Szolgáltatásaink színvonalának javítására cookie-kat használunk. Kérjük engedélyezze a cookie-k használatát honlapunkon.Olvassa el az Adatvédelmi nyilatkozatunkat cookie-kkal kapcsolatos további információkért. Elfogadom
Termékek Menü

Gázok, gázkeverékek gyártása 2/2

     
   
 
 

 

Gyura László
Linde Gáz Magyarország Zrt.

GÁZOK, GÁZKEVERÉKEK GYÁRTÁSA ÉS BIZTONSÁGOS ALKALMAZÁSA HEGESZTÉS-, ÉS ROKON
TECHNOLÓGIÁKHOZ
(2. rész)

(Szakmai nap a Linde Gáz Magyarország Zrt.-nél)

 

Bevezetés
Az "Acélszerkezetek" előző számában már beszámoltunk arról, hogy a Magyar Hegesztők Baráti
Köre a Linde Gáz Magyarország Zrt.-vel közösen a múlt év őszén Dunaújvárosban szakmai napot
szervezett, a gázok előállítása és alkalmazása témakörben érdeklődő hegesztő szakemberek
számára. Az összejövetel célját ezúttal nem kifejezetten a gázok hegesztéstechnológiákra
gyakorolt hatásainak elemzésében, vizsgálatában stb. határoztuk meg. A rendezvény fő
célkitűzése a zrt. által forgalmazott, a hegesztés- és rokontechnológiák területén használt
ipari gázok jellemzőinek, azok biztonságos felhasználásának, valamint a gáz előállítási
körülményeinek, technológiáinak a termék minőségére gyakorolt hatásainak bemutatása 
volt. Folytatva a megkezdett összefoglalót, melynek első részében az égőgázokat
(acetilén, propán, hidrogén) mutattuk be, ezúttal a szén-dioxid gyártásával, felhasználásával,
az ún. levegőgázokkal, valamint az ezekből előállítható hegesztési gázkeverékekkel
foglalkozunk.

 
  SZÉN-DIOXID
A szén-dioxid a fogyóelektródás védőgázos hegesztés egyik alap védőgáza. Kezdetekben
a technológia kidolgozásakor, bevezetésekor szinte kizárólag szén-dioxidot használtak, ma
már a magas minőségi termékek gyártásához önmagában "tisztán" általában nem
alkalmazzák. Többek közt az erős oxidáló hatásának, valamint a szén-dioxid atmoszférában
instabilan égő hegesztőív miatti fröcskölésnek köszönhetően igazán jó minőségű hegesztett
kötés nem készíthető széndioxiddal. A fogyóelektródás technológiákhoz használt ún. aktív
(oxidáló hatású) védőgázkeverékek komponenseként viszont ma is alapgáznak számít. 
A szerkezeti acélok, erősen ötvözött acélok aktív védőgázos hegesztéstechnológiáihoz
döntően szén-dioxid tartalmú (2–25%) argon bázisú keverékeket alkalmaznak. A többi
hegesztéshez használt ipari gázhoz képest megkülönböztetett figyelmet igényel a hazai
gyártása, valamint palackozása. Az egyetlen olyan gáz, amely három halmazállapottal
rendelkezik, melyek kialakulása az anyag hőmérsékletétől és nyomásától függ (1. ábra).
A palackban történő tárolása, ellentétben egyéb védőgázokkal, cseppfolyós formában történik.
A szilárd állapotú szén-dioxid (ún. szárazjég) egyik fő felhasználási területe az a
szárazjeges tisztítástechnológia, amelyet egyre szélesebb körben alkalmaznak, így
egyre gyakrabban feltűnik a hegesztés területén is (munkadarabok, hegesztőgépek,
hegesztőkészülékek, hegesztőrobotok stb. tisztítása). A szén-dioxid gyártása és tulajdonságai.
A szén-dioxid színtelen, enyhén szúrós szagú, közömbös ízű gáz. Nem mérgező, de fojtó
hatású gáz, a levegőnél nehezebb, ezért zárt térben padlóközelben található.
A helyiségből az oxigén kiszorításával okozhat fulladást. Nem éghető anyag, sőt
tűzoltószerként is ismert. A szén-dioxid molekula magas hőmérsékleten disszociál
(szétesik), amely jelenség a már említett hegesztési fröcskölés fő okozója.
 
   
  1. ábra: A szén-dioxid "állapotábrája", fázisdiagramja  
  Hazai gyártása – ellentétben más országok gyártástechnológiáival – tulajdonképpen"bányászattal" (földgázbányászati módszerrel) kezdődik. Európa legnagyobb természetes szén-dioxid forrása Magyarországon (Répcelak környékén) található. A természetes széndioxid szerves anyagok bomlásával keletkezik évmilliók alatt.
A keletkezett gáz addig vándorol (migrál), míg egy ún. kőzetcsapdába jut, és itt felhalmozódik. A felhalmozott gáz mélyfúrású kutakon keresztül hozható a felszínre. Egy kút mélysége elérheti az 1500–1600 métert. A kitermelt gáz
viszonylag kis koncentrációban cseppfolyós fázist, rétegvizet, különböző szénhidrogéneket és egyéb gázokat
is tartalmazhat. A termék ennek következtében a palackozás előtt mindenképpen egy összetett tisztítási folyamaton megy keresztül, melynek eredménye az ún. 4.5 (99,995 tf%) tisztaságú gáz, melynek tárolása cseppfolyós formában történik. A gáz eljuttatása a végfelhasználókhoz történhet közúti, ill. vasúti tartálykocsikban,
palackozott formában, ill. legyártott szárazjég formájában is. Ellentétben egyéb védőgázokkal, a palackok töltése
minden esetben a palack méretétől függően meghatározott tömegre történik (10 kg, 20 kg stb.), azaz a töltet nyomása a benne lévő gáz mennyisége szempontjából nem meghatározó. A nyomás elsősorban a hőmérséklettől függ, és mindaddig gyakorlatilag nem változik, amíg a palackban van cseppfolyós fázis. Ez okozza azt, hogy amikor a hegesztő már a nyomáscsökkentőn észleli a palack nyomásának csökkenését, gyakorlatilag a gáz rövid időn belül el fog fogyni.
 
  A hegesztéshez (lézervágáshoz) használt szén-dioxid
A szén-dioxid gázt nem csak a hegesztéstechnikában, hanem egyéb területen is (pl. élelmiszeripar, kohászat,
gyógyászat stb.) alkalmazzák. A különböző felhasználási területekhez másmás minőségű palackozott termék
tartozik (elsősorban a felhasznált palackállományban van különbség). Mindezek alapján az "ipari" minőségű, nem
nagy tisztaságú (különleges felhasználáshoz) kategóriában megkülönböztetünk élelmiszer-ipari, ipari, hegesztési
célú szén-dioxidot. Magyarországon az ezen termékek minőségére vonatkozó előírást az MSZ 20915-86 sz.
szabvány tartalmazta, amely azonban 2003-ban hatályát vesztette. Az ipari és élelmiszer-ipari szén-dioxid jelenleg is e szabvány kritériumrendszere alapján készül, ugyanakkor a jelenleg is hatályos – a hegesztési gázokkal foglalkozó MSZ EN 439 számú – szabvány kritériumainak egyik termék sem felel meg. A megengedett víztartalom az ipari szén-dioxidnál háromszorosa, az élelmiszer-iparinál tizenkétszerese ez utóbbi szabványban előírt 200 ppmnek (0,02%). Mindezek alapján az élelmiszer-ipari szén-dioxid felhasználása semmiképpen nem javasolt, még komponensként sem védőgáz előállításához. Gyakorlati tapasztalatok azt mutatják, hogy az ipari szén-dioxid általában alkalmazható hegesztéshez, de az érvényes szabvány által előírt határértéket csak az ún. hegesztési szén-dioxid elégíti ki. Elsősorban központi gázellátó rendszerek (helyi keverővel) szén-dioxid komponensénél érdemes figyelni arra, hogy mindenképpen ezt a terméket használjuk. A gázellátó rendszerbe került nedvesség ugyanis nagyon sok problémát (porozitás, fröcskölés stb.) okozhat a gyártás során. Egyedi palackos termékeknél a nagy mennyiségű vizet tartalmazó gáz továbbá a felhasználás során a nyomásszabályzó gyorsabb, nem kívánatos lefagyását is okozhatja. A hegesztési szén-dioxidot tartalmazó palackok a "tisztaság" biztosításának érdekében egy speciális, visszacsapó rendszerrel ellátott palackszeleppel szereltek (2. ábra: 3. palackszelep), megakadályozva így a helytelen felhasználásból adódó nedvesség bejutását (pl. szikvíztöltésnél).
 
  Fontosnak tartjuk megemlíteni, hogy a lézervágó-, hegesztőgépek széndioxid lézerforrásához mindenképpen
az ún. nagy tisztaságú (4.5) minőségű rezonátorgázra van szükség, melynek megengedett víztartalma nagyságrendekkel kisebb az előzőekben tárgyaltakkal.
A rezonátorhoz használt gyengébb minőségű (akár
a hegesztési szén-dioxid) gáz, hosszú távon olyan mértékű károsodást okozhat a lézerforrásban, amely a gép teljes
tönkremeneteléhez vezethet. Más alkalmazási területeknél előfordul, hogy a szén-dioxidra cseppfolyós
fázisban van szükség. Ez esetben ún. merülőcsöves (vagy kombinált) palackszelepet alkalmaznak, amelynek segítségével a palack aljáról cseppfolyós fázisban nyerhető ki a szén-dioxid. Ügyeljünk arra, hogy hegesztéshez ilyen típusú palackot ne használjunk, ill.
a kombinált szelepeknél azt az oldalt nyissuk meg, ahol gáz halmazállapotú elvételt biztosítunk
(2. ábra: 1. szelep).
 
  2. ábra: Különböző palackszelepek
1. merülőcsöves kombinált,
2. normál,
3. visszacsapó-szelepes
 
  Szárazjeges tisztítástechnológia
Amint már említettük, a szárazjég a szén-dioxid szilárd formája, hőmérséklete –78,5 Cº. Amikor a folyékony
szén-dioxid expandál (térfogatának kb. 1,1-szeresére növekszik), finoman porított hó képződik, melynek
összepréselésével keletkezik a szárazjég. Ez a jég nagyon hasonló a normál vízjéghez, de tulajdonságai jelentősen eltérnek attól (hidegebb, nem tartalmaz vizet, közvetlenül átalakul gázzá). A felhasználás
technológiájától (hűtés, tisztítás stb.) függően különböző méretű "kiszerelésekben" készül (ún. blokk, pellet
stb.). Az egyik legfontosabb alkalmazási területe az ún. szárazjégszórás, melynek segítségével számos szennyeződésfajta eltávolítható. A technológiához általában az ún. pelletet használják, amely egy "sörétszerű" szárazjég-granulátum, kb. 3 mm-es darabokkal (3. ábra). Ezt a granulátumot fújják rá nagynyomású (8–13 bar) sűrített levegővel egy speciális fúvókán keresztül a felületre. A hagyományos tisztítástechnológiáktól
(pl. homokszórás, sörétezés stb.) eltérően a szárazjeges tisztítás nem hagy maga mögött visszamaradt tisztítóanyagot, és az alacsony hőmérsékletének köszönhetően a szennyeződést elridegíti, ezzel megkönnyítve
a tisztulás, a felületről való leválás folyamatát (4. ábra).
A rendezvényen hegesztőgépek tisztításán keresztül mutattuk be a technológia alapjait, alkalmazhatóságát
(1. kép).
 
   
  3. ábra: Szárazjégpellet tisztításhoz 4. ábra: A szárazjégszórásos tisztítás elve  
   
  1. kép: Hegesztőgépek szárazjeges tisztítása  
  Levegőgázok (oxigén, nitrogén, argon)  
  A vágás-, valamint a hegesztéstechnológiák
területén jelentős szerepet töltenek be az ún. levegőgázok, amelyek a Földünket körülvevő gázatmoszférából nyerhetők (5. ábra).
 
3.ábra: Az acetilénmolekula felépítése  
   
  6. ábra: A levegőbontó működésének elvi vázlata (LOX: cseppfolyós oxigén, GOX: gázhalmazállapotú oxigén, LIN: cseppfolyós nitrogén, GAN: gázhalmazállapotú nitrogén, LAR: cseppfolyós argon)  
  Előállításuk gyakorlatilag pusztán egy fizikai folyamaton alapulva az ún. levegőbontóban történik. A levegő komponensekre való bontásának alapelve a különböző alkotóelemek forráspontjának különbsége. (oxigén –183 ˚C,
nitrogén –196 ˚C, argon –186 ˚C). Egy nagyméretű toronyban hűtik le a levegőt – megfelelő előzetes tisztítás
és előhűtés után – olyan alacsony hőmérsékletre, hogy az részben cseppfolyós fázisba kerüljön. A gázelegyből
a legmagasabb forráspontú oxigén válik ki először cseppfolyós formában, miközben a még gázállapotú nitrogén
is elkülönül. A folyamat folytatásával hasonló elven választhatók szét az egyéb nemesgáz-komponensek, mint
például az argon is. A szétválasztott komponensek gáz-, és folyadékállapotban"veszik" el a bontótoronyból, és
nagyméretű vákuumszigetelt tartályokban tárolják átmenetileg mindaddig, 5. ábra: A levegőt alkotó gázok aránya
amíg onnét a végfelhasználás helyére kerül. A levegőbontó működésének elvi vázlatát 6. ábra, a dunaújvárosi
levegőbontót a 2. kép mutatja. A cseppfolyós gáztermékek biztonságos kezelése az alacsony hőmérséklet
miatt különösen nagy figyelmet igényel (3. kép).

A gázellátás, -szállítás lehetséges formái
Az előállított termékek felhasználókhoz történő szállítása különböző módokon lehetséges (7. ábra). A nagy
fogyasztókhoz (pl. acélmű, öntöde stb.) közvetlenül a levegőbontótól (vagy a fogyasztónál épített kisebb
teljesítményű, ún. on-site berendezéstől) csővezetéken jutnak el a gázok. A hegesztéstechnikai üzemek gázigénye
nem éri el azt a mennyiséget, hogy ilyen kiszolgálásra lenne szükség. Ezeknél a fogyasztóknál a telepített,
vákuumszigetelt tartály – melyben a tárolás cseppfolyós formában történik –, ill. a palackos kiszolgálás jelent gazdaságos megoldást. A telepített tartályhoz a gázforgalmazó a levegőbontótól közúti szállítással (tartályautó) juttatja el a cseppfolyós terméket, amely a tartályból egy segédenergiát nem igénylő elpárologtatón keresztül kerül ismét gázhalmazállapotba a hegesztés-, vágástechnológia számára. Az ilyen gázellátási formánál mindig szükség van egy – az üzemben kiépített – ún. központi gázellátó csővezetékrendszerre. Védőgázos hegesztéstechnológiáknál, amennyiben többkomponensű gázt alkalmaznak, az alkotóelemek tárolása,
több tartályt (esetleg palackot, palackköteget), majd azok alkotóelemek összekeverése legalább egy gázkeverő
egységet igényel. Az üzemcsarnokban kiépített vezetéknek a felhasználás
 
   
  2. kép: Levegőbontó berendezés Dunaújvárosban 3. kép: Cseppfolyós gázok kezelésének biztonságtechnikai
bemutatója a rendezvényen
 
  pontjainál ún. gázelvételi helyeket kell tartalmaznia, amelyekkel a technológiákhoz szükséges nyomás, ill.
gázátfolyás mennyisége pontosan beállítható. Az 8. ábra egy olyan üzemcsarnok gázellátásának elvét mutatja,
ahol egy többfejes lángvágóhoz, egy plazmavágógéphez, valamint a fogyóelektródás technológiához kiépített
(háromkomponensű keverékkel) gázellátó rendszer működik két tartályról (argon, oxigén), ill. két palackkötegről
(szén-dioxid, nitrogén). A központi rendszerek folyamatos és biztonságos üzemeltetésének feltétele, hogy
a gázellátó eszköz (tartály, palackköteg, palack) mindig megfelelő töltöttségi, és műszaki állapotban legyen.
A töltöttségi szint (nyomás, tömeg) figyelése ma már telekommunikációs úton is lehetséges, azaz a gázszállító távfelügyelettel biztosítja a gázellátó eszköz megfelelő állapotát, és szükség esetén automatikusan szállítja
a terméket, ill. beavatkozik az esetleges műszaki hiba kijavításába. (9. ábra).
 
 
   
  7. ábra: A fogyasztók gázellátásának lehetséges formái  
   
  8. ábra: Hegesztő (vágó) üzem központi gázellátó rendszerének elvi felépítése  
  A kisebb (központi ellátással nem rendelkező) gyártó üzemek gázellátása a klasszikusnak mondható palackos,
palackköteges módszerrel történik. A palackok töltése előtt az új palackokat, ill. az időszakonkénti nyomáspróbán
(vizes nyomáspróba) átesett palackokat egy ún. palackifűtő, szárító berendezéssel hozzák száraz állapotba
A 3.5 minőségű oxigén, az argon, a nitrogén, a hegesztési kevert gázok, a nagy tisztaságú gázok töltése előtt
a palackokat vákuumozzák, mely során az esetleges szennyezők eltávolíthatók. A többkomponensű gázokat tartalmazó palackok töltése lehet gravimetrikus vagy manometrikus. A gázkeverék beállítását számítógépes
rendszerek végzik, melyek segítségével biztosítható a megfelelő minőségű termék előállítása. Az olyan
keverékeknél, ahol a komponensek között nagyon nagy a sűrűségkülönbség, ún. palack-, vagy palackkötegforgató
berendezést alkalmaznak. Néhány órás folyamatos forgatás után biztosítható a keverék homogén eloszlása.
Az argonnál valamint a hegesztési gázkeverékeknél töltési sorozatonként 1 darab palack összetételét és nedvességtartalmát ellenőrzik.
A levegőgázokat (gázkeverékeket) tartalmazó palackok nyomása a külső hőmérséklet függvényében kismértékben
változhat, a fogyasztás során a nyomás folyamatosan csökken

A palackok cégünknél egyedi vonalkód-azonosító rendszerrel ellátottak, melynek segítségével végig követhető a palack útja a töltéstől egészen az üres palack felhasználótól történő visszaszállításáig (10. ábra).
 
   
  9. ábra: Gázellátórendszer távfelügyeletének elve 10. ábra: A palackok "nyomonkövetése" vonalkódos rendszerrel  
  Oxigén
A hegesztés, vágás területén levegőgázok közül
a leggyakrabban alkalmazott gáz az oxigén. Gyakorlatilag
minden lángtechnológiánál (lángvágás, lánghegesztés, elő,- utómelegítés stb.), lézer- és plazmavágásnál
nélkülözhetetlen a használata, sőt bizonyos esetekben
a kevertgázos technológiáknál is használható komponensként. Általában az ipari minőség (2.5) megfelelő, de a szerkezeti acélok lézervágása során munkagázként elsősorban a növelt, 3.5 tisztaságot
célszerű biztosítani.
Az oxigén alaptulajdonsága, hogy könnyen vegyül más anyagokkal, ami sok esetben erős hőfejlődéssel, égéssel
járhat. Mindez azt jelenti, hogy a megemelkedett oxigénszint még fémeket is hevesen el tud égetni, sőt az
olaj és zsír az oxigén és nyomás hatására robbanás-szerűen gyullad meg. Az oxigénpalackok, tartályok biztonságos üzemeltetésének feltétele bizonyos alapszabályok betartása. A nyomáscsökkentőknél kiemelten fontos a tiszta, zsírmentes környezet, valamint
a megfelelő tömítőanyag használata (fém, "fiber", szilikon). Helytelen tömítésnél, szennyezett nyomás-csökkentőnél ugyanis könnyen baleset következhet be
(11. ábra).
 
  12. ábra: A nitrogén tisztaságának hatása a vágott felületre lézervágásnál korrózióálló acél esetén  
   
  11. ábra: Helytelen tömítés (gumi) alkalmazása miatt bekövetkezett káreset oxigén nyomáscsökkentőnél  
 

Nitrogén
A nitrogént elsősorban a modern vágástechnológiákhoz (lézer, finomsugaras plazma) használják vágó-,
ill. plazmagázként. Ezeknél a technológiáknál az oxidáció szempontjából semleges gáz kiválóan alkalmazható
erősen ötvözött acélok, alumíniumötvözetek vágógázaként. A salakmentes vágás érdekében lézervágás során
szerkezeti acélok munkagázaként is használható. Mivel a vágás elve ez esetben nem azonos az oxigénes
vágással, az átvágható lemezvastagság ugyanakkora lézerteljesítménynél lényegesen csökken. Elsősorban a
szerkezeti acélok vágása (plazma- és lézervágás) során fordulhat elő, hogy a vágott felület nitrogénben feldúsul
(diffúzió következtében), ami a munkadarab (a vágott él) későbbi hegesztésekor a varrat "habosodását",
porozitását" okozhatja. A nitrogén a megengedett oxigén- és víztartalom szempontjából különböző minőségben (3.5–5.0) készül, amely a vágott felület oxidálódását erősen befolyásolja (12. ábra). Az 5.0 minőség a lézersugár előállításához rezonátorgáz- komponensként is megjelenik A hegesztéstechnológiák során döntően az erősen ötvözött acélok öblítő-, gyökvédő bázisgázaként használják, néhány százalék hidrogén hozzákeverésével. Ausztenitképző hatásának köszönhetően argon bázisú gázkomponensként duplex anyagok AWI (TIG) hegesztéséhez használják védőgázként.

Összefoglalás
A hegesztéshez, vágáshoz használt ipari gázok, gázkeverék gyártása, a gyártás következtében kialakult minősége,
összetétele jelentősen befolyásolhatja a gyártott szerkezet minőségét, az alkalmazható technológiát. A 2007. szeptemberében megrendezett szakmai napon elhangzottak alapján az előző számban, ill. a fentiekben
foglaltuk össze a gázok legfontosabb tulajdonságait, gyártásuk alapjait, a biztonságos alkalmazásuk feltételeit.
A rendezvényen több elméleti előadás után, számos gyakorlati bemutatóval igyekeztünk feltárni, megértetni
a résztvevőkkel az egyes gáztermékek alkalmazásának legfontosabb szabályait, ismereteit.

Felhasznált előadások, bemutatók, szakirodalmak jegyzéke
Gyura László: Gázok, gázkeverékek gyártása és biztonságos alkalmazása hegesztés- és rokontechnológiákhoz
(1. rész), ACÉLSZERKEZETEK, 2008. V. évf. 1. szám. p 82–88.

Egyházi Tibor: A szén-dioxid előállítása és felhasználása. Szóbeli előadás, Dunaújváros, 2007.09.18
.
Gyura László: A gázellátáshoz kapcsolódó szolgáltatások. Szóbeli előadás, Dunaújváros, 2007.09.18.

Dr. Mohácsi Gábor: Palackos és vezetékes gázellátó rendszerek üzemeltetési problémái. Szóbeli előadás, Dunaújváros, 2007.09.18.

Sági Ferenc: A levegő-szétválasztás alapjai. Szóbeli előadás, Dunaújváros, 2007.09.18.

Tóth István: Palack-előkészítés, palacktöltés. Szóbeli előadás, Dunaújváros, 2007.09.18.

Veres Gábor: Acetilén, hidrogén, PB-gáz. Szóbeli előadás, Dunaújváros, 2007.09.18.

Angyal Károly: Hegesztő berendezések szárazjeges tisztítása. Gyakorlati bemutató, Dunaújváros, 2007.09.18.

Mérges Gábor: Ipari gázok biztonságos kezelése, tulajdonságai. Gyakorlati bemutató, Dunaújváros, 2007.09.18.

Reichardt László: Nagyteljesítményű égők beüzemelése, tűzoltási gyakorlatok. Gyakorlati bemutató, Dunaújváros,
2007.09.18.

Linde Gas: Acetilén. A leghatékonyabb égőgáz a lángtechnikában. Szakmai kiadvány, 2007

Hegesztés Biztonsági Szabályzat, 143/2004 GKM rendelet MSZ EN 439 Hozaganyagok hegesztéshez.

Védőgázok ívhegesztéshez és termikus vágáshoz Linde Gas: CRYOCLEAN technológia – tisztítás szárazjéggel. Szakmai kiadvány, 2007

(A szimpóziumon készült fotókat készítette Gyura László és dr. Mohácsi Gábor.)

 
 
 
     
 

 

Amennyiben a jövőben nem szeretne több tájékoztatást kapni e-mailben a Linde hegesztésieszközökről, kattintson
ide: Leíratkozás

 

 
Tartalomhoz tartozó címkék: Cikkek