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Verfahren und Vorrichtung zum Schweissen, Auftragen von Überzügen sowie zur Durchführung chemischer Reaktionen.
Es bestehen bereits mehere elektrische Schweissverfahren, u. zw. vorwiegend die elektrische Widerstandsschweissung, und dann die Lichtbogenschweissung. Letztere wird auf mannigfache Art ausgeführt.
Entweder wird mit Hilfe eines elektrisch leitenden Kohlenstabes ein Bogenlicht erzeugt und erfolgt die Zuführung des Schmelzgutes in Form eines Schmelzdrahtes, der beim Schweissen in den Lichtbogen gehalten wird, um dort zu schmelzen und abzutropfen und die Vereinigung der beiden zu schweissenden Metallstücke dadurch zu bewerkstelligen, oder aber es wird ein Metallstab direkt als Elektrode verwendet, der an der Schweissstelle durch die auftretende Bogenlichthitze zerfliesst und die Schweissnaht dadurch herstellt. Es können aber auch zwei Kohlenstäbe in V-Form in Stellung gebracht werden, die dann als Elektroden ein Bogenlicht erzeugen, das gegebenenfalls durch einen Elektromagneten gegen die Schweissstelle zur Ablenkung gebracht wird. Auch hier dient dann ein selbständiger Metallstab als Schmelzgut.
Die Kohlenstäbe können durch Stäbe oder Drähte aus z. B. Wolframmetall ersetzt sein.
Die vorhin geschilderten Verfahren haben gewisse Nachteile. Vor allem kann bei diesen der Einschluss von Oxydteilchen in die Schweissnaht nicht ganz oder nur sehr schwer verhindert werden. Auch ist die gleichmässige Zufuhr des Schmelzgutes mittels eines Metallstabes besonders bei Handschweissungen nicht leicht und stellt an die Geschicklichkeit des Schweissers gewisse Anforderungen.
Das Verfahren gemäss vorliegender Erfindung vermindert diese den bisherigen Verfahren noch anhaftende Mängel. Hier wird das Schweissgut bzw. Schmelzgut in feiner Verteilung als Pulver der Schweissnaht automatisch zugeführt, und es werden Oxydeinschlüsse vermieden, wodurch die Schweiss- naht eine Festigkeit von fast 100% aufweist und bei Verwendung geeigneten Metallpulvers schmiedbar erscheint.
Das Verfahren wird kurz wie folgt durchgeführt :
Aus einem Vorratsgefäss, das mit dem gewünschten Metallpulver für die Herstellung der Schweiss- naht gefüllt ist, fliesst gleichmässig durch die hohlausgebildete Elektrode dasselbe auf die zu verschweissende Stelle. Zwischen Werkstück und hohler Elektrode (Düse) fliesst elektrischer Strom, z. B. 10 Volt und 100 Ampere. Die Zündung erfolgt hier durch das gleichmässig ausfliessende Metallpulver, das gleichzeitig den elektrischen Widerstand bildet, wobei Lichtbogenbildung nebenbei in Erscheinung tritt, der das Arbeitsstück kräftig erwärmt. Das Schmelzgut selbst wird bei diesem Verfahren durch elektrische Widerstandserhitzung zum Schmelzen gebracht.
Um eine Oxidation des ausfliessenden Metallpulvers zu vermeiden, wird entweder gleichzeitig mit demselben ein indifferentes oder reduziertes Gas aus der Düse ausströmen gelassen oder es erfolgt das Ausströmen des Schutzgases rings um die Elektrodendüse aus einer konzentrisch angeordneten Ringdüse. Es kann aber auch das Schutzgas gleichzeitig zentral wie konzentrisch ausströmen gelassen werden.
Das Verfahren kann auch mit zwei Elektroden arbeiten, die V-Formstellung einnehmen. In diesem Falle kann das Werkstück elektrisch ungeladen gehalten sein, oder es kann bei Verwendung von Drehstrom als dritter Pol Verwendung finden.
Dem Metallpulvergemisch können auch pulverförmige Flussmittel, wie z. B. Borsäure oder Glaspulver, Chloride oder Fluoride, hinzugefügt werden. Es können aber auch reduzierend wirkende Metalle, wie z. B. Aluminium oder Magnesium oder ein Gemenge von solchen, beigefügt werden, die sich an der Nahtbildung nur wenig oder gar nicht beteiligen. Sie dienen bekannterweise als desoxydierende Mittel.
Sollen zwei Legierungsstücke miteinander durch Schweissen vereinigt werden, dann müssen natürlicherweise entsprechende Pulvermischungen zur Anwendung gelangen.
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Vorliegendes Verfahren kann auch dazu dienen, Risse und Sprünge in Metallgegenständen oder Höhlungen und Blasen in gegossenen Körpern zu beseitigen. Es können aber auch auf Metallstücke Erhöhungen oder Ergängungen durch Auftragen von geschmolzenem Metall oder Metallegierungen vorgenommen werden. Auch können ferner auf Metalle Schichten mit diesem Verfahren aufgebracht werden.
Das Verfahren und die Vorrichtungen hiezu können aber auch zur Durchführung elektrochemischer bzw. elektrothermischer Prozesse benützt werden.
Wird z. B. durch die Düse nicht reines Metallpulver, sondern ein Gemisch von z. B. Wolframsäure und Kohlepulver hindurchgeleitet, dann bildet sich auf der Unterlage metallisches Wolfram. Wird durch die Düse ein Gemisch von 93% Wolframmetall und 7% Kohlenstoff hindurchgeblasen, dann bildet sich auf der Auflage geschmolzenes oder gesintertes Wolframkarbid, je nach der angewandten Stromstärke. Es lassen sich demnach mit dem Verfahren auf recht einfache Weise recht mannigfaltige Reaktionen durchführen und Produkte herstellen. Das Verfahren bietet ferner die Möglichkeit, kontinuierlich zu arbeiten und daher kontinuierlich Produkte darzustellen.
Die düsenförmige Elektrode kann z. B. aus einem hohlen Kohlenstab gebildet sein oder aber aus einem hochschmelzendem Metall oder Karbid (Wolframkarbid). Wird ein niedriger schmelzendes Metall, wie z. B. Eisen, als Düsenmaterial verwendet, dann erweist es sich als nötig, die Elektrode in bekannter Weise zu kühlen und in die Düse ein nachschiebbares Rohr aus einem hochschmelzenden Metall einzulegen. Dieses Rohr ragt dann aus der Düse einige Millimeter hervor. Entsprechend dem Abbrande (Abnutzung) dieses Rohres (z. B. aus Wolfram) wird dasselbe zwangläufig oder von Hand aus nachgestellt.
Wie schon erwähnt erfolgt die Erhitzung bzw. Verflüssigung des aus der Düse fliessenden Metallpulvers durch elektrische Widerstandserhitzung, während die Vorwärmung des Arbeitsstückes teils durch die dabei entwickelte Wärme, teils durch den sekundär auftretenden Lichtbogen erfolgt.
In der beiliegenden Zeichnung sind drei bevorzugte Ausführungsformen von derartigen Vorrichtungen, u. zw. nur schematisch dargestellt. Fig. 1 betrifft eine Anordnung, bei der die Düse und das anschliessende Vorratsgefäss den einen elektrischen Pol bilden, während das Werkstück h mit dem andern Pole leitend verbunden ist. Die Düse ist wassergekühlt. Das Vorratsgefäss besitzt ein Sieb c, auf dem das Metallpulver b ruht. I ist ein Rohransatz am Behälter a, durch welches das Schutzgas einströmen gelassen wird. t bedeutet die Düse. d die hohle Elektrode. g zeigt das fallende Pulver, das, geschmolzen, später die Schweissfuge ausfüllt. In Fig. 2 sind zwei Vorratsgefässe und zwei Elektroden in Anwendung gebracht.
Da die Elektroden V-förmige Stellung einnehmen, stossen die beiden Metallpulverstrahlen am Scheitel eines Winkels zusammen, bilden dann den erforderlichen geschlossenen elektrischen Widerstand und leiten die Zündung ein. Die beiden Elektroden sind aneinander isoliert befestigt und bilden je einen gegensätzlichen Pol. Das Werkstück ist elektrisch ungeladen, im Gegensatze zur Anordnung nach Fig. 3, bei welcher Drehstrom verwendet wird und das Werkstück den dritten Pol bildet.
Während man bisher bei der Lichtbogenschweissung bei Verwendung von Kohleelektroden 45 Volt benötigte und bei Verwendung von Metallelektroden 20 Volt, genügen bei der Ausübung vorliegenden Verfahrens bei gleichem Elektrodenabstand bereits 5-10 Volt. Der Energieverbrauch ist deshalb hier viel geringer.
Zur Durchführung chemischer Reaktionen werden zweckmässig die Vorrichtungen gemäss Fig. 1, 2,3 in eine gasdichtschliessende Glocke eingebaut (Fig. 4) und durchströmt die Glocke ein geeignetes Schutzgas, z. B. Wasserstoffgas. An den Vorratsbehältern kann auch ein mechanischer oder elektrischer Klopfmechanismus angebracht werden, um einen mehr regelmässigen Auslauf der Pulvermischung aus der Düse herbeizuführen.
Zweckmässig wird die Düse der Elektrode nicht direkt zur Stromleitung nach der gegenüberliegenden Elektrode (Werkstück) über das fliessende Metallpulver benützt, da sie sich bald abnützen würde, sondern es wird in die düsenförmige Öffnung der Elektrode ein Rohr aus Wolfram, Molybdän, Tantal od. dgl. eingeführt. Dieses Rohr übernimmt dann selbständig oder im Kontakt mit der Elektrode bzw. Düse die Stromführung. Entsprechend dem Abbrande wird sie z. B. von Hand aus nachgeschoben bzw. aus der Elektrode stets um etwa 2-3 mm herausragend gestellt. An Stelle dieses Rohres kann auch ein dünner Stab aus dem gleichen Material treten. In diesem Falle umgibt diesen herausziehbaren Stab (als Elektrode) eine ringförmige Düse, aus der das Metallpulver und das Schutzgas ausströmt.
Bei dieser Anordnung kann die ringförmige Düse auch aus einem geeigneten nichtleitenden Material, z. B. Sinterkorund, bestehen.
Die Vorrichtung nach vorliegender Erfindung für Handschweissungen kann sehr handlich gestaltet sein. Für eine derartige Ausführung kann das Vorratsgefäss sehr klein, zur Aufnahme von nur wenigen hundert Gramm Pulver, gehalten sein, da dasselbe ja immer leicht nach Erschöpfung seines Inhaltes gefüllt werden kann.
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