Verfahren zum Schweissen und Schweissbrenner zur Durchführung des Verfahrens. Es ist bekannt, mittels atomaren Wasser stoffes oder Edelgas, Metalle, Oxyde usw. zu schweissen bzw. zu schmelzen. Hierzu wird in der Technik in der Regel mit- einem Brenner gearbeitet, der im wesentlichen aus zwei Wolframelektroden besteht, die derart ange ordnet sind, dass jede Elektrode mit Wasser stoff oder Edelgas, der aus einer konzentri schen Düse ausströmt, bespült wird. Das aus strömende Gas wird somit in ,den Lichtbogen hineingeblasen, wobei sich die Elektroden in freier Atmosphäre befinden. Man ist zu einer derartigen Arbeitsweise bzw. Ausgestaltung der Schweissbrenner gezwungen, da der Bren ner von der Hand des Schweissers geführt wird.
Der Brennerkopf dieser im Verkehr be findlichen Schweissgeräte ist bei den einzelnen Modellen verschieden. Meist werden Schweiss brenner benutzt, bei denen die Elektroden unter einem Winkel von 30-60 angeordnet sind und denen Wasserstoff oder Edelgas durch eine Düse zugeführt wird, die konzen trisch um die Elektrode angeordnet ist.
Es sind auch Schweissbrenner bekanntgeworden, bei denen aus einer einzelnen zentralen Düse Wasserstoff oder Edelgas in den Lichtbogen eingeblasen wird; um diese Düse ist dann in diesem Falle eine zweite Düse angeordnet, aus der ebenfalls Wasserstoff oder Edelgas aus tritt, jedoch mit geringerer Strömungs geschwindigkeit und geringerem Druck, im Gegensatz zu der um die Elektroden zu innerst angeordneten zentralen Düse, aus der Gas mit hoher Geschwindigkeit bei hohem Gasdruck ausströmt. Durch diese Anordnung will man Gas sparen.
Es hat sich gezeigt, dass durch derartige Anordnungen, die im einzelnen verschieden ausgebildet sein mögen, bei denen aber stets der Lichtbogen, wohl zunächst durch ein Gas geschützt, praktisch aber in freier Atmo sphäre brennt, ein einwandfreies Schweissen nicht gewährleistet wird, weil das Schutzgas, zum Beispiel Wasserstoff, wenigstens zum Teil, selbst verbrennt, hierbei Wasserdampf bildet, ,der seinerseits durch Strömungswirbel und Diffusion in den Lichtbogen eindringen kann. Im Lichtbogen dissoziiert der Wasser dampf in elementarem Wasserstoff und ele mentarem Sauerstoff, in Gase also, die in diesem Zustand hochreaktionsfähig sind.
An der Oberfläche des zu schweissenden Werk stückes befindet sich somit eine Gasatmo sphäre, bestehend aus Wasserstoff, Wasser dampf, Sauerstoff und Stickstoff mit den ver schiedensten Energiegehalten. Die Gegenwart von Sauerstoff wirkt sich naturgemäss auf die Güte der Schweissnaht und in der Hand habung des Brenners ungünstig aus.
So ist es bekannt, dass es im allgemeinen nicht möglich ist, dickere Stäbe aus Chrom-Nickel-Legierun- gen, vorzugsweise aus Legierungen mit 15 bis ")00/o Chromgehalt, in dickeren Schichten ein wandfrei zu schweissen, es treten meist Schlackennester auf, auch ist die Dehnung im allgemeinen ungleichmässig und genügt nicht den geforderten mechanischen Bean- spruehungen. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schweissverfahren, das sich dadurch auszeich net, dass die zum Schutze der Elektroden übliche Schutzgasatmosphäre durch eine wei tere,
die Oxydation hindernde Gasatmosphäre eines nicht brennbaren Mediums geschützt wird. Der Schweissbrenner zur Ausübung des Verfahrens ist durch eine ringförmige Gas austrittsdüse und mindestens eine diese um gebende weitere Austrittsdüse für die Schutz gase gekennzeichnet.
In der Zeichnung ist ein Brenner zur Durchführung des neuen Verfahrens in einem Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar zeigen Fig. l einen Vertikalschnitt und Fig. 2 einen Horizontalschnitt gemäss der Linie 17-17 in der Fig. 1.
Der Schweissbrenner weist zwei geneigt. zu einander angeordnete Elektroden 5 und 6, zum Beispiel aus Wolfram, auf, die von je einem Rohr 14 umgeben sind und welche einer- ends bei 1 bzw. 2 düsenförmig verjüngt aus gebildet sind. Ferner sind die Rohre 14 von konzentrischen Ringen 3 und 4 umgeben, zwi schen welchen je ein Ringraum 16 und 15 ge bildet ist. Der Ringraum 15 steht mit einer Leitung 11 und der Ringraum 16 mit einer Leitung 12 in Verbindung. Die Rohre 14 sind an eine Leitung 10 angeschlossen.
Es sei noch erwähnt, dass zwischen den beiden Elektroden 5 und 6 ein Isolierkörper 13 angeordnet ist.
Im Betrieb brennt zwischen den beiden Elektroden ein Lichtbogen 7, welcher von durch die. Düsen 1, 2 strömendem Wasserstoff umgeben ist. Unter Einwirkung des Licht bogens dissoziiert der Wasserstoff. Damit nun dieser reaktionsfähige Wasserstoff nicht ver brennt, strömt aus den Düsen 3 bzw. 4 j e ein nichtbrennbares Gas. Aus der Düse 3 strömt zweckmässigerweise Stickstoff oder ein Edel gas und aus der Düse 4 Kohlensäure oder ein kohlensäurehaltiges Gas. Dadurch wird der Zutritt von Luft zum Wasserstoff verhindert und die die Schweissstelle 9 schützende Was serstoffatmosphäre selbst vor Oxydation ge schützt.
Diese Schutzgase können die Oxyda- tion hemmende Zusätze und ähnlich wirkende Stoffe, wie zum Beispiel Tetrachlor-Kohlen stoff usw., enthalten. Ferner kann die äussere Schutzgasatmosphäre Wasserdampf enthalten.
Um eine Entkohlung beim Schweissen von Stählen durch die Wasserstoffatmosphäre zu verhindern, ist es naturgemäss möglich, den Wasserstoff in an sich bekannter Weise in geringen Konzentrationen mit. einem flüchti gen Kohlenwasserstoff zu versetzen. VN ährend es mit bekannten Wasserstoff-Schweissbren nern praktisch nicht möglich ist, Aluminium legierungen ohne Flussmittel zu schweissen, ist dies nach dem beschriebenen Verfahren ohne weiteres durchführbar.
Es ist. unter anderem auch gelungen, 30-40 mm, dicke Chrom- Nickelstäbe mit. 2011/1) Chromgehalt zu ver schweissen, bei einem Festigkeitsabfall von nur 15-180/o, bei einer Dehnung von 50 bis 650/o. Auch ist es nach dem neuen Verfahren möglich, beispielsweise eine kleine Fläche auf einem Chrom-Nickel-Stück längere Zeit, 5 Minuten und länger, flüssig zu halten, ohne dass eine Oxydation des Chromes wahrgenom men werden konnte.
Das beschriebene Verfahren ist überall dort. mit Vorteil anzuwenden, wo es sich um die Herstellung von Schweissnähten bei stark beanspruchten ZVerkstücken handelt. Es kann insbesondere zum Anschweissen von Schaufeln benutzt werden, und zwar an Schaufelrädern von Turbinen und von Turbo- Kompressoren, ferner bei Brennkammern von Gasturbinen, des weiteren, um plattierte Bleche zu schweissen, wie sie in der chemischen Industrie üblich sind, sowie für viele andere \feile.
Das Verfahren ist nicht beschränkt auf die Verwendung von Handbrennern, es kann auch durch automatische Schweissanlagen ausge führt werden.
Process for welding and welding torch for carrying out the process. It is known to use atomic hydrogen or noble gas, metals, oxides, etc. to weld or melt. For this purpose, a burner is generally used in technology, which essentially consists of two tungsten electrodes that are arranged in such a way that each electrode is flushed with hydrogen or noble gas flowing out of a concentric nozzle. The gas flowing out is thus blown into the arc, the electrodes being in a free atmosphere. One is forced to work or design the welding torch in such a way, since the torch is guided by the hand of the welder.
The torch head of these welding devices in traffic is different for the individual models. Usually welding torches are used in which the electrodes are arranged at an angle of 30-60 and which hydrogen or noble gas is fed through a nozzle that is arranged concentrically around the electrode.
Welding torches have also become known in which hydrogen or noble gas is blown into the arc from a single central nozzle; In this case, a second nozzle is arranged around this nozzle, from which hydrogen or noble gas also emerges, but with a lower flow rate and lower pressure, in contrast to the central nozzle arranged at the innermost part of the electrodes, from which gas flows at high speed flows out at high gas pressure. This arrangement is intended to save gas.
It has been shown that such arrangements, which may be designed differently in detail, but in which always the arc, probably initially protected by a gas, but practically burns in a free atmosphere, a perfect welding is not guaranteed because the protective gas , for example hydrogen, at least in part, burns itself, forming water vapor, which in turn can penetrate into the arc through flow vortices and diffusion. In the arc, the water vapor dissociates into elementary hydrogen and elementary oxygen, in other words into gases that are highly reactive in this state.
There is therefore a gas atmosphere on the surface of the workpiece to be welded, consisting of hydrogen, water vapor, oxygen and nitrogen with a wide variety of energy contents. The presence of oxygen naturally has an adverse effect on the quality of the weld seam and the handling of the torch.
It is known, for example, that it is generally not possible to weld thicker rods made of chromium-nickel alloys, preferably from alloys with 15 to 100% chromium content, perfectly in thick layers; slag nests usually occur The expansion is also generally uneven and does not meet the required mechanical stresses. The present invention relates to a welding process which is characterized in that the protective gas atmosphere customary for protecting the electrodes is replaced by a further,
the oxidation hindering gas atmosphere of a non-flammable medium is protected. The welding torch for carrying out the method is characterized by an annular gas outlet nozzle and at least one additional outlet nozzle surrounding this for the protective gases.
In the drawing, a burner for carrying out the new method is shown in an exemplary embodiment, namely FIG. 1 shows a vertical section and FIG. 2 shows a horizontal section along the line 17-17 in FIG.
The welding torch has two inclined. electrodes 5 and 6 arranged in relation to one another, for example made of tungsten, which are each surrounded by a tube 14 and which are tapered at one end at 1 and 2, respectively, from a nozzle. Furthermore, the tubes 14 are surrounded by concentric rings 3 and 4, between each of which an annular space 16 and 15 ge forms. The annular space 15 is connected to a line 11 and the annular space 16 to a line 12. The tubes 14 are connected to a line 10.
It should also be mentioned that an insulating body 13 is arranged between the two electrodes 5 and 6.
During operation, an arc 7 burns between the two electrodes, which is passed through the. Nozzles 1, 2 is surrounded by flowing hydrogen. The hydrogen dissociates under the action of the electric arc. So that this reactive hydrogen does not burn ver, a non-combustible gas flows out of the nozzles 3 and 4 respectively. Expediently nitrogen or a noble gas flows out of the nozzle 3 and carbonic acid or a gas containing carbon dioxide flows out of the nozzle 4. This prevents the access of air to the hydrogen and protects the weld 9 protecting what is hydrogen atmosphere itself against oxidation.
These protective gases can contain additives that inhibit oxidation and substances with a similar effect, such as carbon tetrachloride, etc. Furthermore, the outer protective gas atmosphere can contain water vapor.
In order to prevent decarburization caused by the hydrogen atmosphere when welding steels, it is of course possible to use low concentrations of the hydrogen in a manner known per se. to add a volatile hydrocarbon. VNhile it is practically impossible with known hydrogen welding torches to weld aluminum alloys without flux, this can easily be done using the method described.
It is. also succeeded in using 30-40 mm, thick chrome-nickel rods. 2011/1) Chromium content to be welded with a drop in strength of only 15-180 / o, with an elongation of 50 to 650 / o. The new method also makes it possible, for example, to keep a small area on a piece of chrome-nickel in liquid for a longer period of time, 5 minutes or longer, without the possibility of oxidation of the chrome being perceived.
The procedure described is everywhere there. to be used with advantage when it comes to the production of weld seams in heavily stressed Z-workpieces. It can be used in particular for welding blades, namely on impellers of turbines and turbo-compressors, furthermore in combustion chambers of gas turbines, furthermore to weld clad sheets, as they are common in the chemical industry, and many others \file.
The process is not limited to the use of hand torches, it can also be carried out using automatic welding systems.