DE2748417A1 - Verfahren und vorrichtung zur verringerung der umweltverschmutzung beim lichtbogenschweissen - Google Patents

Description

MERTENS A KEIL

Λ PATENTANWÄLTE

6000 Prankfurt/M, den 26. Okt. 1977 A 7 P 53

AGA Aktiebolag Lidingö/Schweden

"Verfahren und Vorrichtung zur Verringerung der Umweltverschmutzung beim Lichtbogenschweißen"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verringerung der Ozonbildung beim Lichtbogenschweißen oder Arbeiten mit einem Lichtbogen.

Es ist bekannt, daß Ozon ein giftiges Gas ist. In einer Überzahl von Ländern liegen die maximal zulässigen Ozonkonzentrationen an Arbeitsplätzen zwischen 0,05 und 0,1 ppm Ozon. Ozon kann aus Sauerstoff in Luft über verschiedene Reaktionen gebildet werden, hauptsächlich durch eine fotochemische Reaktion mit Ultraviolett (UV)-Strahlung. Bei Verwendung eines

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offenen Lichtbogens zum Schweiften, Schneiden oder dergl. Zwecke ist die entstehende UV-Strahlung intensiv genug, zu einem meßbaren Anstieg der Ozonbildung beizutragen,und zwar sowohl in der unmittelbaren Nachbarschaft des Bogens als auch in der weiteren Umgebung.

Normalerweise entsteht Ozon fotochemisch durch die Dis- ; soziation von Sauerstoffmolekülen in Obereinstimmung mit der folgenden Reaktionsgleichung:

O₂ ♦ (h>>)-*0 ♦ O und O₂ + 0-*0, ,

wobei h = die Planck*sehe Konstante und.*? = die Frequenz der UV-Strahlung ist.

Dissoziationsenergie für Sauerstoffmoleküle liegt bei 5 eV; demzufolge nimmt nur Strahlung mit einer Wellenlänge, die geringer ist als etwa 220 nm, an der fotochemischen Erzeugung des Ozons teil. Die maximale Dissoziation von Sauerstoff findet bei Wellenlängen im Bereich von 130 bis 180 nm statt. Durch den Dissoziationsprozeß wird die UV-Strahlung dieser Wellenlänge praktisch vollständig in der Luft innerhalb einer Strecke von einigen Millimetern oder Zentimetern absorbiert. Aufgrund dieser Vorgänge wird die größte Konzentration von Ozon in unmittelbarer Nachbarschaft des Lichtbogens und damit in der Atmungszone des Arbeiters erzeugt. Die Erfahrungen haben gezeigt, daß die erzeugte Ozonmenge von dem angewendeten Schweißverfahren, den Schweißparametern, wie z.B. Bogenlänge, der Schweißgeschwindigkeit und der Art des verwendeten Schutzgases sowie dem Material des Werkstückes, welches bearbeitet wird, abhängt. Nicht selten werden völlig unannehmbare Konzentrationen von Ozon gebildet, was bestimmte Gegenmaßnahmen

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notwendig macht. Eine übliche Lösung dieses Problems besteht in der Verdünnung des Ozons mit Hilfe der Ventilation, entweder an ausgewähltP^tellen oder in dem gesamten Aufenthaltsbereich. Derartige Lösungen haben sich jedoch als unzureichend und beschwerlich erwiesen. Bei einer Ventilation an einzelnen Stellen ist es, um überhaupt eine Wirkung zu erzielen, notwendig, relativ große Mengen an Luft zuzuführen, welche mit relativ hoher Geschwindigkeit strömt. Eine solche Lösung stört den Schweißprozeß, welcher oft in einer Schutzgasatmosphäre ausgeführt wird. Ein weiterer Nachteil der Ventilation ist die Schwierigkeit einer Anpassung an sich variierende Arbeitsbedingungen. Oft verursachen schwache Ventilationen in Verbindung mit einem Zug eine gefährliche Konzentration in der Atemzone des Arbeiters, welcher ganz ohne^ Ventilation nicht auftreten würde.

Die Entfernung von Luft aus der Schweißzone durch Absaugen zu entlegenen Stellen hat in gewisser Beziehung ebenfalls Nachteile. Auch in diesem Fall darf die Absaugleistung nicht übermäßig hoch sein, so daß der Schweißprozeß nicht gestört wird. Dies trifft insbesondere beim Schweißen mit Schutzgasatmosphäre zu. Darüber hinaus beeinträchtigt das Absaugen die Bewegung des Brenners, was insbesondere beim Schweißen von Hand nachteilig ist. Das Absaugen führt darüber hinaus zu weiteren technischen Problemen.

Eine weitere negative Folge der Anwendung des Absaugens der Luft zu entlegenen Stellen erweist sich beim Schweißen mit abschmelzenden Elektroden oder beschichteten Elektroden. Bei derartigen Verfahren ist die Ozonkonzentration verglichen mit den Schweißverfahren, bei welchen nicht-abschmelzende Elektroden verwendet werden, etwas geringer. Ein Grund für diese geringere Ozonkonzentration ist der Schutzeffekt gegen die 261077

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Ozonbildung, der aufgrund der Rauchbildung eintritt. Der Rauch absorbiert nämlich UV-Strahlung, die sonst Ozon erzeugen würde. Außerdem wird die Ozonkonzentration chemisch durch Rauchteilchen verringert. Durch Entfernen des Rauchs geht dessen Schutzeffekt in Bezug auf Ozon verloren.

Ozon wird auch in der Erdatmosphäre bei natürlich ablaufenden Prozessen erzeugt, hauptsächlich aufgrund der Solarstrahlung. Die Ozonschicht in der Erdatmosphäre wird auf verschiedene Weisen gebildet und aufrechterhalten. Parallel zu der fotochemischen Ozonerzeugung finden auch Reaktionen statt, die Ozon verbrauchen. Als Folge dieser Reaktionen ist nicht die gesamte Erdatmosphäre ozonisiert, sondern nur ein Gürtel von 30 bis 40 km Höhe. Die Ozonkonzentration und die Höhe des Gürtels befinden sich aufgrund der genannten Reaktionen im Gleichgewicht. Die wichtigste dieser Reaktionen ist die Rekombination von Ozon entsprechend der folgenden Formeln:

O₅ ♦ <hv>)-*0₂ ♦ 0 und O₃ ♦ 0-^2 O₂

Eine weitere Rekombination kann bei der Reaktion zwischen Ozon und Sauerstoffoxiden entsprechend der folgenden Formeln stattfinden:

NO ♦ O₃-^NO₂ +O₂ NO₂ ♦ 0-^NO + O₂

Das resultierende Ergebnis dieser Reaktionen ist die Rekombination von Ozon zu Sauerstoff:

O, ♦ 0-»2 O₂

Stickstoffoxide werden hauptsächlich in biologischen Prozessen 261077

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im Meer erzeugt; sie steigen dann später in die Atmosphäre auf. Eine geringere Menge wird durch atmosphärische Blitzentladungen gebildet. Eine weitere Quelle von Stickstoffoxiden stellen die künstlichen Düngemittel dar; diese Quelle kann in Übereinstimmung mit der herrschenden Meinung nicht vernachlässigt werden; sie ist von nachteiligem Einfluß auf die Ozonschicht.

Ein weiterer Grund für die Verringerung der Ozonmenge in der Ozonschicht wurde kürzlich entdeckt, nämlich die übermäßige Verwendung von Fluorwasserstoffkohlenstoffen, beispielsweise in Aerosolen. Man nimmt an, daß in diesem Fall Chlor in einem noch größeren Maß das Gleichgewicht der atmosphärischen Ozonschicht in folgender Reaktion stören kann:

Cl + 0 ->C10 + O₂ ClO + O-?C1 + O₂

Das Endresultat dieser Reaktionen besteht nämlich ebenfalls in der Reduktion von Ozon zu Sauerstoff wie im Fall des NO, NOp-Zyklus. Beide Reaktionszyklen sind äußerst wirksam. Bezüglich des Chloridzyklus ist beispielsweise bekannt, daß ein Chloratom den Zerfall 10^ bis 10 Ozonmolekülen in relativ kurzer Zeit verursachen kann. Andere Substanzen oder Verbindungen, die in der Lage sind, Ozon zu Sauerstoff in ähnlicher oder anderer Weise zu reduzieren, sind bekannt.

Wenn diese Reaktionen durch die Aktivitäten des Menschen verstärkt werden, kann der Einfluß auf die Natur und den Menschen von beachtlichem Nachteil sein. Andererseite können diese Reaktionen zur Verringerung oder zur Beseitigung unerwünschter Ozonbildung genutzt werden. Hierin besteht der Gegenstand der vorliegenden Erfindung. 261077

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Die Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß Stickstoffoxid oder Chlor oder andere 6zonreduzierende Substanzen oder Mischungen solcher Substanzen in geeigneten Konzentrationen in der Umgebung des Bogens verbreitet werden, wobei diese Substanz oder Substanzen oder zusätzliche Substanzen zur Reaktion mit Ozon gebracht werden, welches von der UV-Strahlung aus dem Sauerstoff gebildet wird, wälcher sich in unmittelbarer Umgebung des Bogens befindet.

Auf diese Weise kann die Bildung von Ozon beim Schweißen mit einem offenen Lichtbogen verringert oder praktisch ausgeschlossen werden, indem das von UV-Strahlung in der Umgebungsluft des Lichtbogens gebildete Ozon katalytisch mit Stickstoffoxid oder Chlor oder einer Mischung von beiden zur Reaktion gebracht wird, indem diese Gase in geeigneten Konzentrationen in die unmittelbare Umgebung des Bogens gebracht werden; dies kann entweder direkt über eine Vorrichtung geschehen, die in dem Brenner der Schweißapparatur selbst eingebaut ist, oder als Additiv zu dem Schutzgas oder durch Erzeugung dieser Oase durch thermischen oder fotochemischen Zerfall geeigneter Verbindungen, die in den Schweißprozeß in Form von Gasen oder Dämpfen dem Schutzgas zugeführt werden, oder in fester Form als Additive des Oberzuges getauchter oder ummantelter Elektroden oder als Substanzen, mit Hilfe welcher die Oberfläche der Schweißfuge und des umgebenden Materials präpariert ist. Die Menge solcher Anti-Ozon-Additive und das Verfahren, in welchem diese in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung vorgesehen werden, soll und kann für den Schweißprozeß selbst und seine Umgebung keine nachteiligen Folgen haben und nur in unerheblichem Maße überhaupt feststellbar sein. Sollte die Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips irgendeine andere Wirkung auf den Schweißprozeß haben, so kann dieser natürlich auch positiver 261077

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Natur sein.

Das Verfahren zur Verringerung oder Beseitigung der Bildung von Ozon in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann mit Hilfe verschiedener Vorrichtungen ausgeführt werden, je nach Art des verwendeten Schweißverfahrens oder je nach den anderen Umständen, die mit dem Schweißprozeß verbunden sind. Typische Lösungen zur Ausführung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend beispielsweise zur näheren Veranschaulichung der Erfindung beschrieben.

Wie sich aus dem zuvor beschriebenen Erfindungsgedanken ergibt, leidet das erfindungsgemäße Verfahren zur Reduzierung oder Beseitigung der Ozonbildung nicht unter den Nachteilen bisher bekannter Verfahren.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei bilden alle dargestellten und/oder beschriebenen Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch das erfindungsgemäße Verfahrensprinzip, und

Fig. 2 das Beispiel einer Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in erster Linie unter Bezugnahme auf die Anwendung beim Lichtbogenschweißen in einer Schutzgasatmosphäre beschrieben. Beim Schweißen in einer Inertgasatmosphäre wird entweder eine nicht abbrennbare

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Wolfram-Elektrode (TIG) oder eine abbrennbare Elektrode (MIG) benutzt. Im letzteren Pail ist es manchmal üblich, auch ein aktives Gas (MAG) zu verwenden. Obgleich die Anwendung der vorliegenden Erfindung im wesentlichen unter Bezugnahme auf das TIG-Schweißen beschrieben wird, kann sie ersichtlich auch beim MIG-Schweißen oder beim MAG-Schweißen angewendet werden.

In Fig. 1 ist ein Gasbehälter 1 veranschaulicht, der Inertgas oder eine Mischung von Inertgasen enthält. Der Gasbehälter 2 beinhaltet ein Anti-Ozon-Additiv, welches in Übereinstimmung mit der Erfindung in die Nachbarschaft des Bogens zu bringen ist. Das Additiv wird in Form eines Gases oder Dampfes einer Rieiguliereinrichtung 3 zugeführt, die beispielsweise in der Stromquelle 4 untergebracht sein kann. Die Reguliereinrichtung 3 dient zum Mischen des Anti-Ozon-Additivs mit dem Schutzgas in gewünschter Konzentration. Die sich ergebende Mischung wird dem Brenner 6 zugeführt und fließt durch diesen in Richtung zu dem Werkstück 5 und dem Bereich, der den Brenner umgibt, und zwar in einer Richtung, die mit Pfeilen 8 angedeutet ist. Der Bogen, welcher zwischen der Elektrode des Brenners und dem Werkstück 5 brennt, erzeugt Ozon in Nachbarschaft des Brenners infolge der Wechselwirkung der UV-Strahlung mit der Umgebungsluft. Das durchstrahlte Gebiet 10 ist mit gestrichelten Linien veranschaulicht. Neben dieser Bestrahlung wird die Luft normalerweise in einem gewissen Maß in diesem Bereich erhitzt; die Luft steigt daher aufwärts in die Atmungszone des Schweißers hinter dem Schweißschutz 7· Unter normalen Bedingungen atmet somit der Schweißer Luft ein, die einen relativ hohen Ozongehalt hat. Wenn nun das Schutzgas nach der Erfindung mit einem Anti-Ozon-Additiv vermischt wird, welches Stickstoffoxide, Chlorid oder einige andere ozonreduzierende Substanzen oder Mischungen solcher Substanzen enthält, so strömt dieses Additiv zusammen mit dem Inertgas in die Umgebung des Brenners aus. Dieses Additiv reagiert auf diese 261077

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Weise mit dem Ozon, welches im Wege der oben geschilderten Reaktionen oder ähnlichen Reaktionen erzeugt wird. Dies führt zu einer Verringerung oder möglichen Elimination des Ozon der Luft, die aufwärts in die Atmungszone des Schweißers strömt,

Praktische Untersuchungen wurden mit Argon als Schutzgas bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 10 l/min ausgeführt. Eine Zugabe von lediglich 25 bis 50 ppm Stickstoffoxid zu dem Argon führte in der Mehrzahl der Fälle zu einer beachtlichen Verringerung der Konzentration des Ozons in der Nachbarschaft des Brenners. Um das Ozon vollständig zu beseitigen, auch unter sehr ungünstigen Bedingungen, wie starkem Schweißstrom, langem Bogen, Schweißmaterial aus Aluminium, genügte es, eine Stickstoffoxidzugabe in einer Konzentration von bis 750 ppm vorzusehen.

Das Verfahren zur Reduzierung der Ozonbildung durch Zugabe von Stickstoffoxid zu dem Schutzgas nach der Erfindung kann auch angewendet werden, wenn Helium oder bekannte Heliummischungen z.B. mit Argon als Schutzgas verwendet werden. Untersuchungen haben gezeigt, daß bei günstigen Umständen eine Stickstoffoxidzugabe von 25 bis 50 ppm ausreichte, um eine gewünschte Hduktion der Ozonkonzentration zu erzielen; in ungünstigen Umständen genügte die Zugabe von 250 bis 750 ppm für eine vollständige Ausschaltung des Ozon. Diese Feststellungen, die in Bezug auf Helium und Heliummischungen getroffen wurden, treffen auch für Mischungen aus Argon, Wasserstoff oder Stickstoff, die beim TIG-Schweißprozeß verwendet werden, zu.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Chlor in gleicher Weise wie Stickstoffoxid zu verwenden. Mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtung kann man auch 261077

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Chlorid mit Ozon in der Nachbarschaft des Bogens zur Reaktion bringen, was zu einem Zerfall des Ozon führt. In diesem Zusammenhang ist Chlor als noch wirksamer als Stickstoffoxid gefunden worden. Somit war es in allen zuvor erwähnten Beispielen unter Verwendung eines TIG-Bogens möglich, alle Anforderungen bezüglich einer wirksamen Anti-Ozon-Zugabe zu erfüllen, wenn ein Chloridgehalt niedriger als 500 ppm verwendet wurde. Selbstverständlich kann man auch Mischungen von Stickstoffoxid und Chlor als Additive verwenden.

Stickstoffoxid- oder Chloradditive des Schutzgases können auch ohne weiteres durch andere geeignete Verbindungen ersetzt werden, die Stickstoff oder Chlor enthalten. Beim Durchgang durch den Bogen und durch die Schweißzone sollen dabei die Verbindungen in Stickstoffoxid, Chlor oder beide zerfallen und die notwendige Konzentration bilden oder eine solche anderer Substanzen, die die gleiche Wirkung wie Stickstoffoxide oder Chlorid haben, z.B. Fluor. Beim Schweißen in einer Schutzgasatmosphäre werden die Additive vorzugsweise in Form eines Gases oder Dampfes zugegeben. Beispiele für derartige Verbindungen sind: N₂O, NH₃, Cl₂O, ClO₂, ClF, ClF₃, NOCl, C₂H^Cl, CH₃Cl, SFg oder Mischungen davon. Anstelle dieser Verbindungen können auch annähernd stoichiometrische Mischungen dieser Gase verwendet werden, die diese Verbindungen enthalten, z.B.

2N₂ ♦ O₂, N₂ + 3H₂

Zusätzlich zu den zuvor erwähnten Verbindungen, die normalerweise als Gas vorliegen, ist es nach der Erfindung auch möglich, Verbindungen eu verwenden, die normalerweise flüssig oder dampfförmig sind; diese Verbindungen werden als Additive der Schmelzzone zugeführt. Beispiele für Flüssigkeiten, die 261077

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in diesem Zusammenhang verwendet werden können sind:

CH₃NO₂, C₂H₅NO₂, C₆H₅NO₂, C₆H₆NH₂(?)HC1, TiCl₁₄, CHCl₃, CHCl]. j CpHjiClp·

Bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können Dämpfe dem Gasstrom in der gewünschten Konzentration auf jede beliebige Weise zugegeben werden. Bei den zuvor erwähnten Beispielen ist die Verwendung von Verbindungen beschrieben worden, die in die aktiven Komponenten Stickkstoffoxid oder Chlor nicht zerfallen, bis sie durch die Schweißzone gelangen, wobei die aktiven Komponenten dann mit dem Ozon in Übereinstimmung räit der Erfindung reagieren. In diesem Zusammenhang ist es notwendig den Umstand in Rechnung zu stellen, daß ein vollständiges Zerfallen nicht stattfindet. Dies muß durch eine Erhöhung der Konzentration des Additivs kompensiert werden. Es wurde beispielsweise gefunden, daß bei der alleinigen Verwendung von Distickstoffoxid (auch Lachgas genannt) oder lediglich Ammoniak beim TIG-Schweißen unter typischen Bedingungen die Konzentration dieser Substanzen über 0,1 % in dem Schutzgas gehalten werden muß, um die gewünschte Verringerung des Ozon zu erreichen. Andererseits ist, neben den gesundheitlichen Risiken, die obere Grenze der Konzentration nur durch metallurgische Gesichtspunkte des Schweißprozesses oder im Hinblick auf die Zerfallsprozesse begrenzt, welche an der nicht abbrennbaren Elektrode beim TIG-Schweißen ablaufen.

In der Praxis hängt dieser Zerfallsprozeß oft von der Anwesenheit freien Sauerstoffs oder gebundenen Sauerstoffs ab. Es wurde gefunden, daß diese störenden Prozesse verringert oder ausgeschlossen werden können, indem geeignete Mengen an Wasserstoff dem Schutzgas zugegeben werden. Regelmäßig 261077

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war die Menge an Wasserstoff, die zugegeben wurde gleich der Menge des Additivs, welches die Oxidation bewirkt; normalerweise war sie nicht größer als das Fünffache dieses Betrages und nicht oberhalb von 2%.

Wenn Verbindungen verwendet werden, die nicht die gewünschte Menge an Dietockstoffoxid oder Chlor oder beiden abgeben, bis sie zerfallen, so ist es nach der Erfindung nicht notwendig für diesen Zerfallsprozeß, daß dieser in der Schw.eißzone selbst stattfindet. Eine alternative Möglichkeit der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht auf der Verwendung eines geexgneten Konverters, der an einer geeigneten Stelle der Gaszuführungsleitung zwischen dem Anti-Ozon-Additiv-Behälter und dem Brenner liegt. So ist es möglich, das Additiv in die gewünschte Form von Distickstoffoxid oder Chlorid in diesem Konverter umzuwandeln. Die Umwandlung kann in einem Konverter wesentlich wirkungövoller erreicht werden als die Umwandlung und der Zerfall in der Schweißzone. Die Verwendung eines Konverters, der anpaßbar ist, ermöglicht auch, eine geeignete Verbindung einfacher und sorgfältiger auszuwählen. In einem solchen Konverter kann beispielsweise die katalytische Oxidation von Ammoniak(NH-) auf einer heißen Platinoberfläche ausgeführt werden, um Distickstoffoxid zu bilden. Die Menge an notwendigem Sauerstoff kann entweder als Sauerstoff zu dem Schutzgas oder in einer gebundenen Form zugefügt werden, wie beispielsweise Lachgas (N₂O). Ersichtlich kann eine Vielzahl solcher Konverter vorgeschlagen werden, um ähnliche Umwandlungen auszuführen.

Die in Fig. 1 veranschaulichte Apparatur zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist zwei Gasbehälter auf, einen für das Schutzgas und einen für das Anti-Ozon-Additiv zu dem Schutzgas. Beide Oase werden in einer Reguliereinrichtung 4 261077

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gemischt. Aus dem Obenstehenden geht hervor, daß von dem Erfindungsgedanken nicht abgewichen wird, wenn nur ein Gasbehälter anstelle der beiden verwendet wird, wenn dieser einzelne Gasbehälter eine geeignete Mischung an Schutzgas und Anti-Ozon-Additiv enthält.

Es ist auch aus dem zuvor Gesagten deutlich, daß es bei der Ausführung der Erfindung nicht notwendig ist, das Anti-Ozon-Additiv durch den Bogen oder die Schweißzone zu führen. Es reicht aus, diese Additive in einer geeigneten Weise in die unmittelbare Nachbarschaft der Schweißzone zu bringen. Natürr lieh kann eine solche Alternative nicht benutzt werden, wenn die von dem Bogen und der Schweißzone erzeugte Hitze für das Aufbrechen der Verbindung zur Bildung des Distickstoffoxids oder Chlors notwendig ist.

Fig. 2 veranschaulicht in vereinfachter Form eine Apparatur zur Ausführung dieser Alternative. Ein TIG-Brenner 21 ist mit zwei Gasdurchlässen 22 und 23 versehen. Schutzgas wird durch den Durchlaß 23 in den Brennerkörper und weiter nach unten entlang einer Elektrode 30 geführt. Das Schutzgas, welches von einer Gasdüse 31 geführt wird, schützt die Schweißzone Der Bogen bestrahlt die Umgebung des Brenners in der gestrichelten Zone 33, in welcher Zone der UV-Anteil der Strahlung Ozon erzeugt. Gas, welches ein Anti-Ozon-Additiv enthält, wird durch den Durchlaß 22 zu einem Dreiwegeventil 24 geführt. Wenn das Ventil 2k die dargestellte Lage einnimmt, wird das Gas zu der Verteilungskammer 27 geführt und strömt von dort über öffnungen 28 in Richtung der Pfeile 29 in den bestrahlten Raum 33· Das Anti-Ozon-Additiv reagiert mit dem Ozon in diesem Raum.

Diese Alternative zur Ausführung der Erfindung wird angewendet, wenn zwei getrennte Gasbehälter verwendet werden, einer für das 261077

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Schutzgas und einer für Gas mit dem Anti-Ozon Additiv, Distickstoffoxid oder ,Chlor oder einer anderen özonreduzierenden Substanz. In bestimmten Fällen ist es zweckmäßig,daß nur ein Teil des das Anti-Ozon-Additiv enthaltende Gas durch die Schweißzone strömt. Zu diesem Zweck wird das Ventil 24 in die Lage 25 gebracht. Die Lage 26 des Ventils 24 wird eingestellt, wenn das gesamte Anti-Ozon-Additiv durch den Bogen und die Schweißzone gelangen soll.

Bei der Verwendung eines einzigen Gasbehälters mit Schutzgas, welches das Anti-Ozon-Additiv enthält kann die in Fig. dargestellte Anordnung dadurch abgewandelt werden, daß das Ventil 21 in die Lage 27 gebracht wird. Es ist natürlich nicht notwendig, das Ventil 24 in dem Brenner anzuordnen; es kann auch irgendwo in der Gasversorgungsleitung liegen. Der Gasstrom mit dem Anti-Ozon-Additiv kann auf gleicher Weise bequem reguliert werden wie die Strömung des Schutzgases bei dem üblichen TIG-Schweißen.

Bisher wurde der Erfindungsgedanke lediglich in Verbindung mit dem TIG-Schweißen beschrieben. Die Erfindung kann auf einfache Weise auch in Verbindung mit dem Plasma-Schweißen oder Plasma-Schneiden angewendet werden. Beim Plasma-Schweißen werden üblicherweise zwei unabhängige Gaskreise, einer für das Plasma-Gas und einer für ein Schutzgas, verwendet. Die Anti-Ozon-Additive können daher entweder zu dem einen oder dem anderen und auch zu beiden dieser Gaskreise zugeführt werden. Der Plasma-Brenner kann ähnlich dem in Fig. 2 unter Bezugnahme auf einen TIG-Brenner dargestellten konstruiert sein, so daß das Anti-Ozon-Additiv mit dem Ozon reagiert, ohne daß die Notwendigkeit besteht, das Additiv durch den Bogen oder die Schweißzone zu führen.

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Es ist auch klar, daß das Verfahren zur Verringerung oder Ausschaltung von Ozon nach der vorliegenden Erfindung auch beim MIG-Schweißen angewendet werden kann. Die Situation ist sogar noch einfacher als beim TIG-Schweißen. Dies liegt an dem Umstand, daß weniger auf Elektrodenreaktionen geachtet werden muß. Außerdem können die Grenzen der Konzentration des Anti-Ozon-Additivs, innerhalb derer gearbeitet werden kann, ausgeweitet werden. Dies ermöglicht eine Kompensation von sehr hohen Ozonkonzentrationen. Praktisch können alle in Verbindung mit dem MIG- und MAG-Schweißen verwendeten Mischungen durch die gleichen Anti-Ozon-Additive und in gleichen Konzentrationen ergänzt werden, wie beim TIG-Schweißen. Darüber hinaus kann in Anbetracht des Umstandes, daß beim MAG-Schweißen ein oder mehrere Komponenten ein aktives Gas (z.B. Q₂, CO₂) enthalten, irgendeines dieser Gase bequem durch ein Anti-Ozon-Additiv ersetzt werden, welches etwa gleich chemisch aktiv ist, z.B. Distickstoffoxid. In diesen Fällen können Distickstoffoxidkonzentrationen von bis zu 20ί verwendet werden, wahlweise in Kombination mit bekannten Komponenten.

Bisher wurde die Erfindung unter Bezugnahme auf das Bogenschweißen einer Schutzgasatmosphäre beschrieben*,· .Die Bildung von Ozon beim Bogenschweißen kann auch verringert oder ausgeschaltet werden, wenn mit einer umhüllten oder ummantelten Elektrode gearbeitet wird. Zum Unterschied zu den zuvor beschriebenen Beispielen, bei welchen Stickstoffoxid oder Chlor durch den Zerfall gasförmiger Verbindungen gebildet wird, können hier Stickstoffoxid und Chlor erfindungsgemäß auch gebildet werden durch den Zerfall von festen Verbindungen, die sich in der Umhüllung der Elektrode befinden. Bestimmte Chloride (z.B. NH₁-Cl) oder Nitrate, z.B. Ammoniumnitrat (NH₂₄NO-,) sind für diesen Zweck geeignet. Diese Chloride und Nitrate zerfallen unter Einwirkung von Hitze zu Distickstoff-261077

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Die erfindungsgemäße Lehre kann auch bei umhüllten Elektroden Anwendung finden, wenn Werkstücke mit Schweißstäben oder Schweißdraht geschweißt werden, welche eine schlackenbildende Substanz oder andere Additive enthalten.

In solchen Fällen, in denen es nicht möglich ist, eine umhüllte Elektrode zu verwenden, die Anti-Ozon-Verbindungen enthält oder.damit imprägniert ist, ist es auch möglich, nach der Erfindung die Bildung von Ozon dadurch zu verringern, daß die Oberfläche der Schweißfuge und die diese umgebenden Oberflächen mit einer derartigen Verbindung präpariert werden. Diese Lösung des Problems kann auch angewendet werden, wenn in Schutzgasatmosphäre gearbeitet wird, und zwar als einzige Maßnahme als auch in Ergänzung zu der Anti-Ozon-Additiv-Zugabe in dem Schutzgas.

Patentansprüche: 261077

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Claims (10)

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   Patentansprüche :

   ( 1.) Verfahren zur Verringerung der Bildung von Ozon beim Schweißen oder Arbeiten mit einem Lichtbogen, gekennzeichnet durch Verteilen von Stickstoffoxid oder Chlor oder einer anderen ozonreduzierenden Substanz oder einer Mischung solcher Substanzen in der Umgebung des Bogens in geeigneten Konzentrationen und Einleiten der Reaktion dieser Substanz oder Substanzen,als Additiv mit dem Ozon, welcher aus dem Sauerstoff in der unmittelbaren Nachbarschaft des Bogens durch ultraviolette Strahlung gebildet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der Bogenschweißprozeß oder -bearbeitungsprozeß in einer Schutzgasatmosphäre ausgeführt wird und daß die Additivsubstanz in der Nachbarschaft des Bogens und des Brenners verteilt wird, ohne vorher mit dem Schutzgas vermischt worden zu sein.
3. 3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bogenschweißprozeß oder -bearbeitungsprozeß in einer Schutzgasatmosphäre ausgeführt wird und daß die Additivsubstanz mit dem Schutzgas vermischt und mit diesem zusammen in der Nachbarschaft des Bogens und des Brenners verteilt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daß die Additivsubstanz mit dem Schutzgas in dem Brenner vermischt wird.

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5. 5. Verfahren nach Anspruch 3>dadurch gekennzeichnet, daß die Additivsubstanz mit dem Schutzgas in der Schutzgaszuführungsleitung außerhalb des Brenners vermischt wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Additivsubstanz solche Substanzen oder Verbindungen enthält, die Stickstoffoxid oder Chlor oder andere ozonreduzierende Substanzen oder Mischungen solcher Substanzen durch chemische Reaktion oder thermischen oder fotochemischen Zerfall in dem Bogen und der Schmelzzone bilden.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,dadurch gekennzeichnet, daß die Additivsubstanz auch solche Substanzen oder Verbindungen einschließt, die Stickstoffoxid oder Chlor oder ähnliche ozonreduzierende Substanzen oder Mischungen solcher Substanzen durch chemische Reaktion oder thermischen oder fotochemischen Zerfall in einem Konverter, der mit der Gaszuführungsleitung verbunden ist, bilden.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurchgekennz e i ßsh net, daß das Schweißen mit Hilfe umhüllter Elektroden oder Schweißstabelektroden ausgeführt wird, wobei die Umhüllung der Elektrode oder die Füllung der Schweißstabelektrode eine Additivsubstanz enthält, die Stickstoffoxid oder Chlor oder andere ozonreduzierende Substanzen oder eine Mischung solcher Substanzen durch Reaktion oder Zerfall bilden.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Beginn des Schweiß- oder Bearbeitungsprozesses das Werkstück mit Verbindungen präpariert 261077

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   wird, die während des Schweiß- oder Bearbeitungsprozesses reagieren und Stickstoffoxid oder Chlor oder andere ozonreduzierende Substanzen oder eine Mischung solcher Substanzen durch chemische Reaktion und/oder thermischen Zerfall bilden.
10. 10. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß dem Brenner und die Gaszuführungsleitung Durchlässe für die Additivsubstanzen haben, wobei die Durchlässe mit dem Schutzgasdurchlaß in Verbindung stehen können und wobei Auslaß-Öffnungen in einem Seitenabschnitt des Brenners und Schaltmittel vorgesehen sind, um die Zufuhr der Additivsubstanzen sowie das Mischungsverhältnis zwischen den Substanzen und dem Schutzgas zu steuern.

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