CH200469A - Verfahren zur Herbeiführung einer selbsttätigen Formierung an Lichtbogen-Elektroden. - Google Patents

Description

  Verfahren zur     Herbeiführnng    einer selbsttätigen Formierung  an     Liehtbogen-Elektroden.            Durch        ältere        Untersuchungen        an        Iächt-          bogenstromriclhtern,        bezw.    an     Elektroden        für          Lichtbogenschweissung    ist bereits bekannt,       dass,

      die Bedingungen für     die        Existenz        des     Lichtbogens .dann am     .günstigsten        sind,        wenn     die     Elektroden    mit     einer        0$ydschieht    be  deckt sind.  



  Die     vorliegende        Erfindung    bringt eine       wesentliche        Verbasserung    der     Verhältnisse          hinsichtlich    der     Formierung    an solchen     Elek-          trod@en,    die sich     in.        einer        Gasatmosphäre    be  finden, dadurch,     dass!        man    die     Elektroden    in       einem        Gasgemisch        arbeiten    lässt,

       dessen          einer    Teil die     Formierung    an den     Licht-          bogenelektroden        bewirkt.        Die    mögliche Dauer       unausgesetzten        Betriebes    von in Gas bren  nenden     Lichtibögen,        insbesondere        bei.        Licht-          bogenstromrichtern        (Marg,Stromriohtem),

       wird von der     Lebensdauer    der Elektroden       bestimmt.        Diese        kannerhöht    wenden     durch          eine        Formierung    an den     Elektroden,    die     be-          wirkt,        @dassi    die     thermische        Emission        gering       und     dfie    Feldemission gross,     ist.        Gleichzeitig,

       aber     erst        mit        zweiter    Wichtigkeit,     soll    diese       Formierung    den     Elektrodenranregungszus,tand     in der     Brennfleckebene    und     senkrecht    ,dazu       einschränken,    sowie als     ,Schutz    gegen     Zer-          stäubungserscheimmgen    und     korrodierende     oder andere     chemische    Angriffe     wirken.     



  Eine     praktisch        erhebliche        Wirkung    er  zielt man     aber    erst, wenn man für     eine        stän-          dige        Neuformierung    an den Elektroden wäh  rend, dies Betriebes     @durch        Wiederinstand-          setzen:    der     infolge        Durchschlags,        Abbaus    und  so weiter     zerstörten.        Formierschiehten        ,Sorge     trägt.

   Dies kann     dadurch        geschehen,        @dass     man     eine        bestimmte        Metallelektrode    mit       einem        Betriebsgas    mit     einer    auf     die    Elek  trode     abgestimmten        Zusammensetzung        zu-          sammenwirken.    lässt.

       Diese        Abstimmung    hat  so zu     erfolgen,        da3        ider        gewünschte        Vorgang     der     Neuformierung        in        der        günstigsten;        Weise     und in der erforderlichen     Zeit        gesichert    ist.  



       Hierzu    ist erforderlich,     dass,    auf dem re.-           nen        Elektrodenmaterial    zum Teil sehr     dünne     Schichten mit einer     elektrischen    und     einer          Wärmeleitfähigkeit        gebildet        werden-,        welche     von den     entsprechenden        Leitfähigkeiten        des          reinen        Metalles    verschieden     sind,

      und dass       diese        Schichten,        soweit    sie durch den     Betrieb          zerstört    werden,     zur        Sicherung        eines        unge-          störten        Betriebes,        für    den die     Formier-          schiebt    benötigt     wird,        dauernd        wieder    er  neuert werden.  



  Eine     beispielsweise        Ausführangform        des          erfindungsgemässen        Verfahrens        besteht    darin,  dass als     Elektrodenmaterial    eine     Legierung     aus     mindestens    zwei Metallen     verwendet          wird,    von denen     hauptsächlich        das    eine die  Formierung durch Bildung von     Oberflächen-          schichten    bewirkt.

   Man     verwendet    hierbei       zweckmässigerweise    die Metalle in     feinster          Verheilung        (eutektische        Legierung).        Eine     der Komponenten der     Legierung    soll, wie       bereits        erwähnt,    die     Eigenschaft        aufweisen,

       im     Zusammenwirken    mit dem     Betriebsgas     bei     Erhitzung    durch den     Lichtbogen        die    er  wähnten     dünnen        Schichten    zu     bilden,

          die          hinsichtlich        elektrischer        Leitfähigkeit        und          Wärmeleitfähigkeit    vom     reinen    Metall ab       weichen-          Bei        Verwendung        einer        Legierung        aus          mindestens    zwei     Metallen    als Elektroden  material soll das eine     Metall    höchstens nur       wenig    zur Bildung     von.   

       Formierungsschich-          ten        neigen    und damit einen     übermässig        star-          ken        Abbrandverlust    der     Elektroden        verhin-          dern.    Bei     dieser        Komponente    der     Legierung          müssen    die     Formierungs@schichten        leichter     abbaufähig     sein    als     bei    der     

  ersterwähnten     Komponente.     Besonders        vorteilhaft        ist    die       Wirkung        des        zweiten        Legierungsbestandteils          dann,    wenn er nicht nur den     Abbrandverlust          des        andern        Bestandteils        einschränkt,

          sondern          auch        als        Überträger    des     aggressiven        Gases          wirkt.        Diese        Wirkung        ist    wie erwähnt     des-          halb    möglich,

   weil die     Schichten.    beim     zwei-          ten        Legierungsbestandteil        leichter    abbau  fähig sind     als        beim        ersten.        Selbstverständ-          lich    kann jeder der beiden     Bestandteile    auch       selbst        Legierung    oder     chemische        Verbindung          sein..            Das        Betriebsgas    soll  <RTI  

   ID="0002.0148">   ebenfalls        aus        einer          Mischung        bestehen,    deren eine     Komponente          möglichst        inaktiv        .ist,        während    die     andere     auf     die        vorbeschriebene        Schichtenbildung     hinwirkt.

   Der     Anteil        des        aggressiveren        Mi-          schungsbestandteils    soll möglichst nicht  grösser     sein,    als für     eine    hinreichende     Schich-          tenbildung        erforderlich        ist,    um     sonstige    zer  störende Wirkungen     (Korrosion,        vermehrten          Abbrand)

      auf     ein.        Mindestmass    zu     be-          schränken.     



       Man    kann als     Betriebsgas,        des        vorteil-          hafterweise        in    einem     geschlossenen        Umlauf     zu     verwenden    ist, auch ein     solches        becw.        ein          Gasgemisch    verwenden, das     (unter    dem Ein  flug     des        Liohtbogene)

          einen        aggressiven.        Be-          standteil    (z. B.     Sauerstoff)        abspaltet        bezw.     liefert,     während    der     Rest        inaktiv        ist,

      oder  man kann eine     Mischung        eines        solchen        unter     dem     Lnchtbogeneinfluss    sich     zersetzenden          Gases    mit     einem        inaktiven    Gas     verwenden.          Weiterhin        ist    es möglich, die     Anlage        mit          reinem        inaktiven    Gas zu     betreiben,

          wenn    an  einer     beliebigen        Stelle,        etwa    durch den       Haupt-        oder        einen        Hilfslichtbogen,        ein          aggressives        Gas        aus        einen.        festem        Körper     oder     einer        Flümigkeät        freigemacht        wird.     



       .Bei    der     Abstimmung        sämtlicher        verränder-          licher        Grössen        ist        die    für     die        Formierung    zur       Verfügung        stehende        Zeit        (Brennpausen    bei       Stromiriehterbetrieb)    zu     berücksichtigen,

      fer  ner die     während    der     Belastungszeit        an        der          Formierschicht        auftretenden        Beanspruchun-          gen.     



  Um den     Erfindungsgedanken,    an     einigen          Beispielen        des        Verfahrens        besser    zu     erläu-          tern,        sei        angenommen,        die        Elektroden        beii-          stehen        aas        einer        Legierung    von     Silber        oder     Gold mit Kupfer,

       Mangan        und/oder        erdalka-          lischen        Metallen,        seltenen    Erden     usw.        Ander-          seits        bestehe    das     Betriebsgas        aus        einer        Mi-          schung    von     Stickstoff        und        Sauerstoff    mit  oder     ohne        einen     <RTI  

   ID="0002.0307">   bestimmten        Anteil    an       Kohlenoxyden    oder     aus        Kohlensäure.    allein.  In allen     Fällen        wind    ein     bestimmter        Sauer-          stoffanteil        im        Gasumlauf    vorhanden     sein,          der    auf die     angreifbare        Komponente    der       Legierung,

          also        beispielsweise        ,das    Kupfer           oder    das     Erdalkali,        einwirkt    und     eine     Schicht von Oxyd über dem Elektroden  metall zu     bilden        bestrebt        ist.    Die     Bildung          dieser    Schicht     wird        anderseits    durch die     An-          wesenheit    des     andern        Legierungsbestandteils,

       z. B. Silber oder Gold,     beschleunigt,    da     ins-          besondere        Silber    als     Sauerstoffübertr%olpr     wirkt, jedoch in     bestimmten        und    durch die       Zusammensetzung    der Legierung genau zu       beherrschenden        Grenzen,    gehalten.  



  Diese     Formierschichten        wirken        günstiger     als eine einfache     Oxydierung        eines        Elek-          trodenmetalles..        Das    Oxyd hat     nämlich    eine  so viel geringere     Wärmeleitfähigkeit    als     das     Metall,     dass:    eine     Wärmestauung,eintritt,    die  zu einem     Verbrennen;    :

  des.     Metallei,    führen  kann, während die     Formierschicht        infolge     der     Komgrösse    der     Legierung        wesentlich          dünner    sein kann,     anderseits    auch selbst eine       Mischung        aus    Metall und     Metalloxyd        dar-          stellen:

          kann,        wodurch    die     'M7ärmeleitfähig-          keit    zwar     eingeschränkt,    aber wenn man die       richtige        Abstimmung        vornimmt,    auf ihren       ;

  günstigsten,    Wert     gebracht    wird.     Bei    der       Formierchicht    wird     der        Kathodenfall    so  stark herabgesetzt, dass,     wie    bereits     erwähnt,

       die thermische     Emission    durch eine     vorwie-          gend        feldmässig        bestimmte    Emission ersetzt       wird.    Der für     eine        Bildung    der     Pormier-          schichten    nach dem     erwähnten    Beispiel     gün-          stigste        Sauerstoffgehalt    liegt etwa     zwischen     1 und     .d%.     



       Prei        Verwendung        eines        Gasgemisches    von  höherem     Sauerstoffgehalt    als     ä    %     kann    man  auch     fortlaufend,    d. h.     ständig,    oder perio  disch     einen:        Teil    -des:

       Umlaufgases    abblasen       und    durch     frisches:        Gas        ersetzen,    um eine       Anreicherung    :desselben mit     .Stiokoxyden,        die          sich    unter der     Einwirkung    des     Lichtbogens          bilden:

  ,    zu     vermeiden.    Um die schädlichen       Einwirkungen        eines    zu hohen     Sauerstoff-          gehaltes        während    der     Oxybildung    zu     verhin-          dern,    kann     auch    der     Anteil        desjenigen        Be-          standteils,    -der die     Abbraudverluste    herab  setzt, also     beispielsweise    des Silber,

       ver-          grössert        werden..        Hierdurch    verschiebt     sich     der     höchstzulässige        :Sauerstoffgehalt    nach  oben.

           Anderseits    kann auch, wenn solche     ,Sub-          stanzen    oder Gase mit dem     Lichtbogen        in          Berührung    kommen.,     :die    selbst     Sauerstoff    ab  spalten, der Gehalt an     freiem        Sauerstoff    im       Umlaufgas        geringer    als     angegeben    sein.

         Wesentlich    für die     Ermöglichung    der     Ver-          wirklichung        des.        Erfindungsgedankens        ist,     an den     Lichtbogenfussgunkten    die hin  reichende     Menge        ,Sauerstoff        bezw.    Oxyd zur       Bildung    der     Formiersehichten    und diese  Menge     in        möglichst        konstanter    Grösse zur  Verfügung zu haben.

   Hierbei soll der rest  liche Teil der     Gasmischung    aus solchen       ,Gasen        bestehen,    die nicht durch zusätzliche       Reaktionen!    den Betrieb der     Lichtbogen-          stromrichter        .gefährden.    Falls     unerwünschte          Reaktionen    des     Gases    nicht ganz zu vermei  den sind, so     kann        mann    durch bekannte Mit  tel     diesen        Reaktionen    so entgegenwirken,       :

  dass    die     Gaszusammensetzung    an der     Zu-          strömseite        zum        Lichtbogenraum,        also          das        Gas        den;

          ,gesamten    Umlauf durch  laufen! hat,     wieder    die     ursprüngliche        Zusam-          mensetzung    in     annäh@emder        Konstanz        erhält.     Durch     dass        erfindungsgemässe        Verfahren          lässt        sich        der        Abbrand    der Elektroden ganz       wesentlich        verringern.        Ausserdem     <RTI  

   ID="0003.0202">   wird        auch          ein    -der Form nacherwünschter     Abbrand,    er  zielt, :das     heisst,    der     Abbrand        ist    gleich  mässig,     findet    in :der     Mitte    der     Elektroden          statt,    so dass     es        möglich        ist,    die     Strömun:

  gs.-          verhäJtnisse        des    Betriebsgases und     gegebe-          nenäalls    auch die     Zündungsverhältnisse        des          Hilfslichtbogens        .gut    zu     beherrschen.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren für -die Herbeifuhrung einer selbsttätigen Formierung an Lichtbogen- elektToden, die sieh in gasförmigem Medium befinden, dadurch ,gekennzeichnet, :

   dass' man die Elektroden, in einem,Gasgemisoh arbeiten lässt, dessen einer Teil :die Formierung be wirkt.

   UNTERANTSPRüCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, RTI ID="0003.0249" WI="13" HE="4" LX="1633" LY="2082"> dadurch :gekennzeichnet, :dass: ein, Gasgemisch ver wendet wird, das wälzend: des Betriebes Sauerstoff liefert.

   2. Verfahrnen nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Elektrodenmate- rial eine Legierung aus mindestens zwei Metallen vevvendet wird,

   von denen hauptsächlich das eine die Formierung durch Bildung von Oberflächenschichten bewirkt. 3.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Elektrodenmate- rial eine Legierung aus mindestenss zwei Metallen verwendet wird,

   von denen das eine höchstens nur wenig zur Bildung von Formierungsschichten neigt und damit einem übermässig starken Abbrandverlust der Elektroden verhindert. 4.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der Formierung bei nicht abgestimmten Komponenten ein Teil das Betrieh5gaam ständig abgeblasen und durch frisches Gas <RTI

   ID="0004.0068"> ersetzt wund. 5. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, daB,

   zur Verbesserung der Formierung bei nicht abgestimmten Kom- ponenten ein Teil des Betriebsgases mit Unterbrechungen abgablasen und durch frisches Gas ersetzt wird.