DE1066676B

DE1066676B -

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Publication number: DE1066676B
Application number: DE1956U0004034
Authority: DE
Priority date: 1955-07-26
Filing date: 1956-07-26
Publication date: 1959-10-08
Also published as: CH342303A; GB845410A; FR1156530A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhitzen, Schmelzen, Schweißen, Schneiden u. dgl. eines den elektrischen Strom leitenden Werkstückes unter Anwendung einer Lichtbogenentladung zwischen einer nicht abschmelzenden Elektrode und dem Werkstück, wobei' die Bogenentladung in einer zwischen Elektrode und .Werkstück angeordneten Düse eingeschnürt und fokussiert wird.

Die Erfindung betrifft ferner eine Abänderung des Verfahrens, bei welcher das Werkstück außerhalb des elektrischen Stromkreises liegt.

■ Die Erfindung betrifft sodann auch zur Durchführung der Verfahren die betreffenden Anordnungen, Einrichtungen, Vorrichtungen und Teile von allen diesen.

- Ziele der neuen Erfindung sind insbesondere die Erzeugung einer aus der Düse austretenden Ausströmung sehr hoher Wärmeintensität, großer Richtungs-

Stabilität und definierter Form.

Es war bereits bekannt, einen zwischen zwei Elektroden gebildeten Lichtbogen mittels eines Luft- oder anderen Gasstromes zu verlängern und zu intensivieren. Die auf diese Weise erzeugte Lichtbogenflamme reichte aber nur aus, einen Metallkörper in einem örtlich begrenzten Bereich aufzuschmelzen. Nach einem Vorschlag wird der Gasstrom gleichfalls dazu benutzt, das vom Lichtbogen geschmolzene Metall fortzublasen.

Für viele Zwecke, insbesondere auf dem Gebiet des Schweißens und Schneidens, aber auch auf dem Gebiet der Oberflächenbehandlung, genügen derartige Lichtbogen indessen nicht. Hier ist eine stabilere und stärker konzentrierte Wärmequelle erforderlich.

Eine solche Wärmequelle steht in den erwähnten bekannten, mittels eines Luft- oder anderen Gasstromes verlängerten und intensivierten Bogens deshalb nicht zur Verfügung, weil bei einer dieser Ausführungsarten der Gasstrom den Lichtbogen praktisch nur als selbständiger, gesonderter Ring außen umhüllt, wobei sich also die einschnürende Wirkung der Düse lediglich auf den Gasstrom und nicht zugleich auch unmittelbar auf den Lichtbogen auswirkt. Nach einem älteren Vorschlag wird zwar der Lichtbogen selbst eingeschnürt, aber mit Hilfe einer ringförmigen Wasserwand, welche durch einen wirbelnden Wasserstrom gebildet wird, der innen einen axialen Kanal besitzt, durch welchen der Bogen hindurchgeleitet wird. Im ersten Falle, d. h. bei Anwendung eines den Bogen ringförmig umhüllenden Gasstroms, wird der Bogen von verhältnismäßig viel kühlem Gas umhüllt, das entweder entfernt werden muß, wodurch entsprechend viel teures Gas verlorengeht, oder es muß eine Abkühlung des zur Aufheizung bestimmten Werkstücks in Kauf genommen werden. Bei dem zweit geschilderten Verfahren mit den Bogen umhüllender wir-Verfahren zum Erhitzen, Schmelzen,
Schweißen, Schneiden u. dgl. eines
Werkstückes mittels des Lichtbogens

;
Anmelder:

Union Carbide Corporation,
New York, N.Y. (V.St.A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Görtz, Patentanwalt, Frankfurt/M., Schneckenhofstr. 27

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 26. Juli, 11. Oktober und 17. Oktober 1955

Robert MacCornack Gage, Buffalo, Ν. Y., Donald McKelvie Yenni, Williamsville, N. Y., John Stanley Kane, Watchung₁ N. J., Clifford Warren Hill, Mountainside, N. J., Glenn Walker Oyler₁ Springfield, Ν. J., John Maier III, Newark, Ν. J., und Thomas Binnington Reed, Grand Island, N. Y. (V. St. Α.), sind als Erfinder genannt worden

belnder Wasserwand ist wiederum weiter nachteilig, daß die Ausströmung, da sie nur in eine Atmosphäre aus Wasserdampf oder seinen Dissoziationsprodukten aufrechterhalten wird, nicht eine genügend hohe Temperatur anninmt, die indessen für viele Anwendungszwecke, wie z. B. für das Schneiden, Schälen u. dgl., erforderlich ist.

Es wurde nun gefunden, daß die geschilderten Nachteile in sehr einfacher Weise völlig vermieden und zugleich eine größere Anzahl sehr bedeutsamer und überraschender Vorteile erzielt werden, wenn das Verfahren erfindungsgemäß so durchgeführt wird, daß a) die an sich bekannte Einschnürung der Plasmasäule (das ist die durch die Einschnürung erzielte Lichtbogensäule) zur Erzielung eines gegenüber dem nichteingeschnürten . Lichtbogen erhöhten Spannungsabfalles je Längeneinheit bewirkt wird durch die an sich bekannte einengende Düsenbohrung und durch das an sich bekannte Hindurchblasen eines hierbei aber in den Lichtbogen eintretenden und ihn stützenden Gasstromes,

909 637/328

b) die Einschnürung der Plasmasäule dem Wärmebedarf hinsichtlich Aufschmelzen bzw. Verdampfung des Werkstoffes des Werkstückes an der Arbeitsstelle durch die an sich bekannte Wahl -des Düsen: durchmesser und/oder durch Regelung, der durch- strömenden Gasmenge je Zeiteinheit angepaßt wird.

Gemäß der Erfindung sind der Lichtbogen und der mit ihm aus der-Düse austretende heiße Gasstrahl ein und dieselbe Ausströmung. Lichtbogen und Gasstrahl werden gemeinsam ausschließlich -durch feste oder starre Wandungen der Düse' eingeschnürt. Beide bilden innerhalb und vor der Düsenaustrittsöffnung eine -gemeinsame konfiuente S trömung.

Für das abgeänderte Verfahren, bei welchem das Werkstück außerhalb des elektrischen Stromkreises liegt, wird gemäß einer weiteren Erfindung der Lichtbogen zwischen der nicht abschmelzenden Elektrode und einer Hilfselektrode gezogen und mittels des Gasstromes in die einschnürende Bohrung der Düse hineingeblasen. Ist die Düse elektrisch leitend, geht der elektrische Lichtbogen zu ihr über, während der Gasstrom als Plasmastrahl zum Werkstück hin austritt.

Eine Bedingung zur Verwirklichung des Verfahrens gemäß der Erfindung kann auch sein, die kleinste Querschnittsfläche des aus "Lichtbogen und Gasstrom gebildeten gemeinsamen Stromes nicht größer zu halten als die Querschnittsfläche eines äquivalenten, nicht begrenzten Lichtbogens. Unter dem Begriff »äquivalenter Lichtbogen« sei vorliegend ein an der betreffenden Stelle gedachter, nicht eingeschnürter, d. h. »offener« Lichtbogen verstanden, welcher dieselbe Stromstärke, dieselbe Atmosphäre und die gleiche Länge, alles bezogen auf diese Bogenstelle, besitzt. Der maximale Mündungsdurchmesser, der Düse sollte zumindest nur so groß sein, daß störende Einflüsse, wie magnetische Streufelder, Gaskonvektion sowie Unregelmäßigkeiten an den Elektroden, sich nicht nachteilig auswirken können. Die Düse kann gegebenenfalls so kurz sein, wie es sich mit den mechanisehen Erfordernissen, insbesondere bei gekühlten Düsen, vereinbaren läßt. Das Kühlproblem der Düse bietet verhältnismäßig geringe Schwierigkeiten, auch weil der Gasstrom praktisch die gesamte Wärme zum Werkstück überführt. Die Gasmenge läßt sich in einfächer Weise regeln, so daß auch die Steifheit und ^ das Austrittsmoment des Plasmastrahles in einfacher Weise eingestellt werden können.

Die hohe Steifigkeit des Plasmastrahles, dessen exakte Form im wesentlichen durch die Form der Düse' bestimmt wird, erlaubt oft längere Lichtbogen und damit auch Lichtbogen höherer Spannung, als bisher möglich oder erzielbar war. Da außerdem bei einem gegebenen Druck die Geschwindigkeit (einschließlich der kritischen oder Schallgeschwindigkeit) des aus der Düse austretenden Plasmastrahles mit der Temperatur zunimmt und die Lichtbogengastemperaturen die höchsten sind/die im allgemeinen praktisch erreicht werden, kann die Gasgeschwindigkeit durch die Düse gemäß der Erfindung bei einem gegebenen Druck außerordentlich hoch gemacht werden. Solche hohen; Gasgeschwindigkeiten sind aber bei vielen . Anwendungen: nützlich wegen der der Ausströmung bzw. dem Plasiiiastrahl erteilten Begleitkraft und der gerichteten kinetischen Energie. Der Gasverbrauch ist dabei: stets verhältnismäßig klein, praktisch gelangt illes Gas zum Werkstück. -

Es hat sich auch gezeigt, daß eine gegebenenfalls gekühlte Metalldüse gemäß der Erfindung nicht nur :um Ausrichten und Formen von Lichtbogen zum Bearbeiten von Metall oder Erhitzen von Werkstoffen verwendet werden kann, sondern in bekannter Weise bei Verwendung kleiner Öffnungen auch zum Einengen des Lichtbogens derart, daß die Lichtbogenspannung und die Lichtbogengesamtleistung bei einem gegebenen Strom erhöht werden. Unter diesen Bedingungen bewirkt der Gasstrom durch die Düse bekanntlich eine weitere Zunahme der Lichtbogenspannung und -leistung, da ein großer Teil des strömenden Gases zu einem Teil des Lichtbogens wird und auf Lichtbogentemperaturen (8000 bis 20 000° C als geschätzt für Argon) erhitzt werden kann, so daß Schmelz- und Verdampfungstemperaturen der behandelten Werkstoffe erreicht und überschritten werden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich zum Bearbeiten sowohl von metallischen als auch von nichtmetallischen Werkstücken. Bei den metallischen Werkstücken lassen sich besonders gut auch Nichteisenmetalle und legierte Stähle bearbeiten* ζ. Β. schneiden. Mit Schutzgas betriebene Lichtbogenschweißbrenner zum Schweißen und auch zum Schmelzschneiden von Stahl- und anderen Werkstücken sind zwar bekannt, und oft reichen auch die hierbei erzielten Leistungen aus. Beim Schmelzschneiden sind indessen die bereits angeschmolzenen Ränder nachteilig. Soweit es sich nicht um Stahl handelt, wo ein regelrechtes Verbrennen erreicht werden kann, müssen die Werkstoffe in flüssigem oder vorwiegend flüssigem Zustand entfernt und hierdurch die Ränder freigelegt werden.

Das neue Verfahren läßt sich mit ausgezeichneten Ergebnissen auch zum Schweißen oder Plattieren von Werkstücken verwenden. Hierzu wird beispielsweise ein Lichtbogen zwischen der Stabelektrode und einer abschmelzenden Drahtelektrode gebildet, die kontinuierlich in den aus der Düse austretenden Plasmastrahl eingeführt wird. Der Strahl trägt das versprühte Metall· zum Werkstück.

Der Gasstrom für das Verfahren gemäß der Erfindung enthält sehr vorteilhaft in an sich bekannter Weise ein oder mehrere'dissoziierbare Gase, vorzugsweise Stickstoff und Wasserstoff, insbesondere in einem dem jeweiligen Wärmebedarf an der Arbeitsstelle angepaßten Anteil.

Vorzugsweise zur Anwendung bei Werkstücken, die aus einem ein hitzebeständiges Oxyd bildenden Metall, z. B. Aluminium, bestehen, wird gemäß der weiteren Erfindung in an sich bekannter Weise ein Schutzgas wie Argon, Stickstoff, Wasserstoff oder ein Gemisch aus solchen Gasen verwendet. Sehr vorteilhaft ist ein Gasstrom, der 20 bis 45°/o Wasserstoff oder 80 bis 100% Stickstoff, Rest Argon, enthält.

Bei. der Verwendung zweiatomiger Gase wird gegebenenfalls zugleich die Dissoziatiortsrückbildungswärme ausgenutzt, was an sich bekannt ist.

Vorzugsweise wird gemäß der weiteren Erfindung die Lichtbogenspannung in an sich bekannter Weise auf mindestens 30 Volt, vorzugsweise SÖ bis 110 Volt, eingestellt.

Insbesondere zum Trennen durch Schneiden ist es, wie ferner gefunden wurde, vorteilhaft, den Gasstrom so einzuregeln, daß er bei Abwesenheit des Lichtbogens die Düsenöffnung mit einer Geschwindigkeit von mehr als 30 m/Sek. verlassen würde, wobei die Lichtbogenspannung 50 bis IlOVolt und die Stromdichte 20 bis 85 Ampere/mm² des kleinsten Düsenquerschnittes betragen sollten.

Die mittels des Düsendurchlasses erfolgende Einschnürung kann, wie außerdem gefunden wurde, vorteilhaft auch derart bestimmt werden, daß die Fläche,

die von der auf dem Werkstück wandernden Fußpunkt der Xichtbogenflamme bestrichen wird, gleich oder kleiner ist als die durch die Projektion der Düsenöffnung auf das Werkstück bestimmte Fläche und daß die. bestrichene Fläche innerhalb dieser Projektionsfläche liegt.

Sehr vorteilhaft ist es im gegebenen Fall, in an sich bekannter Weise die kinetische Energie des ausströmenden Gases so hoch zu halten, daß sie beim Schmelzen und insbesondere beim Schneiden, Schälen und Bohren des Werkstückes materialbewegend mitwirkt. Auch kann in an sich bekannter Weise ein Hilfsgasstrom auf die Schneidzone gerichtet und in ebenfalls an sich bekannter Weise in den Lichtbogen ein Hilfspulverstrom eingeführt werden.

Für das Zünden des Lichtbogens empfiehlt es sich, als Schutzgas nur Argon zuzuführen und ihm nach dem Zünden ein dissoziierbares Gas zuzumischen.

Es ist auch, wie des weiteren gefunden wurde, möglich und .gegebenenfalls sehr vorteilhaft, zwischen der Stabelektrode und einer Hilfselektrode, als die z. B. die einschnürende Düse dienen kann, einen Hilfszündlichtbogen brennen zu lassen, welcher der Zündung des HilfsHchtbogens dient, wobei der Zündlichtbogen von Gleichstrom oder Niederfrequenzwechselstrom unterhalten wird.

Sodann ist es gemäß der Erfindung möglich und vorteilhaft, den Hauptlichtbogen nicht nur durch eine, sondern mindestens durch zwei einschnürende Düsen hindurchzuführen, die in an sich bekannter Weise als zusätzliche Gegenelektrode bzw. -elektroden verwendet werden können.

Insbesondere zum Auftragschweißen und bei Anwendung der Abänderung des Verfahrens gemäß der Erfindung, bei welcher das Werkstück außerhalb des elektrischen Stromkreises liegt, ist es sehr zweckmäßig, den Lichtbogen in an sich bekannter Weise zwischen der nicht abschmelzenden Elektrode und einer abschmelzenden Drahtelektrode zu zünden, die gegebenenfalls kontinuierlich in den Lichtbogen eingeführt und in geschmolzenem Zustand durch die Strömung des Plasmastrahles gegen das Werkstück bewegt wird, wobei es weiter zweckmäßig ist, einen zweiten Lichtbogen zwischen der abschmelzenden Drahtelektrode und dem Werkstück zu zünden. Es ist indessen auch möglich, zwischen Werkstück und der vor ihm liegenden Düse einen abschmelzenden, aber nicht im Stromkreis liegenden Metalldraht gegebenenfalls kontinuierlich zuzuführen.

Für die Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann in an sich bekannter Weise eine Düse verwendet werden, deren Bohrung sich in Strömungsrichtung verjüngt. Auch kann die Bohrung der Düse oder Düsen derart gestaltet sein, daß die Lichtbogenstichflamme eine abgeflachte oder auch eine mehrstrahlige Form annimmt. Erfindungsgemäß ist es sodann möglich und gegebenenfalls vorteilhaft, den Raum zwischen mehreren in Abstand zueinander angeordneten Düsen von einer ringförmigen Wandung einzuschließen, um hierdurch eine Kammer zu bilden, die z. B. mit einem Stutzen zum Hindurchleiten eines Gases versehen wird, das ein anderes Gas ist als das der Bohrung der Düse nahe der Stabelektrode zugeführte Gas.

Als sich nicht verbrauchende Elektrode ist eine Wolframelektrode empfehlenswert, die zweckmäßigerweise thoriert ist. In Kombination mit dieser Elektrode sind weiter z. B. als Gas Argon und als Strom Gleichstrom mit an den positiven Pol angeschlossenem Werkstück zweckmäßig.

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Die Verfahren: gemäß der Erfindung lassen sich jedoch auch mit Gleichstrom bei positiver Elektrode sowie mit Wechselstrom mit und ohne Hochfrequenzüberlagerung ausführen.
. Bei der praktischen Ausführungsform des Brenners empfiehlt es sich gemäß der Erfindung, das Ende der Primärelektrode nahe der Eintrittsöffnung der z. B. wassergekühlten Düse anzuordnen. DerGasstrom kann diesem Eintritt gegebenenfalls praktisch auch ohne Druck zugeführt werden, wenn der Lichtbogen eine so große ansaugende Kraft auf den Gasstrom ausübt, daß die mit der Erfindung erstrebten Effekte verwirklicht und gewährleistet werden.

Weitere Vorteile und Anwendurigsmöglichkeiten der Erfindung sind aus den Darstellungen von Ausführungsbeispielen sowie aus der Beschreibung und den in ihr gebrachten Beispielen zu entnehmen. Es zeigt

Fig. 1 eine. perspektivische Ansicht der grundsätz-20: liehen Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung, wobei die Primärelektroden ein Stab und das Werkstück sind,

Fig. 2 eine Schnittansicht einer abgewandelten Ausführungsform,

· Fig. 3 einen Seitenaufriß eines nicht eingeschnürten, z. B;'von inertem Gas geschützten Lichtbogens,

Fig. 4 ein Diagramm für die Beziehung: Lichtbogendurchmesser Ό χ zu Lichtbogenstrom I₁, wobei die drei dargestellten Kurven X₁ Υ, Z zu verschiedenen Abständen von der Elektrode, z. B. Kathode gemäß der Fig. 3, gehören,

Fig. 5 eine Darstellung teilweise in Form eines Schaltbildes, das Stumpfschweißung mit Hilfe des neuen Brenners veranschaulicht, von dem Teile im vertikalen Längsschnitt abgebildet sind,

Fig. 6 eine andere ähnliche Darstellung, die mit einer anderen Ausführungsform des Lichtbogenbrenners das Schneiden veranschaulicht,

Fig. 7 eine weitere ähnliche Darstellung, die ebenfalls teilweise in Form eines Schaltbildes, für Gleichstrom bei positiver Elektrode eine abgewandelte Ausführungsform der wassergekühlten Elektrode des neuen Brenners wiedergibt,

Fig. 8 eine ähnliche Darstellung, aber mit einer fächerförmigen Gestaltung des Lichtbogens gemäß der Erfindung,

Fig. 9 einen Querschnitt längs der Linie 9-9 der Fig. 8,

Fig. 10 einen Längsschnitt durch eine weitere abgewandelte Ausführungs form, zur Erzeugung eines V-förmigen Lichtbogens,

Fig. 11 einen Querschnitt längs der Linie 11-11 der Fig. 10,

Fig. 12 ein Diagramm für eine Beziehung zwischen Düsendurchmesser D₀ und dem axialen elektrischen Feld F_d in der Düse,

Fig. 13 ein Diagramm für eine Beziehung zwischen LeistungP und Düsenfluß FI_d (Argon),

Fig. 14 ein Diagramm für eine Beziehung zwischen Bogenspannung U_l und (Haupt-) Bogenstrom I_L,

Fig. 15 ein Diagramm für eine Beziehung zwischen Bogenspannung U_l und Düsen-Gas-Gemisch Gp_t

Fig. 16 einen Vertikalschnitt durch eine Brenneranordnung gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 17 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Lichtbogenelektroden ein hitzebeständiger Metallstab und ein nicht abschmelzender Ringkörper sind, zwischen welchen die Düse angeordnet ist,

\J \S V VS I. SJ

Fig. 18 eine perspektivische Ansicht noch einer weiteren Ausführungsform, bei der vier Elektroden, nämlich ein - Stab, die Düse, ein Ringkörper und das Werkstück, vorgesehen sind,

Fig. 19 einen Vertikalschnitt durch eine teilweise in Form eines Schaltbildes· veranschaulichte praktische Ausführungsform eines Lichtbogenbrenners mit drei Elektroden,

U Fig. 20 eine ebenfalls teilweise in Form eines Bchaltbildes wiedergegebene Ausführungsform mit Längsschnitt durch einen Brenner gemäß der Erfindung mit einer abschmelzenden Elektrode, die in den aus dem Brenner austretenden Plasmastrahl eingeführt wird,

Fig. 21 einen Längsschnitt durch eine konstruktiv bevorzugte Ausführungsform des Lichtbogenbrenners gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Ansicht, meist im Seitenaufriß, einer Anordnung gemäß der Erfindung zum Schneiden von Plätten, ■

Fig." 23 eine Seitenansicht der Wandung eines Brennschnittspaltes, wie sie sich, bei Verwendung von Argon, mit dem Lichtbogen gemäß der Erfindung ergibt, und

Fig. 24 eine ähnliche Ansicht der Wandung eines Brennschnittspaltes, wie sie sich, bei Verwendung eines Wasserstoff enthaltenden Gasstromes, mit dem neuen Lichtbogen ergibt.

Dem Brenner nach den Fig. 1 und 2 wird z. B. ein Gas wie Argon, Helium, Stickstoff, Wasserstoff oder Gemische dieser Gase zugeführt. Das Gas strömt vorzugsweise axial ringförmig um die Primärelektrode 10 in die Bohrung 13 der Düse 12 hinein, und durch diese Bohrung hindurch, wobei erfindungsgemäß das Gas ien Bogen und entsprechend umgekehrt der Bogen das Gas durchdringen, so daß beide gemeinsamen die Ausströmung oder Plasmastrahl bilden. Das Gas wird entweder durch die ansaugende Wirkung des Lichtbogens selbst oder unter Druck in die Düse hineingetrieben.

Bei einer typischen Aüsführungsform ist die Elek-.rode lO ein Stab und hat eine Lichtbogenansatzspitze, die mit dem einen Ende mit der Düse 12 axial ausgerichtet und nahe diesem Ende angeordnet ist. Die andere Primärelektrode ist die z. B. aus einem Metall-" stück bestehende Platte 14. Die Düse 12 kann äußerdem selbst als Sekundärelektrode dienen, wie weiter unten näher beschrieben wird.

Die Primärelektroden sind über Leitungen 20 und 22 mit einer Gleichstrom- oder Wechselstromquelle verbunden. Aus der Mündung der Düse tritt eine

ίο außerordentlich heiße, elektrisch leitende Ausströmung 24 aus. Der Düsendurchlaß 13 formt den Lichtbogenstrang, richtet ihn aus und schnürt ihn in veränderbarem Ausmaß ein. Eine solche Formung und Einschnürung des Lichtbogenstrahles mit Hilfe derDüsenbohrung 13 ergibt gemäß der Erfindung verschiedene wertvolle Eigenschaften des gemeinsamen Plasmastrahles. Das spezifische Spannungsgefälle des Lichtbogens wird erheblich erhöht, wodurch bei einer gegebenen Stromstärke eine entsprechend erheblich

an. größere Leistung des Plasmastrahles entwickelt wird. Die Düse kann aus Kupfer bestehen und wassergekühlt sein oder aus Wolfram bestehen und strahlungsgekühlt sein, sie kann aber auch aus keramischem Material bestehen, ohne oder mit Kühlung, z. B.

Wasserkühlung. Bei längeren Düsen empfehlen sich solche aus nichtleitendem Material oder mit elektrisch isolierten Teilen.

Beispiel 1

Nahtschweißung an rostsicherem Stahl 19% Cr — 10°/o Ni, 175 Ampere Gleichstrom, positive Elektrode.
Schweißgeschwindigkeit 25,4 cm/Min.
Argon (als Schutzgas zwischen Brenner und Werkstück).

Aus der folgenden Tabelle I ergeben sich die höhere Spannung und die höhere Leistung sowie die bessere Ausrichtbarkeit des Plasmastrahles gemäß der neuen Erfindung gegenüber den bekannten Verfahren.

Tabelle I

	Lichtbogenlänge mm	Lichtbogen spannung Volt	Breite der Schweißnaht mm	Einbrand mm
6,4	16	7,8	1,9
9,5	18	6,1	1,1
/on einer Düse mit 4 mm innerem Durchmesser
eingeengter Lichtbogen	9,5	26	6,5	2,3
15,9	29	6,7	2,0

Fig. 3. zeigt einen bekannten, z. B. von inertem Gas eschützten Lichtbogen 26 zwischen einer z. B. als [•athöde geschalteten Stabelektrode und einer gechmolzenen flachen Anode 28. Der Lichtbogen hat die Hgemeine. Form eines leicht bauchigen Kegels. Der [egel hat, wenn er von einem Argonstrom ringförmig mhüllt wird, die in den Fig. 3 und 4 angegebenen Lbmessungen bei Lichtbogenstromstärken zwischen 00 und 400 Ampere. Die charakteristischen Kuren X, Y und Z zeigen, wie die bebobachteten Lichtogendürchmesser D_l jeweils in den Abständen von ,5, 7,6 und 15,3 mm von der Elektrode 10 jeweils bei £J^firLclex T ,ichthogenstromstärke—zunehme»,—e-

Düse gemäß der Erfindung den in Fig. 4 bei 200 Ampere KurveX dargestellten Lichtbogenabschnitt einengen und durch Einengen und Ausrichten den Plasmastrahl praktisch mit diesem Durchmesser von 6,4 mm auf das Werkstück projizieren kann. Bei einem Abstand von 15,3 mm von der Elektrodenspitze (Kurve Z der Fig. 4) ergibt sich bei 200 Ampere und einer Düse von 6,4 mm lichter Durchmesser ein Querschnitt von knapp einem Drittel des in Fig. 3 gezeigten Lichtbogens entsprechend der Kurve X der Fig. 4 (Schnittpunkt des Wertes 6,4 mm Bogendurchmesser und 200 Ampere Stromstärke).
-£>. Bchea41—

ig. 3 und 4 ergeben beispielsweise, daß eine 6,4-mm- 70 LichtbogenbrennerT (Fig. 5) besitzt eine z. B. aus

Kupfer bestehende Düse 30 mit einer Mittelfassung 32 mit einer erweiterten Bohrung, in die sich die Elektrode 10 hineinerstreckt, wobei sie einen gewissen Abstand zur inneren Wandung und den sich zum verengten Düsenaustritt 34 hin verjüngenden Boden dieser Fassung hat. Der Ringraum zwischen Elektrode und Fassungswandung dient dem Eintritt des Gases, welches durch den länglichen Düsenaustritt 34 strömt, der mit der Elektrode axial ausgerichtet ist und auch vom Lichtbogen durchsetzt wird. Im Durchtritt steht ein nicht bezifferter Hilfslichtbogen, der ständig zwischen der Düse und der Elektrode brennt, wenn er über Leitungen 20, 22 und 38 und einen Widerstand 40, z. B. eine oder mehrere Glühlampen, mit einer Stromquelle S verbunden ist. Der Boden der Düse 30 weist eine ringförmige Nut 36 auf, die konzentrisch zur Öffnung 34 liegt, um eine äußere ringförmige Hülle aus Schutzgas, z.B. Argon oder CO₂, um den Plasmastrahl 24 herum und auf die aufzuschmelzende Zone des Werkstücks 14 zu richten. Der Hilfslichtbogen zündet den Hauptlichtbogen 42 zwischen der Elektrode 10 und dem Werkstück 14, wenn das Werkstück über die Leitung 48 mit dem einen Pol der Stromquelle S¹ verbunden ist. Die Düse wird mit Wasser gekühlt, welches durch einen Eintrittsstutzen 50 a hindurch in den Ringkanal 50 in der Fassung 32 gelangt und aus diesem Kanal durch den Austrittsstutzen 50 a wieder austritt.

Der Brenner gemäß der Fig. 5 liefert ausgezeichnete Arbeitsergebnisse, wenn der negative Pol der Gleichstromquelle S mit der Elektrode 10 und der positive Pol über die Leitung 22 mit den Leitungen 38 und 48 verbunden sind. Der Brenner arbeitet aber ebenso gut, wenn er an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist. In diesem Fall wird die. Leitung 48 an den einen Pol und die ElektrodelO an den anderen Pol der Quelle angeschlossen. Ein ständig brennender Hilfslichtbogen von z.B. 30Ampere gewährleistet eine wirksame Zündung, Stabilisierung und Aufrechterhaltung des von Wechselstrom unterhaltenen Hauptbogens. Der Hilfslichtbogen kann während des Betriebes des Hauptlichtbogens weiterbrennen. Das die Elektrode 10 entlangströmende, den Lichtbogen im verengenden Durchtritt der Düse durchsetzende, ihn aussteifende und tragende Gas tritt bei 50 c in die Fassung ein.

Im Betrieb wird der Brenner T in der Längsrichtung der Stumpf schweißung über das Werkstück 14 hinwegbewegt. Der Plasmastrahl 24, der mittels des ihn außen umhüllenden Schutzgasstromes 44 gegen unerwünschte Einwirkungen aus der atmosphärischen Luft geschützt ist, schmilzt in das Werkstück die Naht 51 ein, die sich hinter dem weiterbewegten Plasmastrahl 24 abkühlt und verfestigt. Stabilität und Richtungssteifigkeit des Plasmastrahles sind sehr gut, die Schweißnaht ist sehr gleichmäßig und praktisch fehlerfrei, und zwar auch bei verhältnismäßig großem Abstand des Brenners vom Werkstück (vgl.Tabelle I). Der Brenner eignet sich ferner sehr gut zum Bördelschweißen bei Blechteilen unter hoher Geschwindigkeit.

Der Brenner gemäß der Fig. 6 besitzt eine Primärelektrode 10, die in einem zylindrischen Rohr 52 axial angeordnet ist, in deren dem Werkstück zugekehrtem Ende eine Düse 54 befestigt ist, die eine Mittelbohrung 55 aufweist, in die sich die Spitze der Elektrode 10

ίο hineinerstreckt. Das Austrittsende der Bohrung 55 verjüngt sich zur Mündung hin. Die ringförmige Wandung der Düse 54 befindet sich im Abstand zur inneren Wandung des Rohres 52, wodurch ein ringförmiger Kanal 56 für Kühlwasser geschaffen wird, der mittels der O-förmigen Ringe 57, 57 abgedichtet ist und aus der Einlaßöffnung 58 das Kühlwasser erhält, welches durch die öffnung 60 wieder austritt.

Die zweckmäßigerweise aus thoriertem Wolfram bestehende Elektrode 10 ist über eine Leitung 20 mit dem negativen Pol der Gleichstromquelle verbunden, deren positiver Pol über Leitungen 22 und 48 an das Werkstück 14 angeschlossen ist. Die zweckmäßigerweise aus Kupfer bestehende Düse ist ferner über eine einen Widerstand 40 enthaltende Zweigleitung 38 mit dem positiven Pol der Stromquelle verbunden, wobei der Widerstand den Strom auf den zur Aufrechterhaltung eines Hilfslichtbogens zwischen der Elektrode 10 und der Düse 54, die in diesem Fall als Sekundärelektrode (Anode) dient, erforderlichen Wert begrenzt. Das Gas wird in das rückwärtige Ende des Rohres 52 eingeleitet und strömt in Richtung des Pfeiles im Ringraum zwischen Elektrode und Rohr und weiter in die Düse 54 hinein und durch diese hindurch, wobei sich ein gemeinsamer Plasmastrahl, gewissermaßen ein vereinigter Gleichfluß aus Lichtbogen und Gasstrom ergibt, der zum Werkstück herüberführt. Der Brenner kann, ebenso wie der Brenner gemäß der Fig. 5, an eine Wechselstromquelle angeschlossen sein. Der aus dem Brenner austretende Plasmastrahl 24 ist sehr steif und richtungsstabil, und zwar ohne weiteres bis zu einer Länge von etwa 4 cm.

Beispiel 2

Brennschneiden von Aluminiumplatten von 9,6 mm Dicke.

Düse mit 3,2 mm Innendurchmesser.
Argongas mit 2265 1/h.
Lichtbogenstromstärke 200 Ampere.
Geschwindigkeit reichlich 200 cm/Min.

Die folgende Tabelle II bringt Werte für das Trennschneiden von Platten verschiedener Metalle unterschiedlicher Dicke, unter Verwendung von Gleichstrom bei negativer Elektrode und einer Düse mit 3,2 mm Innendurchmesser.

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Tabelle II

Material (Platte)	Dicke mm	Geschwindig keit cm/Min.	Stromstärke Ampere	Spannung Volt	Argon 1/h
6,4	366	340	56	3120
12,7	178	380	66	3120
19,8	76	260	64	2830
25,4	38	260	75	3120
0,18	63,5	15		21,2
9,6	203	200		2264

Der Brenner T 2 gemäß der Fig. 7 weist eine z. B. flüssi'gkeitsgekühlte Anode 76 auf, die über eine Leitung 78 mit dem positiven Pol der Gleichstromquelle S¹ verbunden ist. Eine zusammengesetzte topfförmige Düse 80 dient als Sekundärkathode und ist über eine einen Widerstand 84 enthaltende Zweigleitung mit dem negativen Pol der Stromquelle verbunden. An diesen Pol ist über eine Leitung 86 auch das Werkstück W angeschlossen. Die z. B. aus Kupfer bestehende Anode 76 hat eine längliche axiale Fassung 88, in der ein Kühlwassereinlaß rohr 90 angeordnet ist, das knapp oberhalb des Bodens der Fassung ausmündet und sich in einem solchen Abstand zur Innenwandung der Fassung befindet, daß ein ringförmiger Austrittdurchlaß für das Kühlwasser gebildet wird, welches durch den Stutzen 102 ein- und durch den Stutzen 104 hindurch austritt. DieStutzen stehen über einen Ringkanal 96 in der Düse 80 in Verbindung; der Kanal ist mittels einer Hülse 98 und O-förmiger Ringe 100 abgedichtet.

Das dem Lichtbogenansatz dienende Ende der Anode 76 ist abgerundet und befindet sich zu der ähnlich geformten Innenfläche der topfförmigen Düse 80 in einem Abstand, durch den ein Gasdurchlaß 92 gebildet wird, aus welchem das Gas, z.B. Argon, in einen am Boden des Topfes vorgesehenen Durchlaß 94 austritt, der zur Spitze der Anode ausgerichtet ist.

Beispiel 3

Schneiden einer Aluminiumplatte W von 2,54 cm Dicke.

Gleichstrom von 240 Ampere.
50 Volt Spannung zwischen Anode 76 und Werkstück W.
Geschwindigkeit 2,7 cm/Min.
Argongas mit 850 1/h.

Düse 80 und Anode 76 bestanden aus Kupfer oder Wolfram oder anderen Metallen.

Hilfslichtbogen zwischen Primäranode und Sekundärkathode (topfförmige Düse), Speisung über die Anode 76.

Brennschnittspalt von 9,5 mm Breite.

Bei dem Brenner gemäß den Fig. 8 und 9 wird ein fächerförmiger Plasmastrahl entsprechend der Querschnittsform der Bohrung 115 der wassergekühlten Düse 116 erzeugt. Das Kühlwasser tritt durch den Stutzen 116 a ein, durchläuft den Ringkanal 116 b und tritt durch den Stutzen 116 c wieder aus. Die Gasgeschwindigkeit soll verhältnismäßig hoch sein, bei A.bmessungen der Düsenmündungen von 2,5 ■ 9,5 mm soll das Gas, z. B. Argon, etwa mit 285 1/h zugeführt werden.

Der Plasmastrahl ist dann sehr stabil. Das Gas wird in der mit dem Pfeil 118 a bezeichneten Stelle in den R.ingraum 118 zwischen der Elektrode 10 und der

Wandung der axialen Bohrung 120 der Düse eingeführt.

Bei der Ausführungsform gemäß der Fig. 10 wird der Lichtbogen in zwei Teile aufgespalten. Zu diesem Zweck besitzt die Düse 125 zwei divergierende Bohrungen 126, 128, die sich von einer gemeinsamen, die Elektrode 10 umfassenden Bohrung 130 aus weg erstrecken. Auch durch diese Düsen werden sehr stabile Plasmastrahlen 122, 124 erzeugt, die sich für viele

ίο Zwecke besonders gut eignen, z. B. zum Schweißen und Schneiden, da ihnen die verschiedensten Formen und Richtungen gegeben werden können. Die Anzahl der Teilstrahlen ist nicht auf zwei beschränkt, es sind ohne weiteres auch mehr Teilstrahlen möglich und gegebenenfalls vorteilhaft. Das Gas tritt gemäß dem Pfeil 130 a in den Ringraum 130 ein. Das Kühlwasser gelangt durch den Eintrittsstutzen 125 a in den Ringkanal 125 b hinein und tritt aus diesem durch den Stutzen 125 c aus.

Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird ganz allgemein, wie schon weiter oben erwähnt, die gesamte Wärme des Plasmastrahles an ein Werkstück abgegeben. Die thermische Analyse ergibt z. B., daß, wenn kein Gas, z. B. Argongas, fließt, praktisch auch nichts von der durch den Lichtbogen innerhalb der Düse erzeugten Hitze die Düse verläßt; diese Wärme geht dann größtenteils durch das Kühlwasser der Düse verloren. Der größte Teil der Wärme, die in einem solchen Fall das Werkstück noch erreicht, beruht auf Elektronenprozessen, wie Elektronenkondensation (Erwärmung durch Kondensation = Elektronenstrom X Material-Arbeitsfunktion + Anodenfall).

Beispiel 4

Düse mit 64 mm Innendurchmesser und 9,5 mm Länge.

Gleichstrom, Elektrode negativ.

Der Wärmeverlust an die Düse nimmt kontinuier-Hch bis zu einem Minimum von ungefähr 40% derjenigen Wärme ab, die innerhalb der Düse durch Steigerung des Gasstromes, z. B. Argongas, auf 565% 1/h entwickelt wurde. Bei einem solchen Gasstrom ist also 60% der im Lichtbogenplasma innerhalb der Düse entwickelten Wärme in dem aus der Düse austretenden heißen Gas, z. B. Argon, enthalten und wandert mit diesem zum Werkstück. Der Wirkungsgrad beträgt mithin mehr als 70% bei einem Abstand der Düse vom Werkstück von 3,2 bis 6,4 mm.

Ein ungefähres quantitatives Bild dieser Phänomene ergibt sich aus der folgenden Tabelle III, in der als ein übliches Energiemaß die Einheit Volt angegeben ist.

Es wurde eine zylindrische Düse mit 6,4 mm Innendurchmesser und 95,5 mm Länge verwendet. Die Stromstärke betrug 200 Ampere, die äußere Lichtbogenlänge 6,4 mm.

Ile III

Argonstrom = Null

An Werkstück abgegebene Spannung Volt

Erzeugte Spannung Volt Argonstrom 566 1/h

An Werkstück abgegebene Spannung Volt

Erzeugte Spannung Volt

Lichtbogenplasma in der Düse

Lichtbogenplasma außerhalb der Düse
Elektronenkondensation

Iesamt

Wirkungsgrad

12
5
7 0
2
7

24

35%

16
6
7

5 7

20

70%

Aus der Tabelle ergibt sich, daß bei einem Argonstrom von 566 1/h der Energiebeitrag aus dem Lichtbogenplasma in der Düse sehr viel bedeutsamer ist.

Bei den graphischen Darstellungen gemäß den Fig. 12 bis 15 zeigt die Kurve B der Fig. 12 die Abhängigkeit des Düsendurchmessers D_d vom Spannungsgradienten F_d (axiales elektrisches Feld in der Düse) unter der praktischen Annahme zylindrischer Düsengeometrie.

Die vertikale Bezugslinie C links in der Darstellung zeigt den Spannungsgradienten eines bekannten, von inertem Gas geschützten, offenen Argonlichtbogens 26 (Fig. 3). Die Spannungsgradientkurve B des Lichtbogenbrenners nähert sich der Charakteristik C₁ wenn der Düsendurchmesser größer und die Einengung des Lichtbogens kleiner werden. Bei kleinerem Düsendurchmesser beträgt also der Spannungsgradient das Vielfache des Gradienten C des offenen Lichtbogens. Gemäß Fig. 12 engt die Öffnung von 9,5 mm Durchmesser den Lichtbogen nur sehr wenig ein, wie durch eine leichte Zunahme des Spannungsgradienten über das in der Linie C veranschaulichte Minimum bewiesen wird; der Lichtbogenabschnitt in der Düse wird jedoch durch die Anwesenheit des Gases durchgreifend und höchst vorteilhaft abgewandelt. Eine anfängliche Einengung, wie sie durch die Spannungskurven analog der Fig. 4 aufgezeigt werden, kann als allgemeine Bedingung für die richtige Anordnung verwendet werden.

Fig. 13 zeigt die Verteilung der Leistung P über der Gasströmung FI_d durch die Düse bei einer festen Stromstärke und Gleichstrom bei negativer Elektrode (die Düse ist zylindrisch und 9,5 mm lang). Die Kurve E der gesamten elektrischen Eingangsleistung (Volt · Ampere) nimmt nahezu linear mit dem Gasstrom um etwa 40 bis 50 Watt bei einer Zunahme des Gasstromes um 566 1/h zu. Dieselbe Düse bewirkt bei einem geringeren Strom einen verhältnismäßig flachen Spannungsverlauf. Die Kurve F der an das Werkstück abgegebenen Leistung nimmt bis zu 566 1/h rasch zu. Die Kurve G der an die Düse verlorenen Leistung nimmt bis zu 566 1/h ab und bleibt dann bei größeren Gasströmen auf einem nahezu konstanten Wert. Zu Vergleichszwecken sind die Linieif der Gesamteingangsleistung und die Linie I der an das Werkstück abgegebenen Leistung für einen bekannten, nicht eingeengten, argongeschützten Lichtbogen gleicher Länge (15,9 mm) und gleicher Stromstärke (200 Ampere) eingetragen. Der Lichtbogenbrenner nach der Erfindung gibt also bei einem Gasstrom von 1132 1/h Argon durch die Düse hindurch 75°/o mehr Leistung an das Werkstück ab, als dies bei einem bekannten argongeschützten Lichtbogen der Fall ist. Die Leistungsverteilung als Funktion des Gasstromes ist für den bekannten, von inertem Gas geschützten Lichtbogen nicht eingezeichnet, da eine zwangsweise Bewegung der Atmosphäre in einem solchen Fall nur geringe, zweitrangige Wirkungen hat.

Die Kurven / und K (Fig. 14) zeigen die Beziehung der Lichtbogenspannung U_l zur Lichtbogenstromstärke J_l bei Verwendung einer einengenden Düse und Brenner gemäß der neuen Erfindung (Kurve /) von 6,4 mm Durchmesser bzw. bei einem bekannten offenen, d. h. nicht eingeengten (argongeschützten) Lichtbogen (Kurve K). Man sieht, daß die Zunahme der Spannung bei Zunahme des Stroms beim neuen Lichtbogenbrenner viel größer ist als beim bekannten Lichtbogen. Eine praktische Folge hiervon ist, daß im Gegensatz zu dem bekannten Brenner mit sich nicht verbrauchender Elektrode die Hauptstromquelle für den Lichtbogenbrenner nach der Erfindung keine fallende

Volt-Ampere-Charakteristik zu haben braucht, um einen regelbaren Änderungsgrad des Lichtbogenstromes zu erhalten. So wurde beispielsweise bei einer Düsenbohrung von 3,4 mm lichter Durchmesser und 4,8 mm Länge sowie bei Verwendung von 849 1/h Argongas und 35 Volt konstanter Spannung und Gleichstrom bei negativer Elektrode die Lichtbogenlänge außerhalb der Düse von 6,4 auf 3,2 mm geändert, bei einer gleichzeitigen Änderung des Stromes von 100 auf ίο 130 Ampere. Die Stromstärke des bekannten, argongeschützten, offenen Lichtbogens mit sich nicht verbrauchender Elektrode würde sich bei der gleichen Stromquelle um ein Vielfaches hiervon ändern.

Fig. 15 zeigt die Abhängigkeit der Lichtbogenspannung U_l vom Gasgemisch G_d in der Düse, für Argon zwischen 100 und 0°/o und Prozentsätze in ihm an He, N₂ und H₂ (Kurven L bzw. M bzw. N) bei Gleichstrom und negativer Elektrode, Düse von 6,4 mm Durchmesser, 200 Ampere, 566 1/h Gas. Außer den genannten eignen sich aber auch andere Gase und Gemische.

Das Verfahren nach der Erfindung hat eine Reihe weiterer Vorteile. Die Düsen verschmutzen und verbrauchen sich nicht. Die bekannten Lichtbogenverdopplungen kommen selbst bei metallischen Düsen nicht vor. Der Lichtbogen wird auch bei Gasgeschwindigkeiten bis herauf zu Tausenden von Metern pro Sekunde nicht ausgelöscht.

Im folgenden werden an Hand der Zeichnung An-Wendungen des Verfahrens beschrieben, bei welchen das Werkstück nicht in den elektrischen Schweißkreis einbezogen ist, z. B. weil es elektrisch nichtleitend ist. Der Lichtbogenbrenner wird in diesem Fall z. B. so abgewandelt, daß er eine zweite Hauptelektrode aufweist; der Plasmastrahl besteht dann lediglich aus dem vom Lichtbogen hocherhitzten Gasstrom, der gegen das Werkstück gerichtet wird.

Fig. 16 zeigt eine Lichtbogenbrenneranordnung mit einem Paar im Abstand zueinander angeordneter Elektroden 205 und 206, die mit entgegengesetzten Polen einer elektrischen Stromquelle 207, z. B. einem Generator, verbunden sind, um zwischen diesen Elektroden einen Hochdrucklichtbogen zu zünden. Die Elektrode205 besteht vorzugsweise aus einem thorierten Wolframstab, während die Elektrode 206 vorzugsweise eine rohrförmige Düse aus Kupfer ist, deren verengter Auslaß mit dem Lichtbpgenende der Stabelektrode205 axial ausgerichtet ist. DieDüse hat einen ringförmigen Kühlwasserkanal 209 mit Eintrittstutzen 206 ο und Austrittstutzen 206 & um den Auslaß herum, so daß sich die Düse praktisch nicht verbraucht. Der Elektrodenring besteht, bei Schaltung als Kathode mit Gleichstrom oder bei Wechselstrom, vorzugsweise aus einem Material mit hohem Schmelzpunkt, wie z. B.

Wolfram. Gas, z. B. Argon, das unter einem Druck von z. B. ungefähr 2 Atmosphären steht, wird in die Eintrittskammer 210 der Düse 206 und zwischen die Elektroden zugeführt, derart, daß der Lichtbogen vom Gasstrom in die öffnung 208 hineingezwungen wird.

Der Lichtbogen ionisiert hier das Gas, das außerdem in die Querschnittsform der öffnung gezwungen und dann als sehr heiße strangförmige Ausströmung 211 abgegeben wird, die ihre Form noch über eine erhebliche Strecke nach dem Verlassen der Düse praktisch unverändert beibehält. Die Ausströmung 211 wird einem Werkstück 212 zugeführt, das nicht im elektrischen Kreis des Lichtbogens liegt.

Die maximale Querschnittsfläche des Durchlasses 208 kann nicht erheblich größer sein als die Querschnittsfiäche eines natürlichen Hochdrucklichtbogens

1

)ei gleicher Stromstärke, so daß die relativ kalten Wände des Durchlasses 208 den Lichtbogen stabilisieren können. Insbesondere die Anfänge einer solchen Stabilisierung werden durch eine Verstärkung im ixialen Feld in der Düse verwirklicht, wenn der Düsendurchmesser vermindert wird.

Bei der Ausführungsform nach der Fig. 17 wird ibenfalls ein Lichtbogengas 213, z. B. Argon, zuge- ^:ührt, das vorzugsweise in einem ringförmigen Strom am und neben einer Elektrode 205 und dann durch eine Düse 214 hindurchströmt, die einen einengenden änglichen Durchlaß 215 aufweist. In einem typischen ?all ist die Elektrode 205 ein mit einer Lichtbogenspitze 216 versehener Stab, der mit einem Ende an las eine Ende der Düse 214 angrenzt und mit ihr ixial ausgerichtet ist. Die andere Elektrode217 ist ein Ringkörper, der eine Durchlaßöffnung 218 hat, die coaxial zur Düse 214 gegenüber der Elektrode 205 angeordnet ist. Die Elektroden 205 und 217 sind über lie Leitungen 219 bzw. 219' mit einer elektrischen ao Stromquelle verbunden. Der Lichtbogen wird durch las zwischen den Elektroden 205 und 217 herrschende :lektrische Feld in die Düse 214 hinein und durch sie lindurchgezogen und ist damit nicht von der Gaskraft ibhängig. Der sich ergebende strahlartige Strang 220 lus heißem ionisiertem Gas tritt aus dem offenen Ende Ier Düse 214 und dann aus der öffnung 218 des Breniers aus.

Bei der Anordnung nach der Fig. 18 ist eine Speiseeitung 221 mit der Stabelektrode 205 und eine Speiseeitung 222 mit der Düse 214, dem Ringkörper 217 lnd einer Werkstückelektrode 223 über einstellbare impedanzen, wie Widerstände R1 bzw. R 2 bzw. R 3, verbunden. In diesem Fall dient der Strom von der Düse 214 zur Elektrode 205 der Zündung eines Hilfsichtbogens, und eine entsprechende Einstellung der Widerstände bewirkt, daß sich der ganze Plasmastrahl 124 oder ein Teil desselben zu der öffnung 218 hin md durch diese hindurch und zum Werkstück 223 hin ^streckt, wodurch eine einfache, aber dennoch empindliche Steuerung der Wärmeverteilung geschaffen vird. In jedem Fall engen die Lichtbogendurchlässe Ien Lichtbogen bzw. den Plasmastrahl seitlich ein.

Die Düse und der Ringkörper können aus Kupfer ind/oder Wolfram oder aus anderen wärmeleitenden esten Stoffen bestehen und mit Wasser gekühlt verden.

Fig. 19 läßt einen Brenner T4 erkennen, der eine ylindrische Hülle 226 aufweist, an deren unterem inde ein Topf 228 angebracht ist. Der Topf ist mittels ines Ringkörpers 230 aus Isoliermaterial elektrisch ;egen die Hülle isoliert und mit einem inneren Ringanal 232 versehen, durch den hindurch eine Kühlüssigkeit, z. B. Wasser, zwischen einem Eintritttutzen 234 und einem Auslaßstutzen 236 zirkuliert. )as Innere des Topfes 228 ist so geformt, daß eine jffnung 238 gebildet wird, die eine zylindrische Wanung besitzt, die zu einer bleistiftförmigen Kathode 40 axial ausgerichtet ist, die aus hitzebeständigem Stendern Material wie thoriertes Wolfram besteht. )ie Kathode 240 wird durch nicht veranschaulichte littel in einem ringförmigen Körper 242 gehalten, an 'elchem die Hülle 226 lösbar befestigt ist.

Das Lichtbogenende der Kathode 240 ragt axial in :ne Düse 246 hinein, die eine Mittelbohrung 248 aufeist, deren zylindrische Wandung den Endabschnitt sr Kathode 240 im Abstand und konzentrisch umgibt ad hierdurch einen ringförmigen Durchlaß 250 für is Gas, z.B. Argon, bildet, das gemäß dem Pfeil arch das Innere der Hülle 226 zugeführt wird. Die 676

Düse 246 ist an ihrem unteren Ende mit einem ringförmigen Flansch 252 versehen. Das untere Düsenende ist in das innere untere Ende der Hülle 226 eingeschraubt, wobei die Verbindung z.B. durch einen O-förmigen Silikongummiring 251 abgedichtet wird, der zwischen der oberen Kante des Flansches und einer Schulter 254 der Hülle angeordnet ist. Der Körper der Düse befindet sich im Abstand von der inneren Wandung der Hülle und bildet hierdurch einen zylindrischen Raum 256 für eine umlaufende Kühl · flüssigkeit, wie Wasser, das durch Einlaßstutzen 258 eintritt und durch einen Auslaßstutzen 260 wieder austritt. Beide Stutzen sind in der Wandung der Hülle gelagert. Das obere Ende des Ringraumes 256 wird mittels eines O-förmigen Ringes 262 abgedichtet, der zwischen der Düse und der Hülle angeordnet ist.

Die Kathode 240 ist über eine Leitung 264 mit dem negativen Pol einer Stromquelle S elektrisch verbunden. Bei Gleichstrom wird der positive Pol dieser Stromquelle 5" über einen elektrischen Leiter 266 mit dem Topf 228 verbunden und über eine parallele Leitung 268 mit der Hülle 226. Der Topf hat eine innere Kammer 272 mit einem seitlichen Einlaßstutzen 274 für Gas^Rijv^Flüssigkdt oder Gemische aus diesen.

Mit einer WoTframEathode 24Ö' mit~372 Vnm Durchmesser sowie mit 141,5 bis 1698 1/h Argon, 10 Ampere im Hüfslichtbogenstromkreis, der den Widerstand 270 enthält, und 300 Ampere im Hauptlichtbogenstromkreis bei 40 Volt wird eine sehr heiße Gasausströmung E erzeugt, die nicht reaktionsfähig ist. Die leuchtende Ausströmung sieht einer Oxy-Acetylen-Flamme ähnlich, doch kann sie eine drei- bis sechsmal so hohe Temperatur besitzen und läßt sich leicht bis zu 25,4 cm Länge einstellen. Die Ausströmung B schmilzt Saphire oder Zirkonoxyd und ist zum Erhitzen, Hart- oder Weichlöten oder als Lichtquelle großer Intensität zu verwenden. Der Brenner T 4 läßt sich ferner für chemische Reaktionen benutzen, dann wird in die Kammer 272 ein zweites Gas eingeführt. Dieser Brenner ist auch insofern bemerkenswert, als der Lichtbogen durch Änderung der Stromstärke, der Gaszusammensetzung und-strömung sowie der Düsenbohrungen so eingestellt werden kann, daß die Ausströmung £ so heiß ist, daß Wolfram geschmolzen wird, oder noch so kühl ist, daß Holz lediglich verkohlt wird.

Beim Schälen, Schärfen, Kehlen eines Werkstücks wird der Plasmastrahl z. B. in einem spitzen Winkel gegen die bearbeitende Oberfläche gerichtet, schmilzt das Metall der Oberfläche auf und bläst es weg, wie es dies auch beim Schneiden oder Trennen geschehen kann.

Zum Abschneiden vom Schweißmetall, z. B. beim Schweißen und Metallplattieren, wird ein Plasmastrahl zwischen einer Stabelektrode und einer abschmelzenden Drahtelektrode gebildet. Der Strahl führt das vom Draht gelieferte geschmolzene Metall zwangsweise zum Werkstück, das außerdem mittels des heißen Strahles auf jede gewünschte Temperatur entsprechend etwa den Einbranderfordernissen erhitzt wird. Die den Sprühregen aufnehmende feste Werkstückoberfläche kann, wenn sie elektrisch leitend ist, ebenfalls mit der Stromquelle verbunden werden und durch Errichtung eines Lichtbogenkreises zum Werkstück zusätzlich erhitzt werden.

Fig. 20 zeigt einen Lichtbogenbrenner 301 mit einer Stabelektrode 302 und einer wassergekühlten Düse 303, die einen verengten Austrittkanal 304 aufweist, durch den hindurch ein elektrischer Lichtbogen 305 herüber zum Ende des eingeführten, abschmelzenden Metall-

1

drahtes 306 gezündet wird. Der als eine Elektrode des Hauptlichtbogens dienende Draht 306 wird mittels einer üblichen Drahtzuführvorrichtung 308 fortlaufend durch eine JPjstole 307 hindurch in die Lichtbogenzone hineingeführt. Eine elektrische Stromquelle 309 ist über Leitungen 310 und 311 mit der Stabelektrode302 bzw. dem Draht 306 verbunden. Die Stromquelle kann eine Gleichstrom- oder eine Wechselstromquelle oder eine andere elektrische Schweißstromquelle sein. In der Zeichnung ist eine Gleichstromquelle gezeigt, die Brennerelektrode liegt am negativen Pol. Falls erwünscht, kann zwischen der Brennerelektrode 302 und der Wandung der Düsenbohrung ein Hilfslichtbpgen aufrechterhalten werden, indem die Düse 303 über Impedanzen, z. B. einen Widerstand 312 _J__-rnil_^der Stromquelle 309 vefbuMen^Wif'dr^Äüßerdem kann, wenn das Sprühmaterial 313 auf ein elektrisch leitendes Werkstück aufgetragen wird, ein weiterer Lichtbogenkreis 314 zu diesem Werkstück 315 errichtet werden. Eine Salcbft _jJtnjJudnfixJafisan^ 316 aujgje^iajjgte,^^^
.Cinien veranschaj^ichj^„*

'~"JJieTilektrode 302 ist nicht abschmelzend und kann entweder ein üblicher Wolframstab oder eine innen wassergekühlte Kupferelektrode sein. Der Wolframstab eignet sich für Gleichstrom jeder Polarität sowie für Wechselstrom. Die wassergekühlte Elektrode eignet sich vor allem für Gleichstrom und Brennerelektrode am positiven Pol und kann zusammen mit stärker aktiven Gasen verwendet werden, als es mit dem Wolframstab möglich wäre.

Das zu versprühende Material kann außer in Drahtauch in üblicher Streifenform zugeliefert werden. Es muß ein elektrischer Leiter sein, wenn es, was zu bevorzugen ist, als Lichtbogenhauptelektrode dient. Aluminium, rostsicherer Stahl und reiner Stahl oder auch andere Metalle, wie Kupfer und seine Legierungen, sind gut verwendbar. Ferner können andere Materialien oder Flußmittel in einfacher Weise als Überzüge auf dem Draht oder in einer Röhre in diesem vorgesehen sein. Auf diese Weise können gegen Abnutzung widerstandsfähige Materialien wie Karbide zugeführt werden.

Das Gas wird in den ringförmigen Raum zwischen der Elektrode 302 und der Wandung der Bohrung 317 der Düse eingeführt; als Gas kommt jedes bekannte Schutzgas wie Argon, Helium, Wasserstoff usw. in Betracht, ferner z. B. auch Gase wie Chlorosilan. Zusätzlich kann auch ein besonderes Schutzgas in einfacher Weise vorgesehen werden, indem ein äußerer konzentrischer Gasbecher 318 um die Lichtbogenbrennerdüse herum angeordnet wird oder indem das ganze Verfahren in einer geschlosenen Kammer durchgeführt wird.

Eine Anordnung mit zwei Erzeugern arbeitete etwa wie folgt: Die Stromquelle 309 lieferte 195 Ampere Gleichstrom bei negativer Elektrode, der Gasstrom betrug 383 1/h Argon im Durchtritt durch den Kanal 304 von 3,2 mm Durchmesser, ein rostsicherer Stahldraht 306 von 1,6 mm Durchmesser wurde mit einer Geschwindigkeit von 381 cm/Min. zugeführt; in der Leitung 311 floß ein Strom von 285 Ampere, in der Leitung 314 ein Strom von 90 Ampere Gleichstrom. Das Werkstück war eine 6,4 mm dicke, kaltgewalzte Stahlplatte, die mit 25,4 cm/Min. horizontal bewegt wurde. Eine besondere Vorbehandlung des Werkstücks war nicht erforderlich. 6,4 mm Lichtbogenabstand zwischen Brennerdüse und Draht und 4,8 mm Elek^j trodenzurückversetzung ergaben zusammen 11,2 mm Gesamtlichtbogenlänge; der Abstand zwischen Draht

und Platte betrug 31,8 mm. Die Auftragung zeigte im Querschnitt einen sehr flachen Einbrand. Auf der Grundplatte 315 wurde eine starke Plattierungsschicht 327 von ungefähr 5,1 mm Stärke erzeugt und fest mit ihr verbunden, bei einem Einbrand von weniger als 0,8 mm in die Grundplatte. Das einzelne Plattierungsband war ungefähr 8,0 mm breit. Es war unmöglich, das Band von der Stahlgrundplatte herunterzureißen.

Drähte aus Aluminium, rostsicherem Stahl und ebenso auch aus reinem Stahl wurden eingeführt, ohne den Stromzweig 314 zwischen Draht und Werkstück einzuschleifen. Lichtbogen-, und Drahtströme von 120 bis 200 Ampere Gleichström bei negativer Elektrode wurden bei einem einen Düsenkanal von 3,2 mm Durchmesser durchblasenden Argonstrom von 283 bis 11151/h verwendet, was einen Sprühregen aus geschmolzenem Metall vom Draht erzeugte. Bei geeigneten Abständen wurden die versprühbaren Metalle sicher an festen Flächen angebracht, wie z. B. auf Ziegelstein, kaltgewalztem Stahl, Aluminium. Ein enger Abstand zwischen Draht und Werkstück von ungefähr 6,4 bis 12,7 mm ergab gebohrte Löcher im Werkstück, auch bei Ziegelsteinen. In dem freien Raum wurde der Sprühregen in der Horizontalen kraftvoll über 3 m weit geschleudert. Dies zeigt ebenfalls, daß die Arbeitsvorgänge zum Plattieren in jeder Stellung ausgeführt werden können.

Dieses Plattierungsverfahren ist ferner zum Verbinden von Metallen sehr gut geeignet. Die Lichtbogenkreise können so gesteuert werden, daß beim Schmelzen des Grundmetalls jeder gewünschte Grad erreicht werden kann, so daß sich auch die Verdünnung des Schweißmetalls gut steuern läßt. Diese Verbiridungsgraduierung ist z. B. bei der Verarbeitung von Metallen wie Gußeisen, Aluminium und bestimmten hochlegierten Stählen für spezielle Zwecke von besonderer Bedeutung. Eine 6,4 mm dicke Flußstahlplatte mit einer V-Naht-Kantenvorbereitung mit 60° Abschrägung wurde gemäß der Erfindung mit einem desoxydierten Stahldraht geschweißt. Die Prüfung eines geätzten Querschnitts der Schweißung zeigte fast keinen Einbrand des Schweißmetalls in die Grundplatte.

Eine bevorzugte Konstruktion eines Lichtbogenbrenners gemäß der Erfindung ist in Fig. 21 dargestellt.

Der Brenner hat einen Brennkörper B mit einer Bohrung, deren unteres Ende mit einem Gewinde zur Aufnahme eines Elektrodenhalters H versehen ist. Ein Kragen C im Halter H liegt gegen ein Widerlager im oberen Ende des Brennerkörpers B an; der Halter H besitzt eine konische innere Bodenfläche, um den Kragen einzuzwängen, wenn der Halter H in den Brenner B eingeschraubt wird. Ein Isolierring / ist auf die Außenseite des Bodens des Brennerkörpers B und eine Düse N ist auf die Außenseite der Isolierung / aufgeschraubt.

Der Brennerkörper B besitzt einen Einlaß 410 für Schutzgas, der sich in eine ringförmige Kammer zwischen dem Kragenkopf und dem oberen Ende des Elektrodenhalters H öffnet; durch die Kammer strömt das Gas innerhalb des Halters und außerhalb des Kragens abwärts und weiter durch die Kragenschlitze und den Boden des Halters hindurch. Der Brennerkörper B weist ferner einen Einlaß 412 für Kühlwasser auf, von dem aus nicht veranschaulichte Durchlässe zu einer ringförmigen Nut 414 im Brennerkörper führen. Die Einlaßleitung für den Schweißstrom ist in üblicher Weise durch die Wasserauslaßleitung hindurchgeführt. ■

909 637/328

1 UOO D / O

Der Elektrodenhalter H besitzt einen oberen rohrförmigen Abschnitt 416, der sich praktisch ebenso weit wie der Kragen erstreckt, ferner ein Kragenzwischenstück 418 unterhalb des Bodens des Brennerkörpers B und größer als die Bohrung in diesem sowie einen Ansatz 420, der bis unterhalb des Kragenstücks 418 reicht, welches die Brennerkörpernut 414 mit dem Raum unterhalb des Brennerkörpers B verbindet. Im rohrförmigen Abschnitt 416 sind Längsnuten 422 ausgebildet.

Die Düse N weist einen oberen äußeren Mantelteil 424 auf, der auf den Isolierring / aufgeschraubt ist und sich entsprechend der Tiefe des Kragenstücks 418 bis unterhalb dieses Ringes erstreckt, um einen Wassermantel 426 einzuschließen. Unterhalb des Wassermantels besitzt die Düse einen dicken Wandungsteil 428 mit einer Mittelbohrung von oben größerem und unten kleinerem Durchmesser zur Aufnahme einer hitzebeständigen keramischen Isolierauskleidung 430. Diese Auskleidung hat einen oberen Rand 432, welcher den Haltereinsatz 420 umgibt, sowie einen unteren Mantelteil 434 mit praktisch den gleichen inneren und äußeren Durchmessern wie der Einsatz 420 und ausgerichtet mit diesem.

Der Wassermantel 426 wird mittels einer zusammendrückbaren Dichtung 436 abgedichtet, die auf eine ringförmige Schulter aufgepaßt ist, die von der Oberseite des dicken Wandungsteils 428 gebildet wird, und diese Dichtung 436 erstreckt sich einwärts über die Oberseite des Keramikrandes 432. Die Dichtung 436 ist gegen den Boden des Kragenteils 426 zusammendrückbar, wenn der Düsenmantelteil 424 auf den Isolierring / aufgeschraubt wird.

Der Teil 428 weist einen Einsatzhalter 438 mit einer Bohrung auf, die mit dem Haltereinsatz 420 und dem keramischen Mantel 434 ausgerichtet ist. Diese Bohrung im Halter 438 ist zur Aufnahme eines austauschbaren elektrisch leitenden Einsatzes 440 vergrößert. Dieser Einsatz besitzt einen oberen rohrförmigen Abschnitt und einen unteren verjüngten Abschnitt, der in einem Kopf oder Rand 442 endet.

Der dicke Düsenwandungsteil 428 ist mit Bohrungen zur Bildung von Durchlässen 444 ausgestattet, die vor dem Düsenmantel 426 ankommen, während der Einsatzhalterteil 438 mit Bohrungen zur Bildung von Durchlässen 446 versehen ist, die mit den Durchlässen ί44 ausgerichtet sind, wenn der Halterteil 438 an dem dicken Wandungsteil 428 z. B. mittels Silberlot fest ingebracht ist. Diese Durchlässe 446 stehen mit dem wassergekühlten Mantel 448 in Verbindung, der zwisehen dem verjüngten Abschnitt des Einsatzes 440 und ier Innenseite der Bohrung im Einsatzhalter ausge-Dildet ist.

Eine den Einsatz haltende Überwurfmutter 450 ist iuf die Außenseite des Einsatzhalters 438 aufgeschraubt und besitzt einen einwärts gedrehten Rand, 3er unter dem Einsatzkopf 443 liegt. Die Bohrung des iinsatzhalters 438 ist mit einer Nut zur Aufnahme ;ines O-förmigen Ringes 451 versehen, durch welchen ier obere rohrförmige Abschnitt des Einsatzes 440 lindurchgreift, wenn der Einsatz in die Bohrung einritt. Eine Dichtung 452 wird durch den Einsatzkopf 142 gegen den Boden des Einsatzhalters 438 zusamnengedrückt, wenn die Mutter 450 angezogen wird. Der äußere Rand der Mutter 444 ist mit einem Ring 154 aus Isoliermaterial versehen, um die Bildung eines Lichtbogens von diesem Ring zum Werkstück zu verlindern.

Ein Einlaßring 456 aus leitendem Material ist zwichen dem Düsenmantelteil 424 und dem Isolierring /

eingeklemmt und trägt eine Anschlußklemme für eine Leitung 458 für Hochfrequenz-Startstrom.

Dank der keramischen Auskleidung 430 sind die Düsenabschnitte 424 und 428 gegen den Elektrodenhalter H isoliert, und ein Hilfslichtbogen wird zwischen dem Einsatz 440 und der Spitze der Stabelektrode E gezündet, während der Hauptlichtbogen zwischen der Stabelektrode E und dem Werkstück hergestellt wird.

Wahlweise kann die mit dem Einsatz vereinigte Anschlußklemme auch in einen Hauptlichtbogenarbeitskreis eingeschaltet werden, welche das Werkstück enthält, wodurch der Arbeitslichtbogen zwischen der Stabelektrode E und dem Einsatz 440 hergestellt wird. Obgleich hierbei der Lichtbogen durch den eingeschnürten Durchlaß oder Kanal in dem Einsatz allein durch die Kraft des Gasstromes hindurchgeführt wird, erhält man nichtsdestoweniger die charakteristische strahlartige Ausströmung hoher Wärmeintensität.

Das äußere der Düse N ist von einer flexiblen Gummihülle oder Überzug 460 bedeckt, welcher die Leitung im Ring 456 umhüllt und der aufgerollt werden kann, um den Zugang zur Überwurf mutter 450 zwecks Austausch des Einsatzes 440 zu ermöglichen.

Für solche Zwecke wie Schneiden, Bohren, Kehlen oder Schälen hat es sich gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen, den Plasmastrahl mit Hilfe eines Gasstromes zu bilden, der mindestens 1 % Wasserstoff enthält.

Falls erwünscht, kann hierbei das Werkstück in den Lichtbogenkreis eingeschleift und kann der Strahl relativ zum Werkstück vorbewegt werden, um das Metall fortschreitend zu schmelzen und in diesem längs eines gewünschten Pfades einen Spalt zu bilden. Der Wasserstoff hat die günstigen Wirkungen, daß die Schlackenbildung wesentlich herabgesetzt, die Qualität der geschnittenen Fläche verbessert und außerdem die Leistungsfähigkeit und Geschwindigkeit des Schneidvorganges erhöht werden.

Weiter kann gemäß der Erfindung die Metallentfernung auch thermochemisch unterstützt werden, indem ein gesonderter Strom eines ein Hilfspulver enthaltenden Mittels in den Plasmastrahl an der hierfür am besten geeigneten Stelle eingeführt wird. Auch ein etwaiger Schlackenrest, der sich auf andere Weise ergeben kann, läßt sich dadurch entfernen, daß ein Hilfsstrahl eines geeigneten Strömungsmittels einer Flamme oder eines Lichtbogens gegen diese Schlacke gerichtet wird, während sie noch geschmolzen ist.

Wie in Fig. 22 gezeigt, wird ein mit Wasserstoff zu verwendendes Gas unter Druck mittels einer Quelle 510 durch eine mit einem Ventil 512 und einem Druckregler 515 versehene Zuführleitung 511 hindurch eingeführt, die an den Lichtbogenbrenner 516 angeschlossen ist. Das WasserstofTgas wird in ähnlicher Weise von einer Quelle 510 durch eine mit einem Ventil 518 und einem Druckregler 519 versehene Zuführleitung 517 hindurch zu der Gasleitung 515 geführt. Der Lichtbogenbrenner 516 ist dem bereits beschriebenen Schneidbrenner insofern gleich, als der Lichtbogen und das Gas eingeschnürt werden, bevor sie austreten, um eine gemeinsame Ausströmung 509 hoher Geschwindigkeit zu bilden. Diese Ausströmung wird auf ein Werkstück 520, z. B. eine Metallplatte, gerichtet, deren eine Seite über eine Leitung 522 mit einer elektrischen Stromquelle521, z.B. einem Generator, verbunden ist. Die andere Seite der Quelle 521 liegt über eine Leitung 523 an der Brennerelektrode. Der Brenner 516 wird von einem selbstangetrie-

benen, geschwindigkeitsgeregelten Wagen 524 getragen, der auf einem Gleis 525 in der Schneidrichtung parallel zur Oberseite dieser Platte läuft.

Im Betrieb tritt der Plasmastrahl 509 aus dem Brenner 516 aus, und der Wagen wird in der gewünschten Richtung verfahren, wodurch der Strahl dazu gebracht wird, die Platte, wie in Fig. 22 gezeigt, durch Aufschmelzen eines Brennschnittspaltes einzuschneiden.

Um mit dem Lichtbogenbrenner-Schneidverfahren Schnitte guter Qualität zu erzielen, kann es wesentlich sein, der Schutzgasatmosphäre Wasserstoff zuzusetzen. Schon der Zusatz von 1 % Wasserstoff zu Argon oder Helium verbessert die Qualität der Brennschnittspaltwandung gegenüber den normalerweise mit Argon oder Helium erzielten. Die Verbesserung der Qualität nimmt bis zu einem Zusatz von ungefähr 35% Wasserstoff zu Argon zu. Über diesen Prozentsatz hinaus bleibt die Qualität verhältnismäßig konstant, vorausgesetzt, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Gaszufuhr zum Brenner proportional der Änderung der Wasserstoffkonzentration des Lichtbogengases erhöht wird, da Wasserstoff ein sehr leichtes Gas ist. Daher ist es zur Erzielung von Schnitten guter Qualität unter Verwendung höherer Wasser- «5 Stoffkonzentration wünschenswert, zumindest die zweifache Gasströmungsgeschwindigkeit vorzusehen, die für geringere Wasserstoffkonzentration, z.B. 35%, verwendet wird. Diese Verbesserung der Qualität ergibt sich aus den Fig. 23 und 24.

Fig. 23 zeigt eine Brennschnittspaltwandung in einer 19 mm dicken Aluminiumplatte, die rauh und oxydiert aussieht, Schlacken 527 enthält und unter Verwendung lediglich von Argon als Lichtbogenschutzgas geschnitten wurde. Fig. 24 zeigt eine Platte 528 des gleichen Materials, das eine glatte, glänzende Oberfläche mit scharfen Kanten und ohne Schlacken aufweist, die mit einem Gemisch aus 65 % Argon und 35 % Wasserstoff als Lichtbogengas hergestellt wurde. DieVerbesserung der Qualität der Brennschnittspaltwandung ist höchstwahrscheinlich die Folge davon, daß der Wasserstoff reduzierend wirkt und hierdurch verhindert, daß die geschmolzene Oberfläche mit Sauerstoff in Berührung kommt. Daher verbessern Wasserstoffzusätze von 1 bis 100% zu inertem Gas die Qualität des Brennschnitt-Spaltes erheblich, wobei die maximale Qualität bei etwa 35% Wasserstoff erreicht wird.

Ein weiterer Vorteil des Wasserstoffs ist bekanntlich die Erzielung eines Lichtbogens verhältnismäßig hoher Spannung, was darauf zurückzuführen ist, daß Wasserstoff einen hohen elektrischen Widerstand besitzt. Bei dieser Verfahrensweise ist eine hohe Spannung erwünscht, besonders beim Schneiden von dicken Platten, damit der Schneid Vorgang gezwungen wird, die Dicke der Platte zu durchdringen und gleichzeitig eine ausgezeichnete Qualität des Brennschnittspaltes zu liefern. Die Anwendung höherer Spannungen erlaubt ferner die Verwendung niedrigerer Stromstärken, um die notwendige Wärmeeingangsleistung zu erzielen. Da die gegenwärtige Leistungsbegrenzung der Einrichtung von der Stromführungskapazität abhängig ist, ist es sehr wünschenswert, eine hohe Wärmeeingangsleistung mit einer Stromstärke zu haben, die so niedrig wie möglich ist. Die Spannung des Lichtbogens nimmt zu, wenn auch der Wasserstoffgehalt der Lichtbogenatmosphäre zunimmt. Infolgedessen ist die Spannung um so höher, je höher die Wasserstoffkonzentration ist. Auch bei konstanter Stromstärke ist es möglich, ein Werkstück mit hoher Geschwindigkeit unter Verwendung von Wasserstoff-

zusätzen zu trennen, da die Wärmeeingangsleistung zum Werkstück durch die Zunahme der Spannungproportional erhöht wird.

Wegen der höheren Lichtbogenspannung, die sich aus der Verwendung von Wasserstoff ohne Wasserstoff enthaltenden Gemischen ergibt, welche durch die öffnung kleinen Durchmessers strömen, ist es wesentlich, daß eine verhältnismäßig hohe Leerlaufspannung verwendet wird. Bei einem Wasserstoffzusatz von 35% zu inertem Gas reicht beispielsweise eine Leerlaufspannung von 80 Volt aus, während bei Verwendung von 100% Wasserstoff mindestens eine Leerlaufspannung von 160 Volt erforderlich ist. Die notwendige Leerlauf spannung ist annähernd dem Wasserstoffgehalt der Atmosphäre direkt proportional. Wird die erforderliche Leerlaufspannung nicht vorgesehen, kann der Lichtbogen nicht gezündet werden, da die Strom-Spannungs-Charakteristik des Lichtbogens nicht die Strom-Spannungs-Charakteristik der Leistungsquelle schneidet. '

Ein weiterer Vorteil des Zusatzes von Wasserstoff ist die Verminderung des Phänomens der Bildung von Doppellichtbogen, d.h. das Bestreben des Lichtbogens, zwei unabhängige Lichtbogen über die Düse zu zünden ; das Auftreten dieser Erscheinung beschädigt oder zerstört die Düse. Da Wasserstoff einen sehr hohen elektrischen Widerstand besitzt, bildet sich augenscheinlich eine Isolierschicht, zwischen dem austretenden Lichtbogen und der Innenseite der Düsenöffnung. Diese Isolierschicht hindert den Lichtbogen daran, von der Wolfram- oder Kupferelektrode zur Düse und von dieser weiter zur Grundplatte zu springen.

Sodann ist bei diesem Verfahren die Aufspaltung der Wasserstoffmoleküle in Wasserstoffatome vorteilhaft. Demgemäß werden zwei Gasvolumen für jedes Volumen gemessenen Gases erzeugt, das dissoziiert wird, H₂-*-2H. Diese Spaltung erzeugt zusätzliche hohe Geschwindigkeiten, obwohl Ströme mit geringen Gasmengen verwendet werden. Dieser Strahleffekt ist wesentlich für das Verfahren zum Entfernen des geschmolzenen Metalls und der Schlacke von den Brennschnittspaltwandungen. Außerdem bewirkt die Wiedervereinigung der Wasserstoffmoleküle auf der Grundplatte eine Konzentration und höhere Übertragungsleistung der Wärme genau an der gewünschten Stelle.

Je leichter das verwendete Gas ist, um so höher ist die erzielbare Geschwindigkeit. Da atomarer Wasserstoff das leichteste bekannte Gas ist, erzeugt es einen Strahl außerordentlich hoher Geschwindigkeit mit gleichzeitiger hoher Wärmeintensität, welche das Metall in dem Brennschnittspalt schmilzt und entfernt und die Brennschnittspaltwandungen mechanisch reinigt.

Empfehlenswert ist eine Atmosphäre aus dem Gemisch von 80% Argon und 20% Wasserstoff zum Handschneiden und von 65% Argon und 35% Wasserstoff für maschinelles Schneiden. Die vorteilhafte Verwendung dieser Gemische beruht darauf, daß die Leerlaufspannung auf ein Maximum von 100 Volt beschränkt ist. Der untere Prozentsatz des Wasserstoffzusatzes wird empfohlen, um den kritischen Punkt der Lichtbogenlänge herabzusetzen, wodurch Lichtbogenlängeänderungen durch die Bedienungsperson statthaft sind. Gleichzeitig kann, wenn eine Leerlaufspannung von mindestens 160 Volt verwendet wird, reiner Wasserstoff in zufriedenstellender Weise verwendet werden.

Das nachfolgende Beispiel zeigt die Verbesserung der Wärmeübertragung auf das Werkstück, wenn dem

1 Ubö b /ö

Argongas Wasserstoff in erheblichen Mengen zugesetzt wird. Ein Lichtbogenbrenner mit einer Wolf ramelektrode von 3,2 mm Durchmesser, die um 9,6 mm von der Kante einer 12°-Verjüngung zurückgesetzt war, und mit einer wassergekühlten Kupferdüse mit einer Bohrung von 3,2 mm wurde auf folgende Weise verwendet: Argongasströme von 0,28, 0,57, 1,14 und 1,70 m³/h wurden mit jeweils 140, 260, 185 und 170 Ampere Gleichstrom direkter Polarität bei Spannungen zwischen 30 und 50 Volt zwischen der Wolfram elektrode über die Brennerdüse zu einer 1,9 mm dicken kalten Kupferplatte als leitendes Werkstück im elektrischen Kreis verwendet. Hieraus ergaben sich eine gewisse Verfärbung und nur ein geringes gelegentliches Schmelzen der Oberfläche des Kupfers.

Diese Versuche wurden mit Zusatz von Wasserstoff zum Argonlichtbogengas fortgesetzt. Hierbei stellte sich heraus, daß der mit einer Leerlaufspannung von 100 Volt gespeiste Brenner den Lichtbogen nicht zünden und aufrechterhalten kann, bis er zunächst mit Argon mit höchstens einem geringen Zusatz von Wasserstoff gebildet wurde. Danach war es möglich, den Wasserstoffgehalt auf 25 bis 30% zu erhöhen und den Arbeitslichtbogen aufrechtzuerhalten. Aus diesen Versuchen wurde geschlossen, daß reiner Wasserstoff in einem solchen Brenner mehr als 150 Volt erfordern würde. Wenn der Wasserstoffgehalt erhöht wurde, nahm die Tiefe der Schmelzung des Kupfers ebenfalls zu. Bei einem Wasserstoffgehalt von 25% in Argon mit einer Gesamtströmung von 2,12 m³/h durch den Brenner hindurch sowie bei dem Lichtbogen zugeführten 200 Ampere Gleichstrom und 78 Volt wurde in dem Kupfer eine Nut von 2,5 mm Tiefe und 3,8 mm Breite bei einer Arbeitsgeschwindigkeit von 76,2 cm/ Min. erzeugt. Das entfernte Metall wurde durch den Strahl hoher Geschwindigkeit aus der Bahn herausgeblasen.

Auch ein Lichtbogenbrenner mit einer Wolfram-Stabelektrode von 4,8 mm Durchmesser, die 8,0 mm von einem wassergekühlten Kupferdüsendurchlaß von 3,2 mm Durchmesser und 1,6 mm Länge zurückversetzt war, wurde mit 1,92 m³/h von 40% Wasserstoff in Argon bei 165 Ampere Gleichstrom bei negativer Elektrode und 102 Volt verwendet, um eine 2,54 cm dicke rostsichere Stahlplatte mit einer Geschwindigkeit von 59,7 cm/Min. zu schneiden.

Ein anderer Lichtbogenbrenner mit einer 3,2 mm dicken Wolfram-Stabelektrode, die 6,4 mm von der Brennerstirnfläche zurückversetzt war, und mit einer einschnürenden Bohrung, die aus wassergekühltem Kupfer mit einem Wolframeinsatz von ungefähr 2,4 mm Länge und einer axialen Bohrung von 2 mm Durchmesser bestand, wurde mit 4,02 m³/h Wasserstoff unter einem Raumdruck von 1,09 kg/ cm² oberhalb atmosphärischem Druck sowie bei 215 Ampere Gleichstrom und 93 Volt zwischen der Wolfram-Stabelektrode und der Düse verwendet. Der aus dem Lichtbogen durch die Düse austretende Wasserstoffstrahl war beim Schneiden von 2,54 cm dickem Aluminium bei 63,5 cm/Min. so wirksam, daß ein glattwandiger Schnitt hoher Qualität erzeugt wurde.

Derselbe Brenner, mit dem Unterschied, daß der Wolframdüseneinsatz 6,4 mm lang war und eine öffnung von 1,6 mm Durchmesser besaß, wurde mit einem Wasserstoff-Gas-Strom von 2,83 m³/h bei einem Raumdruck von 1,62 kg/cm² oberhalb atmosphärischem Druck sowie bei 170 Ampere Gleichstrom und 84 Volt betrieben und erzeugte eine Wasserstoffstrahlausströmung, die eine 2,54 cm dicke rostsichere Stahlplatte mit 15,2 cm/Min. schnitt. Der Schnitt war an den

Kanten praktisch winklig und die Brennschnittspaltoberflächen waren bemerkenswert glatt.

Die nachstehende Tabelle zeigt die typischen Geschwindigkeiten und Bedingungen beim maschinellen Schneiden, die bei Anwendung des Verfahrens für Aluminiumplatten verschiedener Stärke bei einer Leistungszufuhr mit einer Leerlaufspannung von 100 Volt erzielt wurden.

Dicke mm	Geschwindig keit cm/Min.	Ampere	Vok	Gas *strömung ) mVh**
6,4	762	320	70	1,41
12,7	318	320	75	1,70
19,0	190	320	77	1,98
25,4	127	320	80	1,98

*) In allen Fällen war das verwendete Gas ein Gemisch aus Argon und Wasserstoff im Verhältnis von 65% Argon zu 35 %> Wasserstoff.

Die Geschwindigkeit und Qualität von Handschnitten schwankt entsprechend der Geschicklichkeit des Schweißers um eine Durchschnittsgeschwindigkeit von ungefähr 152 cm/Min. bei 1,27 mm dicken Aluminiumplatten. Beim Handschneiden betrug das Gasverhältnis 20% Wasserstoff zu 80% Argon.

Die veranschaulichte Lichtbogenbrenner-Schneidvorrichtung wurde auch bei den folgenden Versuchen verwendet. Im Unterschied zum Schneiden wurde der Brenner lediglich von einem rechten Winkel zu einem mit Bezug auf die Werkstückoberfläche nach vorn gerichteten Winkel von 45° geneigt. Diese Vorrichtung wurde zum Kehlen, Schärfen, Abgraten und Schälen verwendet. Die Tiefe der Schälung oder Kehlung wurde in erster Linie durch die Geschwindigkeit, den Brennerwinkel, die Stromstärke und die Gasströmungsgeschwindigkeit geregelt. Eine Zunahme der Geschwindigkeit während die anderen Variablen konstant bleiben, ergab eine Abnahme der Tiefe der Kehlung. Eine Zunahme der Stromstärke führte entsprechend zu einer Zunahme der Kehlungstiefe. Der Brennerwinkel und die Gasströmungsgeschwindigkeit regelten die Qualität sowie die Tiefe der Kehlung. Die Breite der Kehlung oder Nut wurde in erster Linie durch die Gestalt der öffnung bestimmt. Bei dieser Arbeit wurden nur kreisförmige Düsenbohrungsquerschnitte verwendet, doch eignen sich auch elliptische oder schlitzartige öffnungen.

Bei diesem Verfahren können verschiedene Gase in Verbindung mit Wasserstoff zur Anwendung gelangen, vorzugsweise A, He, Ν, O und Gemische derselben. Nuten optimaler Qualität ergaben sich mit einem Gemisch aus 35% Wasserstoff und 65% Argon. Die Strömungsgeschwindigkeit des Gases wurde konstant auf 1,98 m³/h bei einem Druck von 1,41 kg/cm² über atmosphärischem Druck gehalten. Höhere Geschwindigkeiten und tiefere Kehlungen ließen sich durch Anwendung höheren Druckes und höherer Strömungsgeschwindigkeit erzielen. Die Verwendung des Gases erzeugte eine sogenannte Strahlstrom- oder Waschwirkung zum Entfernen der Schlacke von dem mit Nuten versehenen Werkteil.

Das Verfahren ließ sich sowohl von Hand als auch maschinell ausführen, wobei sich gleiche Qualitäten ergeben. Außerdem arbeitet es zufriedenstellend sowohl bei kalten als auch bei heißen Werkstücken, wobei heiße Werkstoffe höhere Arbeitsgeschwindigkeiten zulassen. Da das Verfahren ein Schmelz- oder Verdampfungsvorgang ist, kann jedes Metall gekehlt oder

Claims

1 geschält werden. Die. Arbeitsgeschwindigkeit hängt vom Schmelzpunkt und der thermischen Leitfähigkeit des Metalls ab. Einfache oder Vielfachkehlungen lassen sich mit gleicher Einfachheit und Bequemlichkeit herstellen. Sind weitere Kehlungen oder Schälungen erforderlich, ist ein Verfahren mit einem Mehrfachbrenner zweckmäßig. Zur Erleichterung des Entfernens des Metalls aus den Kehlungen wurden Hilfsgasstrahlen verwendet. Als Hilfsgase kamen Luft, Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Argon oder Helium, entsprechend der gewünschten Qualität, in Betracht. Verschiedene Beispiele von Kehlungen ergeben sich aus der nachstehenden Tabelle; die Gasströmung betrug 1,98 m3/h, der Brenner war in einem Winkel von 50°. zur Horizontalen geneigt. KehlungStromstärkeSpannungGeschwindigkeitNr.AmpereVoltcm/Min.1150632672150633303145633684140634575140635086140605727 ■1306073788060737912070216 Das Bohren von Löchern ist eine weitere Abwandlung des Schneidverfahrens. Ortsfeste Brenner können hier geeigneter sein als bewegliche. Die Form der Löcher wird in erster Linie durch die Gestalt der Düsenbohrung bestimmt. Die Bedingungen zum Lochbohren sind denen für das Schneiden sonst gleich. Jede Plattendicke, die geschnitten werden kann, läßt sich auch durchbohren. Es leuchtet daher ein, daß die Stromstärke, die Gasströmungsgeschwindigkeit und der Öffnungsdurchmesser so gewählt werden müssen, daß eine vollständige Durchbohrung der Platte erreicht wird. Der Durchmesser des gebohrten Loches wird in erster Linie durch die Größe und Gestalt der Düsenbohrung sowie durch das Ausmaß der Stromübertragung bestimmt. Zusätzlich zu Wasserstoff wurden Argon, Helium, Stickstoff und Gemische aus ihnen verwendet, jedoch lieferten Argon-Wasserstoff-Gemische die besten Ergebnisse. Da das Verfahren ein Schmelzverfahren ist, kann jedes Metall durchbohrt und auch geschnitten werden. Die nachstehende Tabelle zeigt verschiedene Beispiele der Bedingungen für das Bohren von Löchern bei einem Gasstrom von 1,98 mä/h. Aluminium-StromstärkeObererUntererplatteSpannungLochdurch-LochdurchDickemessermessermmAmpereVoltmmmm25240164,819260709,56,419220709,519200709,53,21934070126,4131809,53,2131509,53,2131209,56,41008,04,86,4808,03,2 60 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erhitzen, Schmelzen, Schneiden u. dgl. eines den elektrischen Strom leitenden Werkstücks unter Anwendung einer Lichtbogenentladung zwischen einer nicht abschmelzenden Elektrode und dem Werkstück, wobei die Bogenentladung in einer zwischen Elektrode und Werkstück angeordneten Düse eingeschnürt und fokussiert wird, gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale:

a) die an sich bekannte Einschnürung der Plasmasäule wird zur Erzielung eines gegenüber dem nicht eingeschnürten Lichtbogen erhöhten Spannungsabfalls je Längeneinheit bewirkt durch an sich bekannte einengende Düsenbohrungen und durch das an sich bekannte Hindurchblasen eines hierbei aber in den Lichtbogen eintretenden und ihn stützenden Gasstromes,

b) die Einschnürung der Plasmasäule wird dem Wärmebedarf hinsichtlich Aufschmelzung bzw. Verdampfung des Werkstoffs des Werkstücks an der Arbeitsstelle angepaßt durch die an sich bekannte Wahl des Düsendurchmessers und/ oder durch Regelung der durchströmenden Gasmenge je Zeiteinheit.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinste Durchmesser der die festen Wandungen der Düse bildenden Bohrung nicht größer ist als der an derselben Stelle in der Längsrichtung des Lichtbogens gedachte Querschnitt eines in derselben Gasatmosphäre brennenden, nicht eingeschnürten Bogens gleicher Stromstärke und gleicher Länge.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnürung mittels des Düsendurchlasses derart bestimmt wird, daß die von dem auf dem Werkstück wandernden Fußpunkt der Lichtbogenstichflamme bestrichene Fläche gleich ist der oder kleiner ist als die durch die Projektion der Düsenöffnung auf das Werkstück bestimmte Fläche, und daß die bestrichene Fläche innerhalb der Projektionsfläche liegt.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenspannung in an sich bekannter Weise mindestens 30 Volt, vorzugsweise 50 bis 110 Volt beträgt.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4 zum Trennen durch Schneiden, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom so geregelt wird, daß er in Abwesenheit des Lichtbogens die Düsenöffnung mit einer Geschwindigkeit von mehr als 30 m/Sek. verlassen würde, daß weiterhin die Lichtbogenspannung 50 bis IlOVolt und die Stromdichte 20 bis 85 Ampere/mm² des kleinsten Düsenquerschnittes betragen.

6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise die kinetische Energie des ausströmenden Gases so hoch gehalten wird, daß sie beim Schmelzen und insbesondere beim Schneiden, Schälen und Bohren des Werkstücks materialbewegend mitwirkt.

7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasstrom verwendet wird, der in an sich bekannter Weise ein oder mehrere dissoziierbare Gase, vorzugsweise N₂ und H₂, insbesondere in einem dem jeweiligen Wärmebedarf an der Arbeitsstelle angepaßten Anteil enthält.

8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, vorzugsweise zur Anwendung bei Werkstücken, die aus

909 637/328

1 UDD D / D

einem ein hitzebeständiges Oxyd bildenden Metall, z. B. Aluminium, bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzgas in an sich bekannter Weise Argon, Stickstoff, Wasserstoff je für sich allein oder in Verbindung miteinander verwendet wird.

9. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis .8, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise ein Gasstrom mit 20 bis 45°/o Wasserstoff bzw. 80 bis 100% Stickstoff, Rest Argon, verwendet wird.

10. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise ein Hilfsgasstrom auf die Schneidzone gerichtet wird.

11. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise in den Lichtbogen ein Hilfspulverstrom eingeführt wird.

12. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zünden als Schutzgas nur Argon zugeführt wird und daß diesem Gas nach dem Zünden des Lichtbogens ein dissoziierbares Gas zugemischt wird.

13. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen der Stab- as elektrode (10,76) und einer Hilfselektrode (34, 54, 80), z.B. der einschnürenden Düse, brennender, zur Zündung des Hilfslichtbogens (24) dienender Hilfszündlichtbogen erzeugt wird, der von Gleichstrom oder niederfrequentem Wechselstrom unterhalten wird.

14. Abänderung des Verfahrens nach Ansprüchen 1, 2, 4, 6 bis 13, bei welcher das Werkstück außerhalb des elektrischen Stromkreises liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogen zwischen der nicht abschmelzenden Elektrode (205, 240) und einer Hilfselektrode (206, 217, 228) gezogen und mittels eines Gasstromes in die einschnürende Bohrung (238) der Düse (208, 214) hineingeblasen wird.

15. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogen (224) durch mindestens zwei einschnürende Düsen (213 und 217, 214 und 217 a) hindurchgeführt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die einschnürende Düse oder Düsen (214 und 217a) in bekannter Weise als zusätzliche Gegenelektrode (bzw. -elektroden) verwendet werden.

17. Verfahren nach Anspruch 14, insbesondere zum Auftragschweißen, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogen (305) in an sich bekannter Weise zwischen der nicht abschmelzenden Elektrode

(302) und einer abschmelzenden Drahtelektrode (306) gezündet wird, die gegebenenfalls kontinuierlich in den Lichtbogen eingeführt und in geschmolzenem Zustand durch die Strömung des Plasmastrahles gegen das Werkstück (315) bewegt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Lichtbogen zwischen der abschmelzenden Drahtelektrode (306) und dem Werkstück (315) gezündet wird.

19. Verfahren nach Ansprüchen 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Düse und Werkstück ein abschmelzender, nicht im Stromkreis liegender Metalldraht gegebenenfalls kontinuierlich zugeführt wird.

20. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Bohrung der Düse (54, 442) sich in Strömungsrichtung verjüngt.

21. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 16 und 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß der Düse (116, 125) oder der Düsen derart gestaltet ist, daß die Lichtbogenstichflamme (115, 122 und 124) eine flache Form oder eine mehrstrahlige Form annimmt.

22. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen im Abstand voneinander angeordneten Düsen (252, 228) von einer ringförmigen Wandung eingeschlossen ist, wodurch eine Kammer (272) gebildet wird, die einen Stutzen (274) zur Zuleitung eines Gases aufweist, das ein anderes Gas ist als das dem Durchlaß (248) in der Düse (246) nahe der Stabelektrode (240) zugeführte Gas.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 154 335, 685 455,
947Q09, 954 8J6; " ~*

österreichische Patentschriften Nr. 117428,12§939, 236,177.635;

britische Patentschriften Nr. 143,331, 371.814,
510;

USA.-Patentschriften Nr. 1 582 081, 1 746 191, , 1 746 196, 1 746.207, 2 686 860;

ZeTtschrift »Umschau«, 1951, S. 434 bis 436;
»Zeitschrift für Physik«, 1951, S. 108 bis 122, 369 bis 373;

»Zeitschrift für physikalische Chemie«, 1951, S. 318 bis 328;

Zeitschrift »Journal de Soudure«, 1953, S. 113 bis 115.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen