Водородное пламя можно использовать в качестве альтернативы ацетиленовому при проведении резки, пайки и сварки. В отличие от официальных методов, водородная сварка является практически безвредной. Это обусловлено паром, который является продуктом горения в этом процессе. Если вы владеете навыками газовой сварки, то довольно быстро сможете научиться и водородной. Если нет - потребуется чуть больше времени, но результат будет того стоить. В этой статье мы вам расскажем о том, как можно выполнить водородную сварку своими руками.
Особенности водородной сварки
Газовая сварка используется уже на протяжении ста лет. В качестве основного горючего газа используется ацетилен. Результаты проведенных исследований показали, что использование водорода вместо ацетилена является более продуктивным. При сварке материалов получается такое же производство и качество сварного шва. Единственная трудность состоит в том, что ацетиленовое пламя восстанавливает железо, а водородное - окисляет его.
Водородная сварка является одним из видов газопламенной обработки, которая происходит с использованием кислорода и смеси горючего газа. При задействовании водорода в качестве горючего газа сварочная ванна покрывается большим слоем шлака, а шов получается тонким и пористым. Но эту проблему удалось решить. Органические вещества имеют свойство связывать кислород, поэтому было принято решение об их применении. Стали использоваться углеводороды, которые имеют 30-80° температуры кипения. Это гексан, толуол, бензин, гептан, бензол. Для сварки необходимо минимальное количество.
Когда технологические вопросы были удачно решены, возникло еще одно затруднение. Отсутствовал эффективный источник кислорода. Водородные баллоны являются источником повышенной опасности, поэтому их использование нерентабельно. Большая концентрация сжиженного водорода может вызвать головокружение, удушье и сильное обморожение. Но основной опасностью водородного пламени является его невидимость при дневном свете.
Днем водородное пламя можно определить путем использования специальных датчиков. Эту проблему удалось решить посредством расположения воды на водород и кислород под воздействием электричества. Электролизеры - это приборы, которые при помощи электрической энергии могут получать водород и кислород одновременно.
Стоит отметить, что водород, подходящий для сварки различных изделий из железа и малоуглеродистых сталей, является абсолютно непригодным для сварки нержавеющих сталей. Это происходит из-за его растворения в расплавленном никеле. При отвердевании металла он выделяется обратно, образовывая трещины и поры. Кислородно-водородная сварка также непригодна для меди. Но ее преимущество заключается в том, что атмосфера водорода защищает свариваемую поверхность от окисления.
Ацетиленовые генераторы и баллоны необходимы для использования в полевых условиях, когда рядом нет источников электроэнергии. Но в других случаях массивное газосварочное оборудование могут заменить легкие и удобные водородные аппараты.
Варианты использования водородных приборов
Сварочный водородный аппарат работает от трехфазной и бытовой электросети, имеют разную мощность. Прибором можно пользоваться в ручном и автоматическом режиме. В стандартную ацетиленовую горелку по шлангу подается состав водорода и кислорода, при этом температуру чистого пламени можно отрегулировать от 600 до 2600 градусов.
Сварочные водородные аппараты очень легки в эксплуатации. Их не нужно часто перезаряжать, да и трудоемкость является небольшой. Как правило, они входят в рабочий режим всего за пару минут, что зависит от требуемого расходования газа и температуры помещения. При оборудовании небольших размеров аппарат может быть очень мощным.
Водородная сварка является очень экологической, в отличие от ацетилена, работа с которым загрязняет среду токсичными веществами. В водородных приборах единственным продуктом горения является полностью безвредный пар. Кроме этого, при работе и хранении эти приборы полностью безопасны. Но не стоит пренебрегать защитной одеждой - рукавицами, плотной робой и очками для газовой сварки.
Такие аппараты решают практически все задачи, которые ставятся перед пламенной обработкой материалов. При помощи этих приборов можно осуществлять сварку, пайку, порошковое напыление, ручную и машинную кислородную резку, наплавку, термоупрочнение, порошковую наплавку. Существуют различные режимы работы, которые предоставляют возможность выполнять большой спектр работ - от сварки минимальной толщины до резки толстых стальных листов. Даже небольшие переносные аппараты с незначительной мощностью могут варить и резать листы черного и цветного металла до двух миллиметров толщины.
Аппараты водородной сварки пользуются большой популярностью среди ювелиров, стоматологов и специалистов по ремонту холодильников. Модели с большей мощностью позволяют сваривать материал до трех миллиметров толщины. Они очень популярны на станциях обслуживания техники, поскольку в этих местах запрещено использовать опасные баллоны с кислородом и пропаном.
Сварочные водородные аппараты могут использоваться во время кузовных работ, при ремонте батарей, блоков двигателей и ступиц. Когда предельный уровень давления и электролита достигается, встроенная контрольная система сама подает сигнал. В этом случае аппарат автоматически отключается от источника питания. Благодаря соблюдению таких мер безопасности, обеспечивается хорошая пожарная и взрывобезопасность.
Для сотрудников аварийных компаний, были разработаны специальные варианты, которые сваривают трубы с толщиной стенки до пяти миллиметров. Такие приборы можно использовать для заварки зон с браками чугунного и цветного литья, машинной и ручной резки металлов до тридцати миллиметров толщиной стенки. Эти способы сварки осуществляют с питанием подогревающего пламя резака от прибора и подачей кислорода из баллона.
Благодаря такой технологии получается очень чистый рез, в сравнении с ацетиленом и пропаном. Также отсутствуют выбросы оксида азота и граты, металл не насыщается углеродом и закаливается. Такие сварочные аппараты часто используются в колодцах, тоннелях и метрополитенах, поскольку там также запрещено использование пропана и ацетилена. Есть виды, которые предоставляют возможность проводить водородную сварку при минусовых температурах.
Водородная сварка в домашних условиях
Водородный сварочный прибор пригодится каждому домашнему умельцу. Водородные аппараты стоят довольно дорого. К тому же купленные приборы очень тяжело использовать для работы с небольшими деталями. Вы можете изготовить подобный сварочный аппарат у себя дома. Все узлы можно собрать из обычных материалов. Давайте рассмотрим, как это правильно делается.
Водородная смесь получается благодаря электролизу водного раствора щелочи - едкого натра. Источник тока можно сделать из выпрямителя для зарядки аккумуляторных батарей от автомобиля. Для домашнего использования будет достаточно небольшой производительности, поэтому конструкцию можно упростить.
Электролиз происходит в сосуде, поэтому для водопроводной сварки в домашних условиях можно использовать стеклянную банку с полиэтиленовой крышкой в 0,5 литров. В крышке необходимо проделать точки для выводов контактных пластин электродов и для втулки трубки отвода получаемых газов. После этого следует герметизировать все выводы и саму крышку, подойдет обычный клей «Момент». Стоит отметить, что изогнутые змейкой электроды, являются пластинами шириной в 4 сантиметра из нержавеющей стали.
Через штуцер отвода газов необходимо заполнить банку электролитом (8-10% смесь гидроокиси натрия в очищенной воде) при помощи шприца в 50 мл. Функцию гидродозатора выполняет второй сосуд, в котором получается барботирование полученных газов и насыщение их парами горючих веществ при прохождении через 60-70% их раствора в воде.
Эта смесь должна поступать в третью емкость с водой, которая является затвором для выхода газов. Безопасность работы повышает задействование двух засовов, которые последовательно расположены и исключают проскок пламени от аппарата в электролизер. Для большей безопасности, вы можете сделать второй затвор из пластмассы.
Газ с кислородом, водородом и парами горючих веществ выходит через медицинскую иголку. Пламя может достигать температуры 2500 градусов, но ее можно регулировать путем изменения подаваемого напряжения. Следите, чтобы процесс горение был стойким. Если вы поменяете напряжение на электродах, измениться и сила тока, которая влияет на дозу выделяемого газа.
Вы можете легко проверить это при помощи расчетов с использованием известной формулы Фарадея. Для втулок можно задействовать трубки от гелиевых ручек, капельниц и т.д., как показано на видео о водородной сварке. Помните, что диаметр иглы сварочного аппарата должен быть от 0,6 до 0, 8 миллиметра, а для третьего сосуда необходимо использовать пластмассовую баночку. Получившуюся конструкцию необходимо уложить в корпус, подходящий по размеру.
При электролизе расходуется вода, а количество щелочи остается таким же. Щелочь распадается на ионы и повышает электропроводность раствора. Вы можете пополнять топливную смесь при помощи обычного медицинского шприца с иглой. Для держателя иглы можно использовать деревянную ручку для инструментов, в которой также просверливается точка по диаметру трубки. Обязательно поместите ватные тампоны внутри трубки шприца, на ее основании и конце. Такая мера предосторожности предотвратит проскок пламени по трубке в сосуд со спиртовым составом.
Выпрямитель вы можете собрать самостоятельно на диодах, путем их соединения по полупериодной схеме. Вы можете задействовать любой подходящий трансформатор с мощностью не менее 180 Вт. Отлично подойдет трансформатор от старых советских телевизоров. Необходимо удалить вторичные обмотки и намотать новые при помощи толстого медного обмоточного провода в 4 миллиметра. Желательно сделать отводы для регулирования выходного напряжения, которые обеспечивают работу электролизера под нагрузкой. Хорошее напряжение на электродах следует регулировать в пределах 3В, ведь в приборе находится всего один гальванический промежуток.
Температура пламени зависит от смеси топливного состава. Вы можете использовать ацетон или этиловый спирт. В случае с ацетоном нельзя ставить втулки из трубок от гелиевых ручек, поскольку они растворятся в нем. Если количество спирта в смеси выходящих газов уменьшено и преобладает кислород, пламя может погаснуть. При сборке аппарата для самодельной водородной сварки помните обо всех вышеперечисленных правилах, особенно о ватных тампонах и третьем сосуде из пластмассы. Помните, что качественно собранное и герметичное устройство, будет работать очень долго при правильной эксплуатации.
Требования безопасности при водородной сварке
Водородная сварка может быть очень опасной. Могут возникать несчастные случаи из-за взрыва смесей, воспламенения кислородных редукторов, обратных ударов пламени. Вы должны тщательно ознакомиться с техникой безопасности, прежде чем заниматься водородной сваркой. Здесь мы приведем основные правила.
- Газовую сварку запрещается проводить слишком близко от воспламеняющихся и огнеопасных веществ. Если вы проводите сварку в помещениях, котлах или закрытых тесных помещениях, делайте постоянные перерывы и выходите на свежий воздух. В закрытых и полузакрытых помещениях вредные газы необходимо удалять при помощи местных отсосов. Если вы производите сварку в резервуарах, за процессом должен наблюдать второй человек, находящийся снаружи.
- Во время сварки и резки следует обязательно использовать специальные защитные очки. В противном случае яркие лучи могут негативно повлиять на сетчатку и кровеносную оболочку глаз, вплоть до катаракты и наступления слепоты. Брызги металла и шлака также представляют большую опасность для открытых глаз.
- При использовании газовых баллонов лучше переносить их на носилках или на тележке, с обязательным использованием защитного колпака. Обычные способы транспортировки являются небезопасными. При перевозке газовые баллоны не должны касаться друг друга и падать. В зоне резки или сварки металла запрещается хранить кислородные баллоны. Перемещение на небольшие расстояния осуществляется переворачиваем с небольшим наклоном. Если в баллоне возникнет смесь кислорода и горючего газа (когда давление кислорода в баллоне ниже рабочего давления регулятора), может случиться взрыв. Поэтому следует применять редукторы с исправными манометрами.
- Во время сварки необходимо направить пламя горелки в сторону, которая находится с другой стороны от источника питания. Если вы не можете выполнить это условие, оградите источник при помощи железного щита. При работе газопроводящие рукава должны быть рядом со сварщиком. Во время перерыва следует обязательно тушить пламя горелки.
- Если сварочных постов больше десяти, газообеспечение должно идти по проводам ацетиленовых станций. Ацетиленовый генератор следует устанавливать в помещении с вентилятором и температурой не ниже пяти градусов. Следите, чтобы водный засов был наполнен до необходимого уровня. При неисправном или отключенном водном затворе работать запрещено.
Технология газовой сварки с применением водорода является такой же, как и у газовой сварки. Отличие заключается лишь в применении водородной смеси. Перед тем, как сделать водородную сварку самостоятельно, перечитайте ещё раз вышеописанные правила и советы. Мы надеемся, что наша информация поможет вам сделать качественный прибор и понять технологию процесса.
Водородная сварка представляет собой разновидность газопламенной обработки. Ее отличительной особенностью является горение пламени в атмосфере водорода. На сегодняшний день среди всех видов газопламенных обработок наибольшей популярностью пользуется именно такой метод.
Он обладает высокой эффективностью и служит отличной альтернативой ацетиленовой сварке. Кроме того, изготовить сварочный аппарат можно своими руками в домашних условиях, что делает его еще более интересным.
Водородная сварка обладает рядом преимуществ по сравнению с другими аналогами. Главным ее достоинством является то, что в процессе горения сварочной горелки выделяется водяной пар, поэтому она является самой безопасной.
Кроме того, данная технология обеспечивает высокие рабочие температуры, а значит позволяет работать с более тугоплавкими металлами. Водородную сварку можно легко использовать в домашних условиях, так как изготовить сварочный аппарат своими руками может любой желающий.
Еще одним наиболее часто используемым методом является ацетиленовая сварка.
Технология сварки при помощи водорода.
В то же время водородная во многих случаях оказывается более предпочтительной благодаря своим особенностям:
- позволяет получать аккуратные плотные швы;
- возможность работы с мелкими деталями;
- высокая температура газовой горелки позволяет осуществлять не только , но и резку материалов;
- водородная горелка своими руками – это посильная задача не только для мастеров, но и для новичков;
- возможность выполнения работ в замкнутом пространстве;
- водородный сварочный аппарат является малогабаритным и его удобно транспортировать.
Несмотря на многочисленные достоинства атомно-водородной сварки, она не лишена недостатков. Главные из них – это трудности работы с медными изделиями, некоторыми легированными сталями, а также с массивными материалами.
Применение метода
Газопламенная сварка осуществляется за счет горения газообразной смеси. Самой часто используемой является ацетиленовая сварка. Она основана на окислении карбида в воде.
Если необходима небольшая температура, например, для работы с мелкими деталями или тонким металлом, используется пропан. Он подается из баллона в смесительную камеру, а затем в горелку.
В эту же камеру подается кислород, поддерживающий горение газа. Регулируя давление кислорода можно достичь температуры горения до 3000 градусов, что позволяет осуществлять не только сварку, но и резку металла.
Недостатком этой является необходимость использование баллона с газом. Это накладывает ограничения на применение сварки во многих сложных условиях.
Агрегат для водородной сварки.
Принцип работы водородной сварки основан на процессе разделения воды на водород и кислород. В результате последующей рекомбинации одноатомного водорода в двухатомный происходит высвобождение энергии, ускоряющей сварку.
Область сварки оказывается защищенной водородом от кислорода, что исключает окисление поверхности и обеспечивает гладкие швы.
Использовать водородные баллоны для сплава опасно. Его утечка в замкнутых помещениях может привести к удушью или головокружению. Также он является взрывоопасным.
Производство водорода, необходимого для работы сварочного аппарата, осуществляется непосредственно на месте проведения сварочных работ в электролизной камере. Это исключает указанные риски при правильном использовании оборудования и соблюдении техники безопасности.
Водородная сварка широко применяется в сложных условиях: тоннелях, шахтах, коллекторах. Использовать в таких задачах пропилен-ацетиленовые баллоны невозможно из-за высокого риска утечки смеси и ее взрыва.
Электролизное оборудование лишено этих недостатков и широко применяется в указанных областях.
Использовать водородные сварочные аппараты достаточно просто. Они не требуют частой перезарядки и быстро выходят на рабочие температуры.
Кроме того, они могут работать от бытовой сети, что делает их весьма привлекательными для простого пользователя. Особенно учитывая то, что водородная сварка может быть изготовлена своими руками по одной из многочисленных схем электролизера для сварки доступной в интернете.
Как самому сделать водородный сварочный аппарат?
Сварка водородом пригодится любому умельцу. Водородный резак является недешевым оборудованием. Кроме того, доступные в продаже аппараты зачастую оказываются непригодными для мелких деталей, особенно для ювелирных изделий.
Выходом из этой ситуации является изготовление атомно-водородной сварки своими руками. Все детали, необходимые для создания такого прибора можно легко приобрести в любом хозяйственном магазине. Итак, давайте рассмотрим, как это сделать в домашних условиях.
Основная емкость
Установка для сварки при помощи водорода.
Аппарат водородной сварки работает в результате горения водорода, благодаря диссоциации водного раствора щелочи.
Этот процесс осуществляется в емкости, для которой отлично подойдет пол литровая банка. Ее необходимо закрыть пластмассовой крышкой с двумя отверстиями, проделанными для вывода контактов от электродов.
Все выводы необходимо плотно загерметизировать. Для этих целей подойдет клей «Момент».
В качестве можно использовать четырехсантиметровые полоски из нержавеющей стали. Для наибольшей производительности сварочного аппарата требуется задействовать весь объем жидкости.
Для этого пластины просверливаются по верхнему и нижнему краю и соединяются между собой диэлектрическими шпильками. На получившемся блоке делаются клеммы: два минуса, расположенные по краям, и полюс между ними.
Каждая клемма загибается и фиксируется на емкости болтом. На эти болты будут накидываться клеммы от источника питания.
Емкость необходимо заполнить с помощью шприца рабочей жидкостью через штуцер отвода газов. Электролит представляет собой 8-10% смесь гидроокиси натрия в дистиллированной воде. При работе электролизера температура рабочей жидкости щелочного раствора обычно не превышает 80 °С.
Гидродозатором выступает второй сосуд. В нем газы насыщаются парами горючих веществ. Затем полученная смесь направляется в третью емкость, наполненную обычной водой. Она выполняет функцию затвора для выхода газов.
В качестве сопла, через которое буду выходить кислород, водород и горючие вещества, может быть использована обычная медицинская игла.
Источник тока для атомно-водородной сварки
В качестве источника тока может использоваться обычный аккумулятор на 12 вольт. Этот вариант отлично подойдет для работы с металлом фиксированной толщины.
Его недостатком является отсутствие возможности контроля силы пламени , так как ее производительность определяется выработкой водорода и кислорода, зависящей от силы тока.
Выбор зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов будет более предпочтительным. Для работы с тонкими металлическими пластинами или ювелирными изделиями зарядку можно настроить на 3 вольта.
Запитать кислородом водородную сварку можно от обычной сети в 220 В, что позволяет использовать данный аппарат в домашних условиях.
Обменная камера
Принципиальная схема аппарата водородной сварки.
Для отбора водорода и кислорода, подаваемого в горелку, используется еще одна емкость – обменная камера.
Внутри нее необходимо проделать 3 отверстия:
- для заправки рабочей жидкостью;
- снизу штуцер для подачи рабочей жидкости в основную емкость;
- штуцер для подачи газовой смеси на сопло.
Конструкцию дополнительной емкости также необходимо тщательно загерметизировать. Через водородные затворы водородного генератора не должны просачиваться газы и жидкость. Это также решается с помощью «Момента».
Изготовление горелки
Для изготовления горелки можно использовать обычный резиновый шланг. Именно по нему водород и кислород будут транспортироваться от обменной камеры к соплу. В качестве сопла можно применить иглу от шприца или капельницы. Последняя будет более предпочтительным выбором, так как стенки этой иглы толще.
Шланг необходимо плотно закрепить со штуцером обменной камеры и основанием иглы. Это достигается при помощи хомутов. После завершения всех операций по сборке аппарата можно приступать к его испытанию.
Электролиз рабочей жидкости начинается быстро. Уже через несколько минут можно будет поджечь пламя на конце сопла. Регулировка пламени осуществляется изменением напряжения на аппарате.
Итог
Во многих случаях использование водородной сварки оказывается более удобным, чем других газопламенных методов. Особенно актуальной она становится, когда речь заходит про работу в домашних условиях.
Приведенное описание того, как сделать водородную горелку своими руками, поможет всем мастерам, желающим изготовить такой прибор. Это существенно сэкономит средства на покупку магазинного варианта сварки.
Кроме того изготовленный своими руками водородный резак является более перспективным для работы с мелкими изделиями. Водородная сварка является экологически чистой, а ее изготовление не требует большого труда и крупных затрат.
Также метод аналогичен с ацетиленовой сваркой, и освоить его не составит труда.
Одним из самых удобных и практичных способов получения водорода, и его дальнейшего, разумного применения является водородный генератор, так называемая водородная горелка. Но получение водорода в домашних условиях довольно опасное занятие потому прислушайтесь к описанному совету.
Самодельный водородный генератор:
Основу водородной горелки составляет водородный генератор, который представляет собою своеобразную ёмкость с водой и пластинами из нержавеющей стали. Конструкция и подробное описание водородного генератора можно без особых усилий найти на других сайтах, потому я не стану тратить печатные символы на это. Я хочу передать весьма важные тонкости, которые будут вам очень полезны, если вы соберётесь делать водородную горелку своими руками.
Рисунок №1 – Структурная схема водородной горелки
Суть водородной горелки заключается в получении водорода путём электролиза воды. Вы должны понимать, что в электролизёр (емкость с водой и электродами) и потому, нельзя наливать туда что попало, я рекомендую использовать дистиллированную воду, однако читал, что для более эффективного электролиза добавляют ещё каустическую соду (пропорций не знаю).
Мой электролизёр собран из нержавеющих пластин, резиновых прокладок, и двух толстых пластин оргстекла, и внешне всё это выглядит так:
Рисунок №2 – Электролизёр
Электролизёр необходимо заполнять водою ровно наполовину для соблюдения техники безопасности, следите за уровнем жидкости, так как с его снижением меняются электрические параметры и интенсивность выделения водорода!
Но прежде чем потратить кучу времени и материалов на сборку электролизёра, позаботитесь о блоке питания к нему. Мой электролизёр, к примеру, потребляет ток около 6А, при напряжении 8В.
Металлические пластины (электроды) соединены при помощи припаянной к ним толстой медной проволоки, и толстых медных проводов (около 4мм сечение).
Рисунок №3 – Как подсоединить провода
Так же вы должны понимать, что всё должно быть герметично соединено и хорошо заизолировано, короткое замыкание пластин и искра недопустимо!!!
Рисунок №4 – Изоляция пластин
На самом деле есть масса разного рода конструкций электролизёра потому я не хочу на нем фокусировать ваше внимание, хотя он и является самой основной и трудоёмкой деталью для водородной горелки, само по себе он не очень важен (вам подойдёт любая его конструкция).
При работе с водородной горелкой следует:
Если вы собрались делать водородную горелку, то будьте осторожны! Водород очень взрывоопасен!!! При сборке и работе с водородной горелкой, есть много жизненно важных тонкостей. Обратите внимание на мои советы – я это реально проделывал и знаю что говорю.
В самодельной водородной горелке обязательно должно быть согласованно давление водорода, и защита от обратного взрыва, хорошая герметичность и изоляция!
Дело в том, что при работе водородной горелкой, для электролиза вы используете блок питания. И пока он включён, водород выделяется примерно с одинаковой интенсивностью (по мере работы она может падать, так как вода испаряется и меняется плотность тока между пластинами электродов), потому не приступайте к работе, не ознакомившись предварительно с устройством горелки.
Как правильно пользоваться водородной горелкой:
Во-первых прежде всего, всегда работайте в средствах индивидуальной защиты (обязательно наденьте на лицо защитный щиток или очки), во-вторых соблюдайте правила пожарной безопасности. В-третьих, следите за уровнем воды в электролизёре, и интенсивностью горения пламени.
Поджигать пламя нужно не сразу, дайте водороду вытеснить остатки кислорода (у меня это занимает около десяти минут, в зависимости от интенсивности выделения и объёма сосудов с водяным затвором и предохранителем А, Б рис.1)
Обязательно держите около себя ёмкость с водою – она вам понадобится, что бы потушить пламя горелки, когда закончите работу. Для этого, вам просто необходимо направить кончик иглы с пламенем под воду и тем самым перекрыть огню кислород. ВСЕГДА СНАЧАЛА ТУШИТЕ ПЛАМЯ А ПОТОМ ВЫКЛЮЧАЙТЕ ПИТАНИЕ ГЕНЕРАТОРА – ИНАЧЕ ВЗРЫВ НЕМЕНУЕМ.
Водяной затвор и предохранитель:
Обратите ваше внимание на рисунок №1 – там есть две ёмкости (Я обозначил их А и Б), ну и иголка от одноразового шприца (В), всё это соединено трубками от капельниц.
В первую емкость (А) необходимо наливать воду, это водяной затвор. Он необходим для того что бы взрыв не добрался до электролизёра (если он рванёт то это будет как осколочная граната).
Рисунок №5 – Водяной затвор
Обратите внимание, в крышке водяного затвора есть два соединителя (я всё это приспособил от медицинской капельницы), оба они герметично вклеены в крышку при помощи эпоксидного клея. Одна трубка длинная, по ней водород с генератора должен поступать под воду, булькать, и через второе отверстие идти по трубке к предохранителю (Б).
Рисунок №6 – Предохранитель
В ёмкость с предохранителем вы можете наливать как воду (для большей надёжности) так и спирт (пары спирта повышают температуру горения пламени).
Сам предохранитель делается так: Вам необходимо проделать в крышке отверстие диаметром 15 мм, и отверстия для винтиков.
Рисунок №7 – Как выглядят отверстия в крышке
Также вам понадобится две толстых шайбы (если потребуется, то надо расширить внутренний диаметр шайбы при помощи круглого напильника) две водопроводных прокладки и фольгу от шоколадки или обыкновенный воздушный шарик.
Рисунок №8 – Эскиз защитного клапана
Собирается он достаточно просто, вам необходимо просверлить четыре соосных отверстия в железных шайбах крышке и прокладках. Сначала необходимо припаять болты к верхней шайбе, это легко можно сделать при помощи мощного паяльника и активного флюса.
Рисунок №9 – Шайба с винтиками
Рисунок №10 – Припаянные к шайбе винтики
После того как вы припаяли винтики вам необходимо надеть на шайбу одну резиновую прокладку и непосредственно ваш клапан. Я использовал тонкую резинку от лопнувшего воздушного шарика (это гораздо удобнее чем надевать тонкую фольгу), хотя фольга, тоже подходит довольно удачно, по крайней мере, когда я испытывал свою водородную горелку на предмет взрывоопасности, то в клапане была именно фольга.
Рисунок №11 – Надеваем прокладку и защитную резинку
Потом надеваем вторую прокладку и можно вставлять защиту в отверстия, проделанные в крышке.
Рисунок № 12 – Готовый клапан
Рисунок №13 – Элементы защиты
Вторая шайба и гайки нужны, что бы герметично и крепко зафиксировать защиту, закручивая гайки (посмотрите на рисунок №6).
Поймите правильно и примите к сведенью, нельзя пренебрегать правилами техники безопасности, особенно когда работаете со взрывоопасными газами. А такое нехитрое приспособление может спасти вас от неприятных неожиданностей. Работает защита по принципу «где тонко – там и рвётся», взрывом выбивает защитную плёнку (фольгу или резинку), и взрывная сила не идёт в электролизёр, к тому же этому препятствует ещё и водяной затвор. Поверьте на слово, если взорвётся электролизер, то мало вам не покажется:)!!!
Рисунок №14 – Взрыв
Следует понимать что аварийная ситуация обязательно неминуема. Дело в том, что пламя горит на выходе форсунки, (в качестве которой достаточно неплохо подходит иголка от одноразового шприца) только потому, что создается давление газа (давление согласовано).
Рисунок № 15 – Форсунка из шприца, на пьедестале
К примеру, вы работаете вашей горелкой и вот вырубило свет, поверьте! Вы не успеете отскочить от горелки, пламя моментально пойдёт обратно по трубке и прогремит взрыв защитного клапана (он и нужен что бы рванул он а не электролизёр) – это вполне нормально, когда горелка самодельная – будьте бдительны и осторожны, держитесь подальше от водородной горелки и надевайте средства индивидуальной защиты!
Лично я не в большом восторге от водородной горелки, я и попробовал её сделать только по тому, что у меня уже был готовый электролизёр. Во-первых, это очень опасно, во-вторых не очень эффективно (я говорю о своей водородной горелке а не о горелках в целом) расплавить ею то что я хотел не удалось. И потому если вам пришла в голову идея сделать такого типа горелку задайте себе вполне рациональный вопрос «а оно того стоит», так как собрать электролизёр с нуля это достаточно хлопотное дело, а ещё нужен мощный блок питания такой что бы хватало для согласования давления водорода и диаметра выходной форсунки. Потому, «лишь бы было» я вам её делать не рекомендую, а только если она вам действительно нужна.
Это восхитительный простотой своей идеи девайс, доступный к домашней сборке с минимумом использованных инструментов и навыков (разумеется, в продвинутом варианте всё усложняется за счёт примочек и заморочек). Суть очень проста: берём электроды, суём в электролит, подаём ток, собираем на выходе водород-кислород. Наверное, любой читающий этот текст в детстве или более позднем возрасте делал мини-электролизную установку класса «занимательная физическая химия»: два карандаша в банке с солью или содой, батарейка, проводки, пробирки, и весело поджигал водород в пробирке.
no images were found
Так вот, это то же самое, только мощнее на два-три порядка. Эта хренотень даёт мощный, чрезвычайно горячий язык пламени тупо из воды со щёлочью. Никаких баллонов с газами, никаких редукторов, заправок и прочей мути — только подай напряжение. А если надуть ей шарик, и отпустить его с горящей ниткой…
Что нужно для получения более-менее мощного потока газа? Правильно, большая площадь электродов, причём объём газа в секунду ей прямо пропорционален. Не буду вдаваться в расчёты, тем более что сам я их не проводил, просто сообщу оптимальные параметры. Суммарная площадь электродов для достойного внимания потока газа должна быть не менее 1000 см^2 (суммарно по аноду и катоду), желательно — от 2000 см^2. Плотность тока должна быть порядка 0.08-0.15А/см^2 (8-15А/дм^2): при большем токе будет иметь место перегрев электролита и закипание — то есть, пена, тысячи её; при меньшем — теряем в газовыделении. Падение на одной паре электродов для такого тока получается 2-3 вольта, в зависимости от концентрации электролита (я взял 10%, это соответствует примерно 2.2-2.3 вольта падения). При таких обстоятельствах качать две огромных пластины сотнями ампер тока при двух вольтах представляется не очень разумным решением. Гораздо лучше соединить несколько ячеек последовательно: тогда мы сможем увеличить рабочее напряжение и площадь электродов во много раз при том же токе. А теперь осталось только сообразить, что одна пластина электрода может быть с одной стороны катодом одной ячейки, а с другой — анодом другой.
Короче, просто набираем бигмак из чередующихся кольцеобразными прокладками пластин. Больше пластин — больше напряжение при том же токе; больше площадь одной каждой пластины — больший ток при том же напряжении. Увеличение числа пластин увеличивает суммарное падение на них напряжения. На схеме всё понятно видно.
Теперь о практических нюансах постройки. Первое и самое главное: материал электродных пластин. Поскольку работать им предстоит в агрессивной среде (сильная щёлочь, электролитические реакции, температура 50-80 градусов), выбор — из доступного — только один, нержавеющая сталь. Но и тут не так просто, стали куча марок, и подходят далеко не все. Опытным (а также частично теоретическим и частично сравнительно-аналитическим — изучением описаний промышленных установок электролизной газосварки) путём была определена распространённая и подходящая сюда сталь: 12Х18Н10Т.
Буковки — металлы-добавки (хром, никель, титан); числа — обозначения их количества (0.12% углерода, 18% хрома, 10% никеля, немного — до 1.5% — титана). Не суть важно, это довольно модная и частая сталь и её не очень трудно отыскать в листах размерами типа 1000*2000 мм (способ раскройки листа на пластины оставляю на усмотрение желающих повторить девайс). Её аналог — AISI 321 — тоже должна теоретически подходить. Не знаю, не пробовал. Безтитановая 08Х18Н10, например, ржавеет и окисляется, хотя, казалось бы, должна подходить вполне.
В каждой пластине необходимо проделать отверстия снизу и сверху на расстояниях чуть меньше диаметра прокладки друг от друга (но не менее 0.5-1 см от края прокладки) — для газообмена и для распределения электролита по ячейкам. Хватит где-то 5 мм сверла.
Не забыть припаять провода к внешним частям пластин перед сборкой.
Щёлочь. Подойдёт NaOH или KOH, желательно чистый, а не технический. Начинать с концентрации 10% по массе (в дистиллированной воде), дальше экспериментировать. Выше концентрация — выше ток, но больше пены.
Резиновые прокладки почти все из продающихся уже маслобензощелочестойкие. Я использовал о-ринги (кольца круглого сечения) где-то 130 мм диаметром. Их нужно на одну меньше чем пластин.
Стягивающие пластины. Требуется нечто очень слабо гнущееся и жёсткое. Идеально и классика постройки — толстое, двухсантиметровое оргстекло. В нём же можно проделать выводы и резьбу под газ и доп. топливный бачок. У меня не было оргстекла, я просто впаял медные трубки в последнюю нержавеющую пластину, а для стяжек использовал 27 мм фанеру.
Если все вышеназванные компоненты — сталь, прокладки, стяжки — есть, можно собрать их вместе, проверить небольшим поддувом давления — прокладки не должны выпячиваться и вообще не должно быть травления воздуха при давлении хотя бы 0.5-0.6 атм, залить щёлочь — и переходить к внешнему обвесу.
Перво-наперво следует сделать водный затвор. Водород-кислородная смесь, HHO, невероятно злая штуковина. Она с лёгкостью детонирует, да и сгорает весьма резво, не требуя притом никаких окислителей (кислород-то есть).
Если в процессе работы пламя почему-либо проскочит в шланги и дойдёт до электролизера — в лучшем случае по всему рабочему помещению будет размётана горячая щёлочь вперемешку с кусками прокладок. Но этого довольно легко избегнуть, поставив простую конструкцию, суть которой ясна из схемки. Пламя не имеет шанса проскочить вниз по пузырькам сквозь слой воды или иной жидкости, и таким образом проскока горения в сам девайс не произойдёт. Конструкция чуть менее, чем полностью собирается из сантехники из магазина метизов.
Далее следует озаботиться горелкой. В качестве сопла лучшее, что удалось найти — толстые цельнометаллические иглы (типа «Рекорд» и подобные) от советских многоразовых шприцов. Но поскольку идея использовать ещё и сам шприц как часть горелки — не самая лучшая, я просто оторвал носик шприца и припаял его к насадке на полноценную пропан-кислородную горелку.
А далее следует важный момент. Ввиду уже упомянутого выше злобства HHO
в плане горения в целом и особенно его, горения, скорости, все возможные места в горелке следует плотно, утрамбовывая, забить спутанным мелким-мелким медным проводочком.
Я использовал несколько метров МГТФа (там жила порядка 0.07 и меньше), основательно перепутанного в медную кашицу, каковой забил почти весь «ствол» горелки и большую часть её носика. Это почти наверняка предотвратит проскок пламени в шланги даже при неправильном выключении (а совсем наверняка — при случайном таки проскоке — защитит уже гидрозатвор). Пренебрегать объёмом и количеством этой медной мотни очень не рекомендую. И начинаться она должна от почти что самого сопла горелки.
Мелочи вроде шлангов, соединений, подводки манометра подробно расписывать не буду, они делаются из того что под рукой. Хорошо себя зарекомендовали виниловые и силиконовые медицинские трубки, их легко найти нужного, налезающего на стандартные сантехнические медные трубки диаметра.
Питание. В качестве питания всё просто, сколько_нужно вольт и 8-15 ампер. Я пока что использую ЛАТР и понижающий до 110 вольт трансформатор ОСМ-0,63 (600 ватт), после которых стоят диодный мост на 50 ампер (с запасом), фильтрующий электролит и амперметр для контроля тока. Потребляемое сейчас напряжение — 68 вольт, ток — 8-10А, соответственно мощность около 500-600 ватт. Если расширить устройство до где-то 140 пластин, станет возможным прямое сетевое бестрансформаторное включение, что приведёт девайс в состояние неимоверной крутости и что и планируется сделать, как только достану резиновые прокладки — ещё 110 штук.
Короче, если всё сделано, можно включать. Расписывать возможные косяки, которые могут проявиться, очень лень, здесь всё же сайт не с набором инструкций «сделай сам для чайников». Вкратце так. Во-первых, может быть пена. Пена означает грязный электролит, грязь на пластинах или переток/перегрев. Если грязь, ждём минут 20-30 на небольшом токе, пока не исчезнет. Если переток/перегрев, снижаем ток или даём остыть. Если грязный электролит — юзаем другую щёлочь и дистиллированую или хотя бы талую воду Далее, оно может плеваться щёлочью вместе с газом. Слишком большой уровень электролита, слить или дать поработать, пока не убавится. Давление не держится при закрытой горелке — где-то травит. Необходимо проверить. Если девайс подтекает щёлочью между пластин — надо выяснить где именно, посмотреть, заменить прокладку или пластину. Течь ничего нигде не должно, ни газом, ни жидкостью. Слишком слабый поток газа, пламя проскакивает в горелку или сжигает иглу-сопло — уменьшить диаметр сопла или увеличить мощность газовыделения. Кстати, при прогреве пластины могут прогибаться и замыкаться друг с другом — это надо отследить и положить между уголками что-нибудь.
Проверять на горение рекомендую не в помещении (а то ещё ебанёт, простите мой французский, и будет всё в щёлочи). Я вытаскивал на улицу, когда убедился в безопасности — занёс назад внутрь. Если всё сделано верно, на конце иглы загорится либо бледное жёлто-розоватое, либо довольно яркое жёлтое (последнее означает пробравшийся в пары натрий) пламя длиною несколько сантиметров, почти бесшумное, очень плохо задуваемое. Экспериментируя с подводимой мощностью, концентрацией электролита и диаметрами игл-сопел можно добиваться довольно интересных результатов. Кстати, это пламя горит под водой. Стекло лампочки прожигает влёт, более толстое стекло — раскаляет добела и кипятит. Тонкое железо кипятит, более толстое греет докрасна и добела. Плавит (но с трудом) кварцевое стекло. На видео можно посмотреть, что и как оно умеет.
Высокоэффективное водородно-кислородное пламя может служить качественной альтернативой ацетилено-кислородному пламени в процессах сварки, резки и пайки. Частично, водородно-кислородная сварка может стать заменой свариванию в среде инертных газов. Этот метод, в отличие от стандартных, является практически безвредным, поскольку продуктом горения в данном процессе является пар. Водородная сварка выполненная своими руками для исполнителей, владеющих навыками , не требует длительного переучивания, достаточным является краткий инструктаж
Особенности водородно-кислородной сварки
История газовой сварки насчитывает около ста лет. Основным горючим газом повсеместно являлся ацетилен. Исследования ученых показали, что использование водорода вместо ацетилена позволяет получить такую же производительность и высокое качество при сварке углеродистых сталей и других материалов. Водородная газовая сварка является разновидностью процессов газопламенной обработки материалов, происходящих с использованием смеси горючего газа с кислородом.
Трудность состояла в том, что ацетилено-кислородное пламя по отношению к расплавленному железу является восстановительным, а водородно-кислородное – окислительным. Сварочная ванна при использовании водорода в качестве горючего газа покрывалась сплошным слоем шлака, шов становился пористым и хрупким. Проблему помогло решить использование органических веществ, обладающих способностью связывать кислород. В качестве таких добавок стали применять углеводороды, имеющие температуру кипения в пределах 30-80 градусов. Это могут быть бензины, гексан, гептан, толуол, бензол. Необходимое для процесса их количество крайне мало.
Особенности водородного пламени
После решения технологических вопросов затруднением оставалась газовая смесь для сварки в связи с отсутствием эффективного источника водорода. Использование водородных баллонов является крайне нерентабельным. К тому же, такие баллоны – источник повышенной опасности. Сжиженный водород может стать причиной сильных обморожений, большие концентрации этого вещества вызывают удушье и головокружения. Также, опасной особенностью водородного пламени является невидимость при дневном свете. Определить его можно только при помощи специальных датчиков.
Создание электролизеров
Решением проблемы стали электролизеры – аппараты, которые с помощью электрической энергии позволяют получать сразу, причем в оптимальном соотношении, и водород, и кислород. Очередной сложностью оказалась громоздкость оборудования, необходимого для выработки достаточного для промышленных целей количества горючей смеси. Существующие ранее передвижные аппараты могли обеспечить только потребности ювелиров и зубных техников. Стационарные аппараты, способные сваривать металл толщиной 5-6 мм, весили порядка 300 кг. В конце прошлого века был создан передвижной электролизер, с помощью которого стала возможна портативная газовая сварка с достаточным временем работы без дозаправки и приемлемой производительностью в условиях промышленности и на строительных площадках.
Принцип работы водородно-кислородных электролизеров
Водородно-кислородные газосварочные аппараты представляют собой электролизеры, в которых под воздействием электричества вода разлагается на кислород и водород. Сварочное оборудование может работать от бытовой или трехфазной электросети. Смесь водорода и кислорода подается по шлангу в стандартную ацетилено-кислородную сварочную горелку. Сущность газовой сварки с использованием водорода такая же, как и обычной газовой сварки. Водородно – кислородный сварочный аппарат
Единственное отличие – применение водородно-кислородной смеси вместо привычных ацетилен-кислородной и пропан-кислородной.
Сварочные водородно-кислородные аппараты разной мощности позволяют решить практически все задачи, ставящиеся перед газопламенной обработкой . С их помощью осуществляют: сварку, наплавку, пайку, термоупрочнение, порошковое напыление и порошковую наплавку, кислородную резку – ручную и машинную. Различные режимы газовой сварки с водородом дают возможность выполнения широкого спектра работ – от микросварки и микропайки пламенем толщиной с иголку до толщиной порядка 300 мм. Работа аппаратов может вестись и в ручном, и в автоматическом режимах.
Даже малогабаритные переносные аппараты при такой незначительной мощности – 1,8 кВт, потребляемой от двухфазной бытовой сети, могут решить проблему сваривания и резки листов из черного и толщиной до 2 мм. Температуру чистого пламени можно легко отрегулировать от 600 до 2600 градусов. Такие электролизеры популярны среди стоматологов, ювелиров, ремонтников холодильных агрегатов.
Более мощные модели водородно-кислородных сварочных аппаратов, позволяющие сваривать металл толщиной до 3 мм, приобрели популярность на станциях технического обслуживания, где применение взрывоопасных баллонов с кислородом и пропаном запрещено. Простая система контроля производительности позволяет использовать аппарат в самых труднодоступных зонах при ремонте блоков двигателей, радиаторов, ступиц, во время кузовных работ. В случае достижения предельных уровней давления и электролита встроенная контрольная система подает сигнал. Происходит автоматическое отключение аппарата от источника электрического питания. Такие меры предосторожности обеспечивают двойную пожарную и взрывобезопасность.
Для профессионалов
Для работников аварийных служб разработаны специальные аппараты, позволяющие с толщиной стенки до 5 мм в условиях отсутствия трехфазной сети. Эти электролизеры можно применять для заварки дефектных зон чугунного и цветного литья, ручной и машинной резки металлов с толщиной стенки до 30 мм. Такие способы газовой сварки осуществляют с питанием подогревающего пламени резака от аппарата и подачей режущего кислорода из баллона. Данная технология позволяет получать более чистый рез, чем при использовании ацетилена и пропана. При этом процессе не происходит науглероживание и закаливание металла, отсутствуют грат и загрязняющие атмосферу выбросы оксида азота. Такие модели электролизеров позволяют вести безопасную кислородную резку в тоннелях, колодцах, метрополитенах, где запрещается использование пропана и ацетилена. Некоторые аппараты подобного типа дают возможность проводить работы при отрицательных температурах окружающего воздуха.
Водородная газовая сварка видео наглядно демонстрирует ход сварочного процесса с применением электролизера.
Преимущества использования водородно-кислородных электролизеров
Современные производители газосварочного оборудования предлагают электролизно-водные сварочные аппараты, обладающие рядом преимуществ по сравнению с традиционными способами сварки с использованием пропана и ацетилена.
Ключевые особенности аппаратов:
- Аппараты легки в эксплуатации – перезарядка нужна редко, а ее трудоемкость значительно ниже, чем трудозатраты при перезарядке генератора.
- Быстрый выход в рабочий режим – 1-5 мин, в зависимости от необходимого расхода газа и температуры окружающей среды.
- Возможность получения значительной мощности при небольших габаритных размерах оборудования.
- Экологическая чистота сварочного процесса. Работа с ацетиленом сопровождается загрязнением среды токсичными оксидами азота. При сварке в помещениях норматив по содержанию азота, как правило, не выдерживается, что отрицательно сказывается на здоровье работников. В водородно-кислородных аппаратах единственным продуктом горения является абсолютно безвредный водяной пар.
- Аппараты являются пожаровзрывобезопасным оборудованием как при работе, так и при хранении. Защитная одежда при водородно-кислородной сварке такая же, как и при обычной газовой: плотная роба, рукавицы, очки для газовой сварки.
Использование ацетиленовых генераторов и баллонов является целесообразным исключительно в полевых условиях при отсутствии источников электроэнергии. Во всех других случаях громоздкое газосварочное оборудование могут заменить высокоэффективные, удобные, долговечные аппараты, работающие на электричестве и воде.
