DE102008057687A1 - Gas mixture useful in thermal spraying, cutting and/or during surface treatment, consists of a mixture of argon, helium, nitrogen, carbon dioxide and/or hydrogen with hydrocarbon gaseous under normal condition - Google Patents
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Abstract
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft ein Gasgemisch, einen Druckbehälter, der das Gasgemisch enthält, und die Verwendung des Gasgemisches, ein Verfahren, welches das Gasgemisch verwendet, eine Vorrichtung zum Bereitstellen des Gasgemisches an der Arbeitsstelle sowie ein Verfahren zur Herstellung des Gasgemisches.The Invention relates to a gas mixture, a pressure vessel, containing the gas mixture, and the use of the gas mixture, a method using the gas mixture, a device for Providing the gas mixture at the workplace and a method for the preparation of the gas mixture.
Stand der TechnikState of the art
Herkömmlich werden beim thermischen Fügen und/oder bei der Oberflächenbehandlung mittels Lichtbogen, Plasma und/oder Laser meist Gasgemische verwendet, die hauptsächlich Argon, Helium, Stickstoff oder Wasserstoff oder deren Mischungen umfassen.conventional become during thermal joining and / or during the surface treatment by means of arc, plasma and / or laser mostly gas mixtures used, mainly argon, helium, nitrogen or hydrogen or mixtures thereof.
Acetylen (Ethin) wurde bisher in Verbindung mit Sauerstoff zum Gasschmelzschweißen (”autogenen Schweißen”) verwendet.acetylene (Ethin) has previously been used in conjunction with oxygen for gas fusion welding ("Autogenous welding") used.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Gasgemisch, umfassend ein Gemisch von Argon, Helium, Stickstoff, Kohlendioxid oder Wasserstoff oder deren Mischungen mit einem unter Normalbedingungen gasförmigen Kohlenwasserstoff.In In a first aspect, the invention relates to a gas mixture comprising a mixture of argon, helium, nitrogen, carbon dioxide or hydrogen or their mixtures with a gaseous under normal conditions Hydrocarbon.
Das erfindungsgemäße Gasgemisch kann ferner Dotiermengen von NO und/oder N2O und oder O2 enthalten.The gas mixture according to the invention may also contain doping amounts of NO and / or N 2 O and or O 2 .
In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung einen Druckbehälter, der das Gasgemisch enthält.In In a second aspect, the invention relates to a pressure vessel, which contains the gas mixture.
In einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung des Gasgemisches beim thermischen Spritzen, Schneiden, Fügen, Auftragschweißen und/oder bei der Oberflächenbehandlung mittels Lichtbogen, Plasma und/oder Laser.In In a third aspect, the invention relates to the use of the gas mixture during thermal spraying, cutting, joining, build-up welding and / or during the surface treatment by means of an arc, Plasma and / or laser.
In einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur industriellen Bearbeitung, bei dem mit Hilfe eines Gasgemisches Fügen, Auftragschweißen und/oder eine Oberflächenbehandlung vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasgemisch ein Gasgemisch gemäß der Erfindung ist. Fakultativer Sauerstoff wird dem Gasgemisch vor Ort zudosiert.In In a fourth aspect, the invention relates to a process for industrial Machining, in which by means of a gas mixture joining, Cladding and / or surface treatment is made, characterized in that the gas mixture a Gas mixture according to the invention. optional Oxygen is added to the gas mixture on site.
In einem fünften Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Bereitstellen des oben genannten Gasgemisches, umfassend einen Tank mit flüssigem Argon, Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserstoff oder Helium oder deren Mischungen, einen Behälter, der den Kohlenwasserstoff gegebenenfalls in Mischung mit Argon, Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserstoff oder Helium oder deren Mischungen enthält, und eine Einrichtung zum Mischen, die über Leitungen mit einer Stelle zur industriellen Bearbeitung mit Hilfe des erfindungsgemäßen Gasgemisches verbunden ist.In In a fifth aspect, the invention relates to a device for providing the above-mentioned gas mixture comprising a Tank with liquid argon, nitrogen, carbon dioxide, hydrogen or Helium or mixtures thereof, a container containing the hydrocarbon optionally mixed with argon, nitrogen, carbon dioxide, Contains hydrogen or helium or mixtures thereof, and a device for mixing over lines with a Job for industrial processing using the inventive Gas mixture is connected.
Ferner können ein oder mehrere Druckbehälter vorgehen sind, die Argon, Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserstoff oder Helium oder deren Mischungen enthalten. Außerdem können ein oder mehrere Druckbehälter vorgesehen sind, die, gegebenenfalls getrennt, NO, N2O; und/oder Dotiermengen von Kohlendioxid, Sauerstoff, NO und/oder N2O in Mischung mit Helium, Argon und/oder Stickstoff; und/oder Sauerstoff unter Normaldruck enthalten.In addition, one or more pressure vessels may be used, which contain argon, nitrogen, carbon dioxide, hydrogen or helium or mixtures thereof. In addition, one or more pressure vessels may be provided, which, optionally separated, NO, N 2 O; and / or doping amounts of carbon dioxide, oxygen, NO and / or N 2 O in admixture with helium, argon and / or nitrogen; and / or oxygen under normal pressure.
In einem sechsten Aspekt betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung des oben genannten Gasgemischs, bei dem ein unter Normalbedingungen gasförmiger Kohlenwasserstoff zusammen mit Argon, Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserstoff oder Helium oder deren Mischungen und gegebenenfalls Dotiermengen von Sauerstoff, NO und/oder N2O in einen Druckbehälter abgefüllt wird.In a sixth aspect, the invention relates to processes for the preparation of the abovementioned gas mixture in which a gaseous hydrocarbon under normal conditions together with argon, nitrogen, carbon dioxide, hydrogen or helium or mixtures thereof and optionally doping amounts of oxygen, NO and / or N 2 O in a pressure vessel is filled.
Beschreibung der AusführungsformenDescription of the embodiments
Es wurde überraschend gefunden, dass der Zusatz eines unter Normalbedingungen gasförmigen Kohlenwasserstoffs zu üblichen Gasgemischen aus Argon, Helium, Stickstoff, Kohlendioxid und/oder Wasserstoff und gegebenenfalls Beimengung von Kohlendioxid und/oder Dotiermengen von NO und/oder N2O und/oder Sauerstoff zu einer erheblichen Zunahme des Wirkungsgrades des Fügens, Auftragschweißens und/oder der Oberflächenbehandlung mittels Lichtbogen, Plasma und/oder Laser führt.It has surprisingly been found that the addition of a gaseous hydrocarbon under normal conditions to conventional gas mixtures of argon, helium, nitrogen, carbon dioxide and / or hydrogen and optionally admixture of carbon dioxide and / or doping amounts of NO and / or N 2 O and / or oxygen to a considerable increase in the efficiency of joining, surfacing and / or surface treatment by means of arc, plasma and / or laser leads.
Demgemäß betrifft ein erster Aspekt der Erfindung ein Gasgemisch aus einem Gemisch von Argon, Helium, Stickstoff oder Wasserstoff oder deren Mischungen mit einem unter Normalbedingungen gasförmigen Kohlenwasserstoff, das gegebenenfalls ferner Dotiermengen von NO und/oder N2O und/oder Sauerstoff enthalten kann.Accordingly, a first aspect of the invention relates to a gas mixture of a mixture of argon, helium, nitrogen or hydrogen or mixtures thereof with a gaseous under normal conditions hydrocarbon, which may optionally further contain doping amounts of NO and / or N 2 O and / or oxygen.
Bevorzugt weist der Kohlenwasserstoff mindestens eine Doppel- oder Dreifachbindung auf.Prefers the hydrocarbon has at least one double or triple bond on.
Zu den gasförmigen Kohlenwasserstoffen gehören z. B Methan, Ethan, Propan, Cyclopropan, Butan, iso-Butan, Cyclobutan und die Kohlenwasserstoffe, die eine Doppel- oder Dreifachbindung aufweisen, z. B. Ethylen (Ethen), Acetylen (Ethin), Propen, Propin, 1- und 2-Buten, Isobuten, 1-Butin, 1,2-Butadien und 1,3-Butadien und deren Mischungen.To the gaseous hydrocarbons include z. B methane, ethane, propane, cyclopropane, butane, iso-butane, cyclobutane and the hydrocarbons having a double or triple bond have, for. Ethylene (ethene), acetylene (ethyne), propene, propyne, 1- and 2-butene, isobutene, 1-butyne, 1,2-butadiene and 1,3-butadiene and their mixtures.
Ein besonders bevorzugter Kohlenwasserstoff ist Acetylen.One particularly preferred hydrocarbon is acetylene.
Spezielle
Ausführungsformen der Gasgemische sind:
Argon/Acetylen,
Helium/Acetylen, Stickstoff/Acetylen, Wasserstoff/Acetylen und Mischungen
von zwei, drei oder allen vier der Nicht-Kohlenwasserstoff-Gase
mit Acetylen, bevorzugt Argon/Helium/Acetylen.Specific embodiments of the gas mixtures are:
Argon / acetylene, helium / acetylene, nitrogen / acetylene, hydrogen / acetylene and mixtures of two, three or all four of the non-hydrocarbon gases with acetylene, preferably argon / helium / acetylene.
Die gasförmigen Kohlenwasserstoffe machen im Allgemeinen 0,001–30 Vol.-% des erfindungsgemäßen Gasgemisches aus. Bevorzugte Mengen sind 0,01–20 Vol.-%, spezieller 1–10 Vol.-% und insbesondere 2–5 Vol.-%. Die in einem speziellen Fall verwendeten Mengen hängen von der Art des Verfahrens und von den verarbeiteten Werkstoffen ab.The gaseous hydrocarbons generally make 0.001-30 Vol .-% of the gas mixture of the invention. Preferred amounts are 0.01-20% by volume, more preferably 1-10 Vol .-% and in particular 2-5 vol .-%. The in a special The quantities used depend on the type of process and on the processed materials.
Kohlendioxid, Sauerstoff, Stickstoffmonoxid und Lachgas (N2O) können in Dotiermengen von 10 vpm bis 10000 vpm (0,001 bis 1,0 Vol.-%), bevorzugt 100 bis 1000 vpm, beigemischt sein.Carbon dioxide, oxygen, nitric oxide and nitrous oxide (N 2 O) may be admixed in doping levels of 10 vpm to 10,000 vpm (0.001 to 1.0 vol%), preferably 100 to 1000 vpm.
Kohlendioxid kann auch in Mengen von gewöhnlich 1 bis 80 Vol.-%, bevorzugt 2 bis 50 Vol.-%, besonders bevorzugt 5 bis 20 Vol.-% beigemischt sein.carbon dioxide may also be in amounts of usually 1 to 80 vol .-%, preferably 2 to 50 vol .-%, more preferably 5 to 20 vol .-% be mixed.
Ferner kann Sauerstoff auch in Mengen von gewöhnlich bis 30 Vol.-%, bevorzugt 2 bis 20 Vol.-% beigemischt sein. In diesem Fall wird Sauerstoff vor Ort drucklos zugegeben.Further may also contain oxygen in amounts of usually up to 30 vol.%, preferably 2 to 20 vol .-% be mixed. In this case will Oxygen added without pressure on site.
Die erfindungsgemäßen Gasgemische können in Druckbehältern vorliegen. Demgemäß ist ein zweiter Aspekt der Erfindung ein Druckbehälter, der die oben angegebenen Gasgemische mit Ausnahme größerer als Dotiermengen von O2 enthält.The gas mixtures according to the invention can be present in pressure vessels. Accordingly, a second aspect of the invention is a pressure vessel containing the gas mixtures noted above except for amounts of doping of O 2 .
Einen weiteren Aspekt der Erfindung bildet die Verwendung des Gasgemisches beim Fügen, Auftragschweißen und oder bei der Oberflächenbehandlung mittels Lichtbogen, Plasma und/oder Laser.a Another aspect of the invention is the use of the gas mixture during joining, build-up welding and or at the Surface treatment by means of arc, plasma and / or Laser.
Dabei können die Gase als vorgemischtes Gasgemisch (außer Sauerstoff) aus einer oder mehreren Druckflaschen eingesetzt werden oder sie können in einer Mischvorrichtung vor Ort gemischt werden.there can the gases as premixed gas mixture (except Oxygen) from one or more pressure bottles or they can be mixed in a mixing device on site become.
Die Aufgabe des Plasmas beim Fügen, Auftragschweißen und/oder bei der Oberflächenbehandlung mittels Lichtbogen, Plasma und/oder Laser (ein Plasma entsteht auch im Lichtbogen und gewöhnlich auch im Laser) ist es, auf kontrollierte Weise Wärme auf den Werkstoff zu übertragen. Da die Theorie von Plasmen außerordentlich schwierig ist, sind die genauen Vorgänge in den bei den genannten Verfahren erzeugten Plasmen nicht gut bekannt und schwer vorherzusagen.The Task of the plasma during joining, build-up welding and / or during the surface treatment by means of an arc, Plasma and / or laser (a plasma also arises in the arc and usually also in the laser) is in a controlled way Transfer heat to the material. Because the The theory of plasmas is extraordinarily difficult the exact processes in the generated in the above methods Plasmas are not well known and hard to predict.
Ohne durch eine Theorie gebunden zu sein, nimmt man an, dass bei Edelgasplasmen Wärme dadurch erzeugt wird, dass einerseits Elektronen und positiv geladene Ionen zu Atomen rekombinieren und andererseits die Atome Energie durch Stoß abgeben.Without to be bound by theory, it is believed that in rare gas plasmas Heat is generated by the fact that on the one hand electrons and positively charged ions to atoms recombine and on the other hand the atoms release energy through shock.
Bei Plasmen, an denen H2- der N2-Moleküle beteiligt sind, wird angenommen, dass weiter Energie aus der Vereinigung von Atomen zu Molekülen freigesetzt werden kann.In plasmas involving H 2 -N 2 molecules, it is believed that further energy can be released from the union of atoms to molecules.
Es wurde überraschend gefunden, dass die erfindungsgemäß eingesetzten Kohlenwasserstoffe insbesondere die Energie der Gasgemische erhöhen.It was surprisingly found that the invention used Hydrocarbons in particular increase the energy of the gas mixtures.
Wie groß dabei der jeweilige Energieanteil ist, der zur Erwärmung des Werkstoffs führt, hängt von den speziellen Bedingungen des Plasmas ab und ist schwer vorherzusagen.As large is the respective amount of energy that is used for heating of the material depends on the particular Conditions of the plasma and is difficult to predict.
Die
Dotierung von Gasgemischen mit geringen Mengen CO2,
NO, N2O und O2 insbesondere beim
Lichtbogenfügen ist bekannt (siehe z. B.
Zum Laserbearbeiten werden beispielsweise CO2-, Nd-YAG-, Dioden-, Scheiben- oder Faserlaser verwendet.For example, CO 2 , Nd-YAG, diode, disc or fiber lasers are used for laser processing.
Schweißen zum stoffsschlüssigen Verbinden von metallischen Werkstücken wird seit langem durchgeführt. Beim Schweißen werden die zu verbindenden Werkstücke aufgeschmolzen. Beim Metall-Schutzgas-Schweißen brennt ein Lichtbogen in einem Schutzgasmantel. Zum Lichtbogen-Schweißen mit abschmelzender Elektrode zählen das Metall-Inertgas-Schweißen (MIG-Schweißen) und das Metall-Aktivgas-Schweißen (MAG-Schweißen) sowie mit nicht abschmelzender Elektrode das Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG-Schweißen). Ferner stellt das Wolfram-Plasma-Schweißen (WP-Schweißen) eine zusätzliche Verfahrensvariante des Lichtbogen-Schweißens unter Schutzgas mit nicht abschmelzender Elektrode dar. Es sind auch Hybridverfahren und Schweißen mit mehreren Elektroden, und insbesondere das Tandemschweißen bekannt. Schutzgasmischungen zum Schweißen mit Lichtbogen existieren in zahlreichen verschiedenen Mischungen, wobei die einzelnen Mischungen für das jeweilige Schweißverfahren und den Werkstoff optimiert sind. Geachtet wird hierbei auf einen stabilen Lichtbogen, eine qualitativ hochwertige Schweißnaht, auf das Vermeiden von Poren und Schweißspritzern und eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit. Die üblichsten Schutzgase sind Argon, Helium, Stickstoff und Wasserstoff sowie deren Mischungen.Welding for bonded joining of metallic workpieces has been carried out for a long time. During welding, the workpieces to be joined are melted. In metal inert gas welding, an arc burns in a protective gas jacket. For arc welding with a consumable electrode, metal inert gas welding (MIG welding) and metal active gas welding (MAG welding) as well as non-consumable electrode tungsten inert gas welding (TIG welding). Further, tungsten plasma welding (WP welding) is an additional process variant of arc welding under shielding gas with non-consumable electrode. Hybrid methods and multi-electrode welding, and in particular tandem welding are also known. Inert gas mixtures for arc welding exist in a large number of different mixtures, the individual mixtures being optimized for the respective welding process and the material. Attention is paid to a stable Arc, a high-quality weld, to avoid pores and weld spatter and a high processing speed. The most common shielding gases are argon, helium, nitrogen and hydrogen and mixtures thereof.
Als Löten wird ein thermisches Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen von Werkstoffen bezeichnet, bei dem eine flüssige Phase durch Schmelzen eines Lotes (Lot-Zusatzwerkstoff) entsteht. Beim Löten wird im Gegensatz zum Schweißen die Solidustemperatur der zu verbindenden Werkstücke nicht erreicht. Zu nennen sind hierzu die verschiedenen Lichtbogen-Lot-Verfahren MIG, MAG, WIG sowie das Plasma- und das Plasma-MIG-Löten und hybride Lötverfahren. Bei den Hartlötverfahren, welche mit Lichtbogen und unter Schutzgas arbeiten, wird die Lötverbindung in der Regel unter Einsatz von Schutzgasschweißgeräten hergestellt. Dabei wird jedoch nicht der Grundwerkstoff aufgeschmolzen, sondern nur die sogenannten Hart- bzw. Hochtemperaturlote, welche als Zusatzwerkstoffe verwendet werden. Die eingesetzten Lotwerkstoffe besitzen verhältnismäßig niedrige Schmelzpunkte in der Größenordnung von etwa 1000°C. Als Lotwerkstoffe werden häufig Bronzedrähte eingesetzt, welche aus Kupferbasislegierungen mit unterschiedlichen Legierungselementen wie Aluminium, Silicium oder Zinn bestehen. Die verwendeten Schutzgase sind die gleichen wie beim Lichtbogenschweißen.When Soldering becomes a thermal process for cohesive bonding Joining of materials in which a liquid Phase by melting a solder (solder filler material) is formed. When soldering is in contrast to welding the Solidus temperature of the workpieces to be joined not reached. These include the various arc soldering processes MIG, MAG, TIG and plasma and plasma MIG soldering and hybrid soldering methods. In the brazing process, which work with arc and under inert gas, the solder joint usually using inert gas welding equipment produced. However, the base material is not melted, but only the so-called hard or Hochtemperaturlote, which be used as filler materials. The solder materials used have relatively low melting points in the order of about 1000 ° C. As solder materials bronze wires are often used, which consists of copper-based alloys with different alloying elements such as Aluminum, silicon or tin. The protective gases used are the same as in arc welding.
Mit Hilfe des Lötens können auch Verbindungen aus unterschiedlichen artverschiedenen Materialien hergestellt werden, wobei auch hier die vorgenannten Vorteile des Lötens gelten. Bei artverschiedenen Werkstoffen ist auch eine Mischform aus Schweißen und Löten möglich, bei welcher das Schmelzbad aus dem Material mit niedrigerem Schmelzpunkt und Lot-Zusatzwerkstoff gebildet wird und das Material mit dem höheren Schmelzpunkt lediglich erwärmt, nicht jedoch geschmolzen wird.With Help of soldering can also make connections different types of different materials are produced, whereby here also the aforementioned advantages of soldering apply. With dissimilar materials is also a mixed form of welding and soldering possible, in which the molten bath from the lower melting point material and solder filler material is formed and the material with the higher melting point only heated but not melted.
Es wurde nun überraschend gefunden, dass sich die Fügegeschwindigkeit und Qualität der Schweiß- bzw. Lötnaht erheblich verbessern lassen, wenn dem Schutzgas ein gasförmiger Kohlenwasserstoff, insbesondere Acetylen, zugesetzt wird. Ferner wird der Energieeintrag in Schweißbad/Lotbad durch den Kohlenwasserstoff verbessert.It was now surprisingly found that the joining speed and quality of welding or soldering seam can be significantly improved if the inert gas is a gaseous Hydrocarbon, in particular acetylene, is added. Further is the energy input in weld / Lotbad by the Hydrocarbon improved.
Beim Plasmafugen (-schweißen und -löten) dient ein Plasmastrahl als Wärmequelle. Der Plasmastrahl wird durch Ionisation und Einschnüren eines Lichtbogens erzeugt. Dieser brennt zwischen einer nichtabschmelzenden negativen (Wolfram-)Elektrode und dem Werkstück als sog. Hauptlichtbogen (direkt übertragener Lichtbogen). Zusätzlich kann für den Zündvorgang zwischen einer nichtabschmelzenden negativen (Wolfram-)Elektrode und einer als Düse ausgebildeten Anode ein Pilotlichtbogen eingesetzt werden. Der für das Schweißen verwendete sogenannte Hauptlichtbogen (Plasmastrahl) kann z. B. entlang eines gewünschten Schweißnahtverlaufs bewegt werden. Durch einen Plasmabrenner werden bis zu drei Gase oder Gasgemische zugeführt, nämlich das sogenannte Plasmagas, gegebenenfalls ein sogenanntes Sekundärgas oder Fokussiergas zum Einschnüren des Plasmastrahls und das sogenannte Schutzgas, das als Schutzgasmantel den Plasmastrahl bzw. Plasmastrahl und Sekundärgas umgibt.At the Plasmafugen (welding and soldering) serves a Plasma jet as a heat source. The plasma jet is through Ionization and constriction of an arc generated. This burns between a non-consumable negative (tungsten) electrode and the workpiece as so-called. Main arc (directly transmitted Electric arc). In addition, for the ignition process between a non-consumable negative (tungsten) electrode and a nozzle formed as a nozzle, a pilot arc be used. The one used for welding So-called main arc (plasma jet) can z. B. along a desired weld seam are moved. A plasma torch allows up to three gases or gas mixtures supplied, namely the so-called plasma gas, optionally a so-called secondary gas or focusing gas for necking of the plasma jet and the so-called inert gas, as protective gas mantle surround the plasma jet or plasma jet and secondary gas.
Das Plasma-Stichlochschweißen stellt eine Variante des Plasmaschweißens dar. Das Plasma-Stichlochschweißen wird bei dünneren Blechen eingesetzt. Dieses Verfahren findet hauptsächlich Anwendung im Behälter- und Apparatebau und im Rohrleitungsbau.The Plasma taphole welding presents a variant of plasma welding The plasma taphole welding becomes thinner Sheets used. This method is mainly used in tank and apparatus construction and pipeline construction.
Beim Plasma-Stichlochschweißen durchstößt der Plasmastrahl zu Beginn des Schweißvorgangs die gesamte Werkstückdicke. Dabei wird das durch Aufschmelzen des Werkstücks entstehende Schmelzbad vom Plasmastrahl zur Seite gedrückt. Die Oberflächenspannung der Schmelze verhindert ein Durchfallen durch das Stichloch.At the Plasma taphole welding pierces the plasma jet at the beginning of the welding process the entire Workpiece thickness. This is done by melting the workpiece resulting molten bath from the plasma jet pushed to the side. The Surface tension of the melt prevents falling through through the stitch hole.
Stattdessen fließt die Schmelze hinter der sich bildenden Schweißöse wieder zusammen und erstarrt zur Schweißnaht.Instead the melt flows behind the forming welding eyelet again together and solidifies to the weld.
Das Mikroplasma-Schweißen wird insbesondere für dünne und dünnste Blechdicken eingesetzt.The Micro-plasma welding is especially for thin and thinnest sheet thicknesses used.
Es wurde nun überraschend gefunden, dass der Zusatz eines gasförmigen Kohlenwasserstoffs zu einem oder mehreren der genannten Gasgemische (Plasma- und/oder Sekundär- und/oder Schutzgas) zu einer bemerkenswerten Erhöhung der Schweiß-/Lötgeschwindigkeit wie auch zur Verbesserung der Schweiß-/Lötnaht führt.It was surprisingly found that the addition of a gaseous hydrocarbon to one or more of the mentioned gas mixtures (plasma and / or secondary and / or Shielding gas) to a notable increase in welding / soldering speed as well as to improve the welding / soldering seam leads.
Eine weitere Fügetechnik ist das Laserstrahlschweißen/-löten. Laserstrahlschweißen wird vor allem zum Verschweißen von Bauteilen eingesetzt, die mit hoher Schweißgeschwindigkeit, schmaler und schlanker Schweißnahtform und mit geringem thermischem Verzug gefügt werden müssen. Das Laserstrahllöten wird unter Zuführung eines Zusatzwerkstoffes ausgeführt, welcher im Laserstrahl ausschließlich schmilzt. Die Laserstrahlung wird an die Bearbeitungsstelle gelenkt.A Another joining technique is laser beam welding / soldering. Laser welding is mainly used for welding used by components with high welding speed, narrow and slim weld shape and low thermal distortion must be added. The laser beam soldering is carried out with the addition of a filler, which exclusively melts in the laser beam. The laser radiation is directed to the processing station.
Beim Laserschweißen wird zwischen Lasertiefschweißen und Wärmeleitungsschweißen unterschieden. Beide Verfahren unterscheiden sich hauptsächlich durch die verwendeten Strahlintensitäten und ihr Übergang ist fließend.At the Laser welding is done between laser deep welding and heat conduction welding distinguished. Both Procedures differ mainly by the ones used Beam intensities and their transition is fluid.
Beim Laserschweißen mit hohen Strahlintensitäten im Fokus bildet sich in der Schmelze in Strahlrichtung eine Dampfkapillare (mit Metalldampf bzw. teilionisiertem Metalldampf gefüllter, schlauchförmiger Hohlraum, auch Keyhole genannt) in der Tiefe des Werkstückes aus. Der Werkstoff wird dadurch auch in der Tiefe aufgeschmolzen, die Schmelzzone kann tiefer als breit sein. Die Dampfkapillare erhöht die Absorption der Laserstrahlung im Material, wodurch ein gegenüber dem Wärmeleitungsschweißen vergrößertes Schmelzvolumen erzeugt werden kann.When laser welding with high beam intensities in focus forms in the melt in beam Direction of a vapor capillary (filled with metal vapor or teilionisiertem metal vapor, tubular cavity, also called keyhole) in the depth of the workpiece. The material is also melted in the depth, the melting zone can be deeper than wide. The vapor capillary increases the absorption of the laser radiation in the material, whereby a compared to the heat conduction welding increased melt volume can be generated.
Bei Strahlintensitäten bis 100 kW/cm2 liegt in der Regel Wärmeleitschweißen vor. Beim Wärmeleitungsschweißen dringt der Laserstrahl aufgrund der Reflektivität des Werkstoffs nicht tief ein, sondern die im Laserstrahl vorhandene Energie breitet sich als Wärme im Werkstoff aus und es entsteht ein Schweißbad.At beam intensities up to 100 kW / cm 2 , heat conduction welding is generally present. In thermal conduction welding, the laser beam does not penetrate deep due to the reflectivity of the material, but the energy present in the laser beam spreads as heat in the material and it creates a weld pool.
Beim Laserschweißen kann das Schutzgas eine Plasmawolke oberhalb der Werkstoffoberkante ausbilden. Diese kann für die sogenannte Einkoppelung dienen, sollte aber nicht zu stark ausgebildet sein. Mit der Gaszuführung, die zentral (koaxial mit dem Laserstrahl) oder dezentral (über eine oder mehrere externe Gasdüsen) sein kann, nimmt man darauf Einfluss. Meist wird das Schutzgas dezentral zugeführt. Man kann zentrale und dezentrale Gaszuführung auch miteinander kombinieren.At the Laser welding allows the shielding gas to be a plasma cloud above form the upper edge of the material. This can be for the so-called Einkoppelung serve, but should not be too strong. With the gas supply, the central (coaxial with the laser beam) or decentralized (via one or more external gas nozzles) can be, one takes influence on it. Most of the inert gas is supplied decentrally. You can central and decentralized gas supply also with each other combine.
Auch beim Laserschweißen-/löten hat sich der Zusatz eines gasförmigen Kohlenwasserstoffs, insbesondere von Acetylen, in den oben genannten Mengen als sehr vorteilhaft erwiesen. Die Schweißgeschwindigkeit wird erhöht und gleichzeitig wird Schweißnaht verbessert. Diese Vorteile zeigen sich besonders ausgeprägt beim Tiefschweißen mit Keyhole, da über den Kohlenwasserstoff ein starker Energietransport weit in das Keyhole hinein ermöglicht wird.Also Laser welding / soldering has the addition a gaseous hydrocarbon, in particular of Acetylene, proved in the above amounts to be very beneficial. The welding speed is increased and at the same time weld is improved. These advantages are particularly evident pronounced when deep welding with Keyhole, over there the hydrocarbon has a strong energy transport far into the keyhole into it is made possible.
Überraschenderweise hat sich auch gezeigt, dass gasförmige Kohlenwasserstoffe und insbesondere Acetylen bereits in kleinen Mengen, die im Bereich von etwa 10 vpm bis etwa 5000 vpm, bevorzugt etwa 100 vpm bis etwa 1000 vpm liegen, die erfinderischen Vorteile zeigen und dass insbesondere beim Lichtbogenfügen, aber auch beim Laser- und Plasmafugen ein stabilerer Prozess erreicht wird und höhere Fügegeschwindigkeiten möglich werden.Surprisingly has also been shown to be gaseous hydrocarbons and especially acetylene already in small quantities, in the range from about 10 vpm to about 5000 vpm, preferably about 100 vpm to about 1000 vpm, which show inventive advantages and that in particular in arc joining, but also in laser and plasma diffraction a more stable process is achieved and higher joining speeds be possible.
Es gibt auch kombinierte Lichtbogen-/Laserfügeverfahren, sogenannte Hybridverfahren. Auch hier ist der Zusatz eines gasförmigen Kohlenwasserstoffs, insbesondere von Acetylen, vorteilhaft.It also offers combined arc / laser joining methods, so-called Hybrid procedures. Again, the addition of a gaseous Hydrocarbon, in particular of acetylene, advantageous.
Beim Auftragschweißen wird ein Beschichtungsmaterial auf einen Werkstoff aufgeschweißt.At the Cladding is a coating material on a Material welded.
Zur Oberflächenbehandlung gehört die Oberflächenbehandlung mit Plasma, wie Oberflächenaktivierung, Oberflächenvorbehandlung, Oberflächenbehandlung, Funktionalisieren der Oberfläche und auch die Oberflächenreinigung. Bei dem Plasma kann es sich um ein offenes Plasma wie in einem WIG-Brenner, ein eingeschnürtes Plasma wie in einem Plasmabrenner oder um ein Plasma in einer Plasmakammer handeln.to Surface treatment belongs to the surface treatment with plasma, such as surface activation, surface pretreatment, Surface treatment, functionalizing the surface and also the surface cleaning. The plasma can be around an open plasma like in a TIG burner, a constricted one Plasma as in a plasma torch or plasma in a plasma chamber act.
Auch in diesen beiden letztgenannten Verfahren wird die Effizienz durch Zusatz eines gasförmigen Kohlenwasserstoffs, insbesondere von Acetylen, stark verbessert.Also in these two latter methods, efficiency is improved Addition of a gaseous hydrocarbon, in particular of acetylene, greatly improved.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur industriellen Bearbeitung, bei dem mit Hilfe eines Gasgemisches ein thermisches Spritzen, Schneiden, Fügen, Auftragschweißen und/oder eine Oberflächenbehandlung vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasgemisch ein Gasgemisch gemäß der Erfindung ist. Gegebenenfalls wird dem Gasgemisch eine Dotiermenge Sauerstoff vor Ort zudosiert.The Invention also relates to a process for industrial processing, in which by means of a gas mixture a thermal spraying, cutting, joining, Cladding and / or surface treatment is made, characterized in that the gas mixture a Gas mixture according to the invention. Possibly is added to the gas mixture, a doping amount of oxygen on site.
Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Bereitstellen des oben genannten Gasgemisches, umfassend einen Tank mit flüssigem Argon, Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserstoff oder Helium oder deren Mischungen, einen Behälter, der den Kohlenwasserstoff gegebenenfalls in Mischung mit Argon, Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserstoff oder Helium oder deren Mischungen enthält, und eine Einrichtung zum Mischen, die über Leitungen mit einer Stelle zur industriellen Bearbeitung mit Hilfe des erfindungsgemäßen Gasgemisches verbunden ist.Further The invention relates to a device for providing the above gas mixture comprising a tank with liquid Argon, nitrogen, carbon dioxide, hydrogen or helium or their Mixtures, a container containing the hydrocarbon optionally in mixture with argon, nitrogen, carbon dioxide, hydrogen or Helium or mixtures thereof, and a device for mixing, over lines with a place for industrial Processing with the aid of the gas mixture according to the invention connected is.
Ferner können ein oder mehrere Druckbehälter vorgehen sind, die Argon, Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserstoff oder Helium oder deren Mischungen enthalten. Außerdem können ein oder mehrere Druckbehälter vorgesehen sind, die, gegebenenfalls getrennt, NO, N2O; und/oder Dotiermengen von Kohlendioxid, Sauerstoff, NO und/oder N2O) in Mischung mit Helium, Argon und/oder Stickstoff; und/oder Sauerstoff unter Normaldruck enthalten.In addition, one or more pressure vessels may be used, which contain argon, nitrogen, carbon dioxide, hydrogen or helium or mixtures thereof. In addition, one or more pressure vessels may be provided, which, optionally separated, NO, N 2 O; and / or doping amounts of carbon dioxide, oxygen, NO and / or N 2 O) in admixture with helium, argon and / or nitrogen; and / or oxygen under normal pressure.
Die Erfindung betrifft auch Verfahren zur Herstellung des oben genannten Gasgemischs, bei dem ein unter Normalbedingungen gasförmiger Kohlenwasserstoff zusammen mit Argon, Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserstoff oder Helium oder deren Mischungen und gegebenenfalls Dotiermengen von Sauerstoff, NO und/oder N2O in einen Druckbehälter abgefüllt wird.The invention also relates to processes for the preparation of the abovementioned gas mixture, in which a gaseous hydrocarbon under standard conditions together with argon, nitrogen, carbon dioxide, hydrogen or helium or mixtures thereof and optionally doping amounts of oxygen, NO and / or N 2 O filled into a pressure vessel becomes.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - EP 0544187 B2 [0030] - EP 0544187 B2 [0030]
- - EP 0639423 B1 [0030] - EP 0639423 B1 [0030]
- - EP 0640431 B1 [0030] - EP 0640431 B1 [0030]
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Cited By (1)
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| ITMI20101481A1 (en) * | 2010-08-03 | 2012-02-04 | Soc Acetilene & Derivati Spa | USE OF MIXTURE CONTAINING ACETYLENE OR OTHER HYDROCARBONS INSATURED FOR THE INCREASE OF THE PERFORMANCE OF LASER WITH HIGH BRILLIANCE |
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- 2008-11-17 DE DE200810057687 patent/DE102008057687A1/en not_active Withdrawn
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