vodík sa uvoľní z trubice obsahujúcej zápornú elektródu. Je potrebné zabezpečiť možnosť vypúšťania pomocou hadice. Vodík sa musí odstrániť cez vodný uzáver.
Ide o ďalšiu pollitrovú nádobu s vodou, vo veku ktorej sú namontované dve trubice. Jeden z nich, cez ktorý sa dodáva vodík z generátora, je ponorený do vody. Druhý odstraňuje vodík, ktorý prešiel vodou z uzáveru a dodáva ho hadicami alebo elastickými rúrkami do horáka.
Vodné tesnenie je potrebné, aby plameň z horáka neprechádzal do generátora pri poklese tlaku vodíka.
Horák
Horák môže byť vyrobený z ihly z lekárskej striekačky. Jeho hrúbka by mala byť 0,6-0,8 mm. Pre držiak ihly môžete prispôsobiť vhodné plastové tuby, časti guľôčkových pier, automatické ceruzky. Je tiež potrebné zabezpečiť prívod kyslíka do horáka z generátora.
Intenzita tvorby vodíka a kyslíka v generátore bude závisieť od veľkosti použitého napätia. Experimentovaním s týmito parametrami je možné dosiahnuť teplotu plameňa horáka 2000-2500 °C.
Vlastnoručne vyrobený prístroj, ktorý vykonáva vodíkové zváranie, možno úspešne použiť na rezanie alebo spájanie zváraním alebo spájkovaním rôznych malých častí vyrobených zo železných a neželezných kovov. To môže byť potrebné pri opravách rôznych predmetov pre domácnosť, automobilových dielov, rôznych kovových nástrojov.
