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Verfahren zum Schutzgas-Lichtbogenschweißen von Nickel mit zwei konzentrischen
Gas-Ringströmen Beim Lichtbogenschweißen von Metallen muß die Oxydation des Metalls
in der Schweißzone verhindert werden, wozu man meist einen Strom von inertem Gas
um die Elektrode leitet. Dennoch werden häufig kleine Mengen Luft von dem Gasstrom
mitgerissen und vergiften diesen, indem sie zu Oxydation des Schweißmetalls führen,
und die Schweißstelle porös machen. Dieser Nachteil zeigt sich besonders dann, wenn
Nickel und Nickellegierungen, insbesondere Nickel-Kupfer-Legierungen mit 60 bis
70% Nickel und 20 bis 30% Kupfer, geschweißt werden.
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Um bei der Betätigung eines Schweißkopfes in einer Schweißmaschine
das inerte Gas vor der Luft zu schützen, hat man bereits einen Wasserstoffstrom
rund um eine zylindrische Düse, geführt, die den inerten Gasstrom zur Schweißzone
leitet, wobei der Wasserstoff längs der äußeren zylindrischen Wandung der Düse fließt.
Diese Maßnahme reicht indessen an sich nicht aus, das inerte Gas hinreichend vor
der Luft zu schützen, weil die beiden Gasströme sich nach dem Austritt aus ihren
Düsen miteinander vermengen.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutzga.s-Lichtbogensehweißen,
insbesondere von Nickel und Nickellegierungen, bei dem ein die Elektrode umschließender
inerter Gass.tro@m von einem Wasserstoffringstrom umgeben ist.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die beiden Gasströme nach
ihrem Austritt aus den Düsen so zu leiten, da.ß der äußere Wasserstoffstrom den
inneren inerten Gasstrom auch nach dem Austritt und im Bereich der Schweißzone sicher
umhüllt. Dies geschieht gemäß der Erfindung dadurch, daß der Wasserstoffstrom la.minar
gemacht und kegelig unter etwa 10 bis 30° nach innen gerichtet wird und beide Ströme
aus Düsenöffnungen treten, die im wesentlichen in einer Ebene liegen. Der laminare
Charakter des Wasserstoffstromes wirkt einer Vermengung mit dem inerten Gasstrom
entgegen, wie sie bei turbulentem Austritt unvermeidlich wäre. Durch die Führung
des Wasserstoffstromes in Kegelform nach innen werden außerdem beide Ströme in nahe
Berührung gebracht. Der Auslaß in ungefähr einer Ebene verhindert, daß der Wasserstoffstrom
infolge freien Strömens in der Atmosphäre über eine längere Strecke turbulent wird,
bevor er in den Bereich des inerten Gasstromes gelangt.
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Ein Lichtbogen-Schweißbrenner zur Durchführung des Verfahrens ist,
wie an sich bekannt, zweckmäßig mit zwei zur Elektrode und zueinander gleichachsigen
Düsen ausgerüstet. Die erfindungsgemäße Düsenform ergibt seich, wenn man einen innen
zylindrischen und außen kegeligen Hohlkörper vorsieht, dessen Bohrung die innere
Düse bildet und der von einem parallel zu seiner Außenfläche liegenden Hohlkegel
umgeben ist, mit denn er die äußere Düse, bildet. Der Schweißbrenner nach der Erfindung
kann in bekannter Weise mit Wasserkühlung versehen sein. In diesem Fallet wird zweckmäßig
am äußeren Düsenmantel ein nach hinten ragender, den wassergekühlten Teil umgebender
Mantel vorgesehen, der dem von der Kühlung herrührenden Wasserniederschlag aus dem
brennenden Wasserstoff entgegenwirkt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt,
und zwar zeigt Fig. 1 einen senkrechten Mittelschnitt durch den Schweißbrenner,
Fig. 2, 3 und 4 Schnitte nach den Linien II-II, III-III und IV-IV in Fig. 1 und
Fig. 5 eine vergrößerte schematische Ansicht des Düsenendes des Schweißbrenners.
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Der dargestellte Schweißbrenner hat einen aus den Teilen. 1 und 2
bestehenden zylindrischen Körper, innerhalb- dessen eine nicht abschmelzende Elektrode
3 durch eine Metallklammer 5 gehalten ist. Der Teil 5 wird durch eine Gewindekappe
12 in eine Buchse 8 gepreßt. Die Buchse 8 ist gepreßt. Die Buchse 8 ist elektrisch
leitend und trägt einen Gewindebolzen 18, denn der Strom zugeleitet wird und der
durch Wasser aus den Rohren 23 gekühlt wird. Die Rohre 23 und die Gasrohre 36, 46
werden von einem Isoliergriff 4 getragen.
Die Elektrode 3 erstreckt
sich durch das untere Ende eines Isolierringes 42, den Unterteil des Körpers 2 und
eine Innendüse 26, die innen zylindrisch und außen konisch ist. Eine konische Außendüse
32 umgibt die, Innendüse unter Bildung eines Kanals 35 zwischen den beiden Düsen.
Die Auslaßenden der beiden Düsen liegen fast in derselben Ebene.
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Helium oder ein anderes inertes Gas wird der Innendüse durch das Rohr
36, einen Innendurchgang 38, Querkanäle 39 im Ring 42 und einen Ringkanal 41 zugeleitet.
Das Gas wird natürlich unter Druck zugeführt; es ist wichtig, daß es nicht turbulent
austritt. Die Ouerkanäle 39 wirken als Gleichrichter, indem sie dem Gasstrom eine
zweimalige Richtungsänderung aufzwingen. Ein Rohreinsatz 44 in der Düse 26 und im
unteren Teil des Körpers 2 hat oben eine Aufbördelung, die das Gas nach innen ableitet.
Infolge dieser Umlenkung fließt das Gas als schmaler, laminarer Strom aus, der Düse
26 und um den Lichtbogen.
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Wasserstoff wird durch das. Rohr 46 in einen Kanal 47 geleitet und
fließt durch einen axialen Kanal 48, einen Ringraum 49 zwischen den Teilen 1, 2
und einen Ringraum 50 zu einer Reihe von Öffnungen 51 im Boden des Teils 1. Durch
diese: Öffnungen gelangt er zu einem Behälter 52. Dieser Behälter wird teilweise
durch eine Ringhöhlung in der Deckfläche der Innendüse 26, teilweise durch eine
Aus.nehmung in der Außendüse 32 gebildet. Die Form des, Behälters bewirkt, daß seich
die Strömungsrichtung des eintretenden Gases anfänglich umkehrt, worauf das Gas
zunächst nach außen und dann durch den Kanal 35 nasch unten strömt. Der Zweck dieser
Änderungen der Strömungsrichtung ist, das Gas gleichzurichten und es aus der Düse
in einem, Strom austreten zu lassen, der gleichmäßige Dichte und Geschwindigkeit
aufweist und wirbelfrei ist. Auch die Tatsache, daß der Kanal 35 lang und eng ist,
trägt hierzu bei.
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Wie. Fig. 5 zeigt, isst das. inerte Gas um die Elektrode durch den
Wasserstoff vollständig geschützt. Die beiden Gasströme verschmelzen miteinander
und fließen um die Außenseite der Düse 32 als. eine Mischung von inertem Gas und
brennendem Wasserstoff nach oben. Der Winkel zwischen dem Kanal 35 und der Achse!
ist so, gewählt, daß sich der Wasserstoff und das inerte Gas in der Lichtbogenzone
nicht wesentlich mischen. Der Winkel liegt am besten zwischen 10 und 30°; mit einem
Winkel von 20° erhält man sehr gute Ergebnisse. Da der Kanal 35 am Auslaß der Düse
26 endet, wird der austretende Wasserstoff nicht durch Luft vergiftet, bevor er
in Berührung mit dem inerten Gas kommt.
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Die dargestellte Bauart ermöglicht es, Elektroden verschiedener Durchmesser
durch Auswechseln der Klammern 5 zu verwenden oder auch die Düse: 26 und den Einsatz
44 gegen andere verschiedener oder gleicher Größe auszuwechseln :oder den Einsatz
44 ganz fortzulassen.
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Der Schweißbrenner eignet sich besonders für Handbetrieb mit geringer
Schweißgeschwindigkeit von: z. B. 10 bis 75 cm/min. Der Winkel zwischen, dem Schweißbrenner
und dem Werkstück kann je, nach der Handstellung der Bedienungsperson verschieden
sein. Bei einem solchen handbetätigten Schweißbrenner ist der Schutz des inerten
Gasstromes besonders wichtig. Die Maße des Auslaßendes des Brenners müssen sorgfältig
gewählt werden. Der Innendurchmeser des Einsatzes 44 kann z. B. 10 mm, seine axiale
Länge 30 mm betragen. Bei diesen Abmessungen wählt man zweckmäßig ein Heliumvolumen
von 0,4 bis 0,8 m3/Std.; bei Verwendung von Argon statt Helium beträgt das Volumen
am besten 0,2 bis 0,4 m3/Std. In beiden Fällen empfiehlt sich ein Wasserstoffvolumen
von 0,3 bis 0,4 m3/Std.
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Für die Kühlung des Schweißbrcnners ist ein Kühlwasserringkanal 20
vorgesehen. Er wird durch ein Rohr 21 mit Kühlwasser gespeist, das durch ein Rohr
22 austritt. Durch diese Kühlung entsteht die Gefahr, daß Wasserdampf aus dem brennenden
Wasserstoff außen am Schweißbrenner kondensiert. Um dies zu verhindern, ist an der
Düse 32 ein Ansatz 55 in Richtung vom Auslaßende weg und im Abstand von dem Düs,=körper
vorgesehen. Der Kühlkanal 20 unterstützt die Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen
Temperatur am Auslaßende des Brenners.
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Schweißbrenner gemäß der Erfindung können mit gutem Erfolg auch zum
Schweißen anderer Metalle und Legierungen als Nickel und Nickellegierungen verwendet
werden.