<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren und Vorrichtung zum Überziehen oder Schweissen mit
Hilfe eines Lichtbogens Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überziehen oder Schweissen von festen Körpern aus elektrisch leitfähigen oder nicht leitfähigen Materialien mit Hilfe eines Lichtbogens.
Im Stammpatent Nr. 215262 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überziehen oder Schweissen mit Hilfe eines Lichtbogens beschrieben, bei welchem der Lichtbogen zwischen einer sich nicht verbrauchenden axial in einer Düse angeordneten Stabelektrode und einer Gegenelektrode errichtet und zusammen mit einem Gasstrom in einen Durchlass eingeführt und die sich daraus entladende heisse Ausströmung gegen den zu bearbeitenden Körper gerichtet wird, wobei ein den Lichtbogen verengender Durchlass verwendet wird, dessen feste Wände einen lichten Querschnitt aufweisen, welcher enger ist, als der Querschnitt eines äquivalenten, nicht begrenzten Lichtbogens gemessen im selben Abstand vom Ende der Stabelektrode, und wobei der Lichtbogen und der Gasstrom, welche in den Durchlass eintreten darin zu einem einheitlichen Plasma vereinigt werden,
das nach der Entladung eine Ausströmung von verstärkter Hitze, Richtungsstabilität und Bündelung ergibt.
Die Erfindung schafft nun eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens nach dem StammpatentNr. 215262, die dadurch gekennzeichnet ist, dass zusätzlich eine verbrauchbare Elektrode verwendet wird, die von der Seite durch die Düsenwand in einen in der Düse befindlichen Teil des Lichtbogenstrahls vorgeschoben wird und der Lichtbogen zwischen der Stabelektrode und einer entgegengesetzt gepolten, aus dem verbrauchbaren Draht oder dem verbrauchbaren Draht und einem darunter liegenden Werkstück bestehenden Elektrodenanordnung erzeugt wird.
Im Stammpatent wird bereits vorgeschlagen, einen als Gegenelektrode geschalteten, schmelzbaren Draht ausserhalb der Düse quer in die Ausströmung einzuführen.Der auf hoherTemperatur befindliche Lichtbogenstrahl schmilzt diese Drahtelektrode rasch und verwandelt das schmelzflüssige Metall in einen feinen Sprühregen von Tröpfchen, die auf dem darunter liegenden Werkstück abgelagert werden und dort einen an dem Werkstück anhaftenden Überzug bilden oder eine Schweissrille ausfüllen.
Wenn das Werkstück in den elektrischen Stromkreis eingeschaltet ist, wird die den Sprühregen aufnehmende Fläche zur Antikathode für den Lichtbogen, so dass an der Werkstückoberfläche beträchtlich höhere Temperaturen auftreten als sonst erreicht werden würden.
EMI1.1
erfindungsgemässe Verfahren besitzt vor allem den Vorteil, dass es eine bessere Beherrschung der Bündelung, Führung und Tröpfchenqualität des aus schmelzflüssigem Metall bestehenden Sprühregens ermög- licht.
DerverbrauchbareDrahtwirdvorzugsweiseanoderinderNähederStelleangeordnet, anderdieDüseden kleinsten Querschnitt hat, so dass eine maximale oderannähernd maximale Übertragung der Bewegungsgrösse von dem heissen, schnellströJI1enden Lichtbogengas auf das schmelzflüssige Überzugsmaterial erfolgt.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Düse einen seitlichen Elektrodenkanal zur Zuführung des verbrauchbaren Drahtes in einen in der Düse befindlichen Teil des Lichtbogenstrahls aufweist.
In der Zeichnung zeigt Fig. 1 vorwiegend im Vertikalschnitt einen Teil einer Vorrichtung nach einer . 1, Zusatzpatent Nr. 225501.
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
<Desc/Clms Page number 3>
eine grössere Querschnittsfläche als an der Drahteintrittsstelle.
Eine zusätzliche Abschirmung durch Gas zur Herabsetzung der Verunreinigung des Effluenten durch die atmosphärische Luft wird dadurch erhalten, dass an derDüsenaustrittsöffnung durch eine dem Austritts- ende der Düse entsprechend ausgebildete hohle Zuführungseinrichtung 28 ein Schutzgas zugeführt wird.
Die derzeit bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. In dieser Ausführungs- form ist die verbrauchbare Drahtelektrode 16 durch einen in dem seitlichen Kanal P angeordneten, rohr- förmigen elektrischen Isolator 24 gegen die Düsenelektrode 11 elektrisch isoliert. Die Lichtbogenstrom- quelle 12 ist elektrisch über die Leitung 13 mit der Stabelektrode 10 und über die Leitung 25 mit dem verbrauchbaren Draht 16 verbunden. Die Düsenelektrode 11 ist mit der Stromquelle über einen Widerstand 26 verbunden, so dass das Potential der Düse niedriger ist als das des verbrauchbaren Drahtes.
Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung kann mit höherenDrahtvorschubgeschwindigkeiten als die Vorrich- tung nach Fig. 1 betrieben werden, weil der Draht ohne Schaden für die Düse auf einem höheren Energie- pegel gehalten werden kann. Dies wird wichtig, wenn ein Drahtvorschub in einer Menge von 45 kg/h oder mehr erwünscht ist. Zwischen der Stabeleketrode und der Düsenelektrode wird ein Zündlichtbogen aufrecht erhalten, welcher das Verfahren einleitet und dafür sorgt, dass auch bei einer aus irgendeinem Grunde erfolgenden Unterbrechung des Drahtvorschubs ein Lichtbogen vorhanden ist. Der elektrische Anschluss zwischen der Leitung 25 und dem Draht 16 kann ausserhalb des Brenners erfolgen, damit die Widerstands- erhitzung. längs des Drahtes erhöht wird.
In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung dient der Düsenfortsatz 27 demselben
Zweck wie die verlängertenDüsen der Fig. l und 2, nämlich zur Unterstützung der Bündelung des aus dem
Gas und den schmelzflüssigen Teilchen bestehenden Stroms und seiner Führung auf eine gewünschte Stelle oder Fläche und zur Verringerung der Verunreinigung der schmelzflüssigen Teilchen.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 4 gezeigt. Hier wird durch entsprechende Ein- stellung der Belastungswiderstände 26 und 30 der von der Elektrode 10 ausgehende Lichtbogen auf die
Düsenanode 11, die verbrauchbare Drahtelektrode und das Werkstück 29 verteilt.
Die nachstehenden Beispiele beschreiben die praktische Anwendung der Erfindung zum Aufbringen von metallischen Überzügen auf metallische Grundplatten.
Beispiel l : Spritzen eines Drahtes aus einer Legierung von 80% Nickel und20% Kupfer mit dem
Lichtbogenbre nner.
Es wurde eine Vorrichtung der in Fig. 1 gezeigten Art verwendet, wobei jedoch die Düse eine gerade
EMI3.1
150 A gezündet, wobei die Stabelektrode negativ gepolt war. Durch einen seitlichen Kanal der Düse wurde eines einer Legierung von 80% Nickel und 20% Kupfer bestehender Draht von 1, 6 mm Durchmesser mit einer Geschwindigkeit von 101 cm/min vorgeschoben. An der Düsenaustrittsöffnung wurde zusätzlich Wasserstoff als Schutzgas in einer Menge von 1, 42 m3/h zugeführt.
Der aus dem heissen Gas und dem Sprühregen des schmelzflüssigen Metalls der Drahtelektrode bestehende Effluent traf dann auf einen aus Kaltwalzstahl bestehenden, umlaufenden zylindrischen Stab von 1, 27 cm Durchmesser auf, der im Abstand von 2, 54 cm von der Austrittsöffnung der Brennerdüse angeordnet war. Man erhielt einen dichten, fest anhaftenden Legierungsüberzug mit einer Porosität von weniger als 1% und einer oxydischen Verunreinigung von weniger als 1%.
Beispiel 2 : Spritzen von Stahldraht mit dem Lichtbogenbrenner.
Es wurde eine Vorrichtung der inFig. 2 gezeigtenArt verwendet. EinGasgemisch von 5, 66 m3/hArgon und 0, 396 m3/h Wasserstoff strömte abwärts um die aus thoriertem Wolfram bestehende Stabelektrode von 3, 2 mm Durchmesser und durch einen in der Düsenelektrode ausgebildeten Kanal von 3, 2 mm Durchmesser, der eine sich erweiternde Austrittsstrecke mit einem Winkel von 300 hatte, Zwischen der negativ gepolten Stabelektrode einerseits und der verbrauchbaren Drahtelektrode und der Düsenelektrode anderseits wurde ein Gleichstrom-Lichtbogen von 80 V und 110 A gezündet. Die verbrauchbare Drahtelektrode war mit 100 A, die Düsenelektrode mit 10 A belastet.
Die verbrauchbare Drahtelektrode bestand aus einem Kohlenstoffstahl-Schweissdraht von 1, 6 mm Durchmesser, der mit einer Geschwindigkeit von 445 cmlmin zugeführt wurde. An der Austrittsöffnung der Düse wurde zusätzlich Wasserstoff als Schutzgas in einer Menge von 1, 42 m3/h zugeführt. Der aus dem heissen Gas und dem Sprühregen des schmelzflüssigen Metalls der verbrauchbaren Drahtelektrode bestehende Effluent traf auf einen aus Kohlenstoffstahl bestehenden rotierenden Stab R von 1, 27 cm Durchmesser auf, der im Abstand von 2, 54 cm von
<Desc/Clms Page number 4>
der Brennerdüse angeordnet war. Man erhielt auf dem Stahl einen dichten, festhaftenden Stahlüberzug mit einer Porosität von weniger als 65% und einer oxydischen Verunreinigung von weniger als 10/0.
Die vorstehend beschriebenen Düsenkanäle haben einen kreisförmigen Querschnitt, doch können im Rahmen der Erfindung auch andere, beispielsweise rechteckige, quadratische oder ovale Querschnittsformen verwendet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Überziehen oder Schweissen mit Hilfe eines Lichtbogens, bei welchem der Lichtbogen zwischen einer sich nicht verbrauchenden axial in einer Düse angeordneten Stabelektrode und einer Gegenelektrode errichtet und zusammen mit einem Gasstrom in einen Durchlass eingeführt und die sich daraus entladende heisse Ausströmung gegen den zu bearbeitenden Körper gerichtet wird, wobei ein den Lichtbogen verengender Durchlass verwendet wird, dessen feste Wände einen lichtenQuerschnitt aufweisen, welcher enger ist, als der Querschnitt eines äquivalenten, nicht begrenzten Lichtbogens, gemessen im selben Abstand vom Ende der Stabelektrode, und wobei der Lichtbogen und der Gasstrom, welche in den Durchlass eintreten, darin zu einem einheitlichen Plasma vereinigt werden,
das nach der Entladung eine
EMI4.1
durch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine verbrauchbare Elektrode verwendet wird. die von der Seite durch die Düsenwand in einen in der Düse befindlichen Teil des Lichtbogenstrahls vorgeschoben wird und der Lichtbogen zwischen der Stabelektrode und einer entgegengesetzt gepolten, aus dem verbrauchbaren
Draht und einem darunterliegenden Werkstück bestehenden Elektrodenanordnung erzeugt wird.