dr. Mohácsi Gábor, Gyura László, Linde Gáz Magyarország Zrt.
Hegesztéshez és termikus vágáshoz használt gázok és szolgáltatások fejl dési irányai A hegesztéshez és termikus vágáshoz szükséges gázok és az ahhoz szorosan kapcsolódó szolgáltatások fejlesztése a fejlett országokban töretlen fejl dést mutatnak. Ennek a folyamatnak az els dleges célja a hegesztett kötések, vágott felületek, a munkadarabok min ségének javítása, a teljesítmény és a versenyképesség növelése. A legújabb fejlesztési eredményeket kidolgozó és bevezet nagy gazdasági és ipari potenciálú országokban ez fejl dés szinte követhetetlen ütemben hozza létre az újabb és újabb megoldásokat. Ez a fejl dés hazánkban érthet en a jóval sz kebb, és f leg csak a hagyományos hegesztési és vágási eljárásokat használó hazai cégek esetében nem olyan intenzív, de tapasztalható. Gondolunk itt a sokféle gázellátási módra, a jobbára ki nem használt sokszín gázkínálatára, melyek a hazai gyártók számára további tartalékot rejthetnek. Véd gáz variációk különböz alapanyagok, különböz technológiák alkalmazásakor A gázok els sorban az eljáráshoz, és azokkal megmunkálandó anyag együtteséhez köt dnek. Általában igaz, hogy eljárás és alapanyag páronként van egy-egy alapgáz, mely az adott feladatot ugyan jól megoldja, de léteznek további ún. „prémium” gázok, amelyek további el nyöket biztosítanak. Megfelel feltételek esetén a „prémium” gázok alkalmazása magasabb egységáruk ellenére gazdaságosabb gyártást tesz lehet vé. A klasszikus eljárások és hagyományos alapanyagok esetében a fejlesztés a gázok területén a „prémium” gázok kínálatának b vülésében nyilvánul meg (1., 2. táblázat).
2
Fogyóelektródás véd gázos ívhegesztés Anyagok
Ar [%] CO2 [%] O2 [%] He [%] H2 [%]
Ötvözetlen, ill. gyengén ötvözött szerkezeti acél
Er sen ötvözött acél (korrózió-, saválló, stb.)
Alumínium ötvözetek
82 90 92 91 83 95 92 82 92 60 50 72 97,5 99 97 78 48 67,95 84,95
100 18 10 8 5 13
N2 [%]
30 25 25
20 50 30 10
M12 M13 M13 M12 (1) M12 (2) M 11 (1) S M22 (1)
4 4 5 8
18 8 10 25
300 300
3 2,5 1 3 2 2 0,05 0,05
2 5
300 100 30-90 30
0,03
MSZ EN 439 C1 M21 M21 M21 M23 M24 M22 M22 S M21 S M21 M21 (1) M21 (1) M22 (1)
100 100 10-70 69,97
NO [ppm]
az eljárás-anyag párosítás alapgázai prémium véd gázok prémium véd gázok speciális alkalmazásokhoz
1. táblázat Véd gázok a fogyóelektródás technológiához különböz anyagoknál ([7]. szakirodalom szerint)
I1 S I1 I2 I3 M13 (1)
3
Volfrámelektródás véd gázos ívhegesztés Anyagok
Ar [%] CO2 [%] O2 [%] He [%] H2 [%]
Er sen ötvözött acél (korrózió-, saválló, stb.)
Alumínium ötvözetek
100 85-70 90-98 97-98 97 78
N2 [%] NO [ppm]
2-10 1
2-3 2 2
100 100 10-70 69,97
I1 I3 R1 S I3 S R1 S I3
15-30
20
300
0,03
MSZ EN 439
100 30-90 30
I1 S I1 I2 I3 M13 (1)
az eljárás-anyag párosítás alapgázai prémium véd gázok prémium véd gázok speciális alkalmazásokhoz 2. táblázat Véd gázok a volfrámelektródás technológiához különböz anyagoknál ([7]. szakirodalom szerint) Amíg a kb. 50 évre visszatekint véd gázos hegesztési eljárások a kezdetekben egy komponens gázokkal indultak el, addig ma már a kifinomult kohászati termékek esetében akár 4 komponens gázok alkalmazását is javasolják. Ma hazánkban a két komponens prémium gázok és a három komponens
gázok elterjedési fázisát éljük. B vül azoknak a gázkeverékeknek a száma,
amelyekben ppm (ezred százalék) nagyságrend komponenseket tartalmaznak. A hazai üzemek többsége azonban els sorban még dönt en az alapgázokat használják, melyek mennyisége nagyságrendileg meghaladja az egyéb gázok felhasználását (1. ábra), de a gázforgalmazók kínálat b vülését kihasználva egyre több felhasználónál jelennek meg a „prémium” kategóriába tartozó termékek is.
4
O2
5
He
Ar 18
30
5
CO2
H2
Ar Ar/O2-8 Ar/O2-2
Ar/CO2-18 Ar/CO2/O2-5/4 Ar/He
Ar/CO2-10 Ar/CO2-2,5 Ar/H2
1. ábra Az argon bázisú palackos kiszerelés véd gázok relatív felhasználásának alakulása Magyarországon napjainkban (A körök nagyságának mértéke arányos a ténylegesen felhasznált mennyiséggel) A 1 ábra alapján látható, hogy ma Magyarországon dönt en a 82/18 Ar/CO2 keveréket valamint a tiszta argon gázt alkalmazzák. Az els
megállapítás alapvet en arra utal, hogy ma a vezet
véd gázos technológia a fogyóelektródás ívhegesztés a normál (ötvözetlen és gyengén ötvözött) acélok feldolgozásakor. Az argon felhasználásból következik, hogy a volfrámelektródás ívhegesztéseknél dönt en ezt az alapgázt részesítik el nyben, mind a magasan ötvözött acélok, mind az alumínium és ötvözetei esetén. Amennyiben egy-egy felhasználásnál a hegesztett szerkezetek, alkalmazott technológiák köre sz kíthet , mindenképpen érdemes a „prémiumgáz” választékot kihasználva - egy-egy technológiához, anyaghoz a legoptimálisabb megoldást választva - tovább lépni. Ez a tendencia az utóbbi években hazánkban is érzékelhet , azaz folyamatosan n azon felhasználók száma, akik már más-más típusú kevertgáz használnak annak érdekében, hogy ezáltal is javítsák termékeik min ségét. Különösen megfigyelhet mindez a központi gázellátást használó (saját kever ), ill. a hegeszt robotot alkalmazó ötvözetlen vagy gyengén ötvözött szerkezeti acélt feldolgozó cégeknél. A korszer el gyártási technológiák (pontos méret , nem olajos, nem szennyezett felület lemez, stb.), valamint az újabb hegeszt gépek megjelenésével (impulzus technológia, stb.) megfigyelhet , hogy a kétkomponens kever vel rendelkez üzemek a CO2 tartalmat alacsonyabb értékre (8-10%) állítják, vagy a kever t háromkomponens re (Ar-CO2-O2) cseréltetik, ill. bizonyos esetben az M22
5
csoportba tartozó Ar-O2 keveréket használják.
A jelenség a robotos felhasználóknál még
er teljesebben megfigyelhet (2. ábra).
90 80 70 60
%
50 40 30 20 10 0 Ar/CO2-82/18 (M21)
Ar/CO2 (CO2<18) (M21)
Palackos forgalom
Ar/O2 (M22)
Ar/O2/CO2 (M23, M24)
Helyszíni keverések
Ar/CO2/NO (M21)
Egyéb
Robotok felhasználása
2 ábra A különböz összetétel véd gázok felhasználásának aránya Mindezek mellett elmondható, hogy néhányan a nagyteljesítmény technológiákkal is dolgoznak hegeszt robotjaikon, nagyteljesítmény gépeiken, azonban véd gázként ez idáig a hagyományos áramer sségben használatos véd gázokat alkalmazzák. Ennek f oka általában az, hogy az ilyen üzemek nagy többségénél a már említett vezetékes (központi) gázellátási formát használják, így a kiépített rendszer által el állított gázzal dolgoznak a beállított teljesítményt l függetlenül. Ennek ellenére van olyan felhasználó, aki a feladattól függ en a legoptimálisabb technológia kiválasztása érdekében mind a széndioxidos, mind az oxigénes keveréket alkalmazza ugyanazon a hegeszt roboton. A magasan ötvözött acélok esetében újabb, további feladatot kapott a véd gáz, pl. szövetszerkezeti arányok beállítása (pl. Ar-N2 keverék duplex acéloknál). A nagy energias r ség lézer hegesztés és a hibrid eljárások estében egyre újabb gázkeverékeket dolgoznak ki. Ezekben az esetekben már jóval bonyolultabb folyamatokról és kölcsönhatásokról van szó, ezért az itt alkalmazható gázok a
6
szokásosnál jóval több szempontnak kell megfeleljenek. Ezt a sokrét séget egy nagyon széles spektrumú gázkeverék halmaz fedi le. M szaki gázok a termikus vágási feladatokhoz A termikus vágások által legnagyobb mennyiségben használt gáz az oxigén. Közismert az oxigén tisztasága és a vágás min sége és sebessége közötti összefüggés: minél nagyobb az oxigén százalékban kifejezett tisztasága és minél kevesebb párát tartalmaz, annál jobb a vágott felület min sége és magasabb a vágási sebesség. A leveg bontókból származó oxigén hazai megjelenése el tt általános gond volt Magyarországon a vágáshoz használt palackos oxigén magas víz tartalma. A rendszerváltás el tti id szakban nagy lángvágó kapacitásokkal rendelkez
vállalatok ezért
nyugatról hozattak be 2.5 min ség (99,5%) cseppfolyós oxigént. Már több mint másfél évtizede hazai források biztosítják ezt a tiszta gázt. A vágáshoz használat oxigén tisztasága nem állt meg ennél a fokozatnál: a még tisztább oxigén használata is jellemz vé vált hazánkban. A lézer és finomsugaras plazma vágógéppel rendelkez
cégek nagy része már 3.5 (99,95%) min ség
oxigénnel vág. Azoknál a vállalatoknál, amelyeknél az el bbi vágókapacitáshoz még lángvágó is társul, ott gyakran a lángvágást is a tisztább oxigénnel végzik. A lángvágók ég gázainak területén is változások tapasztalhatók. Az acetilén, földgáz és propánbután mellett megjelent a propán is. Örökzöld kérdés, hogy mely ég gázt gazdaságos használni. Erre a korrekt választ csak alapos, körültekint , és sok feltételezésen alapuló számolás után lehet megadni. Míg az ég gázok esetében több gázszállítási forma is létezik, addig az acetilén természeténél fogva csak palackban, vagy kötegelt palackokban áll rendelkezésre. Azonban ezen a területen is történt fejl dés. Az acetilén palackot kitölt
massza anyaga korszer bb és
biztonságosabb lett. Az alumínium és korrózióálló acél lézervágása nagy mennyiség , és a lángvágásnál szokásosnál 23-szor nagyobb nyomású nitrogén igényel. A leveg bontók által termelt nitrogén tisztasága ez idáig teljes mértékben kielégítette a vele szemben támasztott igényt. Megfigyelhet
azonban, hogy
néhány lézerrel vágó cég különféle meggondolásból az oxigént a nitrogénnel, illetve fordítva is használja vágásra. A finomsugaras plazmavágó gépek a vágáshoz a gázok és keverékeik színes skáláját használja, függ en az alapanyagtól, áramer sségt l, anyagvastagságtól. Teljes kiépítésben egy mai
7
finomsugaras örvénygázzal m köd plazmavágónál akár hétféle gáz iránti igény is felmerülhet (oxigén, nitrogén, leveg , kétféle argon-hidrogén, és nitrogén-hidrogén keverék, valamint metán). A gázok tisztasága, min sége A hegesztéshez és vágáshoz szükséges gázok tisztasága és keverési pontossága is sokat fejl dött. Több mint 10 éve már hazánkban is a nagyteljesítmény leveg bontók szolgáltatják a nemzetközi szabványt minden tekintetben kielégít min ség leveg gázokat. De a többi, más úton el állított ipari gáz is min ségi tartalékkal kielégíti az említett el írást. A palackok bels
tisztasága,
szelepeinek min sége és tömítettsége az utóbbi 10-15 év során szintén elérte a nyugat európai szintet. A lézeres megmunkálások a laboratóriumokban használatos gáztisztaságot és vele együtt az ipari min séget meghaladó min ség eszközöket a hegesztéssel vágással foglalkozó m helyekbe hozták. A fenti táblázatokban (1., 2 táblázat) bemutatott kevertgázok gázforgalmazók általi gyártása (palackos kiszerelésnél) az MSZ EN 439 sz. szabvány el írásai figyelembe vételével történik. Abban az esetben azonban, ha a kevertgáz a felhasználó helyszínén készül (pl. központi gázellátó rendszerr l, a felhasználó által üzemeltetett kever vel el állított gázzal), ügyelni kell a komponensek megfelel
min ségére. A felhasználónak ugyanis nemcsak a szabvány szerinti
változó elvárásokkal, hanem azzal is szembe kell néznie, hogy az ipari gázszolgáltatók az alap komponensekb l (Ar, He, CO2, O2, N2, H2) féleségenként több min séget is kínálnak. A min ségi kínálatból az MSZ EN 439 szerint azonban nem minden gáz felel meg. Így a felhasználónak egyeztetni és mérlegelni kell. A magyar hegesztés profilú cégek gázfelhasználási szokása f leg az Ar és a CO2 gázok esetében mutat eltérést a szabvány által el írtakhoz képest. Az eltérés az alacsonyabb min ség gázok alkalmazása felé tapasztalható. (A hegesztés és vágás gázai gyakorlati min ségi jellemzésére a térfogatszázalékban kifejezett tisztaságot és a ppm-ben megadott nedvességtartalmat használjuk.) Az argon esetében palackos kiszerelésben találkozhatunk különböz min ségekkel ill. cseppfolyós kiszereléssel is, melyek közül nem mindegyik használható egyértelm en hegesztésre (ill. a kevertgáz helyszíni el állítására) az említett szabvány értelmében. A szabvány szerinti „I” csoportjel elvárás nem teljesülése esetén el fordulhat, hogy a varrat mentén kormosodást, „ragyás” felületet találunk. A CO2 esetében a magyarországi ipari gázszolgáltatók az itthoni MSZ 20915-86 SZÉN-DIOXID termékszabvány szerinti CO2-t kezdték forgalmazni. Ez a szabvány két min ségi fokozatot
8
különböztetett meg: az ipari széndioxidot és az élelmiszeripari széndioxidot. Hegesztésre ill. kevertgáz el állítására a tisztasága és víztartalma miatt az ipari széndioxid felelt meg leginkább, de ennek határértékei azonban nem elégítik ki az MSZ EN 439 CO2-re vonatkozó elvárásait. Az élelmiszeripari széndioxid megengedhet páratartalma miatt különösen nem alkalmas hegesztési felhasználásra. Az MSZ 20915-86 szabvány 2003-ban érvényét vesztette (3. ábra). 2004. január elsejét l már kapható a magyar piacon az MSZ EN 439 szerint garantáltan megfelel CO2. Az EU szabvány betartását vállaló hazai cégeknek tehát van megoldást jelent választási lehet ségük CO2 esetében is. Ha a széndioxiddal vagy helyszíni kever vel rendelkez hegeszt cégek a varratban, vagy varrat felszínre is kijöv gázzárvánnyal találkoznak, vagy esetleg a CO2-palacklefejt belül lefagy, könnyen elháríthatják a hibát az MSZ EN 439-C1 alkalmazásával. Hegesztés profilú üzemben, ha CO2 lézer is van, akkor már nem csak az ipari gázok, hanem a további, nagy tisztaságú termékek listáján szerepl 4.5 tisztaságú CO2 termék, mint rezonátor gáz tovább b víti az üzemben lév palackok palettáját.
MSZ 6271-77 (Argon, ipari) MSZ 20915-86 (ipari, élelmiszeripari CO2) 1977.
1986.
1998.
2003.
MSZ EN 439 Hegesztési véd gázok 3. ábra A véd gázok min ségét el író szabványok érvényessége A gázellátás formái A palackos gáz ellátás formája is sokat változott. A palackok megengedhet nyomása megn tt, akár 300 bar is lehet. Anyaga lehet acél, alumínium, m anyag. A méretválaszték is széles skálán mozog (4. ábra). A palackok egyedi jelzést kaphatnak (ennek ún. vonalkódos bevezetése már folyamatban
9
van), ami sokat segít a gyártónak és felhasználónak. Vannak reduktorral szerelt palackok, melyek a termel üzemekt l vesznek át feladatot, javítva azok hatékonyságát. (5. ábra)
4. ábra Különböz méret és típusú gázpalackok
5. ábra Nyomáscsökkent vel szerelt palackok Az egységes európai palack jelölési rendszer is kialakul. Magyarországon is az el írásoknak megfelel en folyik a palack egységes színjelölés szerinti átfestése. A hazai gyakorlat azonban kis mértékben bizonyos esetekben eltér néhány Nyugat Európai országban (pl. Ausztria, Németország, stb.) alkalmazottól. A színjelölésre vonatkozó szabvány csak a palack vállára tesz megkötést, a palacktest színezésében bizonyos korlátok közt ugyan de „szabadkezet” ad az egyes országoknak.
10
Így történhetett meg, hogy hazánkban az oxigénpalackok teste a hagyományoknak megfelel en kék (fehér vállal), míg az említett országokban az oxigén palacktest szürke szín . A sok hegeszt gépet alkalmazó üzemek többségénél napjainkra központi gázellátás épült ki, sok esetben sajátkever vel, ami nagyon nagy rugalmasságot biztosít a gáz összetételét illet en. Az ilyen rendszereknél a „prémium” kategóriájú gázok gyakorlatilag minimális költségnövekedéssel elérhet k. A rugalmasságot tovább fokozza, ha a központi gázellátást további „kis teljesítmény ” kever vel egészítjük ki, amely csak néhány munkahelyet (pl. robotállomást) lát el, mely munkahelyek ezáltal a „nagy rendszert l” eltér , bár részben arról ellátott más összetétel véd gázzal rendelkezhetnek (6. ábra).
LAR RAr :Hegeszt munkahelyek
Robotállomás 1.
Ar +CO2
Robotállomás 2. Ar+CO2+He
He gáz kötegben
CO2
6. ábra Központi gázellátás kiegészítése még egy kever berendezéssel, a meghatározó gázösszetételen (pl. Ar-CO2) túl egyéb kevertgáz (pl. Ar-CO2-He) létrehozására A központi gázellátó rendszerek utántöltése teljes felügyelet nélkül is megvalósítható, automatikus töltés figyelés és elektronikus információ továbbítás útján.
11
A véd gáz felhasználás fejl dési irányai Meggy z désünk, hogy a „prémium” gázok falhasználása a jöv ben jelent sen növekedni fog. Az itthon is egyre jobban fellép termelékenység növelési kényszer miatt remélhet leg egyre több cég fog fejlettebb, korszer , nagyteljesítmény , jobb min séget biztosító technológiákkal foglakozni. Ezt a Magyarországon is várhatóan bekövetkez
folyamatot valószín síti a hegesztés vágás
területén Európában tapasztalható piaci tendenciák közül jó néhány:
•
A nyugat európai országokban a hegeszt k száma folyamatos csökkenést mutat.
•
A nagyon nagy termelékenység
eljárások nagy valószín séggel maradnak nyugat
Európában
•
Az elmúlt 20 évben nyugat európai országok a hegesztés területén a termelékenységüket megduplázták.
•
Az anyavállalatok hegesztési tevékenységüket a beszállító országokba exportálják
•
A hegesztés technológia fejl dése a növekv országokban gyorsabb, mint az a technológiát exportáló országokban volt.
•
A nagy termelékenység követelménye még kimunkáltabb hegesztési technológiát kíván.
•
Felértékel dik a know-how és a tanácsadás szerepe
•
A termelékenységet növelni kell, ez növeli a környezeti terhelést ezért az egészség meg rzése védelmébe ezért fokozni kell a környezet és egészségvédelmi beruházást.
Összefoglalás A világban alkalmazott, frissen kifejlesztett eljárások, eljárás változatok, kombinációk és az általuk megmunkált anyagok sokszín sége hozza magával a gázok fejlesztését is. A magyarországi feldolgozó ipar részére biztos és teljes világ színvonalú kínálatot biztosítani tudó gáztermel és szolgáltató háttér áll rendelkezésre. A már kifejlesztett gázok magyarországi elterjedését és így a fejl dés intenzívebb tapasztalását a b vül alapanyag és a még iparszer en nem használt hegeszt vágó eljárások elterjedése, magasabb feldolgozottsági szint termékek b vülése fogja generálni.
12
Szakirodalom [1] Gyura L., Mohácsi G.: Hegeszt és vágó gázellátás Magyarországi helyzete az Európai csatlakozás fényében, Országos Hegesztési Tanácskozás, Budapest, 2002. [2] Mohácsi G., Gyura L.: Ipari vágó lézerek hazánkban és kitekintés az EU-ba Országos Hegesztési Tanácskozás, Budapest, 2002. [3] Gyura L.: Korszer véd gázok az ötvözetlen és ötvözött acélok, valamint egyéb fémek hegesztéséhez Hegesztési Felel sök VI Országos Tanácskozása, Esztergom, 2003. [4] Halász G.: Változatok véd gázra Magyar M szaki Magazin, 2004. március p.47.-49. [5] Mohácsi G. - Gyura L.: Ívhegeszt robotoknál alkalmazott véd gázok Magyarországon XI. Nemzetközi és IV. GTE-MHtE-DVS Hegesztési Konferencia, Budapest, 2004. augusztus 23-26. [6] Miklós, E.: Current process variants of MAG high-performance welding Linde Special Edition, 2004. [7] Hegesztés – Innováció – Kompetencia, A Linde hegesztés véd gázai, (Linde prospektus) 2005.
