1. Vymezení použitých pojmů.

Při popisu kontroly a hodnocení spotřeby kysličníku uhličitého jsou použity určité pojmy, jejichž obsah je vymezen takto:

• Technologická spotřeba CO₂ je definována na úrovni přípojky svářečského pracoviště a rozumí se jí množství plynu technologicky bezpodmínečně nutné pro spolehlivou ochranu svařovacího oblouku a tavné lázně v průběhu svařovacího procesu, ale i těsně před ním a po něm. Obvykle se předepisuje a měří v l.min^-1, není v ní však započítaná spotřeba na předfuk a dofuk plynu.
• Výrobní spotřeba CO₂ je celkové množství kysličníku uhličitého, které odebere dílna, resp. závod v průběhu určitého přesně definovaného období a prokazatelně spotřebuje na vrub výroby v tomto období. Obvykle se udává v kg.
• Technologická spotřeba svařovacího drátu je definována na úrovni svářečského pracoviště a rozumí se jí množství drátu technologicky bezpodmínečně nutné pro vytváření předepsaného svarového spoje. Obvykle se udává nepřímo ve formě průměru drátu a svařovacího proudu.
• Výrobní spotřeba svařovacího drátu je celkové množství drátu, které odebere dílna, resp. závod v průběhu určitého přesně definovaného období a prokazatelně spotřebuje na vrub výroby v tomto období. Obvykle se udává v kg.
• Měrná technologická spotřeba CO₂ je technologická spotřeba plynu vztažená na jednotku technologické spotřeby svařovacího drátu za stejný čas. Udává se v kg.kg^-1.
• Měrná výrobní spotřeba CO₂ je výrobní spotřeba plynu vztažená na jednotku výrobní spotřeby svařovacího drátu za stejné období. Udává se v kg.kg^-1.

2. Určování a měření technologické spotřeby kysličníku uhličitého.

Technologická spotřeba CO₂ se určuje specifikací postupu svařování (WPS) s ohledem na typ spoje, velikost svařovacího proudu a průměr svařovacího drátu, a to v l.min^-1. Na spotřebu má ovšem vliv i svářeč.

Podle literatury i zkušeností se pro svařování běžných ocelí uvádí technologická spotřeba CO₂v rozmezí ca 10 až 15, ale až 20 l.min^-1 podle tloušťky materiálu a velikosti svaru. Při tloušťkách do 2 mm i jen ca 8 l.min^-1.
Lze přijmout doporučení, že při použití svařovacího drátu o průměru 1,2 mm a svařovacím proudu ca 200 A, což je velmi časté pracovní pásmo, by technologická spotřeba neměla být vyšší než 15 l.min^-1.

Nejjednodušší nastavování a měření technologické spotřeby CO₂ je při použití redukčních ventilů s průtokovým plovákovým měřidlem, které je přímo cejchované v l.min^-1.V tomto případě může svářeč i svářečský dozor průběžně kontrolovat stav.

Horší situace je u centrálních rozvodů kysličníku uhličitého, kde odběrní místa svářečských pracovišť jsou často vybavena redukčními ventily s odměrnou dýzou a průtokové měřidlo je nahrazeno manometrem ukazujícím tlak před dýzou a tedy technologickou spotřebu jen nepřímo. Tento způsob není už ve svém principu dostatečně instruktivní. Při statistické kontrole pomocí průtokového měřidla se obvykle zjistí velký rozptyl nastavených hodnot s průměrnou spotřebou převážně nad uvedenými směrnými hodnotami.

Jestliže má být technologická spotřeba CO₂ optimální a přitom skutečně ekonomická, je nutné, aby všechna svářečská pracoviště byla vybavena redukčními ventily s průtokoměry, a pokud to není možné, tak je třeba pracoviště dovybavit příložnými průtokoměry, které se při nastavování průtoku přikládají k plynové hubici svařovacího hořáku (jsou ke koupi a jejich orientační cena je asi Kč 100,-).

Výsledkem kontrolních měření je technologická spotřeba CO₂ v l.min^-1, resp. v g.min^-1.

Poznámky:

• Podle tabulek má CO₂ hustotu 1,9766 kg.m^-3, takže pro převod na kg možno použít koef. 2.
• Pokud je průtokoměr cejchován pro směsný plyn (80% Ar + 20% CO₂) s výpočtovou hustotou 1,8224 kg.m^-3, je pro přesný výpočet nutno naměřené hodnoty vynásobit převodním koeficientem 0,9602 (druhá odmocnina poměru hustota směsný plyn/hustota CO₂).
  Rozdíl mezi čtením a skutečností je však pouze -4%, což je zanedbatelná hodnota.

3. Určování a měření technologické spotřeby svařovacího drátu.

Technologická spotřeba svařovacího drátu je normálně určena v specifikaci postupu svařování (WPS) předpisem průměru drátu a velikosti svařovacího proudu. Pro náš záměr porovnávání se tyto hodnoty přímo nehodí a nutno je převést na kg, resp. g za jednotku času při určité velikosti svařovacího proudu.

Pro převod se nejlépe hodí starší rovnice určující rychlost tavení drátu (v_d) v závislosti na svařovacím proudu (I), sestavené na základě empirických měření:

• Drát průměr 0,6 mm
  v_d (m.min^-1)= 0,883 + 0,00073.I + 0,000836.I²...I (A)
• Drát průměr 0,8 mm
  v_d (m.min^-1) = 1,02 + 0,154.I + 0,000269.I² .... I (A)
• Drát průměr 1,0 mm
  v_d (m.min^-1) = 2,793 - 0,0179.I + 0,000229.I² .... I (A)
• Drát průměr 1,2 mm
  v_d (m.min^-1) = 3,5 - 0,242.I + 0,000154.I² ... I (A)
• Drát průměr 1,6 mm
  v_d (m.min^-1) = -0,378 + 0,0101.I + 0,0000268.I² ... I (A)
• Drát průměr 2,0 mm
  v_d (m.min^-1) = -0,107 + 0,00562.I + 0,0000124.I² ...I (A)

Výsledkem tohoto výpočtu je technologická spotřeba svařovacího drátu v g.min^-1.

4. Závěrečné vyhodnocení technologické a výrobní spotřeby kysličníku uhličitého.

Pro závěrečné vyhodnocení jsou k dispozici z měření, výpočtu a z výkazů tyto údaje:

• Technologická spotřeba CO₂ v g.min^-1 pro jeden nebo několik v provozu běžných svarových spojů.
• Technologická spotřeba svařovacího drátu v g.min^-1 pro stejné svarové spoje jako u technologické spotřeby CO₂.
• Výrobní spotřeba CO₂ v kg za delší přesně definované období.
• Výrobní spotřeba svařovacího drátu v kg za stejné období jako CO₂.

Z uvedených dat se dá odvodit:

• Měrná technologická spotřeba CO₂ v kg na 1 kg technologické spotřeby drátu jako podíl prvých dvou hodnot.
• Měrná výrobní spotřeba CO₂ v kg na 1 kg výrobní spotřeby svařovacího drátu jako podíl druhých dvou hodnot.

Jaké závěry lze očekávat a kdy je hodnotit jako přiměřené?

V provoze se nejčastěji užívá svařovací drát průměr 1,2 mm a svařovací proud ca 200 A. Při těchto parametrech vychází měrná technologická spotřeba CO₂ ca 0,75 kg.kg^-1. Směrem k nižším svařovacím proudům a menším průměrům drátu se bude mírně zvyšovat, směrem k vyšším průměrům a proudům mírně snižovat. V této hodnotě však nejsou zahrnuty doprovodné technologické spotřeby CO₂, zejména předfuk a dofuk plynu a různé manipulační spotřeby spojené s činností svářeče. Tyto spotřeby je možno jen odhadnout a upravit vypočtenou měrnou spotřebu směrem nahoru.

Je možno učinit závěr, že výsledná měrná technologická spotřeba kysličníku uhličitého by neměla být vyšší než 0,9 až 1 kg na 1 kg technologické spotřeby svařovacího drátu.

A jak posoudit měrnou výrobní spotřebu CO₂, která bude určitě vyšší než měrná technologická spotřeba?

Ztráty kysličníku uhličitého spojené s jeho vnitropodnikovým skladováním a distribucí samozřejmě budou a zcela zabránit jim nelze. Jejich nevyhnutnou velikost můžeme opět jen odhadnout, a to nejlépe ve vztahu k měrné technologické spotřebě.

Jestliže připustíme, že tyto ztráty mohou být do 10%, což určitě není málo, pak měrná výrobní spotřeba CO₂ by neměla být vyšší než 1,1 kg na 1 kg výrobní spotřeby svařovacího drátu.

Pokud skutečně zjištěná výrobní spotřeba kysličníku uhličitého je vyšší nebo dokonce výrazně vyšší než uvedené hodnoty, je třeba se vážně zabývat příčinami. Po přechodu na směsný plyn, které řada podniku plánuje, by to znamenalo veliké finanční ztráty.

(Jaromír Lukášek)