Schweissbrenner für das Schutzgas-Lichtbogenschweissen mit abschmelzender Elektrode Die Erfindung betrifft einen Schweissbrenner für das Schutzgas-Lichtbogenschweissen mit abschmelzender Elektrode, mit einem Brennerkopf, der eine im Mün dungsbereich dickwandige Gasdüse und ein konzen trisch innerhalb dieser Gasdüse angeordnetes Drahtfüh rungsstück besitzt.
Es sind Schweissbrenner für das Schutzgas-Lichtbo- genschweissen mit abschmelzender Elektrode bekannt, bei denen der Brennerkopf im wesentlichen aus einer Gasdüse und einem konzentrisch innerhalb dieser Gas düse angeordneten Drahtführungsstück besteht. Bei die ser Anordnung wird der Lichtbogen beim Schweissen durch eine Schutzgashülle gegen die an der Schweiss- stelle unerwünschten Wirkungen der umgebenden Atmosphäre abgeschirmt.
Für die Qualität der durchzu führenden Schweissungen ist es hierbei wichtig, dass der Schutzgasstrom wirbelfrei den Lichtbogen einhüllt und die freie Drahtlänge, d. h. das Schweissdrahtende zwi schen dem als Drahtdüse bezeichneten verjüngten Ende des Drahtführungsstückes und dem Lichtbogen mög lichst klein gehalten wird. Ausserdem ist es aus wirt schaftlichen Gründen erwünscht, den Schutzgasaufwand möglichst gering zu halten.
Diesen Forderungen wird in der Regel dadurch Rechnung getragen, dass der Brennerkopf sehr nahe an die Schweissstelle herangebracht wird. Auf diese Weise lassen sich zwar verhältnismässig gute Ergebnisse erzie len, doch ist der vordere, der Schweissstelle zugewandte Teil des Schweisskopfes dabei einer erheblichen Wär mebelastung ausgesetzt. Ungünstig wirkt sich vor allem der von der Wärmestrahlung getroffene, nach vorne offene Hohlraum des Brennerkopfes aus, in dem die Strahlungsenergie gesammelt wird und nur unzureichend wieder abgeleitet werden kann. Als Folge dieser Wär mebelastung ergibt sich ein mit der Schweissstromstärke steigender Kühlbedarf des Brennerkopfes, der vor allem dann erheblich ist, wenn es sich um sogenannte heisse Lichtbögen, d. h. solchen, die in argonreichen Schutzga sen brennen, handelt.
Bei bekannten Brennerkonstruktionen wurde ver- sucht, diesem grösseren Kühlbedarf durch eine Veren gung .der Gasdüse und damit einer Verkleinerung des Eintrittsquerschnittes für die Wärmestrahlung gerecht zu werden. Nachteilig an :diesen Ausführungsformen ist jedoch, dass der Lichtbogen nur von einer sehr dünnen Schutzgashülle umgeben ist, die schon bei kleinen Stö rungen, beispielsweise bei Ablenkungen des Gases an Ecken und Kanten, Umgebungsluft an die Schweissstelle vordringen lässt.
Es wurde auch schon versucht, .das Drahtführungs stück aus dem Gasdüsenraum herausstehen zu lassen, so dass die Düsenöffnung bezüglich der Lichtbogenstrah lung in den Schatten des Drahtführungsstückes kommt. Bei solchen Brennerkonstruktionen zeigte es sich jedoch, dass das verlängerte Drahtführungsstück die Gleichmässigkeit des Schutzgasstromes erheblich stört und die Umgebungsluft dadurch zum Lichtbogen gelan gen kann.
Schliesslich sind auch noch Schweissbrenner be kannt, bei denen :die Gasdüse durch eine gasdurchlässige Schicht, die die Wärmestrahlung abhalten soll, ver schlossen ist. Unerwünschte Wärmebelastungen des Brennerkopfes werden bei dieser Ausführungsform zwar bis zu einem gewissen Grade vermieden, .doch wird die gasdurchlässige Schicht beim Schweissen sehr leicht durch Metallspritzer verstopft und auf diese Weise der Schutzgasstrom in hohem Masse gestört. Auch in diesem Falle ist demnach eine sichere Schutzgasführung bei gleichzeitiger Herabsetzung der Wärmebelastung des Brennerkopfes nicht gegeben.
Die Erfindung ermöglicht, einen Schweissbrenner zu entwickeln, dessen Brennerkopf so ausgeführt ist, dass er eine .grosse Wärmebelastbarkeit besitzt und damit das Schweissen auch bei grossen Stromstärken möglich ist, ohne dass hierdurch Störungen in der Gleichmässigkeit des Schutzgasstromes auftreten.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdüse auf einem Teil ihrer Länge mehrwandig ausge bildet ist und zwischen je zwei benachbarten Wänden einen Hohlraum aufweist, wobei von jeweils zwei einen solchen Hohlraum umschliessenden Wänden die äussere Wand dicker als die innere Wand ausgeführt ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im fol genden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zei gen: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel und Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel.
Die Fig. 1 zeigt im Längsschnitt den gasgekühlten Brennerkopf eines erfindungsgemässen Schweissbren- ners mit doppelwandiger Gasdüse. Der sich verbrau chende und einem kontinuierlichen Vorschub unterlie gende Schweissdraht tritt aus der Drahtdüse 14 des Drahtführungsstückes 1 durch die Bohrung 13 ins Freie. Der elektrische Strom wird auf den Schweissdraht über das Ansatzstück 16, das Verbindungsstück 15 und das Drahtführungsstück 1 übertragen. Das Ansatzstück 16 ist durch den Isolierkörper 17 gegen die äusseren Teile des Brennerkopfes isoliert.
Das Drahtführungsstück 1 ist konzentrisch in der Gasdüse 2 angeordnet. Die Gasdüse 2 besteht aus einem dickwandigen Mündungsteil 3, einer dicken Aussenwand 4 und einer dünnen Innenwand 5. Zwischen diesen bei den Wänden 4 und 5 befindet sich ein Hohlraum 6. Die Innenwand 5 ist als Einsatzhülse ausgeführt und kann auf einfache Weise vom Mündungsteil 3 und der Aus senwand 4 der Gasdüse 2 gelöst werden.
Vorteilhafterweise besteht die dicke Aussenwand 4 und das Mündungsteil 3 der Gasdüse 2 aus einem gut wärmeleitenden Material, beispielsweise aus Kupfer. Als Werkstoff für die dünnere Innenwand 5 wird ein schlechter Wärmeleiter, beispielsweise ein hochlegierter Stahl verwendet, der zudem noch zunderfest und hitze beständig ist. Eine weitere Steigerung der Kühlung kann dadurch erreicht werden, dass die Innenwand 5 auf ihrer dem Hohlraum 6 zugekehrten Aussenseite optisch gut reflektierend ausgeführt ist.
Durch dieses grosse opti sche Reflektionsvermögen der Innenwand wird die von der äusseren, dicken Wand 4 herrührende Wärmestrah lung reflektiert. Es wird somit die Aufnahme von Strah lungsenergie durch Absorption bei der dünneren Wand 5 auf ein Mindestmass beschränkt und eine zusätzliche Wärmebelastung des Gasdüseninnenraumes dadurch vermieden.
Das Drahtführungsstück 1 besitzt im Bereich der Drahtdüse 14 vorteilhafterweise einen oder mehrere Längsschlitze 12, durch die Metallpartikel, die vom Schweissdraht mitgeführt werden, nach aussen treten können.
Beider in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform des Brennerkopfes eines Schweissbrenners wird das Schutz gas, wie allgemein üblich, im Inneren der Versorungslei- tungen einem Ringraum 9 zugeführt, tritt dann durch Bohrungen 10 in eine Kammer 11, von wo es in den In nenraum 7 der Gasdüse 2 strömt. Der Schutzgasstrom verläuft - wie durch die Pfeile 8 angedeutet - in diesem Fall zunächst parallel zur Achse des Brennerkopfes, wird dann etwas nach aussen abgelenkt, daraufhin nach innen geführt und tritt schliesslich wieder parallel zur Brennerkopfachse aus der Gasdüse 2 aus. Diese Gas führung besitzt zwar konstruktive Vorteile, hat aber den Nachteil, dass die Gleichmässigkeit der Gasströmung durch die mehrmalige Umlenkung gestört wird.
Die Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform des Brennerkopfes, die sich von der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform durch eine strömungstechnisch günsti gere Zuleitung des Schutzgases in die Gasdüse 2 unter scheidet. Diese bei bekannten Schweissbrennern wegen der grossen Wärmebelastung des Drahtführungsstückes 1 im allgemeinen nicht mögliche Gasführung, deren Verlauf durch die Pfeile 8 angedeutet ist, erfolgt in allen Abschnitten des dargestellten Brennerkopfes nahezu parallel zu dessen Längsachse und besitzt demzufolge eine besonders gute Gleichmässigkeit der Strömung.
Das Schutzgas tritt hierbei aus dem Ringraum 9 durch eine Bohrung 18 im Isolierkörper 17 in den In nenraum 7 der Gasdüse 2. Darüberhinaus besitzt diese Brennerausführung auf der Oberfläche der Drahtdüse 14 noch Längsrippen 19, die das Drahtführungsstück 1 kühlen und auf den Schutzgasstrom eine zusätzliche Richtwirkung ausüben. Die übrigen Teile der Ausfüh rungsform des Brennerkopfes gemäss Fig. 2 entsprechen im wesentlichen denjenigen des in Fig. 1 dargestellten Kopfes.
Die mehrwandige Bauweise des Schweissbrenners erlaubt, dass die vom vorderen Teil des Brennerkopfes aufgenommene Wärme im wesentlichen aus dem Inne ren der Gasdüse ferngehalten und gleichzeitig ein Wär meübergang von der Aussenwand der Gasdüse zur In nenwand durch die dazwischenliegenden Hohlräume vermeidbar ist. Dies führt dazu, dass .das im Inneren der Gasdüse angeordnete hitzeempfindliche Drahtführungs stück weniger aufgeheizt wird als bisher. Auch der Schutzgasstrom nimmt innerhalb der Gasdüse verhält- nismässig wenig Wärme auf und trägt auf diese Weise ebenfalls zu einer Herabsetzung der Temperatur des Drahtführungsstückes bei.
Ausserdem wird das Draht führungsstück auf einer verhältnismässig niedrigen Temperatur gehalten. Bekanntlich führt eine Überhit zung dieses empfindlichen Teiles leicht zu einem Fest klemmen und damit zu einem Zurückbrennen des Schweissdrahtes, das möglicherweise eine Beschädigung des ganzen Brennerkopfes zur Folge haben kann. Verursacht werden solche Störungen durch das Fest brennen von kleinen, vom Schweissdraht in die Draht düse mitgebrachten Metallpartikeln, die eine Verengung des Durchtrittsquerschnittes für den Schweissdraht be wirken. Diese Störungen treten bei dem in den Fig. 1 und 2 beschriebenen Schweissbrenner nicht mehr auf.
Es hat sich überraschenderweise sogar gezeigt, dass mit einem solchen Brenner, auch bei Verwendung argonhal- tiger Mischgase oder sogar von Reinargon, mit weit grösseren Schweissstromstärken im Dauerbetrieb ge- schweisst werden kann, als es bisher für möglich gehal ten wurde.
Darüberhinaus kann die Gasdüse lang und, durch eine Führung des Gasstromes in im wesentlichen axialer Richtung, strömungstechnisch optimal ausgebil det werden, da das Schutzgas bei dem erfindungsg"mäs- sen Brenner an der kälteren Innenwand der Gasdüse auch bei einem längeren Weg nicht zu stark erwärmt wird. Der Schutzgasverbrauch kann auf diese Weise er heblich gesenkt werden.
Besonders günstig ist die Ausführung mit doppel wandiger Gasdüse bei auswechselbarer Innenwand. Die geringe Flächenberührung dieser als Innenwand der Gasdüse wirkenden Einsatzhülse mit dem im Mün dungsbereich dickwandigen Teil der Gasdüse einerseits und der dicken Aussenwand andererseits bewirkt eine weitere Herabsetzung des Wärmeüberganges auf die In nenwand. Ausserdem können gegebenenfalls beschä digte Einsatzhülsen leicht ausgewechselt werden.
Zur Verbesserung der Betriebssicherheit des Schweissbrenners ist auch daran gedacht worden, dass das Drahtführungsstück im Bereich der Drahtdüse längsgeschlitzt ist und damit ein Austreten der mit dem Draht mitgeführten Metallpartikel vor deren Festbren nen in der Drahtdüse ermöglicht. Um trotz dieser Schlitze die Führungseigenschaften der Drahtdüse sicherzustellen, wird diese aus einem unelastischen Material hergestellt. Die Drahtdüse kann darüberhinaus eine durch Längsrippen oder Längsnuten vergrösserte äussere Oberfläche aufweisen.