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Verfahren zum Brennsehneiden, Schweissen und Wärmen mit elektrischem Lichtbogen.
Es ist bekannt, eine Elektrode zur Vorwärmung eines durch Sauerstoffstrahl zu durchschneidenden Metallstückes zu verwenden, wobei die Elektrode auf dem Werkstück schleift und die Erwärmung der Berührungsstelle durch den Übergangswiderstand stattfindet. Der örtlich eng begrenzte Teil der Ober- fläche wird auf solche Temperatur gebracht, dass der Sauerstoffstrahl die Verbrennung des Metalls einleiten kann. Das Stromschleifstück kann gleichzeitig als Düse für den Sauerstoff ausgebildet sein und durch fliessendes Wasser gekühlt werden.
Die Erfahrung hat nun gezeigt, dass es in vielen Fällen schwierig ist, das Schleifstüek, durch das ein Strom von einigen hundert Ampere auf das Werkstück übergeht, und insbesondere die Düsenöffnung rein zu halten, und dass die Abnützung in vielen Fällen unerwünscht gross ist. Eingehende Versuche haben die Möglichkeit ergeben, mit einem viel kleineren Strom zu arbeiten, wenn die wassergekühlte Kupferelektrode dauernd in einem kleinen Abstand vom Werkstück erhalten wird, so dass ein Lichtbogen entsteht und der Lichtbogen magnetisch beeinflusst wird.
Es ist zwar bekannt, dass man mit dem elektrischen Lichtbogen sowohl ohne als mit Verwendung eines Sauerstoffstrahles Metalle schneiden kann. Mit beiden Verfahren konnten aber keine glatten Schnittflächen erzielt werden, so dass sie mit den durch ein Sauerstoff-Azetylen-Gemisch erreichbaren Schnitten nicht wettbewerbsfähig waren. Als Elektrode für das Schneiden mit dem Lichtbogen wurde bisher eine Kohle oder ein Eisendraht verwendet. Die Anwendung einer Elektrode und daneben einer Sauerstoffdüse hat naturgemäss, besonders beim Schneiden von Kurven und Ecken, erhebliche Nachteile gegenüber einer einzigen Düse (beim Azetylen-Sauerstoff-Schneiden), aus der gleichzeitig die Flamme und der Sauerstoffstrahl entweicht.
Eingehende Versuche, die angestellt wurden, um Düse mit Elektrode zu vereinigen, haben zunächst zu Misserfolgen geführt. Wurde als Elektrode eine durchbohrte Kohle genommen, durch deren Bohrung der gepresste Sauerstoff zugeleitet wurde, so fand unter der Einwirkung des Sauerstoffes ein so rascher Abbrand der Kohle statt, dass das Schneiden ganz unwirtschaftlich wurde. Dasselbe erfolgte bei Verwendung von durchbohrtem Eisendrath, wobei sich noch der Nachteil ergab, dass die Düsenöffnung sich leicht verlegte.
Erfindungsgemäss wird eine wassergekühlte Elektrode aus unmagnetischem Metall, vorzugsweise Kupfer, verwendet und der Lichtbogen durch eine stromdurchflossene Spule beeinflusst. Man verwendet als Träger der magnetischen Kraftlinien beispielsweise eine als Wassergefäss dienende äussere Eisenhülse mit konisch zulaufendem Ende und einer Bohrung, durch die ein als Elektrode dienender Kupferstab durchgeht, entweder verlötet oder verschiebbar, wobei geeignete Dichtung angewendet wird. Über die Eisenhülse ist eine Spule geschoben, die entweder in Reihe mit dem Lichtbogen oder an eine beliebige Stromquelle geschaltet ist und die Richtung des Lichtbogens in gewünschter Weise beeinflusst.
Der Durchfluss des Kühlwassers zwischen Hülse und Elektrode kann so getroffen werden, dass auch die Magnetspule wirkungsvoll gekühlt, eventuell auch bei geeigneter Isolierung unmittelbar vom Wasser bespült wird, so dass hohe Stromdichte angewendet werden kann und die Spule selbst als Beruhigungswiderstand für den Lichtbogen dient. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein durchbohrter Kupferstab verwendet, der gleichzeitig als Sauerstoffdüse dient.
Versuche mit gebohrten Rundkupferstäben von 5 bis über 15 mm Aussendurchmesser und mit Eisenhülsen, die durch Spulen von 100 bis über 3000 Ampere- windungen magnetisiert waren, haben gezeigt, dass man mit einer Lichtbogenspannung von wenig über 20 Volt und Strömen von 30 bis über 100 Amp. genügende Wärmewirkung auf Platten von 10 bis 40 mm
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Stärke erhielt, so dass der Sauerstoffstrahl eine glatte Schnittfläche ergab und der gekühlte Kupferstab nirgends stark angegriffen wurde.
Gegenüber dem Schneiden mit Brenngas hat das geschilderte Verfahren den Vorzug der Giftfreiheit und Freiheit von Explosionsgefahr. Ein technologischer Vorteil gegenüber dem Vorwärmen mit Brenngas besteht darin, dass es wegen der hohen Temperatur des Lichtbogens möglich ist, mit dem Lichtbogen den Schnitt mitten in einer Platte zu beginnen, während dies mit einer Gasflamme nicht erzielt werden kann, und es dort notwendig ist, den Schnitt entweder vom Rand aus oder von einem mechanisch gebohrten Loch aus zu beginnen.
Die Spannung und Stromstärke, die notwendig sind, kann von einer gewöhnlichen für Lichtbogenschweissung'verwendeten Dynamomaschine abgegeben werden, was einen grossen praktischen Vorteil bietet. Es ist daher in einer für Elektroschweissen eingerichteten Schweisswerkstatt nicht notwendig, einen besonderen Transformator oder eine besondere Dynamomaschine für das Schneiden zu installieren.
In manchen Fällen mag es zweckmässig sein, die Sauerstoffdüse von der Lichtbogenelektrode zu trennen, z. B. dort, wo die Düse von Autogenschneidapparaten unmittelbar verwendet werden soll. Auch in diesem Fall bringt die Verwendung der wassergekühlten Kupferelektrode mit magnetischer Richtung des Lichtbogens den Vorteil der geringeren Abnutzung der Elektrode und des verhältnismässig stabilen Lichtbogens.
Die Verwendung einer flüssigkeitsgekühlten Elektrode nach der Erfindung kann auch-ohne Sauerstoff-mit grossem Vorteil zur Anwärmung von Werkstücken im allgemeinen und zum elektrischen Schweissen verwendet werden. Der Lichtbogen, der keinerlei Kohlenstoffteilchen enthält, wirkt in vielen Fällen günstiger, als der Kohlelichtbogen. Die Kühlung ist so intensiv, dass trotz der intensiven Hitze des Lichtbogens nur eine ganz dünne Schichte an der Elektrode erwärmt wird, so dass ein Abschmelzen nur in unbedeutendem Mass eintritt. Während beim Schweissen und Schneiden mit Drahtelektrode der Abbrand mehrere Meter und bei Kohlenelektroden mehrere Zentimeter in der Stunde beträgt, brennt eine gekühlte Elektrode nach der Erfindung erst in vielen Brennstunden um einen Millimeter ab.
Von besonderer Wichtigkeit ist dies bei maschinellem Arbeiten, wo die Unterbrechung der Arbeit beim Auswechseln der Elektroden nicht nur einen Ausfall an Arbeitsquantum, sondern auch Ausschuss ergibt.
Die magnetische Blasspule, die die gekühlte Elektrode beeinflusst, kann in ihrer Stellung und in ihrer Windungszahl so gewählt werden, dass der Lichtbogen eine verbreiterte Basis erhält, so dass nicht eine intensive Erwärmung des Werkstückes auf einem Fusspunkt des Lichtbogens, sondern eine geringere Erwärmung auf einer breiteren Grundfläche vorgenommen wird, etwa so, wie man sie sonst mit einer Flamme aus einem brennbaren Gas und Sauerstoff erreicht. Es ist deshalb möglich, die Elektrode nach der Erfindung ohne Gefahr des Verbrennens für Anwärmen und Ausglühen eines Werkstückes zu verwenden.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Verfahren zum Brennschneiden, Schweissen und Wärmen mit elektrischem Lichtbogen, gekennzeichnet durch Verwendung einer flüssigkeitsgekühlten Elektrode aus unmagnetischem Metall, vorzugsweise Kupfer.