Témata
Reklama

Čistota technických plynů

Technické plyny, aniž bychom si to často uvědomovali, ovlivňují téměř všechna průmyslová odvětví. Využívají se ve strojírenství, elektrotechnice, sklářském a hutním průmyslu, při čištění odpadních vod nebo kalibraci analytických přístrojů v laboratořích či v potravinářství při konzervaci potravin a sycení nápojů. Pro život jsou důležité medicinální plyny, které pomáhají zachraňovat lidské životy v lékařství.

Základní pojmy čistoty

Možná si také kladete otázku, čím jsou všechny tyto plyny odlišné. Jaký je vlastně rozdíl mezi kyslíkem pro řezání plamenem a kyslíkem pro laser? Kde je hranice mezi oxidem uhličitým pro nápoje a pro hasicí přístroje? Odpověď zdaleka není jednoduchá, i když jednoduše zní: v čistotě. Čistota je hranicí rozdělující plyny do skupin technických, potravinářských a medicinálních. Čistota je ale také faktorem ovlivňujícím cenu a užitnou hodnotu technických plynů. V definici čistoty bývá obvykle obsah nečistot uváděn v jednotkách ppm. Jde o výraz pro jednu miliontinu ppm (parts per million). Obdobně jako procento (jedna setina) či promile (jedna tisícina) se používají pro znázornění poměru jedné části vůči celku. Například 1% = 10 000 ppm, nebo 1 ‰ = 1000 ppm. Způsob značení čistoty plynů je uveden v tabulce. V dalším textu si uvedeme příklady různých aplikací jednotlivých technických plynů.
Reklama
Reklama
Reklama

Kyslík

Nejsledovanější nečistotou v kyslíku je vlhkost. Pro standardní kyslík 2.5 je obvyklá míra vlhkosti 30 ppm, zatímco u čistšího kyslíku 3.5 je hodnota vlhkosti více než 3x nižší. Obecně platí, že přítomnost molekuly vody v procesním plynu při řezání laserem snižuje celkovou účinnost procesu. Další nečistotou v kyslíku bývá dusík. Ten je sice inertní, takže na první pohled by nemusel "vadit", ovšem obecně platí, že čím více je inertního - tedy reakcí se nezúčastňujícího plynu -, tím menší oxidační účinek procesní atmosféra má, a je tedy, zjednodušeně řečeno, méně aktivní.
Technický kyslík standardní s čistotou 2.5 se používá například pro běžné autogenní aplikace, tedy tepelné dělení s hořlavými plyny, nahřívání plamenem a pájení plamenem. Pro tyto aplikace je čistota kyslíku 2.5 dostačující a použití čistšího produktu by samozřejmě sice bylo možné, ale nepřineslo by ve výsledku žádný markantní rozdíl v kvalitě či produktivitě.
Kyslík 3.5 (tzv. laserový kyslík) se používá zejména pro technologie s vyšší koncentrací energie na jednotku plochy, tedy například pro plazmové a laserové tepelné dělení. V tomto případě však použití čistšího produktu má za následek zvýšení kvality řezu či zvýšení řezných rychlostí. Vliv čistoty kyslíku je patrný z obrázku.

Argon

Základní a často hlavní nečistotou v argonu je kyslík. U technického argonu čistoty 4.6 se obsah O2 pohybuje pod 5 ppm a u argonu 4.8 je limit nastaven jen na 3 ppm kyslíku. Vlhkost je další sledovanou nečistotou u argonu.
Technický argon 4.6 představuje běžnou čistotu na trhu s technickými plyny. Používá se nejčastěji jako ochranná atmosféra pro metody svařování elektrickým obloukem (technologie MIG a TIG).
Technický argon 4.8 je běžná čistota plynu dodávaného firmou Air Products. Základní použití této ochranné atmosféry je shodné s argonem čistoty 4.6, ovšem čistší argon 4.8 je možné použít i na oxidačně reaktivnější materiály, jako jsou barevné a neželezné kovy, například měď nebo titan. Lepší výsledky vykazuje také svařování hliníkových slitin v argonu 4.8. Tento čistší argon se dále využívá i jako ochranná atmosféra při svařování nekonvenčními metodami, například plazmou či laserem.
Argon 5.2 Premier je plyn s vyšší čistotou, který se používá pro speciální aplikace, například pro plynovou chromatografii. Ve vysoce čistých argonech jsou obsahy sledovaných nečistot až řádově nižší než u argonu 4.8. Argon 5.2 Premier tak obsahuje max. 2 ppm vody a max. 4 ppm dusíku. Nevyšší v současnosti dodávanou kvalitu představuje Argon BIP Plus 6.6, u kterého je maximální obsah H2O 0,02 ppm, O2 max. 0,01 ppm a N2 max. 0,3 ppm.

Dusík

Nečistotami u dusíku se rozumí opět kyslík a vlhkost.
Technický dusík 4.6, což je běžná čistota, se používá nejčastěji jako ochranná inertní atmosféra ve slévárenství, sklářství, balení potravin, vinařství, ale také například pro huštění pneumatik. Dusíkem se formuje kořen při svařování u materiálů, které nejsou náchylné na tvorbu nitridů. Dusík se používá také k nitridaci povrchů při tepelném zpracování ocelí.
Technický dusík 4.8 je běžná čistota plynu dodávaná firmou Air Products. Základní použití dusíku 4.8 se opět prolíná s aplikacemi dusíku 4.6, je ale vhodný i pro citlivější procesy, jako například řezání korozivzdorných ocelí laserem. Nižší obsahy kyslíku a vody v této čistotě také zaručují menší poškození spotřebních dílů u dusíkové plazmy.
Dusík 5.2 Premier je plyn s vyšší čistotou. Používá se pro speciální aplikace, například jako rezonátorový plyn pro plynové CO2 lasery. Použití dusíku o nižších čistotách by zde mělo za následek nejen nižší výkon laserového generátoru, ale především by mohlo způsobit poškození laserového zdroje, jehož následná oprava je velmi nákladná. Maximální obsahy nečistot v dusíku 5.2 jsou 2 ppm H2O, 3 ppm kyslíku. Nejčistější v současnosti dodávaný dusík BIP Plus 6.8 obsahuje maximálně 0,02 ppm H2O a pouze 0,01 ppm kyslíku.

CO2

Technický oxid uhličitý 2.5 představuje běžnou čistotu na trhu s technickými plyny a používá se např. pro aplikace vytvrzování slévárenských forem, dále jako ochranná atmosféra při obloukovém svařování či pro plnění hasících přístrojů, případně také jako médium pro cementaci ocelí.
Oxid uhličitý 4.5 JE plyn s vyšší čistotou. Používá se pro speciální aplikace, například jako rezonátorový plyn pro plynové CO2 lasery.

Medicinální a potravinářské plyny

Plyny určené pro lékařské a medicinální účely jsou definovány českým a evropským lékopisem. Důraz v jejich čistotě je kladen především na zdraví škodlivé látky. Například u medicinálního kyslíku není hlavním problémem znečištění dusíkem nebo argonem, ale obsahy oxidu uhelnatého, případně oxidu uhličitého jsou pečlivě sledovány. Dalším z možných znečištění medicinálních a potravinářských plynů je biologická kontaminace.

Další způsoby znečištění

Při použití vysoce čistých plynů musíme dbát také na další možné zdroje znečištění. Není možné používat čisté plyny s nevhodným příslušenstvím jako poškozené nebo zkorodované rozvody, poškozené a nevhodné hadice. Toto znečištění obvykle zaviněné uživatelem mnohdy může mnohonásobně přesáhnout maximální povolené limity pro jednotlivé plyny. Vysoká čistota plynu je pak zbytečně degradována vadným příslušenstvím nebo technologickou nekázní. Například rozvody argonu je nutno po takovém selhání opětovně inertizovat, došlo-li k jejich odtlakování.
Tomáš Zmydlený, Marek Janata, Hynek Tymrák
Tabulku a graf, vztahující se k tomuto článku, naleznete v tištěné podobě časopisu.
060445
Air Products
//www.airproducts.cz/
zmydlet@apci.cz
Reklama
Vydání #4
Kód článku: 60445
Datum: 12. 04. 2006
Rubrika: Trendy / Spojování a dělení
Autor:
Firmy
Související články
Harmonizace ve svařování

Mezinárodní harmonizace norem a pravidel pro svařování je důležitá z mnoha důvodů. Primárním důvodem je skutečnost, že svařování je považováno za "zvláštní proces" (EN ISO 9001), při kterém nelze zcela zjistit jakost po skončení procesu inspekcí, ale jakost musí být sledována před i v průběhu celého procesu svařování.

Laserová technologie Platino pro každého

Nová verze fiber laseru Platino od italského výrobce Prima Power je jeden z nejúspěšnějších produktů z celého portfolia společnosti. 2D laser postavený na více než konsolidované platformě ze syntetického granitu má na kontě více než 2 000 instalací po celém světě. Stroj byl vybaven a aktualizován důležitými technologickými inovacemi, které přispívají k tomu, že je ještě rychlejší, spolehlivější a produktivnější.

Revoluce ve svařování laserem

Nejnovější technologie firmy Trumpf BrightLine Weld pro pevnolátkové lasery umožňuje svařování s nízkým rozstřikováním při rychlostech pohybu, které lze v dnešní době dosáhnout pouze pomocí CO2 laserů. BrightLine Weld umožňuje svary s částečným průvarem pro svařence s přenosem síly nebo svary s úplným průvarem pro svařování trubek a profilů. Tato technologie umožňuje výrazné zvýšení produktivity a energetické účinnosti. Vysoce kvalitní svarové švy se projevují vysokou mechanickou pevností vyrobených dílů. Minimalizované rozstřikování snižuje znečištění obrobku, upínacích zařízení a rovněž optiky. Výsledkem je zkrácení prostojů stroje, méně oprav dílů, vysoká životnost pracovní optiky a následkem toho podstatné snížení nákladů.

Související články
Aktuální možnosti v laserovém svařování

Laserové svařování lze v dnešní době považovat za velice moderní technologii. Vysoké svařovací rychlosti, štíhlý svar a z toho plynoucí výhody jsou pozitiva, která umožnila začlenění této metody do progresivních výrobních technologií. Tento článek si klade za cíl představit aktuální možnosti laserových svařovacích technologií.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Autogen, plazma či laser?

Ať ve strojírenském, elektrotechnickém, potravinářském, chemickém či důlním průmyslu, nebo ve stavebnictví, zemědělství a mimo jiné také při výrobě dekoračních předmětů, tam všude nacházejí uplatnění CNC stroje pro termické dělení materiálů.

Řezání vysokým tlakem

Pro řezání drobných a kompletních tvarů kombinovaných (složených) materiálů nebo oceli používá řada podniků řezání vysokoenergetickým kapalinovým paprskem s abrazivem. Na trhu jsou nyní nabízeny tři rozdílné stroje, od základního modelu až po vysoce rychlostní variantu.

Oscilující paprsek laseru pracuje přesněji

Univerzálním nástrojem naší doby je laser, kterým je možné bezdotykově opracovávat téměř všechny materiály. Ještě lépe a přesněji se podaří materiály řezat nebo gravírovat, když paprsek laseru kmitá.

Metody spojování využívající principy plastické deformace

Součástí automobilů je množství nejrůznějších dílů, k jejichž výrobě se používají různé technologické procesy a široké spektrum materiálů. Technologie jako svařování, lepení a mechanické spojování jsou obvykle používány ke spojování jednotlivých dílů během montáže automobilu. Ačkoliv je technologie svařování velmi rozšířená, může svou podstatou ovlivňovat celkovou kvalitu spojovaných částí, jejich přesnost a spolehlivost. Vynaložená energie a síla potřebná pro spojování je při použití lepení nebo mechanických spojů vždy nižší než při svařování. Přitom stále rostou požadavky na vyšší stupeň deformace, produktivitu práce a na nižší náklady spojovacích operací.

Nová generace polovodičových laserů s diamantovým sendvičem

Vědci z univerzity ve Stuttgartu ukázali cestu pro novou generaci polovodičových laserů. Tyto mají být zejména výkonnější a použitelné v nových oblastech. Lasery jsou založeny na diamantovém sendviči.

Trhací nýty pro vysoké zátěže

Strukturální trhací nýty jsou ideální alternativou ke svařování nebo šroubovému spojení. Bezpečně a rychle se instalují a nabízejí značné výhody z hlediska smyku, tahu a dynamického zatížení. Použití strukturálních trhacích nýtů M-Lok při montáži rámů strojů a strojních součástí umožnilo firmě Zahoransky zkrátit jejich výrobní časy.

Tvoříme historii vodního paprsku

Každá investice do podniká je spojena s velkým očekáváním. Jistou dávku důvěryhodnosti ve správnou investice může dávat také historie firmy i samotné technologie. Technologie řezání vysokotlakým vodním paprskem Flow slaví v tomto roce již 50 let, resp. 40 let v případě abrazivního vodního paprsku.

Vplyv ochrannej atmosféry pri zváraní hliníkových zliatin

Ľahké neželezné kovy ako hliník, horčík, titán a ich zliatiny, ktoré sú používané najmä v automobilovom, leteckom a kozmickom priemysle, musia spĺňať vysoké a často protichodné nároky ako je napríklad dostatočná pevnosť pri zachovaní vysokej ťažnosti alebo dobrá korózna odolnosť. Inak povedané, využívajú sa tam, kde ich náhrada dostupnejšími materiálmi nie je možná. Na zváranie materiálov z ľahkých neželezných kovov je potrebné použiť takú technológiu zvárania, ktorá bude ich vlastnosti degradovať čo najmenej. Celý rad štúdií a doterajších praktických skúseností ukazujú, že väčšina problémov vznikajúcich pri konvenčnom zváraní oblúkovými metódami môže byť potlačená použitím laserového lúča.

Inovovaná fiber laserová centra

Dnešní výrobci plechových dílů vyžadují vysoce flexibilní, efektivní a inteligentní řešení. Nové inovace ve výrobě vláknového laseru Prima Power byly navrženy a vyvinuty tak, aby splňovaly tato očekávání. Platino Fiber Evo je nejnovější verzí platformy Platino s více než 2 000 instalací po celém světě, vylepšenou o důležité technologické inovace.

Nové úkoly v technologii vodních paprsků

Jednou za dva roky pořádá Oddělení desintegrace materiálů Ústavu geoniky Akademie věd ČR konferenci o technologii vysokorychlostních vodních paprsků. Letos organizátoři pro své setkání vybrali nádherné a inspirativní prostředí Lednicko-Valtického areálu, zapsaného do seznamu světového a kulturního dědictví UNESCO. V pořadí již pátá konference této série přitáhla pozornost mnoha zahraničních a tuzemských odborníků.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit