NO151923B - Fremgangsmaate for aa forbedre miljoeet ved sveisning ved hjelp av elektrisk lysbue - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å redusere det ved sveising eller bearbeidelse ved hjelp av elektrisk lysbuedannede ozon, idet buesveisingen eller bearbeidelsen skjer ved hjelp av en beskyttelsesgass, og hvor det i lysbuens umiddelbare omgivelse innføres hovedsakelig synkront med sveisings-eller bearbeidelsesprosessen et tilsetningsstoff som bringes til å reagere med det ozon som ved ultrafiolett bestråling dannes av det oksygen som finnes i lysbuens og brennerens umiddelbare omgivelse.

Ozon er som kjent en svært giftig gass. I de fleste land ligger den høyst tillatte ozonkonsentrasjon på arbeids-plasser mellom 0,05 - 0,1 ppm. Ozon kan dannes av oksygen i luften ved ulike reaksjoner fremst gjennom fotokjemisk reaksjon med ultraviolett (UV-) stråling. Ved anvendelse av åpen elektrisk lysbue til sveising, skjæring og lignende er UV-strålingen som dannes tilstrekkelig sterk for å gi opphav til dannelse av mål-bar mengde ozon både i umiddelbar nærhet av buen og i omgivelsen.

Ozon dannes vanligvis fotokjemisk ved oppløsning av oksygenmolekylet ifølge reaksjonsformelen:

Oksygenmolekylets oppløsningsenergi er ca. 5eV og som følge av dette, deltar kun strålingsbølgelengder kortere enn ca. 220 nm i fotokjemisk ozonproduksjon. Maksimal oppløsning av oksygen skjer ved bølgelenger 130-180 nm. Ved oppløsningsprosessen absorberes disse bølgelengder i luften praktisk talt fullstendig innenfor en avstand av noen millimeter eller centimeter. Som følge av dette frembringes største ozonkonsentrasjon i umiddelbar nærhet av buen og dermed i nærheten av sveiserens åndedrettssone. Erfaringen viser at ozonmengden avhenger av sveisemetoden, sveiseparametre, slik som lysbueleng-de, sveisehastighet og type av beskyttelsesgass, og ar-beidsstykkets materiale. Ikke alt for sjelden forekommer dannelse av helt uakseptable konsentrasjoner av ozon som nødvendigvis må gjøres noe med. Nærmeste tenkbare løs-ning av dette problem er fortynning av ozonet ved hjelp av ventilasjon enten punktvis eller i hele lokalet. Disse løsninger er dog ikke problemfrie. Hvis den punkt-vise ventilasjonen skal få noen effekt, må relativt store hastigheter og mengder av strømmende luft anvendes. Dermed forstyrres sveiseprosessen som ofte utføres under beskyttelsesgassatmosfære. Ytterligere en ulempe med punktventilasjon er at den er ytterst vanskelig å styre under varierende arbeidsforhold. Det kan ofte hende at dårlig ventilasjon i samband med trekk driver en farlig konsentrasjon til sveiserens åndedrettssone, som ikke behøvde skje uten ventilasjon.

Selv punktutsug av luft fra sveisesonen har mangler. Også i dette tilfellet gjelder nemlig at utsugningen ikke får være altfor intensiv for ikke å forstyrre sveiseprosessen. Dette gjelder især sveisemetoder med beskyttelsesgass. Dessuten minsker utsuget brennerens bevegelighet, hvilket blir særlig merkbar ved manuell sveising. Utover dette forårsaker utsuget i seg selv tekniske problemer.

Et annet negativt aspekt hos punktutsuging fremtrer ved sveising med smeltbar elektrode eller belagt elektrode. Som kjent karakteriseres iblant disse metoder av noe

mindre ozonkonsentrasjon sammenlignet med sveisemetoder med ikke smeltbar elektrode. En av årsakene til den lav-ere ozonkonsentrasjonen i disse tilfeller er den beskyt-telsesvirkning mot ozondannelse, som røkdannelse medfør-er. Røken absorberer nemlig UV-stråling, som ellers

skulle produsere ozon. Dessuten reduseres ozonets konsentrasjon også på kjemisk måte av røkpartikler. Ved fjerning av røken går man således glipp av dens beskyt-telsesvirkning mot ozon.

Ozon dannes også i jordatmosfæren ved naturlige proses-ser, først og fremst ved solstråling. Ozonsjiktet i jordens atmosfære er dannet og opprettholdes på ulike måter. Parallelt med den fotokjemiske produksjon av ozon skjer også reaksjoner i hvilke ozon forbrukes. På, grunn av disse reaksjoner er ikke hele jordens atmosfære ozonisert, men kun et sjikt på 30-40 km høyde. Ozonets konsentrasjon og sjiktets høydeposisjon holdes i like-vekt ved hjelp av disse reaksjoner. Den viktigste av dem er kombinasjon av ozon ifølge formlene:

En annen rekombinasjon kan finne sted i reaksjonen mellom ozon og nitrogenoksyder ifølge formelen: Nettoutbyttet av denne reaksjonssyklus er ozonets rekombinasjon til oksygen

Disse reaksjoner kan man utnytte til hensiktsmessig redusering eller eliminering av uønskete dannelser av ozon. Dette er oppfinnelsens mål.

Man har tidligere tilført tilsatsemner til en beskytel-sesgass i forbindelse med lysbuesveising. Således har man ifølge det britiske patent 1.045.620 anvendt lystgass (^0) i en konsentrasjon mellom 0,5 og 20%

•som på forhånd er blitt blandet med en annen gass.

Formålet med en slik gassblanding var å påvirke sveiseprosessen, slik at en bedre sveisefuge kunne oppnås. I praksis har imidlertid en gassblanding med lystgass i denne konsentrasjon en negativ innvirkning på sveiseres-ultatet. En gassblanding med lystgass i det angitte kon-sentrasjonsområdet har heller ikke positiv innvirkning når det gjelder å eliminere eller redusere ozon som ved ultrafiolett bestrålning dannes av det oksygen som fin-

nes i lysbuens og brennerens umiddelbare omgivelse.

I Gmelins "Handbuch der anorganischen Chemie" er det tidlig blitt diskutert ozons reaksjon med nitrogenrike gasser. Disse resonnementer henfører seg til en refe-ranse fra år 1908. Senere tids forskning viser dog at de i håndboken fremlagte påstander ikke lenger er relevante. Noen løsning på ozonproblemet i forbindelse med lysbuesveising kan man derfor ikke hente fra denne publikasjon.

Oppfinnelsen kjennetegnes i hovedsak ved at tilsetningsstoffet omfatter nitrogenoksyd (NO) i en konsentrasjon ' mellom 0,0025% og 0,075%, hvilket blandes med beskyttelsesgassen og sammen med denne innføres i den umiddelbare omgivelse til lysbuen og den som MIG-, TIG-, plasma eller lignende utformet brenner.

Ifølge ytterligere trekk ved oppfinnelsen omfattes nevnte tilsetningsstoff av slike stoff eller forbindelser som ved kjemisk reaksjon samt termisk og fotokjemisk spaltning enten i lysbue og sveisesone eller i en omformingsanordning tilkoplet gasstilførselsled-ning bringes til å danne nitrogenoksyd (NO).

Man kan altså redusere eller praktisk talt eliminere dannelsen av ozon ved sveising med åpen elektrisk lysbue ved at ozonet, som dannes ved UV-bestråling av luften i nærheten av den elektriske lysbuen bringes til en katalytisk reaksjon med nitrogenoksyd som spres i passende konsentrasjon i lysbuens umiddelbare omgivelse som tilsetning til beskyttelsesgassen. Nitrogenoksyd kan og-så produseres ved kjemisk reaksjon og termisk eller fotokjemisk spaltning_ av passende stoff eller forbindelser innført i lysbue og sveisesone. Samtidig er mengden av nevnte antiozontilsetninger og fremgangsmåten for å innføre den ifølge oppfinnelsen, slik at eventuell negativ påvirkning av selve sveiseprosessen og omgivelsen ikke i det hele tatt eller kun ubetydelig er merkbar. Om det overhodet skjer noen annen innvirkning på sveiseprosessen kan denne også være av positiv natur.

Fremgangsmåten for minskning eller eliminering av ozondannelsen ifølge oppfinnelsen kan gjennomføres med ulike anordninger avhengig av valgt sveisemetode eller andre omstendigheter i samband med arbeidsprosessen. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kommer til å bli beskrevet i visse eksempler og ved hjelp av herav, kommer oppfinnelsen også til å bli belyst mer utførlig.

Allerede fra den ovenfor gitte karakteristikken av oppfinnelsen er det klart at fremgangsmåten med å minske eller eliminere ozondannelsen ifølge oppfinnelsen ikke lider av de mangler som finnes hos hittil kjente metoder.

Oppfinnelsen kommer nærmere til å bli beskrevet i til-knytning til vedlagte tegning som viser prinsippet for fremgangsmåten.

I beskyttelsesgassveisning med inert gass anvender man enten ikke avsmeltende wolframelektrode (TIG) eller avsmeltende elektrode (MIG). I det siste tilfellet kan man iblant med fordel også anvende aktiv gass (MAG). Selv om oppfinnelsens anvendelse kommer til å bli beskrevet for tilfellet med TIG-sveising er det for en fagmann selvsagt at den også kan anvendes ved MIG- og MAG-sveisning.

I fig. 1 inneholder gassbeholderen 1 inert gass eller en blanding av inerte gasser. Gassbeholderen 2 inneholder nitrogenoksyd, NO. Nitrogenoksydet ledes til regul-leringsanordningen 3 som kan plasseres f.eks. i strømkilden 4. Reguleringsanordningen 3 blander antiozontilsetningen med beskyttelsesgassen til ønsket konsentrasjon. Ferdig blanding ledes til brenneren 6 og gjennom denne strømmer gassen mot arbeidsstykket 5 og i pilenes 8 retning i brennerens omgivelse. Buen som brenner mellom brennerens elektrode og arbeidsstykket 5, frembringer ozon i brennerens nærhet ved UV-bestråling av luften. Det bestrålte området 10 vises med stiplete linjer. Utover bestrålingen skjer som regel en viss opp-varming av luften i dette området, hvorved luften stiger oppad inn i sveiserens åndedrettssone bak sveise-skjermen 7. Under vanlige forhold kan sveiseren altså ånde inn luft med relativt høyt ozoninnhold. Hvis man ifølge oppfinnelsen blander beskyttelsesgassen med antiozontilsetningen som inneholder nitrogenoksyd, strømmer denne tilsetning sammen med inert gass ut til brennerens omgivelse. Dermed bringes den til reaksjon med ozon ifølge tidligere beskrevne eller lignende reaksjoner. Dette fører til redusering eller eventuell eliminering av ozonet i den luftstrøm som stiger oppad inn i sveiserens åndedrettssone.

Praktiske prøver er blitt gjennomført med argon som beskyttelsesgass og med en strøm av 10 l/min. Tilsetning av kun 25-50 ppm nitrogenoksyd til argon førte i de fleste tilfeller til betydelig minskning av ozonets konsentrasjon i brennerens nærhet. For å eliminere ozonet helt, selv under svært ugunstige omstendigheter (stor sveisestrøm, lang bue, aluminium som sveisegods) var det tilstrekkelig med en nitrogenoksydtilsetningskonsentra-sjon på 250-750 ppm.

Fremgangsmåten ved redusert dannelse av ozon ved nitrogenoksydtilsetning til beskyttelsesgass ifølge oppfinnelsen kan anvendes også ved anvendelse av helium eller kjente heliumsblandinger f.eks. med argon som beskyttelsesgass. Prøver har vist at selv her rekker det i 'gun-stige tilfeller med 25-50 ppm nitrogenoksydtilsetning for å oppnå betydelig ozonminskning og i ugunstige tilfeller med 250-750 ppm for å oppnå total ozonelimin-ering. Hva som er sagt om helium og heliumblandinger i samband med oppfinnelsens anvendelse, gjelder også for kjente blandinger av argon, hydrogen og nitrogen som anvendes ved TIG-sveisning.

I eksemplet med oppfinnelsens anvendelse ifølge vedlagte tegningsfigur finnes det to gassbeholdere, en for beskyttelsesgass og en for antiozontilsetning til beskyttelsesgassen. Begge gassene blandes i reguleringsanordningen 4. Fra oppfinnelsens beskrivelse er det åpenbart at oppfinnelsens karakter ikke endres om man isted-et for dette anvender kun en gassbeholder som inneholder ferdig blanding av beskyttelsesgass og av antiozontilsetning.

Fra hva som er tidligere sagt er det også åpenbart at for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er det egentlig ikke nødvendig å drive antiozontilsetninger gjennom lysbue og sveisesone. Det rekker om de ledes på passende måte til sveisesonens nære omgivelse. Dette alternativ kan naturligvis ikke anvendes når lysbuens og sveisesonens varme behøves for å bryte istyk-ker en forbindelse for å danne nitrogenoksyd.

Hittil er oppfinnelsens prinsipp og anvendelse blitt beskrevet kun i samband med TIG-sveising. For en fagmann er det imidlertid åpenbart lett å anvende oppfinnelsen også for såkalt plasmasveising eller plasmaskjæring. Man har ved plasmasveising som regel to uavhengige gasskret-ser, en for plasmagass og en for beskyttelsesgass. Derfor kan man innføre antiozontilsetninger enten til den ene eller til den andre kretsen, eventuelt til begge.

Liksom i foregående tilfelle er det for en fagmann åpenbart at måten for reduksjon eller eliminering av ozonet ifølge oppfinnelsen kan anvendes også ved MIG-sveising.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte for å redusere det ved sveising eller bearbeidelse ved hjelp av elektrisk lysbue dannede ozon, idet buesveisingen eller bearbeidelsen skjer ved hjelp av en beskyttelsesgass, og hvor det i lysbuens umiddelbare omgivelse innføres hovedsakelig synkront med sveisings- eller bearbeidelsesprosessen et tilsetningsstoff som bringes til å reagere med det ozon som ved ultrafiolett bestrålning dannes av det oksygen som finnes i lysbuens og brennerens umiddelbare omgivelse, karakterisert ved at tilsetningsstoffet omfatter nitrogenoksyd (NO) i en konsentrasjon mellom 0,0025% og 0,075%, hvilket blandes med beskyttelsesgassen. og sammen med denne innføres i den umiddelbare omgivelse til lysbuen og den som MIG-, TIG-, plasma eller lignende utformet brenner.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte tilsetningsstoff omfatter slike stoff eller forbindelser, som ved kjemisk reaksjon samt termisk og fotokjemisk spaltning i lysbue og sveisesone bringes til å danne nitrogenoksyd (NO).