(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (13) (51) T3 Int.Cl. B23K 35/38 ( ) B23K 9/32 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 2013/02 EP B1 (54) Tytuł wynalazku: Urządzenie do zasilania gazem ochronnym do łączenia łukowego (30) Pierwszeństwo: DE (43) Zgłoszenie ogłoszono: w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 2005/51 (45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: Wiadomości Urzędu Patentowego 2013/05 (73) Uprawniony z patentu: Linde AG, München, DE (72) Twórca(y) wynalazku: PL/EP T3 THOMAS AMMANN, München, DE (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Mirosława Ważyńska JAN WIERZCHOŃ & PARTNERZY BIURO PATENTÓW I ZNAKÓW TOWAROWYCH SP.J. ul. Żurawia 47/ Warszawa Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 15818/13/P-RO/MW EP Opis Urządzenie do zasilania gazem ochronnym do łączenia łukowego [0001] Wynalazek dotyczy urządzenia do zasilania gazem ochronnym, do zasilania na miejsce stanowisk pracy, obejmującego zasobnik ciekłego argonu, zapas helu i zapas mieszaniny wstępnej gazu domieszkowego, przy czym zasobnik ciekłego argonu jest połączony przewodami z co najmniej jednym stanowiskiem pracy. [0002] Pojęcie łączenia łukowego obejmuje zarówno znane od dawna spawanie łukowe, jak też zyskujące ostatnio na znaczeniu lutowanie łukowe w osłonie gazu ochronnego. Poza tym, do łączenia łukowego należy także łączenie tworzyw różnego rodzaju, w którym jedno tworzywo jest topione, natomiast drugie tylko ogrzewane. [0003] Przy spawaniu łukowym pod osłoną gazu ochronnego przeważającą częścią gazu ochronnego są gazy obojętne. Najczęściej stosowanym w spawaniu w osłonie gazu ochronnego gazem obojętnym jest argon. Przez dodanie do argonu helu poprawia się bilans cieplny gazu ochronnego w łuku świetlnym i w metalu ciekłym, przez co w zależności od tworzywa uzyskuje się głębsze wtopienie, lepsze odgazowanie i lepsze zwilżenie. Przez to z helem uzyskuje się wyższe prędkości spawania. W przypadku spawania tworzyw na bazie niklu, a także w przypadku stali Cr-Ni efekt spawania poprawia często dodanie wodoru. Do pożądanej poprawy w różnych przypadkach prowadzi także dodanie azotu lub mieszaniny azotu z wodorem do argonu lub mieszanin argonu z helem. Tak też dodanie azotu jest często korzystne w przypadku austenitycznej struktury tworzywa. Jednak przy spawaniu lub lutowaniu tworzyw mieszaninami gazów obojętnych-redukujących lub obojętnych-trudno reagujących często występują mimo dostosowanego do zadania spawalniczego doboru mieszaniny gazów zaburzenia procesowe. W celu ich wyeliminowania do mieszanin gazów obojętnych-redukujących lub obojętnych-trudno reagujących dodaje się niewielkie ilości gazów czynnych, mieszaniny gazów są domieszkowane. Domieszkowanie odbywa się w zakresie mniejszym niż jeden procent, w tzw. zakresie vpm. Dobrze znane jest na przykład domieszkowanie gazów obojętnych przez CO 2, O 2, NO lub N 2 do spawania tworzyw aluminiowych. Domieszkowanie gazu ochronnego do spawania przez CO 2 lub O 2 do tworzyw na bazie niklu jest opisane w EP Znane jest także i opisane w EP domieszkowanie przez CO 2 lub O 2 przy lutowaniu łukowym. Zastosowanie domieszkowanej, zawierającej wodór mieszaniny gazów jest opisane w EP Domieszkowane, zawierające azot mieszaniny gazów do spawania łukowego są opisane w WO 02/ Przez domieszanie gazu domieszkowego poprawia się stabilność łuku świetlnego, a także wygląd spoiny jest wysokiej jakości. Jednocześnie unika się niepożądanego utlenienia obrabianego przedmiotu. [0004] Podsumowując należy powiedzieć, że dobre efekty spawania można uzyskać tylko w przypadku zastosowania zoptymalizowanej pod kątem zadania spawalniczego mieszaniny gazu ochronnego. Przy tym kompozycja mieszaniny gazu ochronnego jest dokładnie

3 - 2 - dostosowana do tworzywa, właściwości materiału spawanego, stabilności łuku świetlnego i prędkości spawania. Dlatego jest wiele różnych mieszanin gazu ochronnego. [0005] Aby więc można było wykorzystywać optymalną mieszaninę gazu ochronnego, musi być ona udostępniana urządzeniu spawalniczemu w wystarczająco dużej ilości. Zwykle mieszanina gazu ochronnego o większej ilości składników jest mieszana finalnie u dostawcy gazów i dostarczana do konsumenta gazu w butlach gazowych. Konsument gazu może wówczas stosować gotową mieszaninę gazów bez dodatkowych etapów roboczych. Jednak wadą tego rozwiązania jest konieczność dostarczania konsumentowi gazu dużych ilości gazu. Wiąże się to z wysokimi nakładami zwłaszcza przy zużyciu gazu. Ponieważ przez skraplanie objętość argonu ulega wielokrotnej redukcji, zwykle dostarcza się i przechowuje duże ilości gazu w stanie ciekłym. Potrzebną ilość gazu pobiera się w postaci odparowanej cieczy. Dlatego konsumenci hurtowi zazwyczaj zaopatrują się w argon ciekły. W konsekwencji gotowa mieszanina gazu jest dla konsumenta hurtowego w praktyce uciążliwa zwłaszcza w porównaniu do zaopatrzenia w argon ciekły. [0006] Inną możliwością otrzymywania potrzebnej mieszaniny gazu ochronnego jest dla konsumenta gazu mieszanie gazu we własnym zakresie na miejscu. Trzeba stwierdzić, że wadą technik mieszania na miejscu jest to, że wytwarzanie mieszanin kilkuskładnikowych jest bardzo kompleksowe i trudne, dlatego często wytwarza się mieszaniny gazów o wadliwych udziałach objętościowych, dające wadliwe efekty spawania. W przypadku kiedy konsument gazu potrzebuje mieszanin gazów o udziałach objętościowych poniżej jednego punktu procentowego, do których należy zaliczyć domieszkowane mieszaniny gazu ochronnego, mieszanin tych nie można wytwarzać przy pomocy powszechnie dostępnych w handlu mieszalników, ponieważ przy użyciu powszechnie dostępnych w handlu mieszalników można wytwarzać tylko mieszaniny o udziale objętościowym składników wynoszącym co najmniej jeden procent. Natomiast mieszaniny gazu domieszkowanego można wytwarzać tylko przy pomocy mieszalników precyzyjnych, należących do elementów specjalnych i bardzo drogich. Poza tym mieszalniki precyzyjne są bardzo podatne na błędy. [0007] EP opisuje sposób mieszania gazów o różnej przewodności cieplnej. Dzięki temu sposób możliwe jest wytwarzanie domieszkowanej mieszaniny gazu ochronnego. Opisana tam technika mieszania umożliwia dokładne udostępnianie udziałów objętościowych także o niewielkiej ilości punktów procentowych. [0008] EP podaje sposób wytwarzania mieszaniny gazu ochronnego z argonu ciekłego i wstępnej mieszaniny gazów. Argon ciekły jest odparowywany i w postaci gazowej mieszany ze wstępną mieszaniną gazów, składającą się z gazu domieszkowego, występującego we wstępnej mieszaninie gazów w odpowiednio wyższym stężeniu niż w gotowej mieszaninie gazu ochronnego oraz z helem i/lub argonem. [0009] JP ujawnia sposób wytwarzania mieszaniny gazu ochronnego do spawania łukowego, w którym mieszaninę gazu ochronnego miesza się na miejscu przy pomocy kilku butli gazowych.

4 - 3 - [0010] Udostępnianie dostosowanych do zadania spawania lub lutowania mieszanin gazu ochronnego w dużych ilościach nie jest jednak rozwiązane zadowalająco pod względem technicznym i realizacji w praktyce. Szczególnie nie ma prostego i nieskomplikowanego sposobu umożliwiającego zastosowanie dostarczanego argonu ciekłego do wytwarzania specjalnej, domieszkowanej mieszaniny gazu ochronnego. [0011 Podstawowym zadaniem wynalazku jest podanie na stanowisko pracy urządzenia do zasilania gazem ochronnym, rozwiązującego wymienione wcześniej problemy i cechującego się szczególnie wysoką elastycznością. [0012] Rozwiązaniem zadania jest urządzenie do zasilania gazem ochronnym według zastrzeżenia 1. [0013] Oddzielne udostępnianie składników umożliwia wykorzystywanie obok gotowej mieszaniny gazu ochronnego także poszczególnych składników i produktów pośrednich. Tak wybrane stanowiska pracy mogą być zasilane argonem w postaci gazowej bezpośrednio z zasilania argonem ciekłym, a kolejna grupa stanowisk pracy może być zasilana mieszaniną argonu i helu, pozyskiwaną przez mieszanie argonu i helu w postaci pary. Wreszcie trzecia grupa stanowisk pracy jest zasilana gotową mieszaniną gazu ochronnego z argonu, helu i wstępnej mieszaniny gazu domieszkowanego w postaci pary. Poza tym istnieje także możliwość zasilania stanowisk pracy mieszaniną gazów z argonu w postaci pary i wstępnej mieszaniny gazu domieszkowego. Taką elastyczność w wytwarzaniu mieszanin gazu ochronnego na miejscu umożliwia tylko wynalazek. Umożliwi to udostępnianie zoptymalizowanej mieszaniny gazu ochronnego dla każdego stanowiska pracy i do każdego zadania spawalniczego. Co więcej, skoro argon, mający ilościowo największy udział, pobierany jest w tym wynalazku z zasilania argonem ciekłym, można wykorzystać wszystkie zalety zasilania argonem ciekłym. Ponadto w przypadku zasilania argonem ciekłym do otrzymania optymalnej mieszaniny gazu ochronnego potrzebne są tylko mieszalniki. Jako szczególną zaletę należy tu podkreślić, że do wytworzenia mieszaniny gazu ochronnego wystarczają powszechnie dostępne w handlu mieszalniki dwóch lub trzech składników, mimo że domieszkowanie mieszaniny gazu ochronnego dotyczy zakresu vpm. Domieszkowane mieszaniny gazu ochronnego muszą być zwykle wytwarzane ze względu na niewielkie dodawane ilości gazu domieszkowego krytycznie. Ponieważ gaz domieszkowy jest składnikiem wstępnej mieszaniny gazu domieszkowego, stosunki mieszania wymagające w wynalazku dopasowania mieszczą się w zakresie procentowym i w konsekwencji mogą być zupełnie bezproblemowo dopasowane przy pomocy powszechnie dostępnych w handlu mieszalników. [0014] Korzystnie hel i mieszaninę gazu domieszkowego dodaje się oddzielnie. Ten sposób postępowania zapewnia bardzo wysoką elastyczność przy minimalnych nakładach. Jeżeli a ten wariant realizacji należy traktować jako korzystny najpierw zmiesza się argon w postaci pary z helem a następnie mieszaninę argonu i helu z mieszaniną wstępną gazu domieszkowego, do dyspozycji jako gaz ochronny jest czysty argon, mieszanina argonu i helu i domieszkowana mieszanina gazu ochronnego Jeżeli najpierw zmiesza się argon z mieszaniną wstępną gazu domieszkowego, a następnie tę mieszaninę z helem, do dyspozycji

5 - 4 - jako gaz ochronny jest argon, domieszkowany argon i domieszkowana mieszanina argonu i helu. W kolejnym wariancie realizacji mieszanie argonu, helu i mieszaniny wstępnej gazu domieszkowego przeprowadza się w mieszalniku trzech składników. Dodatkowo istnieje możliwość oddzielnego dodawania na wybranych stanowiskach pracy odpowiednio helu lub mieszaniny wstępnej gazu domieszkowego i dopasowania różnych udziałów helu lub różnych stężeń gazu domieszkowego. W gotowej mieszaninie gazu udział helu wynosi korzystnie od 5 do 70% obj., szczególnie korzystnie od 10 do 50% obj. i szczególnie korzystnie od 15 do 30% obj. Przy pomocy wszystkich wariantów realizacji wytwarza się na miejscu, w nieskomplikowany sposób, domieszkowaną mieszaninę gazu ochronnego i jednocześnie dzięki wynalazkowi uzyskuje się bardzo wysoką elastyczność, umożliwiającą udostępnianie do poszczególnych zadań spawalniczych optymalnej kompozycji gazu ochronnego. Wysoka elastyczność jest korzystna szczególnie przy udostępnianiu gazu ochronnego dla różnych stanowisk pracy z różnymi zadaniami spawalniczymi. Często w jednym zakładzie trzeba zasilać stanowiska pracy, wypełniające różne zadania spawalnicze, a przy tym wyposażone w różne urządzenia spawalnicze. I tak domieszkowane mieszaniny gazu ochronnego są szczególnie korzystne na stanowiskach pracy, na których połączenia spawane wykonują roboty, natomiast na stanowiskach pracy, na których spawanie odbywa się ręcznie, jako gaz ochronny często preferuje się argon. Obok tego kryterium na dobór gazu ochronnego mają także wpływ tworzywo i właściwości przedmiotu obrabianego. [0015] W innym korzystnym wykonaniu hel i mieszaninę wstępną gazu domieszkowego dodaje się przy pomocy mieszalnika trzech składników. Także w tym wykonaniu wynalazku hel i mieszanina wstępna gazu domieszkowego są na miejscu dostępne oddzielnie. Do wytworzenia domieszkowanej mieszaniny gazu ochronnego wystarcza tylko jeden powszechnie dostępny w handlu mieszalnik. Nie jest do tego potrzebny mieszalnik precyzyjny. Dzięki temu prosto można zasilać jedne stanowiska pracy argonem w postaci pary, a inne stanowiska pracy domieszkowaną mieszaniną gazu ochronnego. [0016] Szczególnie korzystne jest dodawanie dzięki mieszaninie wstępnej gazu domieszkowego do mieszaniny gazu ochronnego gazu domieszkowego i co najmniej kolejnego składnika. Dzięki wynalazkowi łatwo powstaje wieloskładnikowa, domieszkowana mieszanina gazu ochronnego, przy czym poszczególne udziały objętościowe cechują się bardzo dużą elastycznością. Gotowa mieszanina gazu ochronnego zawiera kolejny składnik o udziale objętościowym od 1 do 8% obj., korzystnie od 1,5 do 5% obj., szczególnie korzystnie od 1,8 do 3% obj. [0017] Jako kolejny składnik korzystnie stosuje się wodór i/lub azot. Tak wytwarza się szczególnie korzystne domieszkowane mieszaniny gazu ochronnego, obejmujące hel, argon i wodór względnie azot. [0018] W korzystnym wykonaniu jako gaz domieszkowy stosuje się gaz lub mieszaninę gazów NO, N 2, O 2 lub CO 2. Dzięki tym gazom domieszkowym uzyskuje się szczególnie dobre efekty spawania i lutowania.

6 - 5 - [0019] Korzystnie stosuje się mieszaninę gazu domieszkowego, zawierającą gaz domieszkowy o stężeniu od 0,005 do 10% obj., korzystnie od 0,1 do 5% obj., szczególnie korzystnie od 1 do 3% obj. Przy tych stężeniach w mieszaninie wstępnej gazu domieszkowego wytwarza się gotowe mieszaniny gazu ochronnego o oczekiwanych stężeniach gazu domieszkowego. W gotowej mieszaninie gazu ochronnego stężenia gazu domieszkowego mieszczą się w zakresie od 10 do vpm, korzystnie w zakresie od 50 do 1000 vpm. [0020] W korzystnym wykonaniu wynalazek stosuje się do wytwarzania mieszaniny gazu ochronnego do tworzyw wysokostopowych i tworzyw na bazie niklu. Przy łączeniu łukowym tych tworzyw szczególnie korzystne są domieszkowane, wieloskładnikowe mieszaniny gazu ochronnego. Te mieszaniny gazu ochronnego są także odpowiednie zwłaszcza do stali specjalnych i stali odpornych na korozję. Dlatego stosowanie wynalazku jest szczególnie korzystne przy obróbce tych tworzyw. [0021] Dzięki wynalazkowi zasila się co najmniej jedno stanowisko pracy wyłącznie argonem w postaci pary i co najmniej jedno stanowisko pracy mieszaniną gazu ochronnego. Dzięki temu wykorzystuje się zalety dotyczące elastyczności. [0022] Poza tym korzystnie co najmniej jedno stanowisko pracy jest zasilane mieszaniną argonu i helu. Wykorzystanie mieszaniny argonu i helu jest istotną zaletą, jaką zapewnia wytwarzanie gazu ochronnego według wynalazku. [0023] Odnośnie urządzenia zasilającego gazem ochronnym rozwiązanie zadania polega więc na tym, że zbiornik (1) argonu ciekłego jest połączony przez doprowadzenia zawierające co najmniej jeden mieszalnik (4, 5) zawierający co najmniej jedno kolejne stanowisko (14, 15) pracy, przy czym mieszalnik/mieszalniki (4, 5) jest/są połączony/połączone ze zbiornikiem (1) argonu ciekłego, zapasem (2) helu i zapasem (3) mieszaniny wstępnej gazu domieszkowego. Urządzenie zasilane gazem ochronnym według wynalazku wykazuje wymienione wyżej zalety w przypadku stanowisk pracy o różnych zadaniach spawalniczych. Korzystnie zbiorniki i zasobniki są wykonane następująco: zbiornik z argonem ciekłym, jeden lub dwa pojemniki z helem i jedna lub dwie butle gazowe z mieszaniną wstępną gazu domieszkowego. Podwójne wyposażenie w pojemniki i butle umożliwia kontynuację zasilania stanowisk pracy również przy wymianie zasobników. [0024] W korzystnym wykonaniu doprowadzenia zawierające mieszalnik wyposażone są w mieszalnik trzech składników. W tym wykonaniu możliwe jest doprowadzanie w prosty sposób do jednych stanowisk pracy argonu w postaci pary, a do innych stanowisk pracy domieszkowanej mieszaniny gazu ochronnego. [0025] W innym korzystnym wykonaniu doprowadzenia zawierające mieszalnik są wyposażone w dwa mieszalniki (4, 5), przy czym strona zasilania pierwszego mieszalnika (4) jest połączona przewodami ze zbiornikiem (1) argonu ciekłego i zapasem (2) helu, a strona poboru pierwszego mieszalnika (4) z co najmniej jednym kolejnym stanowiskiem (11, 12, 13) pracy i przy czym strona zasilania drugiego mieszalnika (5) jest połączona ze stroną poboru pierwszego mieszalnika (4) i zapasem (3) mieszaniny wstępnej gazu domieszkowego, a strona

7 - 6 - poboru drugiego mieszalnika (5) z co najmniej jednym kolejnym stanowiskiem (14, 15) pracy. Tutaj ujawnia się wysoka elastyczność urządzenia według wynalazku zasilającego gazem ochronnym. Jedne stanowiska pracy są przyłączone do zbiornika argonu ciekłego, inne stanowiska pracy otrzymują mieszaninę argonu i helu, a trzecia grupa stanowisk pracy otrzymuje domieszkowaną mieszaninę gazu ochronnego. [0026] Wynalazek bliżej objaśniono poniżej na podstawie przykładowów przy pomocy figur. W związku z tym przedstawiono: Figura 1 przykładowe wykonanie urządzenia według wynalazku w hali produkcyjnej o większej ilości stanowisk pracy. [0027] Figura 1 ukazuje symbolicznie zbiornik argonu ciekłego 1, zapas helu 2, zapas mieszaniny wstępnej gazu domieszkowego 3, dwa mieszalniki 4 i 5 i doprowadzenia do dziesięciu stanowisk pracy od 6 do 15. Pobrany ze zbiornika argonu ciekłego 1 argon w postaci gazowej jest doprowadzany do stanowisk pracy od 4 do 10. Dalej argon w postaci gazowej jest doprowadzany do strony zasilania mieszalnika 4. Do strony zasilania mieszalnika 4 jest także przyłączony zapas helu 2. W mieszalniku powstaje mieszanina argonu i helu, potrzebna na stanowiskach pracy od 11 do 13. Ze strony poboru mieszalnika 4 mieszanina argonu i helu jest kierowana do stanowisk pracy 11 do 13. Mieszanina argonu i helu zasila także drugi mieszalnik 5. Do drugiego mieszalnika 5 kierowana jest także mieszanina wstępna gazu domieszkowego z zapasu 3 mieszaniny wstępnej gazu domieszkowego i mieszanina argonu i helu i mieszanina wstępna gazu domieszkowego są wmieszane w mieszaninę gazu ochronnego, konieczną na stanowiskach pracy 14 i 15. Z mieszalnika 5 gotowa mieszanina gazu ochronnego jest doprowadzana do stanowisk pracy 14 i 15. [0028] Mieszaninami gazów wytworzonymi według wynalazku są na przykład domieszkowane tlenem lub tlenkiem węgla mieszaniny argonu i helu o następujących udziałach objętościowych: 300 vpm tlenu i 2% wodoru w 15% lub 30% helu i reszta argon, lub 550 vpm tlenku węgla i 2% wodoru w 30% helu i reszta argon. Jako mieszaniny wstępne gazu domieszkowego stosuje się na przykład 2,75% tlenku węgla w wodorze lub 1,4% tlenu w wodorze. Gotowe mieszaniny gazu ochronnego są optymalne do spawania łukowego, ponieważ zapewniają dobry wygląd spoin, uniknięcie utleniania, dobre wtopienie, dobre odgazowanie i dobre zwilżenie. Sporządziła i zweryfikowała Mirosława Ważyńska Rzecznik patentowy

8 - 7 - Zastrzeżenia patentowe 1. Urządzenie do zasilania gazem ochronnym na miejsce stanowisk (6-15) pracy obejmujące zbiornik ciekłego argonu (1), zapas helu (2) i zapas mieszaniny wstępnej gazu domieszkowego (3), przy czym zapas argonu ciekłego jest połączony przewodami z co najmniej jednym stanowiskiem (6-10) pracy, znamienne tym, że zbiornik argonu ciekłego (1) jest połączony doprowadzeniami zawierającymi co najmniej jeden mieszalnik (4, 5) z co najmniej jednym kolejnym stanowiskiem pracy (14, 15), przy czym mieszalnik/mieszalniki (4, 5) jest/są połączony/połączone ze zbiornikiem argonu ciekłego (1), zapasem helu (2) i zapasem mieszaniny wstępnej gazu domieszkowego (3). 2. Urządzenie do zasilania gazem ochronnym według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że doprowadzenia zawierające mieszalnik są wyposażone w mieszalnik trzech składników. 3. Urządzenie do zasilania gazem ochronnym według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że doprowadzenia zawierające mieszalnik są wyposażone w dwa mieszalniki (4, 5), przy czym strona zasilania pierwszego mieszalnika (4) jest połączona przewodami ze zbiornikiem argonu ciekłego (1) i z zapasem helu (2), a strona poboru pierwszego mieszalnika (4) z co najmniej jednym kolejnym stanowiskiem pracy (11, 12, 13), przy czym strona zasilania drugiego mieszalnika (5) jest połączona ze stroną poboru pierwszego mieszalnika (4) i zapasem mieszaniny wstępnej gazu domieszkowego (3), a strona poboru drugiego mieszalnika (5) z co najmniej jednym kolejnym stanowiskiem pracy (14, 15). Sporządziła i zweryfikowała Mirosława Ważyńska Rzecznik patentowy

9 - 8 -