CN107073632A - 钨极保护焊的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于钨极保护焊的方法，特别是用于钨极惰性气体保护焊或等离子焊的方法，在该方法中电极(200)和工件(151)供给有焊接电流，电极(200)作为阳极，工件(151)作为阴极。电弧(120)在电极(200)的电弧侧的表面(202)和工件(151)之间被引发并燃烧，电极(200)的电弧侧的表面(202)的能量密度和/或在电极(200)的电弧侧的表面(202)的电弧(120)的积聚被针对性地影响。

Description

钨极保护焊的方法

本发明涉及钨极保护焊的方法，特别地，涉及钨极惰性气体保护焊或等离子焊，其中向电极和工件提供焊接电流，其中电极作为阳极，且工件作为阴极，其中电弧在电极的电弧侧的表面与工件之间产生和燃烧。

背景技术

钨极保护焊，特别是钨极惰性气体保护焊(WIG焊)及等离子焊涉及电弧焊接的方法，其例如可以被用于堆焊、焊接或钎焊由金属材料制成的一个、两个或多个工件。此处工件和用于钨极保护焊的相应的焊炬的钨极与焊接电源电连接。电弧在钨极和工件之间燃烧。此处工件至少部分地被熔化并形成焊接熔池。在大多数材料中，钨极作为阴极，工件作为阳极，其中，基于物理电流方向电子从钨极传递至工件。

等离子焊是钨极惰性气体保护焊的特殊情形。在等离子焊中，供给至少两种独立的气体或气体混合物。首先，使用等离子气体(也称为中心气体)，其通过电弧的高温和高能量被离子化(至少部分地离子化)。因此，电弧产生等离子。特别地，使用氩气或者使用氩气和一部分氢或氦的气体混合物作为等离子气体。外部气体在此作为保护气体。使用氦气或含氦气的气体混合物作为保护气体使得可能改善导热性并增加输入到工件的能量。然而，与其它保护气体相比，氦气明显地更加昂贵，并且不是随处可以获得。与钨极惰性气体保护焊相比，等离子焊的缺点是用于等离子焊的相应焊炬更加复杂和昂贵，更大的焊炬有损易用性和操作性。出于该原因，等离子焊最经常仅在自动化条件下进行。

钨极保护焊最常使用由纯钨或含稀土金属(例如镧、铈、钇)、锆和钍的添加剂的钨组成的棒状电极。这些添加物最通常以氧化物存在。电极在工具侧被尖锐地研磨用于阴极极化。所述的在钨中的添加物降低了电子的功函数，从而作为阴极的电极可以在很高的电流下运行。

钨极惰性气体保护焊或具有负极化钨电极的等离子焊仅在某些条件下使用，如果可以，用于铝、铝合金、青铜、镁、镁合金、钛或其它形成高熔点氧化物的材料。问题是这些高熔点氧化物是不熔的。出于此原因，焊接熔池难以控制，并且很难观察到氧化层下焊接熔池的形成。存在氧化物夹杂的危险。此外，进入到部件的能量很小。

钨极和工件的极性可被颠倒，通过使用钨极作为阳极且工件作为阴极。在此情形中，电子从工件传递至钨极(物理电流方向)。这些退出工件或相应离子轰击的电子可熔化形成或出现在工件上的氧化层，从而达到清洁的效果。这种清洁效果使得可以避免在焊缝内出现氧化物夹杂。在具有排出孔的等离子焊中，与钨极惰性气体保护焊相比这种效果被强化，例如，由于结合部件的整个侧面与等离子接触，并被有效地清洁。

然而，不可能或根本不可能以这种方式有效并经济地极化作为阳极的钨电极，因为钨电极作为阳极的能力，特别是热容量和载流能力十分有限。例如，直径为3.2mm的钨电极的载流能力通常在20A至35A之间。

尽管这么低的电流强度，仍然存在钨电极熔化的危险，且熔融材料会从钨电极脱离。一方面这导致钨电极的破坏和工艺的波动，另一方面如果来自钨电极的熔融材料进入工件的焊接熔池会导致焊缝的污染。

这种污染在焊缝内产生的缺陷只能在复杂的再处理工艺中消除。低载流能力，因此低的焊接电流供给到钨电极，大多数情形下使得仅有低的能量输入到工件。因此，钨电极大多数情形下只能以这种方式极化为阳极用于很薄的工件，或由于钨夹杂的潜在风险根本不能被极化。此外，焊接速度低。

为了增强电极的能力并同时达到良好的清洁效果，钨电极可被供给交流电。例如，直径为3.2mm的钨极的载流能力可被增加至大约200A。然而，提供这种类型交流电的电源比相应的直流电源更复杂且昂贵很多。此外，当使用通有交流电的钨电极操作时，对操作者产生很强的声音负担。而且，对焊工的眼睛施加更多的负担，因为由于焊接电流的改变电弧辐射强度不断变化。除此之外，交流电操作也与焊缝被污染的风险有关。此外，与正极化钨电极相比，引入工件的能量减少。

现有技术确有提供在钨极保护焊接过程中用于改善电极的热容量的方式。然而，这些选择不适于在钨极保护焊接过程中用于改善作为阳极提供的电极的载流能力。这些概念的基本思想在这里最经常与有效地耗散冲击电极的大量热量有关。一方面，尝试改善电极的冷却，例如，如DE4234267A1、DE4205420A1、DE2927996A1或US3569661A所描述。

另一方面，高熔点的插入物(insert)可以引入到由铜制成的主体中，这种插入物可被水冷却，例如，如在US4590354或DE102009059108A1或DE2919084C2中所述。然而，相应的插入物这里用作阴极。与用作阳极相比，完全不同的机理在这里起作用。因此，类似这种的插入物不适于用于钨极保护焊，其中钨电极作为阳极。

例如，用作阳极的相应的结构在EP0794696B1或US3242305中描述。然而，即使这些类型的电极只表现出轻微的载流能力，并且使用这些类型的电极在焊接电流超出20A至35A范围(“高电流焊接”)是几乎不可能的，如果不是不可能的。

其原因是提供作为阳极的电极的良好的冷却可以导致在阳极上的电弧的点施加，这可产生很高的电流密度，从而导致阳极的破坏。一旦达到这种类型的点电弧施加，阳极材料蒸发，引起自我放大效应增加。电弧在蒸发部位遇到特别有利的应用条件，聚焦能量输入至此部位。由于此过程在等离子体中比在固体中快几个数量级，即使良好的导热性和有效的冷却也不能防止阳极的破坏。

处于这种原因，期望改进钨极气体保护焊，特别是钨极惰性气体保护焊或等离子焊，将电极作为阳极，特别是着眼子实现电极的改善的载流能力，尤其是用于高电流焊接。

发明内容

此目的通过用于钨极保护焊的方法实现，特别是用于钨极惰性气体保护焊或等离子焊的方法实现，所述方法用于具有权利要求1的特征。有利的实施方式是各自的从属权利要求的主题和下面的说明。

电极和工件供给有电流，其中电极作为阳极，且工件作为阴极。电弧在电极的电弧侧的表面和工件之间激发并在此燃烧。根据本发明，以有针对性的方式影响电极电弧侧的表面的能量密度和/或电弧在电极的电弧侧的表面的电弧施加。如下面更详细的描述，这使得能够显著地增加电极的载流能力。

例如，在钨极保护焊过程中，由金属材料制成的一个、两个或多个工件可被堆焊，焊接或钎焊，或进行表面处理。

特别地，在焊接过程中供给保护气体。相应的焊炬特别地包括用于供给保护气体的保护气体喷嘴。该保护气体直接地影响电弧。保护气体的组成可直接地影响焊接的效率。在用于等离子焊的焊炬的情形中，这种等离子焊炬作为替换地或额外包括用于供给等离子气体的等离子气体喷嘴，所述等离子气体至少部分地被离子化。

本发明的优点

特别地，以针对性的方式影响能量密度和/或电弧的施加避免了电弧在电极上的点施加。这防止了可以破坏电极的高能量密度，特别是高电流密度。此外，电极被有效地冷却。因此，可防止电极的破坏。此外，可防止由于电极剧烈地熔化可能产生的焊缝中污染或缺陷。

由于本发明使得能够防止在电极上的高能量密度并冷却电极，用作阳极的电极的容量可被提高。在根据本发明的钨极保护焊过程中，电极可被供给比传统的钨极保护焊的情形高许多的电流强度。因此，当使用电极作为阳极及待焊接工件作为阴极时，工件的清洁效果可被进一步的增加。这使得在工件上可能形成的氧化层以很高的效率溶解。

因此，本发明使得能够在钨极保护焊过程中增加作为阳极的电极的载流能力。本发明允许电极在高达500A的焊接电流强度下运行。结果，特别地执行高电流焊接，电极特别地用作高电流阳极。优选地，该电极供给具有80A至500A电流强度的焊接电流。因此，本发明使得高电流、正极化的钨极保护焊成为可能，在此过程中阳极还可在高焊接电流强度下运行。

本发明使得可以实现高能量输入至连接作为阴极的工件。该高能量输入特别是由在阴极降区域的高电压降、以及由以离子方式的能量输入引起的。此外，可以实现高的焊接速度和深的焊缝穿透。使用本发明，即使相对厚的工件或部件也可被经济性的焊接。可以避免在工件内夹杂氧化物或电极材料，因为连接作为阴极的工件表面被有效地清洁，并且连接作为阳极的电极不被热容量熔化。

作用在电弧上的洛伦兹力特别依赖于在阳极和阴极(即电极和工件)上施加的电光源的直径。洛伦兹力使得电弧流稳定。特别地，这种电弧流代表着电极和工件之间的能量的流动，并且对工艺的稳定性至关重要。流动至工件的电弧流越稳定和越强，输入至工件的能量越高，则形成的焊缝越均匀。特别地，以针对性的方式影响能量密度和/或电弧施加可放大该流，从而增加输入至待焊接的工件的能量并改善工艺稳定性。

特别地，本发明使得可可靠和有效地焊接轻金属如铝、铝合金、镁、镁合金、钛或其他材料，例如青铜。特别地，通过高电流电弧的高能量输入至连接作为阴极的工件，使得这成为可能。

在本发明的第一有利的实施方式中，通过在电极的电弧侧的表面的选定区域选择或使用与剩余电极的电极材料不同的材料，以针对性的方式影响能量密度和/或电弧施加。特别地，电极的电弧侧的表面部分地由电极材料和部分地由与电极材料不同的材料构成。

该选定区域可被用于以针对性的方式影响电弧的施加。特别地，电弧直接地施加至该区域。与电极材料相比，该选定区域的材料或该材料的物理性能(特别是熔点、沸点、导电性、导热性以及功函数)选择的方式为使得电弧施加对该选定区域有利。特别地，这可通过此材料的物理和几何特性适应电流强度的事实来实现。特别地，物理和几何特性选择的方式为使得材料熔化至最大限度的程度，但均匀。这避免了电弧在电极自身点施加及由此导致的电极熔化的风险。由于电弧施加有利于选定区域，电极没有被像在传统的钨极保护焊中的电极那样被剧烈加热。这使得能够防止随着剧烈熔化的电极引起的焊缝内的污染或缺陷的电极破坏。

优选地根据焊接电流的电流强度选择与电极材料不同的选定区域的材料。优选地根据焊接电流的电流强度选择选定区域的直径。特别地，更大的直径用于更大的电流强度。特别地，较小的直径用于更低的功函数的材料。特别地，电弧不被点施加，而且非常均匀，并且电极不会被过高的能量密度破坏。

高熔点的材料优选地用作选定区域的材料。特别地，比电极材料熔点高的高熔点材料，更特别地，高熔点难熔金属被选择作为选定区域的电极材料。由于电弧特别施加至选定区域，使用高熔点材料可防止选定区域材料的熔化。结果，进一步避免了由较低熔点材料制成的剩余电极的熔化。

锆、碳、铼、钽、钇、铌、铪、纯钨或包含由稀土金属(如镧、铈和钇)、锆和/或钍组成的添加剂的钨优选用作选定区域的材料。钨中的这些添加物特别地以氧化物形式存在。

当使用铪时，活性气体如二氧化碳或氧气可以特别有利地也作为保护气体，而电极不被损坏。在传统的钨极保护焊过程中，由于活性气体的高氧亲和力，电极会被损坏。

在本发明的有利的实施方式中，选定区域的材料以插入物的形式用于电极的电弧侧的表面。因此，特别是使用具有至少一个由与电极材料不同的材料制成的插入物的电极。特别地，这种插入物引入电极的方式为使得该插入物至少部分地位于电极的电弧侧的表面。因而电极的电弧侧的表面部分地由电极材料和部分地由插入物材料构成，但也可以全部由高熔点材料构成。这里的插入物可从电极突出，或者与剩余电极形成闭曲面(closedsurface)。

此处的插入物可被设计为具有合适的几何形状，例如立方体、正方形或圆柱形。特别地，该插入物可在电极的整个轴向延伸上延续。特别地，例如，该插入物进一步可在电极的轴向上仅具有受限的延伸，从而仅间接地位于电极的电弧侧的表面上。特别地，插入物的直径、功函数和熔点与要达到的焊接电流的电流强度相适应。特别地，这些参数以这样的方式调整，以便在操作过程中在电极的电弧侧的表面的整个对应部分上均匀地加热插入物。

在本发明的第二有利的实施方式中，通过以至少一个聚焦气流的形式向电极的电弧侧的表面提供聚焦气体，以有针对性方式对能量密度和/或电弧施加进行影响。特别地，除保护气体和/或等离子气体外，提供聚焦气体。特别地，聚焦气体以聚集气体流的方式供给。此处将电弧聚焦理解为电弧的施加是在电极的电弧侧的表面聚焦或移动，即构建在电极的特定区域上或移动通过特定的表面。特别地，聚焦气体的量和组成可被改变。氩气、氦气或氩气和氦气的混合气体优选地作为聚焦气体供给。

此处供给的聚焦气体或聚集气体流对电极具有冷却效果，特别是对电极的电弧侧的表面。聚焦气体直接地冷却电极。此外，聚焦气体或脉冲聚焦气体流在电弧上施加压力，特别是在电弧施加上。结果，电弧可在边缘区域被冷却。这种冷却效果，施加的压力以及聚焦气体的物理和化学性质影响电弧的施加。

根据聚焦气体流相对于电极或相对于电弧如何被引导，电弧的施加可被聚焦在电极的电弧侧的表面，并被限定在特定区域。结果，聚焦气体还可以防止电光源在电极或者在电极熔点低的区域上的点施加。

聚焦气体优选地以至少一个聚焦气流的形式绕着或围绕电极的电弧侧的表面的选定区域周围针对性地供应。通过将为选定区域适当地选择与电极材料不同的材料以及供给合适的聚焦气体组合，特别地，电弧被施加分布在整个选定区域，并且选定区域的材料不被熔化。特别地，聚焦气体被供给至电弧。优选地，聚焦气体被供给至电弧施加。

聚焦气体优选地以作为湍流的至少一个聚焦气体流的形式供给。湍流(也被称为“涡流”)的理解是指聚焦气流螺线地或螺旋地围绕轴线扩展。特别地该轴线在电极轴向延伸的方向上延伸，更特别地在电弧的延伸方向上延伸。特别地，该轴线对应于电弧的电弧轴线。特别地，因而湍流螺旋地围绕电弧延伸。因此，湍流的方向由与该轴线相切的第一方向和与该轴线平行的第二轴向方向的重叠组成。

在有利的实施方式中，聚焦气体通过几个聚焦气体钻孔供给，其中电极具有这些聚焦气体钻孔用于在其电弧侧的表面供给聚焦气体。此处聚焦气体钻孔可每个具有不同的直径、形状和相对于彼此的距离。可选地，聚焦气体钻孔也可以相同的设计和/或相互等间距排列。特别地，电极具有至少四个聚焦气体钻孔。特别地，焊炬具有合适的聚焦气体供给部。特别地，电极可以与该聚焦气体供给部连接。聚焦气体供给部设定为通过聚焦气体钻孔供给聚焦气体。

在本发明的第三有利的实施方式中，通过从电极的电弧侧的表面排出气体，以有针对性的方式影响能量密度和/或电弧施加。此处气体从在电极的电弧侧的表面前的特定区域排出。

电弧将在电极的电弧侧的表面前的气体加热。加热的气体通过气体排出部排出。特别地，排出的气体是保护气体、等离子气体或聚焦气体。因此，也由电弧加热的保护气体可以被排出。特别地，气体还可被集中地供给以产生向工件的流动。

因此，被电弧及其它电极前的热效应和热聚集加热的气体被排出。这使得可以间接降低电极前气体的温度。由于这种降低的电极前气体温度，电极不被剧烈加热或可更容易地冷却。排出气体间接地冷却电极，并增加其热容量。

此外，因而可以防止在电极前气体中产生局部热波动。因此，可进一步防止电极在一些区域内比在其它区域内被更加剧烈地局部加热。电弧的点施加对电极上的这些类型的局部过热区域有利。因此，排出气体还可防止电弧的点施加。

排出的气体优选用作保护气体供给。如上所述，特别地，保护气体被排出。在返回的过程中，该气体可以再次被供给作为保护气体。这使得增加保护气体的平均温度和到工件的能量输入成为可能。

在本发明的有利的实施方式中，气体通过电极中的轴向延伸的气体排出钻孔从电极的电弧侧的表面排出。特别地，电极此处设计为中空电极。特别地，相应的焊炬包括气体排出部。该气体排出部的设置特别是用于通过电极轴向延伸的气体排出钻孔从电极的电弧侧的表面排出气体。

优选使用由具有高导热性的电极材料制成的电极，优选铜和/或黄铜。特别优选使用铜和钨的混合合金。因此，电极可以被非常有效地冷却，并且还具有高熔点。由于电弧特别施加于上面所讨论的选定区域，所以电极不必须由高熔点材料组成，并且电极仍然可以防止被熔化。

在本发明特别优选的实施方式中，使用的电极具有至少一个由与电极材料不同的材料制成的插入物和/或在电极电弧侧的表面具有聚焦气体钻孔用于供给聚焦气体和/或具有至少一个轴向延伸的气体排出钻孔用于从电极的电弧侧的表面排出气体。

插入物有利地基本上位于电极的电弧侧的表面的中心。特别地，此处插入物包括电极的中心或尖端。

聚焦气体钻孔优选地围绕电极的电弧侧的表面的中心设置。特别地，气体钻孔围绕中心同心地设置。因此，特别地，所供给的聚焦气体将电弧施加聚焦在电极电弧侧的表面的中心。

优选地，插入物基本上位于电极电弧侧的表面的中心，优选地，聚焦气体钻孔围绕插入物设置。一方面，插入物使得电弧被施加在电极电弧侧的表面的中心。另一方面，利用聚焦气体将电弧施加额外地聚焦在中心上。

优选地，电极朝着其电弧侧的表面逐渐变细。因此，特别地，电极具有“尖端”。因此，该电极在电弧侧的表面和侧面或壳表面之间没有矩形或近矩形边缘。因此，电弧侧的表面相对于壳表面倾斜，即相对于壳表面倾斜特定的角度。结果，电弧的施加不能从电弧侧的表面快速地跳向电极的壳表面。

相反，电弧的施加可以沿着(倾斜的)电弧侧的表面偏移。特别选地，此处插入物位于电极电弧侧的表面的中心，且至少部分地形成电极的尖端或锥形部分。特别地，通过插入物和聚焦气体电弧施加被聚焦至该尖端或锥形部分。随着电流强度增大，施加表面变得更大，从而电流密度保持几乎一致。

在本发明的有利的实施方式中，聚焦气体钻孔设计的方式为使得供给的聚焦气体或聚焦气体流以上述的湍流的方式扩展。湍流的特性，例如曲率半径、间距和/或梯度，可通过配置聚焦气体钻孔和聚焦气体供给而设定。例如，湍流特性通过聚焦气体钻孔的数量、单个聚焦气体钻孔的几何形状、聚焦气体钻孔相对于轴线的设置、特别是聚焦气体钻孔相对于轴线的偏心距、和/或聚焦气体钻孔相对于工件的设置而被设定。

有利地是将插入物设置在电极内的中空空间内，特别地在圆柱形中空空间内。在插入件和剩余电极之间选择最大可能的壳表面，以确保散热良好。特别地，插入物是二次成型或与剩余电极的基体一起烧结、或压入剩余电极，特别地在加工过程中。

优选地，电极包括几个插入物。这里的第一插入物基本上位于电极的电弧侧的表面的中心。优选地，至少一个另外的插入物设置在该第一插入物周围。特别地，此处电弧被施加至所有的插入物。这使得能够减小单个插入物上的载荷。

优选地，在焊接时供给保护气体。氩气、氦气或氩气、氦气和/或氧气和/或二氧化碳的混合物优选提供作为保护气体。因此，特别是纯氩，纯氦或氩气和氧气的混合物、氩气和氦气的混合物或氩气、氦气和氧气的混合物供给作为保护气体。在这些混合物中，特别地，使用150ppm至1％的氧气比例，以及2％至50％的氦气比例。对于由高合金钢制成的工件，特别地，供给由氩气或氦气和不超过10％的氢气比例组成的保护气体。在等离子焊接过程中，类似的混合物用作保护气体。此外，特别地使用由上述气体混合物组成的等离子气体和聚焦气体。

特别地，相应的焊炬包括用于供给保护气体的保护气体喷嘴。保护气体直接地影响电弧。保护气体的组成直接地影响焊接效率。在用于等离子焊的焊炬情形中，特别地，相应的等离子焊炬作为替代地或额外地包括用于提供等离子气体的等离子气体喷嘴，所述等离子气体被至少部分地离子化。

特别地，以有针对性的方式影响能量密度和/或电弧施加使得有可能减少在保护气体中的氦比例或使用氩气-氧气混合物作为保护气体。因此，钨极保护焊也可以用在低氦源的地方。此外，可以降低用户的生产费用和成本。

电极有利地被冷却，特别地通过水冷装置冷却。因此，电极可以直接和/或间接地被冷却。特别地，这种间接冷却在电极和剩余的焊炬之间的大的接触表面上实现。特别地，直接冷却通过允许冷却水流过电极的壁或壳表面来实现。

本发明其余的优点和实施方式可从说明书和附图中得到。

毫无疑问，在不脱离本发明的框架下，上述的以及尚未描述的特征不仅可用于分别表述的组合中，还可用于其它的组合或单独使用。

基于示例性的实施方式的附图中示意性地描述本发明，并以下参照附图详细描述本发明。

附图说明

图1示出了用于钨极保护焊的焊炬的示意性侧视图，所述焊炬设置为用于实现根据本发明方法的优选实施方式。

图2示出了用于钨极保护焊的焊炬的示意性透视图，所述焊炬设置为用于实现根据本发明方法的优选实施方式。

具体实施方式

图1示意性地描绘了用于钨极保护焊的标记为100的焊炬，所述焊炬设置为用于实现根据本发明方法的优选实施方式。在此示例中，焊炬100被设计为用于钨极惰性气体保护焊的焊炬。焊炬100用于在结合过程中将第一工件151和第二工件152焊接。

焊炬100具有电极200。工件151、152和电极200与焊接电源140电连接。因此，电极200供给有焊接电流。电极200此处用作阳极，工件151和152用作阴极。在电极200和工件151、152之间产生电弧120，并在电极200和工件151、152之间燃烧。电弧120至少部分地熔化第一和第二工件151、152，从而产生焊接熔池160。

焊炬100执行高电流焊接，电极200用作高电流阳极。电极200此处供给有80A至500A之间的焊接电流。

焊炬100进一步具有保护气体喷嘴130，以在电弧120的方向或在焊接熔池160的方向对焊接过程提供保护气体流形式的保护气体，如附图标记131所示。

电弧120被施加至电极200的电弧侧的表面202。与剩余电极的电极材料不同的材料用作该电弧侧的表面的选定区域202。

为此，电极200内部具有插入物210。此处电极由电极材料201制成，插入物210由与电极材料201不同的材料211组成。此处插入物材料211具有比电极材料201更高的熔点。在此示例中，电极200由铜201制成，插入物210由钨211制成。

在此示例中，插入物210在电极200的整个轴向扩展上延伸。插入物在选定区域形成电极200的电弧侧的表面202的一部分。此处插入物位于电弧侧的表面202的中心。此外，电极200向着其电弧侧的表面202逐渐变细。

如果电极200和工件151、152与焊接电流源140电连接，电弧施加对由钨211组成的插入物210有利，并且对由铜制成的剩余电极200也有利，但不如对前者有利。因此，电弧120在电极200上的施加125以针对性的方式被影响。此外，由此以针对性的方式影响电极200的电弧侧的表面202上的能量密度。特别地，电弧120直接地施加至插入物210，因此在电弧侧的表面202的中心。

电极200还具有聚焦气体钻孔220。在图1中的示例中，为了清楚仅示出了两个聚焦气体钻孔220。然而，优选地，电极200具有至少四个、优选六个、八个、十个、十二个或十四个聚焦气体钻孔220。此处聚焦气体钻孔220围绕插入物210设置。聚焦气体钻孔220与聚焦气体供给部221连接。聚焦气体供给部221用于在电弧120的方向通过聚焦气体钻孔220以聚焦气体流222的形式提供聚焦气体。例如，聚焦气体钻孔220还可被设置在焊炬的其它部件内，如保护气体喷嘴。然而，在阳极电弧施加中有效果。

特别地，此处氩气作为聚焦气体供给。聚焦气体或聚焦气体流222将电弧120聚焦，特别地，将电弧施加125聚焦。聚焦气体或聚焦气体流222将电弧施加125聚焦在电极200的电弧侧的表面202的中心(除了插入件210之外)。此外，电极200，特别是电极200的电弧侧的表面202，通过供给聚焦气体或聚焦气体流222冷却。而且由此，电极的电弧侧的表面202的能量密度以针对性的方式被影响。

保护气体还可通过至少部分地向着电极220引导用于聚焦，例如通过屏蔽(screens)。出于此目的，焊炬100特别有利地设计方式是使得电极200突出于保护气体喷嘴130。因此，电弧120可被更容易地点燃，改善了过程的可实现性和可观察性。

聚焦气体钻孔220在电极200内设置的方式使得聚焦气体流222形成为湍流(也称为“漩涡”)。因此，聚焦气体流222以螺线或螺旋形状223围绕电弧120引导。

此外，电极210具有两个轴向延伸的气体排出钻孔230。因此电极210设计为中空电极。在此示例中，气体排出钻孔230平行于插入物210延伸。气体排出钻孔还可形成在插入物210内。

电弧120或电弧120的热效应将供给的保护气体加热。因此，加热的保护气体132积聚在电弧侧的表面202前(用点表示)。气体排出钻孔230与气体排出部231连接。气体排出部231从电弧侧的表面202排出加热的保护气体132，如附图标记232所示。

排出加热的保护气体132将电极200冷却，特别是将电极200的电弧侧的表面202冷却。因此，能够以针对性的方式影响电弧120在电极200上的施加以及电极200的电弧侧的表面202的能量密度。

此外，排出的保护气体232可通过气体排出部231作为保护气体或聚焦气体222重新供给到焊接过程中。图1中示出了返回的保护气体并以附图标记233表示。

图2示出了另一电极200的示意性透视图，所述电极可用于实现根据本发明方法的优选实施方式。图1和图2中相同的附图标记表示相同的结构元件。

图2中的电极具有插入物210和多个聚焦气体钻孔220。插入物位于电极200的电弧侧的表面202的中心。聚集气体钻孔220此处环形地围绕插入物210设置。

附图标记列表

100 焊炬

120 电弧

125 电弧施加

130 保护气体喷嘴

131 保护气体流

132 加热的保护气体

140 焊接电流源

151 第一工件

151 第二工件

160 焊接熔池

200 电极

201 电极材料，铜

202 电弧侧的表面

210 插入物

211 插入物材料，钨

220 聚焦气体钻孔

221 聚焦气体供给部

222 聚焦气体流

223 螺线形状，螺旋形状

230 气体排出钻孔

231 气体排出部

232 排出的保护气体

233 返回的保护气体

Claims (16)

1.用于钨极保护焊的方法，特别是用于钨极惰性气体保护焊或等离子焊的方法，

-其中电极(200)和工件(151)供给有焊接电流，其中电极(200)作为阳极，工件(151)作为阴极；

-其中电弧(120)在电极(200)的电弧侧的表面(202)和工件(151)之间被引发并燃烧；

其特征在于

-能够以针对性的方式影响电极(200)的电弧侧的表面(202)的能量密度和/或电弧(120)在电极(200)的电弧侧的表面(202)的电弧施加。

2.根据权利要求1的方法，其中对于电极的电弧侧的表面(202)的选定区域，使用不同于剩余电极的电极材料(201)的材料(211)，能够以针对性的方式影响能量密度和/或电弧施加。

3.根据权利要求2的方法，其中根据焊接电流的电流强度选择所述选定区域的不同于电极材料(201)的材料(211)和/或所述选定区域的直径。

4.根据权利要求2或3的方法，其中高熔点材料用作所述选定区域的材料(211)。

5.根据权利要求2至4任一项的方法，其中使用锆、碳、铼、钽、钇、铌、铪、钨或包含由镧、铈、钇、锆和/或钍组成的添加剂的钨作为选定区域的材料(211)。

6.根据权利要求2至5任一项的方法，其中用于所述选定区域的材料(211)在电极的电弧侧的表面(202)以插入物(210)的形式使用。

7.根据前述权利要求任一项方法，其中通过以至少一个聚焦气体流的形式向电极(200)的电弧侧的表面(202)供给聚焦气体(222)以针对性方式影响能量密度和/或电弧施加。

8.根据权利要求7或权利要求2至6任一项的方法，其中以至少一个聚焦气体流的形式的聚焦气体(222)以针对性的方式绕着或围绕电极(200)的电弧侧的表面(202)的选定区域提供和/或提供给电弧施加。

9.根据权利要求7或8的方法，其中聚焦气体(222)以作为湍流的至少一个聚焦气体流的形式供给。

10.根据权利要求7至9任一项的方法，其中氩、氦或氩和氦的混合物作为聚焦气体(222)，与具有氧气添加剂的初始指定的气体或气体混合物一起供给。

11.根据权利要求7至10任一项的方法，其中聚焦气体(222)通过若干聚焦气体钻孔(220)供给，其中电极(200)的电弧侧的表面具有用于供给聚焦气体(222)的这些聚焦气体钻孔(220)。

12.根据前述权利要求任一项的方法，其中通过从电极(200)的电弧侧的表面(202)排出气体(132)以针对性的方式影响能量密度和/或电弧施加。

13.根据权利要求12的方法，其中气体(132)通过电极(200)内至少一个轴向延伸的气体排出钻孔(230)从电极(200)的电弧侧的表面(202)排出。

14.根据前述权利要求任一项的方法，其中氩、氦、或氩、氦和/或氧或二氧化碳的混合物用作保护气体供给。

15.根据前述权利要求任一项的方法，其中电极被冷却，特别地，通过水冷却装置被冷却。

16.根据前述权利要求任一项的方法，其中进行高电流、正极化焊接和/或为电极(200)供给80A至500A之间的电流强度的焊接电流。