Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Untersuchung und Weiterentwicklung des Lichtbogen-Druckluftfugen in Verbindung mit Senkung der Schadstoffemissionswerte

Kurzbezeichnung:

Schadstoffärmeres Lichtbogen-Druckluftfugen

Basierend auf vergleichenden Fugversuchen an ausgewählten Grundwerkstoffen, werden die Auswirkungen des Einsatzes einer im Aufbau geänderten Kohleelektrode auf den auszufugenden Grundwerkstoff sowie auf die Schadstoffemissionsentwicklung untersucht.

Kleinere Unternehmen haben hinsichtlich der anfallenden Kosten nicht die Zeit, um eigene Versuche durchführen zu können. Die Ergebnisse der Untersuchungen stellen produkt-, parameter- und prozessbezogene Auswirkungen auf die Fugengeometrie und deren metallurgische Randschichtveränderung dar. Die Fugenformen und Oberflächenqualitäten werden dabei mittels metallographischer Schliffe, Härtemessungen und Rasterelektronenmikroskopuntersuchungen bewertet. Vergleichende abschließende Reparaturschweißungen sollen Aufschluss auf die zu erwartende Schweißnahtqualität geben. Hierbei kommen ebenfalls zerstörende und zerstörungsfreie Prüfverfahren zum Einsatz. Ziel ist es, die Nachbearbeitung so weit wie möglich für den Anwender zu minimieren.

Eine parallel deutliche Verringerung der Entstehung von Rauchgasen und Schadstoffemissionswerten beim Fugen wäre eine wichtige Verbesserung der Arbeitsbedingungen für den Menschen und seiner Umwelt. Abschließend sollen die Erkenntnisse der Partikelemission in Zusammenarbeit mit der BG Holz und Metall in die zugehörigen Technischen Regeln für Gefahrstoffe (TRGS) eingepflegt werden, da das Lichtbogen-Druckluftfugen bisher dort keine Zuordnung findet, jedoch ebenso eine nicht zu verachtende Rauchgasentwicklung aufweist.

Weiterhin werden für den Anwender erstmalig prozesstechnische Grundlagen für eine fachgerechte Anwendung in Form einer Arbeitsanleitung geschaffen, um einen festgelegten Bereich wirtschaftlich auszuarbeiten und deren prozesstechnischen Vor- und Nachteile im Vorfeld abzuwägen. Dabei ist der persönliche Arbeitsschutz nicht zu vernachlässigen.

Ergebniszusammenfassung:

Die im Projekt durchgeführten Arbeiten haben gezeigt, dass deutliche positive Effekte durch den Einsatz der Al-Kern-Elektroden erreicht werden. Über die meisten Versuche war zu erkennen, dass die Prozessstabilität besser war sowie weniger Lichtbogenabrisse und ein stabileres Fugverhalten zu verzeichnen waren. Dies ließ sich auch an der Gleichmäßigkeit und glatteren Oberfläche der Fugen erkennen. Die Schadstoffemissionsmessungen ergaben sowohl in der Fume-Box als auch unter Werkstattbedingungen geringere Emissionsraten um ca. 40-60 %, was eine deutliche Verbesserung für das ausführende Personal, die Umweltbelastung und Filterstandzeiten von Absauganlagen darstellt. Argon erbrachte zwar glattere Fugenoberflächen und tendenziell mehr Abtragleistung, aber nur teilweise eine Verbesserung der Emissionsraten gegenüber Druckluft, sodass ein Einsatz sich aus Kostengründen nicht lohnt Die Ergebnisse der Schadstoffemissionsmessungen ermöglichen nun eine Verfahrenseinstufung nach BGI 593 in mindestens Emissionsklasse 3 (hohe Gesundheitsgefährdung), sodass danach geeignete Schadstoffabwehrmaßnahmen ergriffen werden können. Diese setzen sich aus technischen und persönlichen Schutzmaßnahmen zusammen.

In Auswertung der erzeugten Fugengröße unter variierender Prozessgrößen konnte keine negative Beeinträchtigung durch den Elektrodentyp festgestellt werden, aber eine Tendenz in der Fugenbreite und -tiefe. Zudem wurde am Werkstoff S355 nachgewiesen, dass die höheren Härtewerte allein durch die Abkühlbedingungen an der Fugenoberfläche hervorgerufen werden und nicht durch eine Aufkohlung. Unter Berücksichtigung der Mindestvorwärmtemperatur ist eine mechanische Nachbearbeitung der Fugen daher nicht zwingend notwendig. Ansonsten bedarf es maximal einer mechanischen Bearbeitung um die Fugen schweißgerecht zu gestalten.

Die Ergebnisse mit Hinweisen zur grundlegenden Prozessausführung und zu ergreifen Schutzmaßnahmen wurden in einer Arbeitsanleitung für den Anwender zusammengefasst.