DE102004053433A9

DE102004053433A9 - Current nozzle for welding and cutting torches

Info

Publication number: DE102004053433A9
Application number: DE102004053433A
Authority: DE
Inventors: Christine Dr. Winkelmann; Christian Bürkner
Original assignee: Individual
Current assignee: WINKELMANN, CHRISTINE, DR., 02979 BURG, DE
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2004-10-20
Publication date: 2007-05-31
Also published as: DE102004053433A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stromdüse für Schweiß- und Schneidbrenner mit einem geraden Drahtförderkanal. DOLLAR A Erfindungswesentlich ist, dass die Stromdüse aus Graphit ist oder die Stromdüse aus Kupfer einen Einsatz über die gesamte Länge der Stromdüse aus Graphit hat, der mittels Strangpressen oder Strangziehen in die Stromdüse aus Kupfer eingebracht ist. Die Stromdüse aus Graphit wird angewendet für Aluminium, Magnesium, Zink, Zinn und Legierungen der genannten Metalle als drahtförmiger Zusatzwerkstoff. Die Stromdüse aus Graphit wird dabei mittels Klemmverbindung im Düsenstock befestigt und mittels Anordnung einer Spannmutter fixiert. Die Stromdüse ist für MIG/MAG-Lötverfahren geeignet. DOLLAR A Die Stromdüse für Schweiß- und Schneidbrenner ist besonders geeignet für den Einsatz von Zusatzwerkstoffen mit einem niedrigen Schmelzpunkt und für das Schweißen und Löten von Aluminiumwerkstoffen.The invention relates to a contact nozzle for welding and cutting torches with a straight wire feed channel. DOLLAR A is essential to the invention that the contact tip is made of graphite or the contact tip made of copper has an insert over the entire length of the contact tip made of graphite, which is introduced into the contact tip made of copper by means of extrusion or drawing. The contact tip made of graphite is used for aluminum, magnesium, zinc, tin and alloys of the metals mentioned as wire-shaped filler material. The contact nozzle made of graphite is fastened in the nozzle holder by means of a clamp connection and fixed by means of a clamping nut. The contact tip is suitable for MIG / MAG soldering processes. DOLLAR A The contact tip for welding and cutting torches is particularly suitable for the use of additional materials with a low melting point and for welding and soldering aluminum materials.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromdüse für Schweiß- und Schneidbrenner mit einem geraden Drahtförderkanal zur Führung und Kontaktierung der Drahtelektrode.The The invention relates to a current nozzle for welding and cutting torches with a straight wire feed channel to the leadership and contacting the wire electrode.

Die Stromdüse, auch Kontaktdüse genannt, hat einmal die Aufgabe, die Drahtelektrode zu führen und zum anderen den Strom in die Drahtelektrode in geringem Abstand vom Lichtbogen einzuleiten. Die Stromdüse ist gleichzeitig der störanfälligste Teil im Schweißstromkreis. Ihre Funktion als Stromüberträger wird u. a. erschwert durch:

1. stumpfe Drahtelektrodenenden, die den Lichtbogen zum Stromdüsenende hin zünden;
2. Gleitbehinderungen in der Stromdüse, verursacht durch kurzzeitige Drahtstillstände während des Lichtbogenzündens bei zu langem Schlauchpaket und zu großer lichter Weite des Drahtförderkanals und Unebenheiten an den Innenwandungen;
3. Stotter-Lichtbogenzündung durch zu kleine Stromanstiegsgeschwindigkeit beim Zünden;
4. Drahtanschmelzungen und Spritzerbildung im Drahtförderkanal durch Zerplatzen der Anschmelzstellen durch örtlich hohe Stromdichte zwischen Drahtelektrode und Stromdüse;
5. Vergrößerung des Kontaktwiderstandes durch Fehler auf der Drahtoberfläche und Oxidschichten;
6. Spritzer aus dem Lichtbogenbereich, die Bremswirkungen und größere elektrische Widerstände durch das Eindringen in den Spalt zwischen Drahtelektrode und Drahtförderkanal oder durch Belagsbildung am Stromdüsenende verursachen;
7. erschwertes Gleiten der Drahtelektrode, bedingt durch zu hohe Temperaturen der Stromdüse und zu niedrige Warmhärte, sowie durch Beschleunigen der Elektroerosion und Belagsbildung bei mangelhaften Drahtelektroden;
8. Verminderung des Kontaktstellendrucks bei zu großem Innendurchmesser der Stromdüse, Drahtelektroden mit großem Springmaß;
9. fehlerhafte Ausführung der Stromdüse, wie Innengrate am Ein- und Ausgang des Drahtförderkanals, Rauhigkeit, und Welligkeit des Drahtförderkanals;
10. ungleichmäßige Drahtförderung;
11. Drahtdeformation besonders bei mechanisch nur gering belastbaren Drähten.

The Stromdüse, also called contact nozzle, once has the task of guiding the wire electrode and on the other to initiate the current in the wire electrode at a small distance from the arc. The current nozzle is at the same time the most susceptible part in the welding circuit. Its function as a current transformer is made difficult by:

1. blunt wire electrode ends which ignite the arc towards the current nozzle end;
2. Sliding obstructions in the Stromdüse caused by short-term wire shutdowns during the arc ignition at too long hose package and too large clear width of the wire feed channel and bumps on the inner walls;
3. Stutter arc ignition due to too low current slew rate during ignition;
4. Drahtanschmelzungen and spattering in the wire feed channel by bursting of Anschmelzstellen by locally high current density between wire electrode and Stromdüse;
5. Increase of contact resistance due to defects on the wire surface and oxide layers;
6. sparks from the arc region, causing the braking effects and greater electrical resistance by the penetration into the gap between the wire electrode and wire feed channel or by deposit formation at the Stromdüsenende;
7. Difficult sliding of the wire electrode, due to excessive temperatures of the Stromdüse and too low hot hardness, and by accelerating the electrical discharge and deposit formation in defective wire electrodes;
8. Reduction of the contact point pressure with too large inner diameter of the Stromdüse, wire electrodes with a large jump size;
9. defective execution of the flow nozzle, such as internal burrs at the inlet and outlet of the wire feed channel, roughness, and waviness of the wire feed channel;
10. uneven wire feeding;
11. Wire deformation, especially with wires that are only mechanically resistant to low stress.

Stromdüsen müssen neben einer guten Wärmeleitfähigkeit auch ein guter elektrischer Leiter sein und werden bevorzugt aus Kupfer gefertigt. Zusätzlich sind Eigenschaften, wie beständig gegen Elektroerosion und Fremdablagerungen, wichtig. Kupfer ist zwar ein sehr guter elektrischer Leiter und Wärmeleiter, aber diese Eigenschaft hat auch zur Folge, dass umherspritzende Metallpartikel an der Schweißstelle, auf die Stirnfläche der Stromdüse treffen und dort verschweißen und so hässliche und störende Vorsprünge, auch Bären genannt, aufbauen. Der Vorsprung kann schnell so groß werden, dass ein Kurzschluss zwischen der Stromdüse und dem Werkstück entsteht. Bei der Verwendung von Zusatzwerkstoffen geringer Schmelztemperatur, wie z.B. Al-, oder Sn-Drähte, oder mit geringer Verdampfungstemperatur, wie z.B. Zn- und Mg-Drähte, kommt es wegen der hohen Affinität zu Kupfer in der Kupferstromdüse zu partiellen Aufschweißungen, die auch zur Unterbrechung des Schweißprozesses führen. Die zuletzt genannten Zusatzwerkstoffe sind wegen dieser Eigenschaft für Kupfer Legierungsbildner. Aus DE G 84 21 896.7 ist eine Stromdüse in zweiteiliger Ausführung bekannt. Die Stirnfläche der Stromdüse ist abgetrennt und aus Kohle und wird in die Stromdüse eingesteckt. An der Stromdüsenspitze aus Kohle bleiben die Metallspritzer nicht mehr haften. Die zweiteilige Stromdüse bleibt trotzdem störanfällig, so dass diese Stromdüse in die Praxis auch noch keinen Eingang gefunden hat. Für die Verwendung von Al-, Mg-, Zn- oder Sn-Zusatzwerkstoffen ist diese Stromdüse nicht anwendbar. Eine Stromdüse zum Schweißen von Aluminium ist in DE G 89 09 592.8 offenbart, nach deren Lehre in eine Stromdüse aus Kupfer ein Kohlekern eingepresst ist. Auch der eingepresste Kohlekern in der Kupferstromdüse behebt die aufgezeigten Mängel nicht und auch diese Kupferstromdüse noch keinen Eingang in die Praxis gefunden hat.Electricity nozzles must be next to a good thermal conductivity also be a good electrical conductor and are preferred Made of copper. additionally Properties are as stable against electro-erosion and foreign deposits, important. Copper is Although a very good electrical conductor and heat conductor, but this property also has the consequence that metal particles spewing around at the weld, on the face the current nozzle meet and weld there and so ugly and annoying tabs, too Called bears, build up. The projection can quickly become so great that a short circuit between the current nozzle and the workpiece arises. When using filler metals of low melting temperature, such as. Al or Sn wires, or with low evaporation temperature, e.g. Zn and Mg wires, it comes because of the high affinity to copper in the copper stream nozzle to partial welds, which also lead to the interruption of the welding process. The latter materials are because of this property for copper Alloy-forming. From DE G 84 21 896.7 a Stromdüse in two-part design is known. The face the current nozzle is separated and made of coal and is plugged into the Stromdüse. At the current nozzle tip From coal, the metal splashes are no longer liable. The two-piece contact tip still remains susceptible to interference, so that this current nozzle in practice has not yet found an entrance. For the use Of Al, Mg, Zn or Sn filler metals, this current nozzle is not applicable. A stream nozzle for welding of aluminum is disclosed in DE G 89 09 592.8, according to its teachings in a stream nozzle a carbon core is pressed in from copper. Also the pressed in carbon core in the copper stream nozzle fixes the identified shortcomings not and also this Kupferstromdüse still no entrance into the Has found practice.

Vor diesem technischen Hintergrund stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Stromdüse zu entwickeln, die für die Anwendung von Zusatzwerkstoffen, die für Kupfer Legierungsbildner sind, geeignet ist und wirtschaftlich hergestellt werden kann. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen von Anspruch 1 oder 2 gelöst und zwar dadurch dass die Stromdüse aus Graphit besteht und ein zentraler geradeverlaufender Drahtförderkanal zur Führung des Zusatzwerkstoffes, im folgenden Schweißdraht genannt, in der Stromdüse aus Graphit angeordnet ist oder eine Stromdüse aus Kupfer über ihre gesamte Länge einen Innenkern aus Graphit aufweist und im Strangpress- oder Strangziehverfahren hergestellt wird und der zentrale geradeverlaufende Drahtförderkanal im Graphitkern der Stromdüse aus Kupfer angeordnet ist. Mit dem Strangpressen des Graphitkernes in das Kupferrohr sintern Kupfer und Graphit an der Oberfläche zusammen und die gute Leitfähigkeit des Kupfers verbindet sich mit der chem. Resistenz des Graphits und ein grenzflächenfreier Stromübergang ist gewährleistet. Graphit ist die metallische Kohlenstoffmodifikation und zeichnet sich auf grund seines Kristallgitteraufbaues durch eine beachtliche Wärme- und Elektrizitätsleitfähigkeit aus. Das Kristallgitter von Graphit ist gekennzeichnet durch die Ausbildung von Sechsecken, die sich zwischen benachbarten Kohlenstoffatomen in einer Ebene ausbilden und die gute elektrische Leitfähigkeit begründet. Die Sechsecke bilden übereinander Schichten, deren atomarer Abstand größer als innerhalb der Sechsecke ist und die Bindungskräfte zwischen den einzelnen Schichten daher auch relativ schwach wirksam sind. Daher lassen sich die Schichten gegeneinander relativ leicht verschieben, was wiederum die Wirkung als ausgezeichnetes Schmier- oder Gleitmittel begründet. Die vorteilhaften Wirkungen des Graphiteinsatzes in der Kupferstromdüse werden auch durch den negativen Widerstandskoeffizienten von Graphit unterstützt, bei dem sich mit steigender Temperatur der elektrische Widerstand verringert. Mit dem fast reibungsfreien Durchgang des Schweißdrahtes verringert sich gleichzeitig die Bildung von Abrieb wesentlich. Anderweitig umherspritzende Metallteilchen bleiben an der Stromdüse aufgrund des Graphiteinsatzes nicht haften, auch Schmutzpartikel bleiben nicht haften. Der Abrieb vom Schweißdraht wird vielmehr gemeinsam mit dem Schweißdraht nach außen transportiert. Mit der Erfindung wird die Standzeit der Kupferstromdüsen wesentlich erhöht. Verschmelzungen des Schweißdrahtes mit dem Kupfer der Stromdüse werden verhindert und die Kontinuität des Schweißprozesses garantiert. Die Stromdüsen nach der Erfindung sind selbstverständlich auch für den Einsatz in Schutzgaslötverfahren geeignet. Die Erfindung wird an Beispielen näher erläutert.Against this technical background, the invention has the object to develop a Stromdüse which is suitable for the use of filler metals, which are alloying agents for copper, and can be produced economically. According to the invention the object is achieved with the features of claim 1 or 2 and in that the Stromdüse consists of graphite and a central straight running wire feed channel for guiding the filler material, hereinafter referred to welding wire, disposed in the Stromdüse of graphite or a Stromdüse made of copper their entire length has an inner core made of graphite and is produced in the extrusion or Strangziehverfahren and the central straight running wire feed channel is arranged in the graphite core of the Stromdüs made of copper. By extruding the graphite core into the copper tube, copper and graphite sinter together on the surface, and the good conductivity of the copper combines with the chem. Resistance of the graphite and a boundary-free power transfer is guaranteed. Graphite is the metallic carbon modification and, due to its crystal lattice structure, is characterized by considerable heat and electricity conductivity. The crystal lattice of graphite is characterized by the formation of hexagons that form between adjacent carbon atoms in a plane and good electrical conductivity. The hexagons form superimposed layers whose atomic distance is greater than inside the hexagons and the bonding forces between the individual layers are therefore also relatively weakly effective. Therefore, the layers can relatively easily move against each other, which in turn establishes the effect as an excellent lubricant or lubricant. The beneficial effects of the graphite insert in the copper flow nozzle are also aided by the negative coefficient of resistance of graphite, in which the electrical resistance decreases with increasing temperature. With the almost frictionless passage of the welding wire at the same time reduces the formation of abrasion significantly. Otherwise metal particles spattering around will not adhere to the flow nozzle due to the use of graphite, even dirt particles will not adhere. The abrasion from the welding wire is rather transported together with the welding wire to the outside. With the invention, the service life of the copper flow nozzles is substantially increased. Melting of the welding wire with the copper of the current nozzle is prevented and the continuity of the welding process is guaranteed. The current nozzles according to the invention are of course also suitable for use in Schutzgaslötverfahren. The invention will be explained in more detail by way of examples.

Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1

Die Stromdüse ist aus Graphit. Die Stromdüse aus Graphit ist besonders für Schweißdrähte aus Aluminium, Magnesium, Silber, Zink und Zinn sowie ihren Legierungen geeignet, weil diese Metalle und ihre Legierungen mit Graphit auch keine chem. Bindung im teigigen oder flüssigen Zustand eingehen. Der Reibungswiderstand in der Graphitbohrung ist fast zu vernachlässigen und hemmt den Durchfluss nicht und auch flüssige Phasen führen nicht zur Bärenbildung in der Stromdüse. In der Automobilindustrie und im Behälterbau werden Schweißverbindungen zwischen Aluminiumwerkstücken untereinander, Aluminiumwerkstücken und verzinkten Stahlblechen, sowie verzinkten Stahlblechen untereinander ohne Beeinträchtigung der Zinkschicht, Magnesiumwerkstücken untereinander und Magnesiumwerkstücken und Stahlblechen mit Zusatzwerkstoffen auf Aluminium-, Magnesium-, Silber- und Zinkbasis immer interessanter und wirtschaftlich relevanter. Beim Einsatz der Stromdüse aus Graphit kann auf die zusätzliche Wasserkühlung der Stromdüse verzichtet werden ohne den Schweißprozess negativ zu beeinträchtigen.The contact tip is made of graphite. The current nozzle made of graphite is especially for Welding wires made of aluminum, Magnesium, silver, zinc and tin and their alloys, because these metals and their alloys with graphite also no chem. Tie in doughy or liquid Enter state. The frictional resistance in the graphite hole is almost to neglect and does not inhibit the flow and also liquid phases do not lead to bear education in the current nozzle. Welded joints are used in the automotive industry and tank construction between aluminum workpieces with each other, aluminum workpieces and galvanized steel sheets, and galvanized steel sheets with each other without impairment the zinc layer, magnesium workpieces with each other and magnesium workpieces and steel sheets with filler metals on aluminum, magnesium, silver and zinc basis more interesting and more economically relevant. When using the current nozzle made of graphite can on the additional water cooling the contact tip be omitted without negatively affecting the welding process.

Die Stromdüse aus Graphit nach diesem Ausführungsbeispiel wird nicht in den Düsenstock geschraubt, sondern geklemmt. Dazu ist der Düsenstock aus Kupfer in der Ausführung so geändert, dass im Aufnahmebereich für die Stromdüse mind. ein Dehnungsschlitz eingearbeitet ist, um die Stromdüse aus Graphit aufnehmen zu können und mittels Spannmutter im Düsenstock zu fixieren.The contact tip graphite according to this embodiment is not screwed into the nozzle, but clamped. This is the nozzle made of copper in the version changed so that in the recording area for the current nozzle at least one expansion slot is incorporated around the current nozzle made of graphite to be able to record and by means of clamping nut in the nozzle to fix.

Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2

Ein Hartgraphitrohr in den Abmessungen l = 40 cm und einem Außendurchmesser von 15 cm mit einer Innenbohrung von einem Durchmesser von 5 cm wird stranggepresst auf die Endwerte l = 300 cm und Außendurchmesser = 6 cm. Die Innenbohrung beträgt 1,00–1,5 cm. Die Innenbohrung kann rund oder polygon sein. Ein Elektrolytkupferrohr in den Abmessungen l = 50 cm und einem Außendurchmesser von 20 cm mit einer Innenbohrung von 5 cm wird über das Hartgraphitrohr stranggepresst. Das Elektrolytkupferrohr legt sich grenzflächenfrei um das stranggepresste Hartgraphitrohr und bildet einen geschlossenen Mantel. Die Oberflächenbindung zwischen dem Hartgraphit- und dem Elektrolytkupferrohr bewirkt die vorteilhaften Eigenschaften der Kupferstromdüse nach der Erfindung. Die Innenbohrung für den Schweißdraht ist variabel gestaltbar, sie kann rund oder polygon sein. Handelsübliche Schweißdrähte, die beim Fördern Abrieb erzeugen, bilden keine Bären mehr, weil sie mit Graphit keine Verbindungen eingehen. Die Schweißdrähte können nun mit gleichmäßiger und leicht veränderbarer Geschwindigkeit der Schweißstelle zugeführt werden.One Hard graphite tube in the dimensions l = 40 cm and an outer diameter of 15 cm with an internal bore of a diameter of 5 cm is extruded to final values l = 300 cm and outer diameter = 6 cm. The inner bore is 1.00 to 1.5 cm. The inner bore can be round or polygonal. An electrolyte copper pipe in the dimensions l = 50 cm and an outer diameter of 20 cm with an inner bore of 5 cm is extruded over the hard graphite tube. The electrolytic copper pipe lies around the extruded surface free of any interface Hard graphite tube and forms a closed shell. The surface bond between the hard graphite and the electrolyte copper pipe causes the advantageous properties of the Kupferstromdüse according to the invention. The Inner bore for the welding wire is variable, it can be round or polygon. Commercially available welding wires, the in conveying Generate abrasion, do not form bears more, because they do not make connections with graphite. The welding wires can now with uniform and easily changeable Speed of the weld supplied become.

Ausführungsbeispiel 3Embodiment 3

In Stromdüsen nach dem Ausführungsbeispiel 1 oder 2 ist ein zweiter Drahtförderkanal im Graphitkern angeordnet, um Tandem-Schweißverfahren durchführen zu können. Der zweite Drahtförderkanal kann innen rund oder polygon ausgebildet sein.In Contact tips according to the embodiment 1 or 2 is a second wire feed channel arranged in the graphite core to perform tandem welding can. The second wire feed channel can be formed inside round or polygon.

Ausführungsbeispiel 4Embodiment 4

Stromdüsen nach Ausführungsbeispiel 1 oder 2 sind mit radialen, seitlich angeordneten Bohrungen ausgeführt, die gleichmäßig über den Umfang der Stromdüse verteilt sind.Current nozzles after embodiment 1 or 2 are designed with radial, laterally arranged holes, the evenly over the Circumference of the current nozzle are distributed.

Die radialen Bohrungen gewährleisten einen zusätzlichen Gasaustritt und unterstützen das Austreten von Schmutzpartikeln zusätzlich.The ensure radial bores An additional Gas outlet and assist the leakage of dirt particles in addition.

Ausführungsbeispiel 5Embodiment 5

Stromdüsen nach Ausführungsbeispiel 1 oder 2 im Einsatz für MIG/MAG-Schweißverfahren und MIG/MAG-Lötverfahren. Das Schutzgaslöten ist inzwischen ein übliches Fügeverfahren geworden und unterscheidet sich in der Regelung der Fügetemperatur. Der Lichtbogen wird dabei so eingestellt, dass nur der Zusatzwerkstoff oder Schweißdraht schmilzt, während das Werkstück nicht bis zum Schmelzpunkt erhitzt wird.Current nozzles after embodiment 1 or 2 in use for MIG / MAG welding process and MIG / MAG soldering. The inert gas soldering is now a common one joining methods became and differs in the regulation of the joining temperature. The arc is adjusted so that only the filler material or welding wire melts, while the workpiece not heated to the melting point.

Claims

Stromdüse for welding and cutting torch with a straight wire feed channel, characterized in that - the current nozzle is made of graphite and center has an inner bore as a wire feed channel.

contact tip for welding and cutting torch with a straight wire feed channel made of copper and a graphite insert, characterized in that - the use made of graphite the entire length of the contact tip is introduced from copper by extrusion or pultrusion and interface-free on the copper surface is present and - in the Graphite centered an inner bore is arranged as a wire feed channel.

contact tip according to claim 1 or 2, characterized in that - the inner bore is formed round or polygon.

contact tip according to claim 1 or 2, characterized in that - in graphite a second straight wire feed channel to the leadership and contacting a second wire electrode is arranged.

contact tip according to claim 1 or 2, characterized in that - the current nozzle with laterally arranged radial bores which are distributed over the circumference, accomplished is.

contact tip according to claim 1 or 2, characterized in that The current nozzle for aluminum, Magnesium, zinc, tin and alloys of said metals as Additional material, in particular wire-shaped, is applied.

contact tip according to claim 1 or 2 and one or more of claims 3-6 thereby marked that the current nozzle is used for MIG / MAG soldering.

contact tip according to claim 1 and one or more of claims 3-7 thereby marked that - the contact tip made of graphite in the nozzle clamped from copper and fixed by means of clamping nut.