本发明是一种利用电解水生成氢气和氧气混合气体进行焊接的方法。 目前,利用水焊机进行焊接是一种新技术,一般的水焊机是由气液分离罐(带助焊罐),循环泵、电解槽、冷凝器(带冷风扇)、输液管道和焊炬组成。其工作原理是:在气液分离罐中加入纯水和固体氢氧化钠或氢氧化钾按重量比为4∶1混合成的电解液,循环泵将气液分离罐中的电解液压入电解槽进行电解,又将充满气泡的电解液压入冷凝器进行冷却,然后返回气液分离罐中,在气液分离罐中电解出的氢气和氧气混合气体上升,电解液下降,继续循环,反复上述循环过程,当气液分离罐中的氢气和氧气混合气体达到3~4MPa的压力时,停止电解,至此开启和点燃焊炬,进行焊接操作。这种水焊机可以焊接和烧制有色金属,黑色金属和玻璃器皿,具有无污染、无噪音、安全可靠、体小量轻等特点。但是同时又存在一个致命的缺点:这种水焊机的电能转换率太低,根据理论计算和实际检测,这种水焊机的电能转换率在66%左右。由于耗电量很大,使得水焊机在实际应用中很难推广。
本发明的目的是提供一种水焊机的高效节能方法及使用该方法水焊机的设备参数。使用本发明地方法及所提供的设备参数可以将水焊机的电能转换率提高,使电能转换率达到90%左右,达到节能效果。
本发明是通过下述方式实现的。采用由气液分离罐、循环泵、电解槽、冷凝器、输液管道、和焊炬组成的水焊机,在上述气液分离罐中加入纯水和固体氢氧化钠或氢氧化钾按重量比为4∶1混合成的电解液,通过上述循环泵将电解液送入上述电解槽中电解,再将电解液经上述冷凝器送回上述气液分离罐中,上述循环过程反复进行,当上述气液分离罐中的氢气和氧气混合气体达到3-4MPa的压力时,进行焊接操作,本发明的要点是上述循环过程的周期为0.8次-1.2次/分。
根据本发明所述的焊接方法,所使用的水焊机应满足下述要求,在水焊机中的气液分离罐、循环泵、电解槽、冷凝器、输液管道所组成的“电解液循环系统”中的有效容积等于循环泵的每分钟的输液量。在水焊机中的气液分离罐(带助焊罐的水焊机,也包括助焊罐)、循环泵、电解槽、冷凝器、输液管道的总的容积减压从理论计算出氢气和氧气混合气体所占的容积,为电解液所占的容积,也就是有效容积。
我们根据实验得出下列三项结果:
(1)电解液中含气度与电解液的电阻值成正比,降低含气度可减小电阻。
(2)电解液在由气液分离罐、循环泵、电解槽、冷凝器、输液管道组成的“电解液循环系统”中的循环速度与电解液含气度成反比,较高的循环速度可降低电解槽中电解液的含气度。因此控制“电解液循环系统”中的循环速度,也就控制了电解液的含气度,同时也控制了电解液的电阻值。
(3)电解液的循环周期接近为1分钟时,电解液具有适当的含气度和电阻值,从而电解液有较好的散热性,水焊机有较好的节能效果。
因此电解液在由气液分离罐、循环泵、电解槽、冷凝器、输液管道组成的“电解液循环系统”中的循环周期为0.8次-1.2次/分。
下面用实施例结合附图再进一步说明。
附图1为水焊机工作原理图
实施例。在本实施例中,水焊机中的气液分离罐(包括助焊罐)循环泵、电解槽、冷凝器、输液管道所组成的“电解液循环系统”中的有效容积为5升,循环泵的输液量为5升/分。这样电解液在“电解液循环系统”中的循环周期为1次/分。水焊机中的气液分离罐(包括助焊罐)、循环泵、电解槽、冷凝器、输液管道的总容积为6.5升,理论计算出氢气和氧气混合气体所占的容积为1.5升,所以“电解液循环系统”中的有效容积约为5升。
从图1看出,在气液分离罐1和助焊罐2中装有电解液,电解液通过循环泵3送入电解槽4中,电解槽上装有电源插头5,接通电源,电解液在电解槽中进行电解,电解液又被送到冷凝器6中,冷风扇7向冷凝器吹出冷风,电解液在冷凝器中散热冷凝,最后又返回气液分离罐中,在气液分离罐中电解出的氢气和氧气混合气体上升,电解液下降,继续循环,反复上述循环过程,当气液分离罐中的氢气和氧气混合气体达到3-4MPa的压力时,电解自动停止,至此开启和点燃焊炬8,进行焊接操作。当气液分离罐中的氢气和氧气混合气体压力低于3MPa时,水焊机又自动启动,进行电解,补充气压。本机焊熖温度可达3000℃,可焊接和烧制有色金属、黑色金属和玻璃器皿,焊接黑色金属时,在助焊罐内注入100#-120#汽油或苯(常用商品苯)。在连续焊接操作工作中每2小时要补充0.5-1kg的纯水。焊接黑色金属时,每20小时约耗汽油1kg。在气液分离罐中所加入的纯水可以是软水,也可以是蒸馏水或凉开水。所加入的固体氢氧化钠是工业用烧碱(NaoH)。
从图1看出,在水焊机的气液分离罐和助焊罐的气体出口上分别装有单向阀9,在出气管上装有回火器10。以及在各个部件接口上装有爆破片。上述安全装置可以确保水焊机在焊接操作中安全可靠。
下面用采用本发明方法的水焊机和已有的水焊机进行比较。已有的水焊机的电解液循环系统的有效容积约为8.5升,循环泵的输液量为5升/分。因此循环次数为 5/8.5 =0.58次/分。产生1M3氢气和氧气混合气体耗电量为4.5度(KWh),而理论计算(法拉第定律)的耗电量为3度(KWh),所以电能转换率为 3/4.5 =66%,实测电解槽温度约为120℃。本发明所设计的水焊机的电解液循环系统的有效容积约为5升,循环泵的输液量为5升/分,因此循环次数为 5/5 =1次/分,即循环周期为1分钟,产生1M3氢气和氧气混合气体耗电量为3.3度(KWh),所以电能转换率为 3/3.3 =90%,实测电解槽温度约为55℃~60℃。很显然,本发明的水焊机中的电解液的散热性和水焊机的节能效果都优于已有的水焊机,而且体积小,重量又轻。由于电解槽的温度为55℃~60℃,温度很稳定,操作很安全。
本发明所设计的电解液循环系统的有效容积为5升的水焊机应用220V电压,电能转换率为90%左右,功率为1.5-3KW,可焊接3mm以下的片材,和φ7mm以下的杆材,本机外形尺寸为60×45×26cm,重25kg。
由于本发明提供了这种水焊机的高效节能方法,使得水焊机在实际应用中得以推广。现有的气焊机用氧气和乙炔为燃料,燃料储存不安全,机大笨重,不适于移动,不适于农村、山区运用。水焊机克服了上述这些缺点,达到工业生产实用阶段。