David Gailey

Sich den harten Realitäten unserer derzeitigen Wirtschaft zu stellen, kann eine Herausforderung sein.  In einer Branche, in der jeder Cent zählt, ist es für Manager, Ingenieure und Schweißer äußerst wichtig, alle Prozesse auf mögliche Kosteneinsparungen hin zu untersuchen und die notwendigen Änderungen so schnell wie möglich umzusetzen.  Ein Blick auf die Gasanlagen bei Schweißanwendungen kann mit sehr geringen Investitionen zu erheblichen Kosteneinsparungen führen.  Darüber hinaus kann eine sorgfältige Analyse der Schutzgasausrüstung sehr lohnend sein.

Kennen Sie Ihren Prozess

Zuallererst sollten Sie den Prozess genau kennen.  Wie viel Gas wird benötigt, um eine angemessene Schweißnaht zu erzeugen?  Viele Schweißverfahren sind extrem verschwenderisch, wenn es um die Einstellung des Schutzgasdurchsatzes geht.   Die Kosten für Schutzgas sind eines der teuersten Elemente in jedem Schweißverfahren. Wie schwierig ist es für Schweißer, höhere Durchflussmengen als erforderlich oder empfohlen einzustellen?  Die meisten Gerätehersteller bieten Durchflusskontrollgeräte oder Zubehör an, die auf einen Höchstwert eingestellt werden können, so dass keine übermäßigen Durchflussraten verwendet werden können.

Außerdem führen zu hohe Schutzgasdrücke und -ströme zu Turbulenzen im Gas, wodurch Oxide und Nitride in die Schweißnaht gezogen werden. Die meisten Schweißer und Schweißanwendungstechniker sind immer noch nicht mit den auf dem Markt befindlichen Schutzgassparvorrichtungen wie dem Harris Inert Gas Guard^® (IGG) vertraut, mit denen Gas eingespart werden kann, indem der mit jedem Abzug verbundene Gasanstieg vermieden wird.  Diese Geräte gibt es schon seit mindestens 20 Jahren, aber sie scheinen nie viel Aufmerksamkeit zu bekommen, bis es zu einem Kosteneinsparungszwang oder einem wirtschaftlichen Abschwung kommt, bei dem man versucht, Verschwendung zu vermeiden und versteckte Kosten aufzudecken.

Wie sie funktionieren

Ihr Funktionsprinzip ist sehr einfach: Sie reduzieren den Leitungsdruck, um den durch den Druckaufbau im Leerlauf des Prozesses verursachten Gasstoß zu beseitigen.  Die meisten Durchflussregelgeräte, die mit Schutzgasen verwendet werden, egal ob aus einer Flasche oder einem Bulk-System, sind für einen Nenneingangsdruck von etwa 20 bis 30 psig ausgelegt.  Anwendungen, die reines Kohlendioxid verwenden, können mit einem Druck von bis zu 50 psig arbeiten.  Das bedeutet, dass bei jeder Aktivierung des Schweißbrenners an der Schweißdüse ein Anfangsdruck von 20 bis 30 bzw. 50 psig herrscht.  Dieser hohe statische Druck bewirkt, dass eine große Menge Gas aus der Düse austritt, wenn der Abzug des Schweißbrenners betätigt wird.

Um ein quantitatives Bild davon zu erhalten, nehmen wir Folgendes an: 1) für den Schweißprozess werden 35 scfh Argon benötigt, 2) der stromaufwärts installierte und an die Schweißmaschine angeschlossene Durchflussmesser hat einen Kalibrierdruck von 20 psig.  Durch einen typischen Gasverteiler können bei diesen Einstellungen anfängliche Durchflussraten leicht 180 scfh Argon erreichen oder sogar überschreiten.  Obwohl die Durchflussrate schnell abnimmt, wenn der Leitungsdruck auf atmosphärische Bedingungen abfällt, entspricht dies immer noch mehr als dem Fünffachen der für die Schweißanwendung erforderlichen Durchflussrate.  Dies geschieht bei jedem Abzug.  Es ist nicht ungewöhnlich, dass bei manchen Anwendungen 200 bis 300 Abzüge pro Stunde erfolgen, was die Menge des verschwendeten Gases exponentiell erhöht.

Machen Sie sich ein Bild von den Zahlen

Es sind einige Berechnungen erforderlich, um zu verstehen und zu erkennen, wie hoch die potenziellen Gaseinsparungen sein können.  Die Harris Products Group hat ein webbasiertes Programm eingeführt, das wichtige Parameter ermittelt und bei der Berechnung des Schutzgasverlustes hilft.

Das Programm ist hier zu finden. Bevor Sie beginnen können, müssen Sie einige Informationen sammeln. Das Programm verlangt vom Benutzer die Eingabe folgender Daten:

1. der Innendurchmesser und die Länge des Rohrs oder Schlauchs, der vom Durchflussmesser zum Drahtvorschubgerät führt

2. Statischer Druckaufbau; dies ist in der Regel der Druck, der auf dem Kugelrohr-Durchflussmesser aufgedruckt ist.  Er wird normalerweise nicht höher als 50 psig sein (bei Durchflussmessgeräten muss eventuell eine physische Messung vorgenommen werden).

3.Wie hoch ist der Druck in der Leitung, während das Gas strömt; wir sollten davon ausgehen, dass dieser Druck sehr niedrig ist, etwa 3 oder 4 psig.

4. wie viele Abzugsvorgänge pro Stunde bei dem Verfahren ungefähr anfallen

5. die Kosten für 100 Kubikfuß Schutzgas (zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Dokuments kostete Argon bei einem örtlichen Anbieter 21,33 $ pro 100 Kubikfuß)

Das Harris-Programm gibt dem Benutzer eine Schätzung der Gasmenge, die für eine Schweißstation verbraucht wird.  Dieser Rechner kann für jede einzelne Station verwendet werden, um ein genaueres Bild davon zu erhalten, wie viel Gas in der gesamten Anlage verloren geht.  Als Beispiel sehen Sie unten die folgenden Variablen mit den geschätzten jährlichen Einsparungen, wenn ein Harris-Gassparer (#3000328) verwendet wird.

• Länge des Schlauchs - 12 Fuß
• Innendurchmesser des Schlauchs - 3/16"
• Statischer Leitungsdruck - 20 psig
• Fließender Leitungsdruck - 3 psig
• Anzahl der Abzugsvorgänge pro Stunde - 175
• Kosten für 100 Kubikfuß Gas - $21,33
• Jährliche Einsparungen = $218,76
  
  Typische Einrichtung mit Harris-Durchflussregler und Inertgasschutz am Auslass installiert.

Die Einzelhandelskosten für den Harris-Gassparer sind deutlich geringer als die geschätzten jährlichen Einsparungen und ergeben bei diesen Parametern eine durchschnittliche Rendite von etwa 115 % pro Schweißstation über drei Jahre.  Das Berechnungsprogramm berücksichtigt keine Leckagen im System oder variable Eingaben, die nicht genau ermittelt werden.  Gasleckagen in einer großen Rohrleitungsanlage können zahlreich sein und bleiben oft unbemerkt oder werden ignoriert, bis die Gaskosten bewertet und Maßnahmen zur Kostensenkung erforscht werden.

Hüten Sie sich vor Herstellern, die kleine Inline-Drosselblenden als Schutzgas-Sparvorrichtungen verkaufen.  Diese Vorrichtungen führen lediglich zu einem Druckabfall an der Düse.  Unter statischen Bedingungen steigen die Drücke immer noch höher als nötig, und es wird nur eine symbolische Gaseinsparung erzielt.  Wenn diese Vorrichtungen nicht an der richtigen Stelle installiert werden, können auch keine nennenswerten Gaseinsparungen erzielt werden.  Die einzige Möglichkeit, den Schutzgasanstieg wirksam zu beseitigen, besteht darin, eine Druckregulierungsvorrichtung in das Gassystem einzubauen.

Alles überprüfen

Nachdem die unmittelbare Notwendigkeit, an jeder Schweißstation Schutzgas einzusparen, behoben ist, sollten Manager und Ingenieure die Schwachstellen der gesamten Anlage überprüfen. Druckgasgeräte wie Durchflussmesser, Regler, Schläuche, Schnellkupplungen usw., die üblicherweise zur Steuerung des Drucks und des Durchflusses von Schutzgasen bei MSG- und WIG-Verfahren verwendet werden, können ebenfalls eine Quelle für Gasleckagen sein, wenn sie nicht regelmäßig gewartet und ausgetauscht werden.  Vorbeugende Wartungsverfahren sollten auch sicherstellen, dass die Ausrüstung nicht über ihre erwartete Lebensdauer hinaus verwendet wird.  Wenden Sie sich an den Hersteller, um zu erfahren, wie oft die Geräte inspiziert und/oder ausgetauscht werden sollten.

Wie lange sollten Gasdruck- und Durchflussregelgeräte unter normalen Betriebsbedingungen ordnungsgemäß funktionieren? Was gilt als raue Betriebsumgebung?  Welche Tests sollten in die Wartungspläne aufgenommen werden?  Diese Fragen werden den Herstellern von den Verbrauchern immer wieder gestellt, wenn es um die Wartung und Lebensdauer von Druckgasanlagen geht.  Leider sind die Antworten unterschiedlich und etwas kompliziert.

Nehmen wir den Kunden "A".  Dieser Kunde verbraucht eine Argonflasche pro Monat und setzt den Durchflussmesser einmal pro Woche unter Druck, um in einem Gebäude, in dem Temperatur, Feuchtigkeit und andere Umweltfaktoren kontrolliert werden, etwa 20 Minuten lang zu schweißen.  Dieser Regler kann 10 Jahre oder länger halten, ohne dass größere Komponenten überholt oder ausgetauscht werden müssen.  In der Tat hört die Harris Products Group häufig von Kunden, die denselben Harris-Regler seit den 1940er Jahren ohne Probleme verwenden, aber das sind Extremfälle.  Im Gegensatz dazu steht Kunde "B", der einen Argon/Kohlendioxid-Durchflussregler mehrere Stunden am Tag auf einer Bohrinsel an der Golfküste von Mississippi einsetzt.  Aufgrund der salzhaltigen Luft und der rauen Umgebung auf und um eine Bohrinsel kann dieser Regler bereits nach drei Monaten eine größere Überholung oder einen Austausch benötigen.  Da die Anwendungen für Druckgasgeräte so vielfältig sind, ist die Lebenserwartung unterschiedlich und proportional zur Gasversorgung und der Umgebung, in der das Gerät eingesetzt wird.

Alle Druckgassysteme, einschließlich der Rohrleitungen, Geräte, Schläuche und Armaturen, sollten routinemäßig auf Lecks überprüft werden, um die Integrität des Systems zu gewährleisten.  Bei Durchflussmessern, Reglern, Schläuchen und Armaturen sind handelsübliche Lecksuchgeräte für Flüssigkeiten am effizientesten, um zu prüfen, ob Gas in die Atmosphäre entweicht.  Bei Rohrleitungen kann es praktischer sein, eine statische Leitungsprüfung mit einem Druckmessgerät an verschiedenen Stellen durchzuführen, um festzustellen, ob Leckagen vorhanden sind.  Der wichtigste Punkt ist, dass diese Gassysteme nicht ignoriert werden können und oft die Ursache für übermäßige Schutzgaskosten sind.  Dichtheitsprüfungen an Gasreglern und Schläuchen sollten bei jeder Einrichtung oder mindestens zweimal pro Woche durchgeführt werden, während Prüfungen an Rohrleitungen einmal im Monat erfolgen sollten.

Wenn diese Schritte umgesetzt und praktische Programme zur vorbeugenden Wartung eingeführt werden, können Kosteneinsparungen bei Schutzgas erzielt werden.

David Gailey ist Manager für Spezialprodukte bei der Harris Products Group, A Lincoln Electric Co. Er ist seit 27 Jahren bei Harris tätig und war früher Vorsitzender des CGA-Ausschusses für industrielle Gasgeräte