DK156702B - Fremgangsmaade til reduktion af det ved svejsning eller bearbejdning ved hjaelp af en elektrisk lysbue dannede ozon - Google Patents

Description

DK 156702 B

Den foreliggende opfindelse angâr en fremgangsmâde til reduktion af det ved svejsning eller bearbejdning ved hjælp af en elektrisk lysbue dannede ozon, hvor svejsningen eller bearbejdningen udfpres under beskyttelsesgas, og et tilsat stof i det væsentlige 5 synkront med svejse- eller bearbejdningsprocessen indfpres i umid-delbar nærhed af lysbuen og bringes til at reagere med det ozon, der soin fplge af ultraviolet bestrâling er dannet af oxygenet i umid-delbar nærhed af lysbuen.

Ozon er som bekendt en meget gifti g luftart. I de fl este 10 lande ligger den hpjst tilladte ozonkoncentration pâ arbejdspladser mellem 0,05 og 0,1 ppm. Ozon kan dannes af luftens ilt ved forskel-lige reaktioner, fprst og fremmest ved fotokemisk reaktion med ultraviolet (UV) bestrâling. Ved anvendelse af en âben elektrisk lysbue til svejsning, skæring eller lignende er den UV-bestrâling, 15 der dannes, tilstrækkelig stærk til at bevirke dannelse af mâlelige mængder ozon bâde i umiddelbar nærhed af lysbuen og i omgivelserne.

Normalt opstâr ozon fotokemisk ved dissociationen af iltmo-lekyler i overensstemmelse med fplgende reaktionsligning: 20 02 + (hu) ->-0 + 0 og 02 + 0 -* 03, hvor h = er Plancks konstant og υ = UV-strâlingens frekvens.

Iltmolekylers dissociationsenergi ligger ved 5 eV, og som fplge heraf deltager kun strâling med en bplgelængde, der er mindre 25 end ca. 220 nm, i den fotokemiske frembringelse af ozonen. Den maksimale dissociation af ilt finder sted ved bplgelængder i omràdet fra 130 til 180 nm. UV-strâlingen med denne bplgelængde absorberes praktisk taget fuldstændigt af dissociationsprocessen i luften indenfor en strækning pâ fâ millimeter eller centimeter. Pâ grund af 30 disse forhold frembringes den stprste koncentration af ozon umid-delbart i nærheden af lysbuen og dermed i arbejderens ândingszone. Erfaringer har vist, at den frembragte ozonmængde afhænger af den anvendte svejsefremgangsmâde, svejseparametrene som f.eks. buelæng-de, svejsehastighed og arten af den anvendte beskyttelsesgas, samt 35 af det materiale, hvoraf det bearbejdede emne bestâr. Ikke sjældent dannes der fuldstændigt uantagelige koncentrationer af ozon, hvilket npdvendiggpr bestemte modforanstaltninger. En sædvanlig l0sning af dette problem bestâr i at fortynde ozonen ved hjælp af ventilation enten ved udvalgte steder eller i hele opholdsomrâdet. Sâdanne

DK 156702 B

2 l0sninger har imidlertid vist sig at være utilstrækkelige og be-sværlige. Ved en ventilation ved enkelte steder er det for overho-vedet at opnâ en virkning npdvendigt at tilf0re relativt store luftmængder, der strpmmer med forholdsvis stor hastighed. En sâdan 5 l0sning forstyrrer svejseprocessen, navnlig nâr denne udf0res i en beskyttelsesgasatmosfære. En yderligere ulempe ved ventilationen bestâr i, at den er vanskelig at tilpasse ved ændrede arbejdsbetin-gelser. Ofte forârsager svage ventilationer i forbindelse med træk en farlig koncentration i arbejderens ândingszone, der ikke ville 10 fremkomme helt uden ventilation.

Fjernelsen af luft fra svejsezonen ved hjælp af udsugning til fjerntliggende steder er ogsâ forbundet med ulemper i visse henseender. Ogsâ i dette tilfælde b0r svejseprocessen ikke forstyr-res. Dette gælder navnlig ved svejsning med beskyttelsesatmosfære.

15 Desuden virker udsugningen generende, hvad angâr bevægelsen af brænderen, hvilket navnlig er uheldigt ved manuel svejsning. Udsugningen f0rer endvidere til yderligere tekniske problemer. En yderligere f01ge af anvendelsen af luftudsugningen til fjerntliggende steder viser sig ved svejsning med nedsmeltelige elektroder eller 20 beklædte elektroder. Ved sâdanne fremgangsmâder er ozonkoncentra-tionen noget ringere sammenlignet med de svejsefremgangsmâder, ved hvilke der anvendes ikke-nedsmeltelige elektroder. En grund til denne mindre ozonkoncentration er den beskyttelsesvirkning overfor ozondannelse, der optræder som f0lge af rpgdannelsen. Rpgen absor-25 berer nemlig UV-strâling, der ellers ville frembringe ozon. Desuden forringes ozonkoncentrationen kemisk pâ grund af rdgens smâdele. Ved fjernelse af rpgen gâr denne beskyttelsesvirkning, hvad angâr ozon, tabt.

Foruden rekombinationen af ozon svarende til de fplgende 30 formler: 03 + (hu) -»· 02 + 0 og 03 + 0 + 2 02 kan der finde en reaktion sted mellem ozon og nitrogenoxider sva-35 rende til de fplgende formler: NO + 03 N02 + 02 N02 + 0 NO + 02.

DK 156702B

3

Slutresultatet af disse reaktioner er rekombinationen af ozon til ilt: 03 + 0 *. 2 02.

5

Denne reaktion vil kunne anvendes til formindskelse af udnsket dannet ozon. Heri bestâr den foreliggende opfindelses genstand.

Fra det tyske frémiæggelsesskrift nr. 10 39 675 kendes en 10 lysbuesvejsefremgangsmâde under beskyttelsesgas, hvor der som beskyttelsesgas tilfores carbondioxid i en indre ringstrom, og en anden gas eller gasblanding tilfores i en koncentrisk ydre ring-strom, og hvor den ydre ringstrpm til oxidation af restbestanddelen af carbonmonooxid pâ i og for sig kendt mâde bestâr af en oxiderende 15 gas eller gasblanding.

Fra skriftet Deutscher Verband fur Schweisstechnik (DVS), bind 37, 1975, Düsseldorf, "Physik og Technologie des Plasmastrahls in der Schneid- und Spritztechnik", side 65-71 er det kendt, at der ved plasmaskæring dannes nitrogenoxider og ozon, hvor 03 reagerer 20 med NO og omsættes til N02 og 02, sâledes at der fâs en meget lille ozonkoncentration.

Formâlet med den foreliggende opfindelse er at forbedre den indledningsvis nævnte fremgangsmâde pâ en sâdan mâde, at risikoen for dannelse af det for personen, der udforer svejsningen eller 25 bearbejdningen, farlige ozon formindskes, uden at svejse- eller bearbejdningsprocessen forringes, eller at der opstâr andre sund- hedsfarer.

Denne opgave loses ifolge opfindelsen ved en fremgangsmâde af den indledningsvis nævnte art med de i krav l's kendetegnende de! 30 angivne ejendommeligheder.

Pâ denne mâde kan den ozon, der dannes ved arbejde med en âben lysbue, formindskes, uden at dette har nogen uheldig indfly-delse pâ svejseoperationen eller lignende, og uden at arbejderen pâvirkes pâ uheldig mâde af nitrogenoxid, idet den ozon, der dannes 35 i den luft, der omgiver lysbuen, ved UV-strâling bringes til at reagere kakatalytisk med nitrogenoxid. Herunder kan nitrogenoxidet dannes ved kemisk reaktion eller termisk eller fotokemisk spaltning af dertil egnede stoffer eller forbindelser i en konverter der er forbundet med gastilfdrselsledningen.

4

DK 156702B

Nitrogenoxidet medf0rer ikke nogen uheldige forhold, hvad angâr selve svejseprocessen og dennes omgivelser, i den ifplge opfindelsen fores!âede koncentration og kan overhovedet kun konsta-teres i ubetydelig grad.

5 Fremgangsmâden til formindskelse eller fjernelse af ozon- dannelse if0lge opfindelsen kan gennemfpres med forskellige indret-ninger i afhængighed af den valgte svejsemetode eller af andre om-stændigheder i forbindelse med arbejdsprocessen. Typiske Ipsninger til udpvelse af fremgangsmâden ifplge opfindelsen vil blive beskre-10 vet i forbindelse med nogle eksempler, og derved vil opfindelsen ogsâ blive nærmere forklaret.

Allerede ud fra den ovenfor anfprte korte karakteristik af opfindelsen er det kl art, at fremgangsmâden til formindskelse eller fjernelse af ozondannelse ifplge opfindelsen ikke er behæftet med de 15 mangler, som findes ved de hidtil kendte fremgangsmâder.

Opfindelsen vil i det fplgende blive nærmere forklaret under henvisning til tegning, der skematisk viser et til gennemf0relse af fremgangsmâden ifplge opfindelsen egnet apparat.

Fremgangsmâdens princip forklares fprst ved afpasning af 20 opfindelsen til lysbuesvejsning under beskyttelsesgas. Ved beskyt-telsesgassvejsning med intert gas anvendes enten ikke-afsmeltende wolframelektroder (TIG) eller afsmeltende elektroder (MIG). I sidstnævnte tilfælde er det undertiden fordelagtigt ogsâ at anvende aktiv gas (MAG). Selvom opfindelsens tilpasning vil blive beskrevet 25 i forbindelse med TIG-svejsning, er det indlysende for en fagmand, at den ogsâ kan tilpasses MIG- og MAG-svejsning.

Pâ tegningen indeholder en gasbeholder 1 inert gas eller en blanding af inerte gasser. En gasbeholder 2 indeholder antiozon-tilsætningsmiddel, som ifplge opfindelsen bringes til reaktion med 30 ozon i lysbuens nærhed. Tilsatsmidlerne ledes i form af gas eller damp til en reguleringsindretning 3, som kan anbringes f.eks. i strpmkilden 4. Reguleringsindretningen 3 blander antiozontilsæt-ningsmidlerne med beskyttelsesgassen til en pnsket koncentration.

Den færdige blanding ledes til en brænder 6, og gennem denne strdm-35 mer gassen mod et arbejdsstykke 5 og i retning af pile 8 i brænde-rens nærhed. Lysbuen, der brænder mellem brænderens elektrode og arbejdsstykket 5, frembringer ozon i brænderens nærhed ved UV-be-strâling af luften. Det bestràlede omrâde 10 ses med stiplede linier. Ud over bestrâling sker der i reglen en vis opvarmning af

DK 156702 E

5 luften i dette omrâde, hvorved luften stiger opad ind i svejserens ândingszone bagved en svejseskærm 7. Under sædvanlige forhold kan svejseren altsâ indânde luft med forholdsvis hpjt ozonindhold. Dersom beskyttelsesgassen nu ifplge opfindelsen blandes med anti-5 ozontilsætningsmidler, som indeholder kvælstofoxid, chlor eller andre ozonreducerende stoffer eller en blanding af sâdanne, strpmmer dette tilsatsmiddel sammen med inert gas ud til brænderens omgivel- ser. Derved bringes den til reaktion med ozon ifplge de tidligere nævnte eller lignende reaktion. Dette bevirker reduktion eller 10 eventuelt fjernelse af ozonen i den luftstrpm, der stiger opad og ind i svejserens indândingszone.

Praktiske forspg er blevet udfprt med argon som beskyt-telsesgas og med en strpmningshastighed pâ 10 1 pr. min. Tilsætnin-ger pâ kun 25-50 ppm kvælstofoxid til argon fprte i de fl este 15 tilfælde til en væsentlig formindskelse af ozonens koncentration i brænderens nærhed. For at eliminere ozonen helt, ogsâ under meget ugunstige omstændigheder, sâsom stor svejsestrpm, lang lysbue og aluminium som svejsegods, var det tilstrækkeligt med en kvælstof-oxidtilsætningskoncentration pâ 250-750 ppm.

20 Fremgangsmâden til reduktion af ozondannelsen af kvæl- stofoxîdtilsætning til beskyttelsesgas if0lge opfindelsen kan ogsâ anvendes ved brug af hélium eller af kendte heliumblandinger, f.eks. med argon som beskyttelsesgas. Forspg har vist, at det endog her i gunstige tilfælde er tilstrækkeligt med 25-50 ppm kvælstofoxid-25 tilsætning for at opnâ en væsentlig ozonformindskelse og i ugunstige tilfælde med 250-750 ppm fpr at opnâ fuldstændig ozonfjernelse. Hvad der blev anfprt om hélium og heliumblandinger i forbindelse med opfindelsens anvendelse gælder ogsâ for kendte blandinger af argon, brint og kvælstof, som anvendes ved TIG-svejsning.

30 I det pâ tegningen viste eksempel pâ opfindelsens anvendelse findes der to gasbeholdere, en til beskyttelsesgas og en til anti-ozontilsætningsmiddel til beskyttelsesgassen. Begge gasserne blandes i reguleringsindretningen 4. Fra opfindelsens forklaring er det kl art, at opfindelsens karakter ikke ændres, om der i stedet anven-35 des kun én gasbeholder, der indeholder en færdig blanding af beskyttelsesgas og antiozontilsætningsmiddel.

Hidtil er opfindelsens princip og anvendelse kun forklaret i forbindelse med TIG-svejsning. For en fagmand er det imidletid âbenbart let at anvende opfindelsen ogsâ til sâkaldt plasmasvejsning

Claims (2)

5 Patentkrav.

1. Fremgangsmâde til reduktion af det ved svejsning eller bearbejdning ved hjælp af en elektrisk lysbue dannede ozon, hvor svejsningen eller bearbejdningen udfpres under beskyttelsesgas, og 10 et tilsat stof i det væsentlige synkront med svejse- eller bear-bejdningsprocessen indfpres i umiddelbar nærhed af lysbuen og bringes til at reagere med det ozon, der som fplge af ultraviolet bestrâling er dannet af oxygenet i umiddelbar nærhed af lysbuen, kendetegnet ved, at tilsatsstoffet omfatter nitrogenoxid 15 (NO) i en koncentration pâ 0,0025% - 0,075%, der blandes med be-skyttelsesgassen og sammen med denne indfpres i umiddelbar nærhed af lysbuen og den som MIG-, TIG-, plasma- eller lignende udformede brænder.

2. Fremgangsmâde ifplge krav 1, kendetegnet ved, 20 at det nævnte tilsatsstof er indeholdt i stoffer eller forbindelser, der ved kemisk reaktion eller termisk eller fotokemisk spaltning i en konverter, der er forbundet med gastilfprselsledningen, bringes til at danne nitrogenoxid (NO). 25 30 35