В конструкции данного аппарата большее число рабочих пластин, модифицированные боковые платы и надежный 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.

Между боковыми платами, соединенными четырьмя шпильками, размещены металлические пластины-электроды, разделенные резиновыми кольцами. Внутренняя ячеистая полость такой батареи на 1/2...3/4 объема заполнена слабым водным раствором щелочи (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.

Рис.1. Аппарат для резки и сварки, работающий на продуктах электролиза слабого щелочного раствора:

а - блок-схема, б - готовая самодельная конструкция:
1 - 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 свернутом состоянии, 10 - корпус переносной деревянный, 11 - штепсельная вилка.

Производительность электролизера зависит от концентрации щелочи 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 расчета 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 надежную 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 - 150x150 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.

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 щелочеупорная, 82 шт.), 5 - втулка-изолятор (кембриковая трубка 6,2x1, L35, 12 шт.), 6 - шпилька Мб (4 шт.), 7 - гайка Мб со стопорной шайбой (8 шт.), 8 - трубка вывода горючей газовой смеси, 9 - раствор слабощелочной (2/3 внутреннего объема электролизера), 10 - вывод контактный (медь рафинированная, 2 шт.), 11 - штуцер («нержавейка»), 12 - гайка накидная М10, 13 - шайба штуцера («нержавейка»), 14 - манжета (резина кислото- и щелочеупорная), 15 - горловина заливная («нержавейка»), 16 - гайка накидная M18, 17 - шайба заливной горловины («нержавейка»), 18 - шайба герметизирующая (резина кислото- и щелочеупорная), 19 - крышка заливной горловины («нержавейка»), 20 - прокладка герметизирующая (резина кислото- и щелочеупорная).

Вообще-то пришлось немало поломать голову, прежде чем «водогорелка» стала удобной и надежной, 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.

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 ее включении газ давит на керосин, который вновь перетекает в правый бачок. Затем начинается барбатация газа...

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).

Соединительные трубки в аппарате - полихлорвиниловые. Лишь к самой горелке ведет тонкий резиновый шланг. Так что после отключения питания достаточно эту «резину» перегнуть руками - и пламя, выдав напоследок легкий хлопок, потухнет.

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).

Рис.4. Принципиальная электрическая схема блока электропитания.

По сути, это - двух-полупериодный, известный многим самодельщикам регулируемый выпрямитель. Причем 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 радиоприемнике).

Рис.5. Вариант блока питания с использованием в схеме тиристоров и самодельного трансформатора.

Трансформатор в блоке питания самодельный. В качестве магнито-провода применен набор Ш16x32 из трансформаторной стали. Обмотки содержат: первичная - 2000 витков ПЭЛ-0,1; вторичная - 2x220 витков ПЭЛ-0,3.

Практика показывает: рассмотренный самодельный аппарат для газовой резки и сварки даже при самой напряженной 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».

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 щелочи. 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 щелочь удаляют (например, при техобслуживании), а в затвор заливают очередную порцию чистого керосина.

В.Радьков, Татарстан
МК 03 1997

Подвидом дуговой сварки выступает сварка водородная. Технология основана на распаде воды до двух составляющих - водорода и кислорода. В чем специфика работы? Чем водородная сварка отличается от дуговой, а чем на нее похожа? Какое оборудование используется для работы? В данном материале вы найдете ответы на эти и другие вопросы.

Данная технология относится к категории безвредных, поскольку в процессе горения дуги задействован один химический элемент - водород (точнее, водяной пар). Однако за этим преимуществом кроется пара недостатков технологии. Например, поверх заготовки может образоваться слой шлака, либо сварочный шов будет тонким. Чтобы его усилить, применяют связывающие кислород органические соединения вроде толуола, бензина или бензола. Их понадобится малое количество, поэтому водородная сварка обойдется сварщику дешевле, чем другой тип газопламенной обработки.

Дуга при сварке горит в атмосфере водорода между двух неплавящихся вольфрамовых электродов. Пламя горючего элемента незаметно при дневном свете, поэтому часто применяют специальные датчики. Крупные и тяжелые баллоны с газом не используются, поскольку за их эффективностью кроется опасность для здоровья работника. Зато возникает необходимость вместо емкостей применять аппараты, заполненные водой, в которых под действием электричества жидкость распадалась бы на водород и кислород.

Решение было найдено - им стал электролизер. Это подвид сварочного аппарата, где вода распадается до двух составляющих, причем в оптимальной пропорции. Происходит диссоциация после проведения через дистиллят электрического тока. Ранние разработки удивляли громоздкостью - электролизеры могли сварить металлические листы толщиной до 6 мм, при этом весили более 300 кг. Позже создали передвижные модели, благодаря которым процесс соединения деталей стал эффективнее.

Подвидом водородной сварки выступает атомно-водородная. Обычно применяется при соединении чугунных или стальных деталей, отличается повышенной экзотермией. Редко применяется на производстве, поскольку есть опасный фактор - повышенное напряжение.

Преимущества сварки водородом

Методика известна не так, как ручная или полуавтоматическая сварка, однако имеет ряд достоинств, с которыми сварщику нужно познакомиться. Среди них:

• редкая перезарядка сварочного аппарата;
• оперативный вход в рабочий режим (до 5 минут в зависимости от расхода газа и параметров атмосферы);
• высокая мощность при малых габаритах оборудования;
• экологическая чистота (в отличие от сварки ацетиленом, где выделяются токсичные пары азота, отравляющие организм);
• сварочный аппарат относится к классу пожаробезопасного оборудования;
• конструкция и принцип действия таковы, что препятствуют не только возгоранию установки, но и взрыву;
• широкий спектр материалов для обработки (цветмет, чугун, сталь, стекло и даже керамика);
• исключено окисление свариваемых участков;
• доступность главного расходного элемента - воды;
• для бесперебойной работы необходимы лишь источник тока и вода (желательно дистиллированная).

Теперь - пара слов о составных элементах оборудования, используемого для водородной сварки.

Составные элементы аппарата

Традиционно основными элементами устройств для сварки водородом являются:

• горелка;
• шланг;
• заправочное устройство;
• запасное сопло;
• охладитель-обогатитель.

Горелка предназначена для подачи газа в область соединения заготовок. Температуру пламени можно регулировать в диапазоне 600-2600 градусов. Сварочный аппарат достаточно мощный, позволяет выполнять ручную и автоматическую сварку. Если пользователь имеет базовые навыки работы с газопламенным оборудованием, эксплуатация электролизеров для водородной сварки проблем не составит. Теперь рассмотрим обработку заготовок детальнее.

Характеристика процесса

При выборе водородной сварки как метода соединения деталей пользователь обнаружит, что последнее происходит намного быстрее, чем при той же аргонодуговой или ацетиленовой. Сначала под действием высоких температур диссоциируются (распадаются) молекулы воды на кислород и водород. Далее, одноатомный водород преобразуется в двухатомный, за счет чего выделяется дополнительная тепловая энергия, ускоряющая процесс соединения.

Этот же водород расходуется на защиту зоны сварки, поэтому шов получается качественным - прочным и герметичным. Исключение составляет лишь медь и ее сплавы (за счет химических свойств материала).

Выделяемое тепло позволяет сваривать даже вольфрам (самый тугоплавкий металл с температурой плавления 3422 градуса). Здесь водород вновь выполнит роль защитного газа, препятствуя загрязнению углеродом, азотом или кислородом. Дуга, образуемая горелкой, достаточно стабильна и не зависит от первичной обработки соединяемых изделий.

Обзор оборудования

Классический пример сварочного аппарата для водородной сварки - продукт отечественного производителя «Лига». Устройства работают от сети 220 В и в качестве «топлива» используют дистиллированную воду. Применение оборудования снижает себестоимость сварочного процесса в десятки раз по сравнению с использованием габаритных газовых баллонов.

О принципе действия - коротко:

• через дистиллят проходит электрический ток, превращая его в водород и кислород;
• полученная смесь проходит через охладитель-обогатитель газа, где остается лишняя влага;
• в этом же элементе электролизера к водороду добавляются пары летучих углеводородов (бензол, спирт и т.д.);
• смесь поступает в газовую горелку;
• для контроля мощности в конструкции предусмотрены регулятор тока и гаситель пламени.

Компания «Лига» выпускает несколько модификаций электролизных установок, а именно:

• 02 С;
• 02 0;
• 22 Д.

Наиболее популярные в среде профессиональных сварщиков устройства - «Лига-02» и «Лига-22».

Водородная сварка обладает рядом преимуществ, выгодно выделяющих ее на фоне дуговой, ручной и других типов сварки. Первое достоинство для пользователя - экологическая чистота используемых элементов и безопасность. По этой причине электролизной установкой целесообразно пользоваться при больших объемах работ, либо при сварке внутри компактных помещений.

Известны ли вам нюансы работы с оборудованием и другие его особенности? Поделитесь своими навыками и знаниями в обсуждении к статье.

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

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

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

В химическом выражении реакция выглядит следующим образом:

2H 2 O=2H 2 +O 2

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

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

Преимущества и недостатки

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

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

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

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

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

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

Генератор водорода бытового назначения

Атомно-водородный способ

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

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

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

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

Электроды и горелка

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

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

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

Горение дуги

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

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

Технология сварки сходна с технологией обычной газовой.

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

В бытовых условиях

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

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

Питание и рабочая жидкость

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

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

Корпус и трубки

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

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

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

Отвод водорода

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

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

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

Горелка

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

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

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

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.

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.