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Die Erfindung bezieht sich auf einen Plasma-Schweissbrenner gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bei bekannten Schweissbrennern ist der Austrittskanal meist zylindrisch ausgebildet. In manchen Fällen weist der Austrittskanal einen ovalen Querschnitt auf. In jedem Fall verlaufen die Erzeugenden der Innenwand des Austrittskanal parallel zueinander und die Elektrode erstreckt sich kaum in den Austrittskanal hinein.
Bei solchen bekannten Schweissbrennern wird die Bündelung, bzw. der Zusammenhalt des Plasmastahles ausschliesslich durch den Austrittskanal erreicht, der aufgrund der hohen Temperaturen des Plasmas entsprechend gut gekühlt werden muss. Da dies bereits bei relativ kleinen Leistungen des Schweissbrenners praktisch nur mit in Kühlkanälen strömendem Wasser zu bewerkstelligen ist, ergeben sich entsprechend klobige Konstruktionen für den Plasma-Schweissbrenner. Damit ergibt sich jedoch der Nachteil, dass mit solchen Brennern an komplizierter geformten Werkstücken, insbesondere nicht an Stellen an denen T-Nähte herzustellen sind gearbeitet werden kann und bereits bei der Konstruktion auf die Schweissung mit solchen Plasmabrennern Rücksicht genommen werden muss.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Schweissbrenner liegt auch darin, dass eben aufgrund der sehr hohen thermischen Belastung des Schweissbrenners keine hohen Leistungen möglich sind und die Schweissbrenner mit nicht mehr als ca. 100A betrieben werden können. Bei grösseren Stromstärken beginnt der Plasmabogen zwischen der Elektrode und der Wand der Kammer Austrittskanals des Schweissbrenners und von dessen freier Stirnseite im Bereich der Mündung des Austrittskanals zum Werkstück zu brennen, was zu einer praktisch sofortigen Zerstörung des Plasmabrenners führt.
Auch kann mit den bekannten Plasma-Schweissbrenners nur mit relativ geringen Schweissgeschwindigkeiten von max. 25mm/sec oder 30mm/sec gearbeitet werden, da sich sonst der Plasmabogen zu stark verbiegt und zu springen beginnt oder überhaupt zerfällt.
Ein weiteres Problem der bekannten Plasma-Schneidbrenner liegt auch in deren relativ grossem Brennfleck, der sich auf den Werkstücken ausbildet. Bedingt ist dies durch den Umstand, dass das aus dem Austrittskanal austretende Plasmagasstrahl an seiner Aussenseite durch die umgebende Luft stark abgebremst wird und sich daher gegen das Werkstück zu aufweitet.
Dadurch werden die Werkstücke in einem grösseren Bereich erhitzt, wodurch es zu einer grösseren thermischen Belastung und damit zu einer Erhöhung der Gefahr des Auftretens von Spannungen im Werkstück und eines Verzugs desselben kommt.
Aus diesem Grund ist es auch erforderlich mit den herkömmlichen Plasma-Schweissbrennern in einem nur geringen Abstand von den Werkstücken zu arbeiten, wodurch aber die Belastung des Brenners steigt und dieser einem hohen Verschleiss ausgesetzt ist.
Durch die FR 2 190 561 A wurde ein Plasmaschweissbrenner der eingangs erwähnten Art bekannt, bei dem ein sich verjüngender Mündungsbereich des Austrittskanals und eine kegelig ausgebildete Elektrodenspitze vorgesehen ist. Bei diesem bekannten Schweissbrenner weist die Innenwand des Mündungsbereiches des Auslasskanals einen deutlich grösseren Kegelwinkel als die Elektrode auf. Dadurch kommt es zu einer sehr erheblichen Verwirbelung des ausströmenden Plasmas und daher zu einer entsprechend grossen Aufweitung desselben und damit zu einem entsprechend grossen Brennfleck auf dem zu bearbeitenden Werkstück mit den oben erläuterten negativen Effekten.
Weiter wurde durch die FR 2 338 105 A ein Brenner bekannt, bei dem die Erzeugenden des Austrittskanals einer gebrochenen Linie folgen. Auch bei dieser Lösung kommt es, auch aufgrund der Kante im Mündungsbereich, zu sehr starken Verwirbelungen des ausströmenden Plasma und damit zu den oben erläuterten negativen Effekten.
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen Plasma-Schweissbrenner der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, der sich auch für höhere Leistungen eignet und sich durch eine hohe Standzeit auszeichnet.
Erfindungsgemäss wird dies bei einem Brenner der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.
Durch die vorgeschlagenen Massnahmen ergibt sich der Vorteil einer sehr guten Führung des Plasmagasstrahles, wobei sich dieser aufgrund der Verminderung des freien Querschnittes zwischen der Elektrode und der Wand des Austrittskanals gegen die Mündung desselben zu
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beschleunigt, wodurch sich eine sehr gute Führung, bzw. Einschnürung des Plasmastrahls ergibt und daher nur ein sehr kleiner Brennfleck auf dem zu bearbeitenden Werkstück ergibt.
Bei einem erfindungsgemässen Plasma-Schweissbrenner kommt es auch zu keiner Berührung des Plasmas mit der Wand des Austrittskanals und daher auch nicht zu einer mit den Verhältnissen, wie sie bei den bekannten Plasma-Schweissbrennern, bei denen die Elektrode innerhalb des Austrittskanals endet, gegeben sind, vergleichbaren thermischen Belastung des Brenners. Dadurch ergibt sich auch ein wesentliche geringerer Verschleiss und es ist auch möglich die Brenner mit einer höheren Strombelastung, z. B. mit 1000A zu betreiben.
Ausserdem kann auch in vielen Fällen, z. B. wenn im Impulsbetrieb gearbeitet wird, wie dies z. B. bei Überkopf-Schweissungen oder bei manchen Stahlsorten erforderlich ist, auf eine bei herkömmlichen Schweissbrennern auch in solchen Fällen unbedingt erforderliche Wasserkühlung des Schweissbrenners verzichtet werden und mit der Kühlung durch das in die Kammer einströmende Plasmagas des Auslange gefunden werden.
Aber auch bei einem Betrieb des erfindungsgemässen Schweissbrenners mit Flow - Plasma, d. h. mit kontinuierlich strömendem Plasma, ist die thermische Belastung, verglichen mit jener herkömmlicher Schweissbrenner, wesentlich geringer, sodass auch der Aufwand für die Wasserkühlung drastisch reduziert und daher auch die Schweissbrenner selbst wesentlich kleiner gebaut werden können. Dadurch kann mit den erfindungsgemässen Schweissbrennern auch an Stellen gearbeitet werden, die für die herkömmlichen Plasma-Schweissbrenner, aufgrund deren durch die Kühlung bedingten Grösse unzugänglich waren.
Durch die Vermeidung einer Aufweitung des Plasmastrahls, wie sie bei den bisherigen Schweissbrennern aufgetreten ist und den Umstand, dass der Plasmastrahl den Schweissbrenner nicht berührt, kann auch mit wesentlich höheren Schweissgeschwindigkeiten von 300mm/sec und mehr gearbeitet werden, ohne dass es zu einem Springen des Plasmas am Werkstück kommt. Dabei kann auch eine stechende Arbeitslage des erfindungsgemässen Schweissbrenners vorgesehen sein.
Ausserdem ist bei den erfindungsgemässen Schweissbrennern der Abstand zwischen der Mündung des Austrittskanals und den Werkstücken, der bei den bekannten Brennern sehr genau auf meist 2, 5mm bis 3mm eingestellt werden musste, unkritisch und kann auch zwischen z. B. 2mm und 6mm schwanken. Dadurch kann auch der Aufwand bei Zurichten und Einrichten der zu schweissenden Werkstücke wesentlich vermindert werden.
Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich durch die Merkmale des Anspruches 2.
Um ein lange Standzeit der Elektrode zu erreichen, ist es zweckmässig die Merkmale des Anspruches 3 vorzusehen.
Durch diese Massnahmen ergibt sich ein sehr stabiler Fusspunkt des Lichtbogens an der Elektrode und es kann von diesem die Wärme gut abgeführt werden. Dadurch ergibt sich ein nur geringer Verschleiss der Elektrode.
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Fig. 2 einen Schnitt durch die Kühlmittelkammer,
Fig. 3 einen Schnitt durch die Zentrierhülse, und
Fig. 4 schematisch einen erfindungsgemässen Plasma-Schneidbrenner mit einem Werkstück.
Beim Plasma-Schweissbrenner 11'ist ein Halteteil 18'einer Elektrode 19'durch eine Spannzange gebildet, die aus einem elektrisch gut leitenden Material hergestellt ist. Diese Spannzange ist in üblicher Weise in einem Aufnehmer 44 gehalten, der in einen Kontaktteil 45 eingeschraubt ist.
Dieser Kontaktteil 45 ist mit einer Kühlmittelkammer 46 versehen, die über einen radialen Kanal 47 mit einer Anschlussöffnung 48 verbunden ist. Dabei fluchtet diese Anschlussöffnung 48 bei in einem nicht dargestellten Halter montiertem Plasma-Schweissbrenner 11'mit Kontaktstiften.
Zum Spannen und Lösen der Spannzange 18'ist eine Spannmutter 49 vorgesehen, die über zwei Dichtungen 50 an der oberen Stimfläche der Aufnahme 44 abgestützt ist, wodurch ein Austritt von Kühlflüssigkeit vermieden wird, wobei die Aufnahme 44 zur Abdichtung der Küh) mitte ! kammer 46 ebenfalls über eine Dichtung 51 an dem Kontaktteil 45 abgestützt ist.
Zur weiteren Abdichtung der Kühlmittelkammer des Kontaktteiles 45 ist ein O-Ring 52 vorgesehen, der in einer Nut einer Bohrung 53 eingesetzt ist, die von der Aufnahme 44 durchsetzt
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'''L.
Zur Sicherung der axialen Einstellung der Elektrode 19'beim Spannen der Spannzange 18'ist die Spannmutter 49 mit einer durchgehenden Gewindebohrung 90 versehen, in ein Anschlag 91 eingeschraubt ist, der in die Spannzange 18'eingreift. Dieser Anschlag 91 weist einen glatten Kopf
94 auf, in dem eine umlaufende Nut zur Aufnahme eines O-Ringes 95 eingearbeitet ist, der zur Abdichtung des Inneren der Spannzange 18'dient.
Zur Sicherung der Lage des Anschlages 91, der mittels eines in den stirnseitigen Schlitz 93 eingesetzten Schraubendrehers einstellbar ist, Ist eine Kontramutter 92 vorgesehen, die gleichzeitig für eine drehfeste Verbindung zwischen dem Anschlag 91, an dem die Elektrode 19' anliegt, und der Spannmutter 49 sorgt.
Durch den Anschlag 91 ist sichergestellt, dass beim Spannen der Spannzange die Elektrode 19' von der Spannzange 18'nicht mehr gegenüber einem für verschiedene Anwendungen als Anode verwendbaren Mündungsteil 15'axial bewegt werden kann, da die Spannmutter 49 an der Stirnfläche des Kontaktteiles 45 anliegt und der Mündungsteil 15'gegenüber dieser festgelegt ist.
Der Kontaktteil 45, der zur Kontaktierung der Elektrode 19'dient, liegt unter Zwischenlage einer Dichtung 54 auf einem Zwischenteil 55, der aus einem elektrisch isolierenden Material, wie z. B.
Keramik, hergestellt ist. Dieser Zwischenteil 55 bestimmt die Kammer 27'die über einen radialen Kanal 56 mit einer Anschlussöffnung 57 verbunden ist.
Dabei sind die radialen Kanäle 47 und 56 mit umlaufenden Nuten 58 versehen, in denen O-Ringe 59 angeordnet sind. Diese dienen zur Abdichtung des in diese Kanäle eingreifenden nicht dargestellten Kontaktstiftes bzw. einer Gaszuführleitung 3'zur Zufuhr eines Plasmagases, z. B.
Argon, Helium, Wasserstoff usw..
In der Kammer 27'ist ein Verteilring 59'angeordnet, der mit über den Umfang verteilt angeordnete Bohrungen 60 versehen, deren Durchmesser sich in beiden Drehrichtungen mit grösser werdendem Winkel zum dem radialen Kanal 56 vergrössert. Dabei bildet eine axiale Bohrung des Verteilringes 159 eine Kammer 96, die von der Elektrode 19'durchsetzt ist. Dabei verbleibt zwischen der Innenwand des Zwischenteiles 55 und dem Verteilring 59 ein Ringraum 61, in den über einen Einlasskanal 48'Gas einbringbar ist.
Der Zwischenteil 55 ist über eine Dichtung 62 auf einem weiteren Kontaktteil 63 abgestützt, der zur Kontaktierung des Mündungsteiles 15'dient, wenn dieser als Anode verwendet wird, z. B. wenn der Plasmabrenner zum OberflächenhÅarten verwendet wird. In diesen weiteren Kontaktteil 63 ist eine Spannhülse 64 in ein Innengewinde 65 eingeschraubt, wobei eine Dichtung 66 zwischen dem Kontaktteil63 und der Stirnfläche der Spannhülse 64 zwischengelegt ist.
Die Spannhülse 64 weist im Bereich ihres einen Endes eine konische Anlagefläche 67 auf, an der eine gegengleiche kegelige Mantelfläche 68 eines Kopfes 69 eines Mündungsteiles 15'anliegt, die ebenso wie die Spannhülse 64 und der weitere Kontaktteil 63 aus einem elektrisch gut leitenden Material hergestellt ist.
Der Mündungsteil 15 liegt mit seinem vom Kopf 69 abgekehrten Ende mit einem weiteren Kopf 70 auf, der unter Zwischenlage einer Dichtung 71 an einer Schulter des weiteren Kontaktteiles 63 anliegt. Dabei durchsetzt der Mündungsteil 15'eine Kühlmittelkammer 46 des weiteren Kontaktteiles 63.
Der Mündungsteil 15'ist in axialer Richtung durchbohrt, wobei in diese Bohrung 72 eine Hülse 73 aus einem elektrisch isolierenden Material, z. B. Keramik, hergestellt ist und von der Elektrode 19'durchsetzt ist. Dabei verbleibt zwischen der Innenwand der Hülse 73 und der Elektrode 19 ein Ringraum der als Austrittskanal 97 für das in die Kammer 96 eingeleitete Plasmagas, z. B. Argon, Helium, Wasserstoff usw. dient.
Weiters ist in der Bohrung 72 im der Mündung des Mündungsteiles 15'nahen Bereich eine Zentrierhülse 74 eingesetzt, die in der Fig. 3 näher dargestellt ist und deren an Führungsrippen 89 vorgesehenen Führungsflächen 75 an der Mantelfläche der Elektrode 19'anliegen.
Der Mündungsteil 15'weist, wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist radial abstehende Leitrippen 76 auf, die sich, wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist, von dem einen sechseckigen Querschnitt aufweisenden Mündungsteil 15'bis zur Innenwand der Spannhülse 64 erstrecken und senkrecht zur Achse des radialen Kanals 47 stehen. Dabei erstrecken sich die Leitrippen 76 vom Kopf 70 weg gegen den Kopf 69 des Mündungsteiles 15', wobei jedoch zwischen dem Kopf 69 und den Leitrippen 76 ein Strömungsweg 77 verbleibt.
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Dadurch wird die Kühlmittelkammer 46, die einerseits vom weiteren Kontaktteil 63 und der Spannhülse 64 begrenzt wird, durch die Leitrippen 76 unterteilt.
Die beiden Kühlmittelkammern 46 des Kontaktteiles 45 und des weiteren Kontaktteiles 63 sind über einen Überströmkanal 70 miteinander verbunden.
Dieser Überströmkanal 78 setzt sich im wesentlichen aus axialen Bohrungen 79 in dem Kontaktteil 45, bzw. dem weiteren Kontaktteil 63 und radialen, zu den radialen Kanälen 47 koaxialen Bohrungen 80 gebildet ist, die in die axialen Bohrungen 79 münden. Dabei ist der Zwischenteil 55 mit einer mit den axialen Bohrungen 79 fluchtenden Bohrung 81 versehen.
Dabei sind im Bereich der Bohrung 81 des Zwischenteiles 55 Dichtungen 82 vorgesehen.
Die beiden Kontaktteile 45 und 63 sind von Ringen 84 aus einem elektrisch isolierten Material umgeben, bzw. diese sitzen auf Krägen 85 auf.
Wie aus der Fig. 1 ersichtlich verläuft im Mündungsbereich 98 des Mündungsteiles 15'die Innenwand 99 im wesentlichen parallel zum kegeligen Endbereich der Elektrode 19'. Durch ergibt sich in diesem Bereich eine kegelige Gestalt des Austrittskanals 97.
Weiters ergibt sich, dass die Spitze der Elektrode 19', die wie aus der Fig. 4 zu ersehen ist an ihren freien Ende abgeflacht ist, aus der freien Stirnseite des MOndungsteiles 15'vorragt.
Die Elektrode 19'ist an ihren beiden Enden kegelig ausgebildet.
Die beiden Kontaktteile 45 und 63 und der Zwischenteil 55 sind nicht dargestellter Schrauben miteinander verbunden und stellen die Verbindungsteile dar, durch die ein modularer Aufbau des Plasma-Schweissbrenners 11'sichergestellt ist.
Sobald die Elektrode 19'abgenutzt ist, so kann der als Modul ausgebildete PlasmaSchweissbrenner 11'durch Lösen der Spannschraube 88 und Öffnen der Rohrschelle 40 ausgebaut werden, wonach die Spannmutter 49 gelöst und die Elektrode 19'aus der Spannzange entnommen werden kann. Anschliessend kann die Elektrode gewendet, oder deren kegelige Enden nachgeschliffen werden. Anschliessend kann die Elektrode in Bezug auf den Mündungsteil 15' mittels einer Lehre eingestellt wird. Anschliessend wird der Anschlag 91 bei geöffneter Spannzange 18'eingestellt und danach die Elektrode 19'mittels der Spannmutter 49 in der Spannzange 18' wieder fixiert, wonach der Modul 11'wieder montiert werden kann.
Beim Betrieb wird Gas, z. B. Helium, Argon, Wasserstoff od. dgl. in die Kammer 27'eingeblasen und ein Lichtbogen zwischen der Elektrode 19'und dem Werkstück 83, das ebenso wie die Elektrode 19'an eine nicht dargestellte Gleichstromquelle angeschossen ist, gezündet. In Verbindung mit dem aus einer am Ende des Austrittskanals 97 vorgesehenen Düsenöffnung 16' bildet sich zwischen der Spitze der Elektrode 19', die wie aus der Fig. 4 zu ersehen ist, abgeflacht ist, und dem Werkstück ein Plasmastrahl aus, mit dem zwei Werkstücke verschweisst werden können.
Da das Plasmagas aus dem Austrittskanal 97 in Form eines Kegelmantel austritt wirkt dieser kegelmantelförmige Gasstrahl einschnüren auf das Plasma und führt dieses, wodurch auf dem Werkstück 83 nur ein kleiner Brennfleck entsteht und daher die thermische Belastung der unmittelbaren Umgebung der herzustellenden Schweissnaht gering bleibt.
Da der Lichtbogen, bzw. das Plasma nur zwischen der abgeflachten und aus der Ebene der Stirnseite des MOndungsteiles 15'herausragenden Spitze der Elektrode 19', die bei den meisten Schweissanwendungen als Elektrode geschaltet ist, brennt, kommt es zu keiner direkten Belastung des Mündungsteiles 15'durch das Plasma, so dass sich eine, verglichen mit den herkömmlichen Plasma-Schweissbrennern, bei denen der Mündungsteil auch zur Führung des Plasmas dient, zu einer erheblich geringeren thermischen Belastung dieses Teiles.
Ausserdem kann der Abstand zwischen der freien Stirnseite des Mündungsteiles 15'und dem Werkstück 83 in weiten Grenzen schwanken und erheblich grösser gewählt werden, als dies bei den bisherigen Plasma-Schweissbrennern möglich war und kann z. B. 2mm bis 6mm betragen.
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The invention relates to a plasma welding torch according to the preamble of claim 1.
In known welding torches, the outlet channel is usually cylindrical. In some cases, the outlet channel has an oval cross section. In any case, the generatrices of the inner wall of the outlet channel run parallel to one another and the electrode hardly extends into the outlet channel.
In such known welding torches, the bundling or the holding together of the plasma steel is achieved exclusively through the outlet channel, which has to be cooled appropriately due to the high temperatures of the plasma. Since this is practically only possible with water flowing in cooling ducts even at relatively low torch outputs, this results in correspondingly bulky designs for the plasma welding torch. However, this has the disadvantage that it is possible to work with such torches on more complicated shaped workpieces, in particular not at locations where T-seams are to be produced, and that the welding with such plasma torches must be taken into account already during construction.
Another disadvantage of the known welding torches is that precisely because of the very high thermal load on the welding torch, high outputs are not possible and the welding torches cannot be operated at more than about 100 A. At higher currents, the plasma arc begins to burn between the electrode and the wall of the chamber outlet channel of the welding torch and from its free face in the area of the mouth of the outlet channel to the workpiece, which leads to the plasma torch being destroyed almost immediately.
The known plasma welding torch can also only be used with relatively low welding speeds of max. 25mm / sec or 30mm / sec, otherwise the plasma arc will bend too much and start to jump or even disintegrate.
Another problem with the known plasma cutting torch also lies in its relatively large focal spot, which forms on the workpieces. This is due to the fact that the outside of the plasma gas jet emerging from the outlet channel is strongly braked by the surrounding air and therefore widens against the workpiece.
As a result, the workpieces are heated in a larger area, which leads to a greater thermal load and thus to an increase in the risk of stresses occurring in the workpiece and the same being distorted.
For this reason, it is also necessary to work with the conventional plasma welding torches at a short distance from the workpieces, but this increases the load on the torch and exposes it to high wear.
FR 2 190 561 A discloses a plasma welding torch of the type mentioned at the outset, in which a tapering mouth region of the outlet channel and a conical electrode tip are provided. In this known welding torch, the inner wall of the mouth area of the outlet channel has a significantly larger cone angle than the electrode. This leads to a very considerable swirling of the outflowing plasma and therefore to a correspondingly large expansion of the same and thus to a correspondingly large focal spot on the workpiece to be machined with the negative effects explained above.
FR 2 338 105 A also made known a burner in which the generators of the outlet channel follow a broken line. With this solution, too, there is very strong turbulence of the outflowing plasma, also due to the edge in the mouth region, and thus to the negative effects explained above.
The aim of the invention is to avoid these disadvantages and to propose a plasma welding torch of the type mentioned at the outset, which is also suitable for higher outputs and is distinguished by a long service life.
According to the invention, this is achieved in a burner of the type mentioned at the outset by the characterizing features of claim 1.
The proposed measures result in the advantage of very good guidance of the plasma gas jet, this being due to the reduction in the free cross section between the electrode and the wall of the outlet channel towards the mouth thereof
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accelerates, which results in very good guidance or constriction of the plasma beam and therefore only a very small focal spot on the workpiece to be machined.
In the case of a plasma welding torch according to the invention, there is also no contact of the plasma with the wall of the outlet channel and therefore also no one with the conditions such as exist in the known plasma welding torches in which the electrode ends within the outlet channel. comparable thermal load on the burner. This also results in significantly less wear and it is also possible to use the burners with a higher current load, e.g. B. to operate with 1000A.
In addition, in many cases, e.g. B. when working in pulse mode, such as this. B. is required for overhead welding or for some types of steel, water cooling of the welding torch, which is absolutely necessary in conventional welding torches even in such cases, can be dispensed with and can be found with cooling by the plasma gas flowing into the chamber.
But also when the welding torch according to the invention is operated with flow plasma, ie. H. With continuously flowing plasma, the thermal load is significantly lower compared to that of conventional welding torches, so that the effort for water cooling is drastically reduced and therefore the welding torch itself can be built much smaller. As a result, the welding torches according to the invention can also be used in places which were inaccessible to the conventional plasma welding torches due to their size due to the cooling.
By avoiding the expansion of the plasma beam, as has occurred with previous welding torches, and the fact that the plasma beam does not touch the welding torch, it is also possible to work with significantly higher welding speeds of 300 mm / sec and more, without causing the jump Plasma comes on the workpiece. A piercing working position of the welding torch according to the invention can also be provided.
In addition, in the welding torches according to the invention the distance between the mouth of the outlet channel and the workpieces, which had to be set very precisely to usually 2.5 mm to 3 mm in the known torches, is not critical and can also be between z. B. fluctuate 2mm and 6mm. As a result, the effort involved in preparing and setting up the workpieces to be welded can be significantly reduced.
Particularly favorable conditions result from the features of claim 2.
In order to achieve a long service life of the electrode, it is useful to provide the features of claim 3.
These measures result in a very stable base point of the arc at the electrode and the heat can be dissipated well from it. This results in only slight wear on the electrode.
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2 shows a section through the coolant chamber,
Fig. 3 shows a section through the centering sleeve, and
Fig. 4 shows schematically an inventive plasma cutting torch with a workpiece.
In the plasma welding torch 11 ', a holding part 18' of an electrode 19 'is formed by a collet which is made of a material which is a good electrical conductor. This collet is held in the usual way in a receiver 44 which is screwed into a contact part 45.
This contact part 45 is provided with a coolant chamber 46 which is connected to a connection opening 48 via a radial channel 47. This connection opening 48 is aligned when the plasma welding torch 11 ′ is mounted in a holder (not shown) with contact pins.
A tensioning nut 49 is provided for tensioning and releasing the collet 18 ′, which is supported by two seals 50 on the upper end face of the receptacle 44, as a result of which coolant is prevented from escaping, the receptacle 44 being used to seal the coolant in the middle! Chamber 46 is also supported on the contact part 45 via a seal 51.
For further sealing of the coolant chamber of the contact part 45, an O-ring 52 is provided, which is inserted into a groove in a bore 53 which is penetrated by the receptacle 44
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'' 'L.
To secure the axial setting of the electrode 19 'when the collet 18' is being clamped, the clamping nut 49 is provided with a continuous threaded bore 90 which is screwed into a stop 91 which engages in the collet 18 '. This stop 91 has a smooth head
94, in which a circumferential groove for receiving an O-ring 95 is incorporated, which serves to seal the interior of the collet 18'd.
To secure the position of the stop 91, which can be adjusted by means of a screwdriver inserted into the front slot 93, a counter nut 92 is provided, which at the same time ensures a rotationally fixed connection between the stop 91, against which the electrode 19 ′ bears, and the clamping nut 49 worries.
The stop 91 ensures that when the collet is tensioned, the electrode 19 'can no longer be moved axially by the collet 18' relative to an orifice part 15 'which can be used as an anode for various applications, since the clamping nut 49 rests on the end face of the contact part 45 and the mouth part 15 'is fixed opposite this.
The contact part 45, which serves for contacting the electrode 19'd, lies with the interposition of a seal 54 on an intermediate part 55, which is made of an electrically insulating material, such as. B.
Ceramics. This intermediate part 55 defines the chamber 27 ′ which is connected to a connection opening 57 via a radial channel 56.
The radial channels 47 and 56 are provided with circumferential grooves 58 in which O-rings 59 are arranged. These are used to seal the contact pin (not shown) engaging in these channels or a gas supply line 3 ′ for supplying a plasma gas, for. B.
Argon, helium, hydrogen etc.
Arranged in the chamber 27 ′ is a distribution ring 59 ′, which is provided with bores 60 arranged distributed over the circumference, the diameter of which increases in both directions of rotation with an increasing angle to the radial channel 56. An axial bore of the distribution ring 159 forms a chamber 96, which is penetrated by the electrode 19 '. An annular space 61 remains between the inner wall of the intermediate part 55 and the distribution ring 59, into which gas can be introduced via an inlet channel 48 ′.
The intermediate part 55 is supported by a seal 62 on a further contact part 63, which serves to contact the mouth part 15'd when it is used as an anode, for. B. if the plasma torch is used for surface hardening. A clamping sleeve 64 is screwed into an internal thread 65 in this further contact part 63, a seal 66 being interposed between the contact part 63 and the end face of the clamping sleeve 64.
The clamping sleeve 64 has a conical contact surface 67 in the region of its one end, on which a conical outer surface 68 of a head 69 of a mouth part 15 ′ bears, which, like the clamping sleeve 64 and the further contact part 63, is made of an electrically highly conductive material .
The mouth part 15 lies with its end facing away from the head 69 with a further head 70 which, with the interposition of a seal 71, rests on a shoulder of the further contact part 63. The mouth part 15 ′ passes through a coolant chamber 46 of the further contact part 63.
The mouth portion 15 'is drilled in the axial direction, with a sleeve 73 made of an electrically insulating material, for. B. ceramic, is made and is penetrated by the electrode 19 '. An annular space remains between the inner wall of the sleeve 73 and the electrode 19, which is used as an outlet channel 97 for the plasma gas introduced into the chamber 96, e.g. B. argon, helium, hydrogen, etc. is used.
Furthermore, a centering sleeve 74 is inserted in the bore 72 in the area near the mouth of the mouth part 15 ′, which is shown in more detail in FIG. 3 and whose guide surfaces 75 provided on guide ribs 89 rest on the lateral surface of the electrode 19 ′.
As can be seen from FIG. 2, the mouth part 15 ′ has radially projecting guide ribs 76 which, as can be seen from FIG. 2, extend from the mouth part 15 ′ having a hexagonal cross section to the inner wall of the clamping sleeve 64 and are perpendicular to the axis of the radial channel 47. The guide ribs 76 extend away from the head 70 against the head 69 of the mouth part 15 ', but a flow path 77 remains between the head 69 and the guide ribs 76.
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As a result, the coolant chamber 46, which is delimited on the one hand by the further contact part 63 and the clamping sleeve 64, is divided by the guide ribs 76.
The two coolant chambers 46 of the contact part 45 and the further contact part 63 are connected to one another via an overflow channel 70.
This overflow channel 78 is essentially composed of axial bores 79 in the contact part 45 or the further contact part 63 and radial bores 80 which are coaxial to the radial channels 47 and which open into the axial bores 79. The intermediate part 55 is provided with a bore 81 aligned with the axial bores 79.
Seals 82 are provided in the area of the bore 81 of the intermediate part 55.
The two contact parts 45 and 63 are surrounded by rings 84 made of an electrically insulated material, or these are seated on collars 85.
As can be seen from FIG. 1, in the mouth region 98 of the mouth part 15 ′, the inner wall 99 runs essentially parallel to the conical end region of the electrode 19 ′. This results in a conical shape of the outlet channel 97 in this area.
It also follows that the tip of the electrode 19 ', which is flattened at its free end as can be seen in FIG. 4, protrudes from the free end face of the mouth part 15'.
The electrode 19 'is conical at both ends.
The two contact parts 45 and 63 and the intermediate part 55 are connected to each other by screws (not shown) and represent the connecting parts by which a modular structure of the plasma welding torch 11 'is ensured.
As soon as the electrode 19 'is worn, the plasma welding torch 11' designed as a module can be removed by loosening the clamping screw 88 and opening the pipe clamp 40, after which the clamping nut 49 can be loosened and the electrode 19 'can be removed from the collet. The electrode can then be turned over or its tapered ends can be reground. The electrode can then be adjusted with respect to the mouth part 15 'by means of a gauge. The stop 91 is then set with the collet 18 'open and then the electrode 19' is fixed again in the collet 18 'by means of the clamping nut 49, after which the module 11' can be reinstalled.
In operation, gas, e.g. B. Helium, argon, hydrogen or the like. Blown into the chamber 27 'and an arc between the electrode 19' and the workpiece 83, which, like the electrode 19 'is connected to a DC power source, not shown, ignited. In connection with the nozzle opening 16 'provided at the end of the outlet channel 97, a plasma jet is formed between the tip of the electrode 19', which can be seen as shown in FIG. 4, and the workpiece, with which two workpieces can be welded.
Since the plasma gas emerges from the outlet channel 97 in the form of a cone jacket, this cone-shaped gas jet constricts and guides the plasma, whereby only a small focal spot is formed on the workpiece 83 and the thermal load on the immediate vicinity of the weld seam to be produced therefore remains low.
Since the arc or the plasma burns only between the flattened tip of the electrode 19 'protruding from the plane of the end face of the mouth part 15', which is switched as the electrode in most welding applications, there is no direct load on the mouth part 15 'by the plasma, so that compared to the conventional plasma welding torches, in which the mouth part also serves to guide the plasma, there is a considerably lower thermal load on this part.
In addition, the distance between the free end face of the mouth part 15 'and the workpiece 83 can vary within wide limits and can be chosen to be considerably larger than was possible with previous plasma welding torches and can e.g. B. 2mm to 6mm.
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