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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Lichtbogenschweißgerät zum Lichtbogenschweißen von zwei Objekten, die verbunden werden sollen.
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STAND DER TECHNIK
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Ein Lichtbogenschweißgerät zum Lichtbogenschweißen von zwei Objekten, die unter Verwendung eines Lichtbogenstroms verbunden werden sollen, ist bekannt. Eine Elektrode ist in einer nahen Umgebung eines Teils platziert, in dem die zwei Objekte kontaktieren. Die Elektrode und eine Gruppe der zwei Objekte werden mit einer elektrischen Leistung von dem Lichtbogenschweißgerät versorgt, sodass deren Polaritäten jeweils unterschiedlich sind. Der Lichtbogenstrom strömt zwischen der Elektrode und der Gruppe der zwei Objekte. Beispielsweise wird im Patentdokument 1 ein Lichtbogenschweißgerät zum Stabilisieren von Lichtbogenplasma erläutert. Das Lichtbogenschweißgerät ist mit einer Elektrode mit Schweißgasversorgungsöffnungen ausgestattet, welche ein Schweißgas zwischen eine Gruppe von zwei Objekten und die Elektrode zuführen können. Das Schweißgas kann das Lichtbogenplasma unter Verwendung eines Lichtbogenstroms ausbilden.
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Weiterer Stand der Technik ist in den folgenden Dokumenten offenbart.
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In der
US 2004 / 0 188 390 A1 werden eine WIG-Schweißausrüstung und ein WIG-Schweißverfahren beschrieben, die in der Lage sind, einen geschweißten Metallabschnitt tief auszubilden, ohne die Schweißqualität zu verringern, wodurch die Schweißdurchführung einfacher wird und die Schweißeffizienz verbessert wird. Die WIG-Schweißausrüstung umfasst eine Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Lichtbogens zwischen sich selbst und dem geschweißten Objekt, eine rohrförmige innere Düse, die die Elektrode umgibt, und eine rohrförmige äußere Düse, die die innere Düse umgibt. Ein erstes Schutzgas, das aus einem Inertgas besteht, kann von der inneren Düse zugeführt werden, und ein zweites Schutzgas, das ein oxidatives Gas enthält, kann von zwischen der inneren Düse und der äußeren Düse zugeführt werden.
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FR 2 966 757 A1 offenbart einen Plasma- und Laserschweißbrenner. Der Plasma- und Laserschweißbrenner umfasst eine Düse mit einer Öffnung für den Durchfluss eines Energiestroms, der das Schmelzen von Material induziert, ein System zur Erzeugung eines Energiestroms, das in einem Brennerkörper so angeordnet ist, dass der Energiestrom durch die Öffnung fließt, einen ersten Gasdurchlass, der in der Düse um die Öffnung herum angeordnet und für den Durchfluss eines Schutzgases bestimmt ist, einen zweiten Gasdurchlass für den Durchfluss eines aktiven Gases, das den zentripetalen Marangoni-Effekt ermöglicht, und eine unschmelzbare Elektrode. Die Öffnung mündet in einen Teil des Brennerkörpers, der dazu bestimmt ist, in einer Schweißzone angeordnet zu werden. Der Plasma- und Laserschweißbrenner umfasst eine Düse mit einer Öffnung für den Durchfluss eines Energiestroms, der das Schmelzen von Material induziert, ein System zur Erzeugung eines Energiestroms, das in einem Brennerkörper so angeordnet ist, dass der Energiestrom durch die Öffnung fließt, einen ersten Gasdurchlass, der in der Düse um die Öffnung herum eingerichtet und für den Durchfluss eines Schutzgases bestimmt ist, einen zweiten Gasdurchlass für den Durchfluss eines aktiven Gases, das den zentripetalen Marangoni-Effekt ermöglicht, und eine unschmelzbare Elektrode. Die Öffnung mündet in einen Teil des Brennerkörpers, der dazu bestimmt ist, in Bezug auf eine Schweißzone angeordnet zu werden, und in ein Gehäuse, das in einem in dem Teil des Brennerkörpers, der dazu bestimmt ist, gegenüber der Schweißzone angeordnet zu werden, gebildeten Hohlraum liegt. Der erste Durchgang ist so angeordnet, dass er die Bildung eines ersten Gasstroms zum Schutz des Schweißbereichs ermöglicht, und umfasst eine Reihe von Öffnungen, die in der Düse um den zweiten Gasdurchgang herum ausgebildet sind. Der zweite Gasdurchgang ist in der Düse so angeordnet, dass er eine aktive Gaszufuhr zur Schweißzone zwischen dem ersten Gasstrom und dem Energiestrom ermöglicht, und umfasst Öffnungen, die in der Düse ausgebildet sind. Die Öffnungen des ersten und zweiten Gaskanals sind in der Düse angebracht und äquidistant in einem ersten und zweiten konzentrischen Kreis angeordnet, wobei der Durchmesser des zweiten Kreises kleiner ist als der Durchmesser des ersten Kreises. Der erste und der zweite Gasdurchlass umfassen einen gemeinsamen Gaseinlass, um eine einzige Gaszufuhr für den ersten und den zweiten Gasdurchlass zu ermöglichen. Die Gasmenge, die durch den ersten Gasdurchlass strömt, ist ein- bis dreimal so groß wie die Gasmenge, die durch den zweiten Gasdurchlass strömt. Der Brennerkörper umfasst eine Düse, die sich in dem Hohlraum befindet, der in dem Teil des Brennerkörpers ausgebildet ist, der der Schweißzone gegenüberliegen soll. Die unschmelzbare Elektrode befindet sich teilweise im Gehäuse der Düse und ist von der Düse und dem Brennerkörper elektrisch isoliert, wobei das Gehäuse und die Öffnung einen dritten Gasdurchlass für den Inertgasstrom definieren. Die unschmelzbare Elektrode hat ein Ende zur Erzeugung eines Lichtbogens beim Schweißen, wobei das Ende im Gehäuse der Düse von der Öffnung beabstanded ist. Das System zur Erzeugung des Energiestroms umfasst eine Einheit zur Fokussierung eines Laserstrahls mit hoher Leistung auf die Schweißzone durch die Öffnung, wobei die Einheit im Brennerkörper angeordnet ist.
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Ferner offenbart die
EP 2 380 692 A1 eine Vorrichtung zum stoffschlüssigen, thermischen Fügen oder Beschichten von Werkstücken unter Schutzgaseintrag mit einer jedenfalls die Medien Schutzgas und ein aufzuschmelzendes Füge- oder Beschichtungsmaterial zuführenden Medienversorgung und einem Arbeitskopf, an dem die Medien austreten und der Bearbeitungsvorgang vollzogen wird und der eine die Austrittsöffnungen der Medien umgebende Ummantelung aufweist, sowie einer Absaugung zum Absaugen von während des Bearbeitungsvorganges entstehendem Rauchgas, die sich gegenüber dem Stand der Technik dadurch auszeichnet, dass in dem Arbeitskopf wenigsten ein an die Absaugung angeschlossener Absaugkanal mit mindestens einer Eintrittsöffnung ausgebildet ist, die innerhalb der Ummantelung angeordnet ist. Mit dieser Umgestaltung wird erreicht, dass bei einem stoffschlüssigen, thermischen Fügen oder Beschichten eine Rauchgasabsaugung zuverlässig am Entstehungsort vorgenommen und so das entstehende Rauchgas vollständig abgeführt werden kann. Ferner wird ein Verfahren zum stoffschlüssigen, thermischen Fügen oder Beschichten offenbart, bei dem die Absaugung von entstehendem Rauchgas durch den Arbeitskopf hindurch erfolgt.
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JP H05- 23 861 A offenbart einen Plasmalichtbogenbrenner mit einer Rauchsammeleinrichtung sowie ein zugehöriges Verfahren. In dem Plasmalichtbogenbrenner, der aus einer Kathodenelektrode, einer Kathodenhülsendüse, einer Anodendüse, einer Abschirmkappe und einer Ansaugkappe besteht, die sich konzentrisch von der Mitte zum Außenumfang erstrecken, wird der durch das Schmelzen des Plasmalichtbogenbrenners erzeugte Rauch wirksam aufgefangen, indem ein Staubsammler mit einem Durchgang zwischen der Abschirmkappe und der Ansaugkappe verbunden wird. Außerdem wird durch die Anbringung einer Anpassungsabdeckung an der in Vorschubrichtung des Plasmalichtbogenbrenners hinteren Hälfte der Spitze der Absaugkappe verhindert, dass der Rauch an einer Schweißraupe haften bleibt.
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VERWANDTER STAND DER TECHNIK
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Patentdokument
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Patentdokument 1: Ungeprüfte
Japanische Patentanmeldung Nr. 2006 -
51 521 -
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden sollen
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Im Allgemeinen ist die Energiedichte des Lichtbogenplasmas beim Lichtbogenschweißen relativ niedrig, wie zum Beispiel ungefähr 100 bis 1000 W / mm2. Auf diese Weise ist beim Lichtbogenschweißen eine Schmelzbreite an zwei Objekten, die verbunden werden sollen, breit und eine Eindringtiefe an den zwei Objekten ist flach. Das Lichtbogenschweißen ist dieses Verfahren mit einem niedrigen Seitenverhältnis. Daher nimmt die Beanspruchung an einem Gelenk zwischen den zwei Objekten leicht zu, und es ist auch schwierig, die Bearbeitung unter hoher Geschwindigkeit durchzuführen. Andererseits wird Laserschweißen bei einer Energiedichte von ungefähr 10000 bis 1000000 W / mm2 verwendet, um die Beanspruchung zu verringern und die Bearbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Allerdings besteht ein Problem darin, dass Laserschweißgeräte teuer sind und deshalb die Bearbeitungskosten erhöht sind.
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Nach der vorliegenden Erfindung ist das Lichtbogenschweißgerät vorgesehen, um die zwei Objekte unter hoher Geschwindigkeit zu verbinden und um die Beanspruchung an dem Gelenk zu verringern, nachdem sie verbunden wurden.
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Mittel zum Lösen der Probleme
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Ein Lichtbogenschweißgerät zum Schweißen zwei zu verbindender Objekte gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit einer Elektrode, einem Gasversorgungsteil, einem Gasansaugteil und einem Gasspeicherteil ausgestattet.
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Die Elektrode ist in einer nahen Umgebung eines Teils platziert, in dem die zwei Objekte kontaktieren. Ein Lichtbogenplasma wird zwischen dem Teil, in dem die zwei Objekte kontaktieren, und der Elektrode ausgebildet.
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Das Gasversorgungsteil ist außerhalb in einer radialen Richtung der Elektrode platziert und weist eine Mehrzahl von Gasversorgungsöffnungen auf, die ein Gas in eine radiale Richtung des Lichtbogenplasmas nach außerhalb zuführen.
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Das Gasansaugteil ist zwischen einer Mehrzahl der Gasversorgungsteile und der Elektrode platziert. Das Gasversorgungsteil führt das Gas in radialer Richtung des Lichtbogenplasmas nach außerhalb zwischen dem Teil, in dem die zwei Objekte kontaktieren, die verbunden werden sollen, und der Elektrode zu. Das Gasansaugteil weist eine Gasansaugöffnung zum Ansaugen des Gases auf.
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Das Leistungsversorgungsteil ist mit der Elektrode elektrisch verbunden. Der Elektrode und einer Gruppe der zwei Objekte wird eine elektrische Leistung von dem Leistungsversorgungsteil zugeführt, sodass deren Polaritäten jeweils unterschiedlich sind.
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Das Gasspeicherteil speichert das Gas, das von dem Gasversorgungsteil in radialer Richtung des Lichtbogenplasmas nach außerhalb zugeführt wird.
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Bei dem Lichtbogenschweißgerät nach der vorliegenden Erfindung wird ein Paar der Gasversorgungsöffnungen an einer Position ausgebildet, die um einen ersten Abstand von der Elektrode entfernt ist, um die Elektrode dazwischen zu platzieren. Das andere Paar der Gasversorgungsöffnungen ist an einer Position ausgebildet, die um einen zweiten Abstand von der Elektrode entfernt ist, um die Elektrode außer zwischen dem einen Paar der Gasversorgungsöffnungen dazwischen zu platzieren. Der zweite Abstand ist länger als der erste Abstand. Zusätzlich führt bei dem Schweißgerät nach der vorliegenden Erfindung das Paar der Gasversorgungsöffnungen das Gas mit einem ersten Druck in radialer Richtung des Lichtbogenplasmas nach außerhalb zu. Das Paar der Gasversorgungsteile führt das Gas mit einem zweiten Druck in radialer Richtung des Lichtbogenplasmas nach außerhalb zu, um die Elektrode außer zwischen dem einen Paar der Gasversorgungsteile dazwischen zu platzieren. Der zweite Druck ist niedriger als der erste Druck.
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Bei dem Lichtbogenschweißgerät führt das Gasversorgungsteil das Gas in radialer Richtung des Lichtbogenplasmas nach außerhalb zu, das unter Verwendung eines Lichtbogenstroms erzeugt wird. Das Lichtbogenplasma ist zwischen der Elektrode und dem Teil platziert, in dem die zwei Objekte kontaktieren, die verbunden werden sollen. Das Gas, das in radialer Richtung des Lichtbogenplasmas nach außerhalb zugeführt wird, wird unter Verwendung des Gasansaugteils zu einer radial inneren Richtung des Lichtbogenplasmas angesaugt. Das Gasansaugteil ist zwischen dem Gasversorgungsteil und der Elektrode platziert. Daher wird eine Strömung des Gases von einer radial äußeren Richtung des Lichtbogenplasmas zu der radial inneren Richtung des Lichtbogenplasmas außerhalb in die radiale Richtung des Lichtbogenplasmas ausgebildet. Eine Form des Lichtbogenplasmas kann unter Verwendung der Strömung des Gases frei verändert werden.
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Außerdem führt bei dem Lichtbogenschweißgerät nach der vorliegenden Erfindung ein Paar der Gasversorgungsöffnungen das Gas mit einem ersten Druck in radialer Richtung des Lichtbogenplasmas nach außerhalb zu, wobei die Elektrode dazwischen platziert ist. Andererseits wird das andere Paar der Gasversorgungsöffnungen an der Position ausgebildet, die von der Elektrode um den zweiten Abstand entfernt ist, welcher länger ist als der erste Abstand. Zusätzlich führt das Paar der Gasversorgungsöffnungen das Gas mit dem zweiten Druck, welcher niedriger ist als der erste Druck, in radialer Richtung des Lichtbogenplasmas nach außerhalb zu. Dabei wird das Lichtbogenplasma in eine Richtung zusammengepresst, die das Paar der Gasversorgungsöffnungen verbindet. Daher kann in die Richtung, die das Paar der Gasversorgungsöffnungen verbindet, eine Energiedichte des Lichtbogenplasmas erhöht werden. Zusätzlich ist eine Schmelzbreite schmal und die Eindringtiefe tief. Dieses Lichtbogenschweißverfahren weist ein hohes Seitenverhältnis auf. Zusätzlich ist neben dem Paar der Gasversorgungsöffnungen die Länge in die Richtung, die das Paar der Gasversorgungsöffnungen verbindet, die dafür vorgesehen ist, dass die Elektrode dazwischen sandwichartig vorgesehen wird, länger als die Länge in die Richtung, die ein anderes Paar der Gasversorgungsöffnungen verbindet. Wenn die zwei Objekte in die Richtung lichtbogengeschweißt werden, die das Paar der Gasversorgungsöffnungen verbindet, in der das Lichtbogenplasma sich erstreckt, kann ein relativ großer Bereich der zwei Objekte in einer kurzen Zeit geschweißt werden.
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Auf diese Wiese kann das Lichtbogenschweißgerät nach der vorliegenden Erfindung eine Schweißnaht mit dem hohen Seitenverhältnis, der niedrigen Schmelzbreite und der tiefen Eindringtiefe für den relativ großen Bereich der zwei Objekte in kurzer Zeit unter Verwendung der Strömung des Gases herstellen. Das Gas strömt von der radial äußeren Richtung des Lichtbogenplasmas zur radial inneren Richtung des Lichtbogenplasmas. Dabei kann das Lichtbogenschweißgerät nach der vorliegenden Erfindung die zwei Objekte unter hoher Geschwindigkeit verbinden und kann die Beanspruchung der zwei Objekte verringern, nachdem sie verbunden wurden.
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Figurenliste
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Es zeigt/es zeigen:
- 1 ein schematisches Diagramm des Lichtbogenschweißgeräts gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 eine Schnittansicht einer Düse, mit der das Lichtbogenschweißgerät gemäß der ersten Ausführungsform ausgestattet ist.
- 3 eine perspektivische Ansicht der Düse, mit der das Lichtbogenschweißgerät gemäß der ersten Ausführungsform ausgestattet ist.
- 4 einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV in 2.
- 5 einen vergrößerten Querschnitt entlang der Linie V-V in 2.
- 6 eine Schnittansicht einer Düse, mit der das Lichtbogenschweißgerät gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
- 7 die Schnittansicht der Düse, mit der das Lichtbogenschweißgerät gemäß der zweiten Ausführungsform ausgestattet ist, wobei die Schnittansicht in 7 sich von der Schnittansicht in 6 unterscheidet und
- 8 eine Schnittansicht einer Düse, mit der das Lichtbogenschweißgerät gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
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Eine Mehrzahl von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird nachstehend basierend auf den Zeichnungen erläutert werden.
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Erste Ausführungsform
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Ein Lichtbogenschweißgerät gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nachstehend basierend auf den 1 bis 5 erläutert.
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Das Lichtbogenschweißgerät 1 gemäß der ersten Ausführungsform ist ein Gerät, mit dem Objekte 6 und 7 durch Lichtbogenschweißen miteinander verbunden werden. Das Lichtbogenschweißgerät 1 besteht, wie in 1 gezeigt, aus einem Schweißteil 10, einer Leistungsquelle 30 als „ein Leistungsversorgungsteil“, einem Gasspeicherteil 40 und einem Steuerungsteil 50.
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Ein Lichtbogenstrom strömt zwischen den Objekten 6 und 7 vom Schweißteil 10, welches mit den Objekten 6 und 7 über eine Potentialzugabeeinheit 14 verbunden ist. Dabei werden die Objekte 6 und 7 lichtbogengeschweißt. Das Schweißteil 10 weist eine Elektrode 12, die Potentialzugabeeinheit 14, eine Düse 20 als „ein Gasversorgungsteil“ und „ein Gasansaugteil“ und ein Elektroden-Stütz-Teil 16 auf.
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Die Elektrode 12 ist, wie in 1 gezeigt, in der Düse 20 untergebracht. Die Elektrode 12 ist in einer nahen Umgebung eines Teils platziert, in dem die Objekte 6 und 7 kontaktieren. Die Elektrode 12 ist mit der Leistungsquelle 30 über das Elektroden-Stütz-Teil 16 (eine Anschlussverdrahtung C12 in 1) elektrisch verbunden.
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Die Potentialzugabeeinheit 14 befindet sich auf einer gegenüberliegenden Seite des Teils, in dem die Objekte 6 und 7 kontaktieren, von der Elektrode 12. Die Potentialzugabeeinheit 14 ist mit der Leistungsquelle 30 (eine Anschlussverdrahtung C14 in 1) elektrisch verbunden. Zusätzlich ist die Potentialzugabeeinheit 14 mit den Objekten 6 und 7 elektrisch verbunden. Die Potentialzugabeeinheit 14 führt einen Strom den zwei Objekten 6 und 7 zu, sodass die Polaritäten der Elektrode 12 und eine Gruppe der Objekte 6 und 7 jeweils unterschiedlich sind. Dabei strömt der Lichtbogenstrom zwischen der Elektrode 12 und der Gruppe der Objekte 6 und 7, und ein Lichtbogenplasma P1 wird ausgebildet (vergleiche 2 bis 5).
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Die Düse 20 und die Elektrode 12 werden durch das Elektroden-Stütz-Teil 16 gestützt. Die Düse 20 ist mit dem Gasspeicherteil 40 über die Leistungsquelle 30 (Anschlussverdrahtungen C201 und C202 in 1) verbunden. Die Düse 20 führt ein Gas in eine radiale Richtung des Lichtbodenplasmas P1 nach außerhalb zu, das zwischen der Elektrode 12 und dem Teil, in dem die Objekte 6 und 7 kontaktieren, platziert ist. Zusätzlich saugt die Düse 20 ebenfalls das Gas an. Eine detaillierte Konfiguration der Düse 20 wird im weiteren Verlauf erläutert.
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Das Elektroden-Stütz-Teil 16 stützt die Elektrode 12 und die Düse 20, sodass ein Endstück 121 der Elektrode 12 in einer nahen Umgebung des Teils platziert ist, in dem die Objekte 6 und 7 kontaktieren.
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Die Leistungsquelle 30 ist mit der Elektrode 12 und der Potentialzugabeeinheit 14 elektrisch verbunden. Der Elektrode 12 und der Potentialzugabeeinheit 14 wird der Strom von der Leistungsquelle 30 zugeführt, sodass deren Polaritäten abhängig von den Befehlen vom Steuerungsteil 50 jeweils unterschiedlich sind.
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Das Gasspeicherteil 40 speichert ein Gas, das von der Düse 20 in radialer Richtung des Lichtbogenplasmas P1 nach außerhalb zugeführt wird, welches beispielsweise ein Wasserstoffgasgemisch ist, das in Helium oder Argon oder dergleichen angewendet wird. Das Gas, das in der Gasspeichersektion 40 gespeichert ist, wird zur Düse 20 durch die Leistungsquelle 30 und die Anschlussverrohrung C201 und C202 zugeführt.
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Das Steuerungsteil 50 besteht aus einem Druckknopf zum Eingabebetrieb, einer Anzeige zum Anzeigen einer Setup-Bedingung, und einem Mikrocomputer mit einer ROM und einer RAM als Speichermittel. Das Steuerungsteil 50 ist mit der Leistungsquelle 30 elektrisch verbunden. Das Steuerungsteil 50 gibt beispielsweise ein Signal aus, mit dem das Lichtbogenschweißgerät 1 zu der Leistungsquelle 30 basierend auf einem zuvor eingegebenen Programm gesteuert wird. Bei der Leistungsquelle 30 werden der Strom, der der Elektrode 12 und der Potentialzugabeeinheit 14 zugeführt wird, und ein Druck des Gases, das von der Düse 20 zugeführt wird, basierend auf dem Signal gesteuert.
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Als nächstes wird eine Konfiguration der Düse 20 im Detail basierend auf den 2 bis 5 erläutert. 2 ist eine Schnittansicht der Düse 20 in eine Richtung, die senkrecht zu einer Mittelachse CA1 der Düse 20 ist. Die Schnittansicht ist dann eine Schnittansicht, wenn sie aus einer Strömungsrichtung des Gases in der Düse 20 zu den Objekten 6 und 7 in der Düse 20 gesehen wird. 3 ist eine perspektivische Ansicht der Düse 20. 3 ist eine Schnittansicht eines Teils der Düse 20. Insbesondere ist 3 die Schnittansicht eines Teils, das einem Viertel der Düse 20 entspricht. Bei dem Lichtbogenschweißgerät 1 wird eine Richtung, in welche sich die Objekte 6 und 7 als eine Schweißlinienrichtung D1 bewegen, durch leere Blockpfeile in den 2 und 3 angezeigt.
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Die Düse 20 weist ein ungefähr parallelflaches Element auf. Die Düse 20 besteht aus einem Gasansaugteil 21, einem Gasversorgungsteil 22 oder dergleichen. Bei der ersten Ausführungsform wird das Gasansaugteil 21 ganzheitlich mit dem Gasversorgungsteil 22 ausgebildet.
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Das Gasansaugteil 21 ist auf einem ungefähren Mittelteil der Düse 20 angebracht. Das Gasansaugteil 21 weist eine Gasansaugöffnung 210 auf. Die Elektrode 12 ist in der Gasansaugöffnung 210 untergebracht. Die Gasansaugöffnung 210 saugt das Gas an, das in einer nahen Umgebung des Lichtbogenplasmas P1 platziert ist, wie durch einen Pfeil mit gestrichpunkteter Linie F210 in den 4 bis 5 gezeigt.
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Das Gasversorgungsteil 22 ist auf einer Außenseite des Gasansaugteils 21 angebracht, um das Gasansaugteil 21 zu umgeben. Das Gasversorgungsteil 22 weist Gasversorgungsöffnungen 220, 230, 240 und 250 auf.
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Unter den Gasversorgungsöffnungen 220, 230, 240 und 250 werden die Gasversorgungsöffnungen 220 und 240 so ausgebildet, dass die Elektrode 12 dazwischen platziert wird. Insbesondere ist, wie in 2 gezeigt, eine virtuelle Linie, die sich in die Schweißlinienrichtung D1 durch die Mittelachse erstreckt, eine bewegliche Achse A67 der Objekte 6 und 7 durch die Mittelachse CA1. Ein Punkt auf der Mittelachse CA1 wird nachfolgend als ein Punkt A bezeichnet. Eine virtuelle Linie VL1, die die Gasversorgungsöffnung 220 und die Gasversorgungsöffnung 240 durch den Punkt A verbindet, der koaxial zu der Mittelachse der Elektrode 12 ist, ist eine erste virtuelle Linie VL1. Die Gasversorgungsöffnungen 220 und 240 sind so ausgebildet, dass die bewegliche Achse A67 sich senkrecht mit der ersten virtuellen Linie VL1 auf der Mittelachse CA1 kreuzt. Zusätzlich sind ein Abstand von der Gasversorgungsöffnung 220 zu dem Punkt A und ein Abstand von der Gasversorgungsöffnung 240 zu dem Punkt A gleich und sind jeweils erste Abstände L1.
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Die Gasversorgungsöffnungen 220 und 240 bestehen, wie in 4 gezeigt, jeweils aus zweiten Gasversorgungsöffnungen 222 und 242. Die zweiten Gasversorgungsöffnungen 222 und 242 nähern sich der Elektrode 12, wenn sie sich den ersten Gasversorgungsöffnungen 221 und 241 und den Objekten 6 und 7 annähert. Die ersten Gasversorgungsöffnungen 221 und 241 sind parallel zu der Mittelachse CA1 ausgebildet. Jede der Gasversorgungsöffnungen 220 und 240 führt Gas mit einem ersten Druck in radialer Richtung des Lichtbogenplasmas P1 nach außerhalb zu, wie durch die Pfeile mit gestrichpunkteten Linien F220 und F240 in 4 gezeigt. Die Gasversorgungsöffnungen 220 und 240 entsprechen „einem Paar von Gasversorgungsöffnungen“, das in den Ansprüchen erläutert wird.
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Die Gasversorgungsöffnungen 230 und 250 sind so ausgebildet, dass die Elektrode 12 dazwischen platziert ist. Insbesondere, wie in 2 gezeigt, ist eine virtuelle Linie, die die Gasversorgungsöffnung 230 und die Gasversorgungsöffnung 250 über den Punkt A verbindet, eine zweite virtuelle Linie VL2. Die virtuelle Linie, die sich in die Schweißlinienrichtung D1 über die Mittelachse erstreckt, ist die bewegliche Achse A67 der Objekte 6 und 7 über die Mittelachse CA1. Die Gasversorgungsöffnungen 230 und 250 sind so ausgebildet, dass die bewegliche Achse A67 und die zweite virtuelle Linie VL2 jeweils auf der gleichen Linie angeordnet sind. Zusätzlich sind ein Abstand von der Gasversorgungsöffnung 230 zu dem Punkt A und ein Abstand von der Gasversorgungsöffnung 250 zu dem Punkt A gleich und sind jeweils zweite Abstände L2. Jeder der zweiten Abstände L2 ist länger als jeder der ersten Abstände L1. Jede der Gasversorgungsöffnungen 230 und 250 führt das Gas mit einem zweiten Druck in radialer Richtung des Lichtbogenplasmas P1 nach außerhalb, wie durch die Pfeile mit gestrichpunkteten Linien F230 und F250 in 5 gezeigt. Der zweite Gasdruck ist niedriger als der erste Gasdruck. Jede der Gasversorgungsöffnungen 230 und 250 entspricht „und abgesehen von dem einen Paar der Gasversorgungsöffnungen (220, 240), das andere Paar der Gasversorgungsöffnungen (230, 250) vorgesehen ist, um die Elektrode dazwischen sandwichartig vorzusehen“, wie in den Ansprüchen angegeben.
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In der Düse 20 saugt das Gasansaugteil 21 das Gas an, das von dem Gasversorgungsteil 22 in radialer Richtung des Lichtbogenplasmas P1 nach außerhalb zugeführt wird. Dabei wird eine Strömung des Gases von einer radial äußeren Richtung des Lichtbogenplasmas P1 zu einer radial inneren Richtung des Lichtbogenplasmas P1 ausgebildet. Die Strömung des Gases wird durch Pfeile mit gestrichpunkteten Linien F22 und F24 in 4 und durch Pfeile mit gestrichpunkteten Linien F23 und F25 in 5 gezeigt. Wie in 2 gezeigt, hat eine Querschnittsform in eine vertikale Richtung der Mittelachse CA1 des Lichtbogenplasmas PI, die durch die Strömung des Gases außerhalb in die radiale Richtung des Lichtbogenplasmas P1 erzeugt wird, eine elliptische Form. Bei dem Lichtbogenplasma P1 weist die elliptische Form eine lange Seite auf der zweiten virtuellen Linie VL2 auf.
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Bei dem Lichtbogenschweißgerät 1 gemäß der ersten Ausführungsform wird, wenn die Objekte 6 und 7 geschweißt werden, das Lichtbogenplasma P1 unter Verwendung des Lichtbogenstroms ausgebildet. Der Lichtbogenstrom strömt zwischen der Elektrode 12 und der Gruppe von Objekten 6 und 7. Die Strömung des Gases von der radial äußeren Richtung des Lichtbogenplasmas P1 zu einer radial inneren Richtung des Lichtbogenplasmas P1 wird unter Verwendung des Gasversorgungsteils 22 und des Gasansaugteils 21 außerhalb in die radiale Richtung des Lichtbogenplasmas P1 ausgebildet. Die Strömung des Gases ist durch die Pfeile mit gestrichpunkteten Linien F22, F23, F24 und F25 gezeigt. Bei der ersten Ausführungsform kann eine Form des Lichtbogenplasmas P1 unter Verwendung der Strömung des Gases frei verändert werden.
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Außerdem sind bei dem Lichtbogenschweißgerät die Gasversorgungsöffnungen 220 und 240 näher an der Elektrode 12 platziert als es die Gasversorgungsöffnungen 230 und 250 sind. Zusätzlich führt jede der Gasversorgungsöffnungen 220 und 240 das Gas mit einem ersten Druck in radialer Richtung des Lichtbogenplasmas P1 nach außerhalb zu. Das Gas mit dem ersten Druck ist höher als das Gas mit dem zweiten Druck, das aus jeder der Gasversorgungsöffnungen 230 und 250 zugeführt wird. Dabei wird, wie in 4 gezeigt, das Lichtbogenplasma in die Richtung zusammengedrückt, die die Gasversorgungsöffnung 220 und die Gasversorgungsöffnung 240 verbindet. Daher kann in die Richtung, die die Gasversorgungsöffnung 220 und die Gasversorgungsöffnung 240 verbindet, eine Energiedichte des Lichtbogenplasmas P1 erhöht sein. Entsprechend kann bei dem Lichtbogenschweißgerät 1, wie in 4 gezeigt, eine Breite eines Schmelzteils 67 auf dem Teil ausgebildet sein, in dem die Objekte 6 und 7 kontaktieren, relativ schmal bearbeitet werden, und eine Eindringtiefe des Schmelzteils 67 kann relativ tief bearbeitet werden.
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Eine Richtung von der Gasversorgungsöffnung 230 zu der Gasversorgungsöffnung 250 ist als eine Richtung X definiert. Eine Richtung von der Gasversorgungsöffnung 220 zu der Gasversorgungsöffnung 240 ist als eine Richtung Y definiert. Wie in 5 gezeigt, ist bei der Form des Lichtbogenplasmas P1 die Länge des Lichtbogenplasmas in die Richtung X größer als die des Lichtbogenplasmas in die Richtung Y. Daher können, wenn die Richtung der Richtung X und die der beweglichen Achse A67 gleichgesetzt werden, die Objekte 6 und 7 in dem relativ großen Bereich der Objekten 6 und 7 in kurzer Zeit geschweißt werden.
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Auf diese Weise strömt das Gas aus der radial äußeren Richtung des Lichtbogenplasmas P1 zu der radial inneren Richtung des Lichtbogenplasmas P1. Dabei kann das Lichtbogenschweißgerät 1 der ersten Ausführungsform mit einem hohen Seitenverhältnis mit einer schmalen Schmelzbreite und einem tiefen Eindringen in dem relativ großen Bereich der Objekte 6 und 7 in kurzer Zeit schweißen. Dabei kann das Lichtbogenschweißgerät die Objekte 6 und 7 unter hoher Geschwindigkeit verbinden und kann eine Beanspruchung der Objekte 6 und 7 verringern, nachdem sie verbunden wurden.
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Zusätzlich können die Objekte 6 und 7 unter Verwendung des Lichtbogenschweißgeräts 1 mit einem hohen Seitenverhältnis in einer kurzen Zeit verbunden werden. Verglichen mit Laserschweißen, bei dem teure Geräte verwendet werden, kann bei dem Lichtbogenschweißgerät 1 der Bearbeitungsaufwand reduziert werden.
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Zusätzlich nähern sich bei dem Lichtbogenschweißgerät 1, wie in 4 gezeigt, die zweiten Gasversorgungsöffnungen 222 und 242 der Elektrode 12, wenn sie sich den Objekten 6 und 7 annähern. Dabei strömt das Gas, das durch die Gasversorgungsöffnungen 220 und 240 hindurchtritt, zu der radial inneren Richtung des Lichtbogenplasmas PI, und die Länge des Lichtbogenplasmas in die Richtung Y ist sogar kürzer. Daher kann eine Energiedichte des Lichtbogenplasmas sogar noch mehr erhöht werden. Entsprechend kann die Breite des Schmelzteils 67 weiter geschmälert werden, und die Eindringtiefe des Schmelzteils 67 kann vertieft werden.
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Zweite Ausführungsform
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Als nächstes wird ein Lichtbogenschweißgerät einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung untenstehend basierend auf den 6 und 7 erläutert. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass sie ein Elektrodengehäuseteil aufweist, das zwischen einem Gasansaugteil und einer Elektrode platziert ist. Es ist festzuhalten, dass bei der zweiten Ausführungsform Teile, die im Wesentlichen mit denen bei der ersten Ausführungsform identisch sind, die gleichen Bezugszeichen erhalten und dass deren wiederholte Strukturen und Merkmale nicht beschrieben werden, um überflüssige Erläuterungen zu vermeiden.
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Eine Schnittansicht einer Düse 60, mit der das Lichtbogenschweißgerät bei der zweiten Ausführungsform ausgestattet ist, wird in den 6 und 7 gezeigt. Die Düse 60 weist ein Gasansaugteil 21, ein Gasversorgungsteil 22 und ein Elektrodengehäuseteil 26 auf.
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Das Elektrodengehäuseteil 26 ist ein ungefähr zylindrisches Element, das eine Gasansaugöffnung 210 aufnimmt. Ein Gehäuseraum 260 wird im Elektrodengehäuseteil 26 auf einer Mittelachse CA1 einer Düse 20 durchdrungen. Eine Elektrode 12 ist im Gehäuseraum 260 untergebracht. Zusätzlich strömt, wie anhand des Pfeils mit gestrichpunkteter Linie F260 in den 6 und 7 gezeigt, beispielsweise nichtflüchtiges Gas wie Helium oder Argon in Richtung eines Lichtbogenplasmas P1 in dem Gehäuseraum 260. Das nichtflüchtige Gas, das aus einer nahen Umgebung des Lichtbogenplasmas P1 aus dem Gehäuseraum 260 strömt, wird, wie anhand des Pfeils mit durchgehender Linie F26 in den 6 und 7 gezeigt, zu der Gasansaugöffnung 210 angesaugt.
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Bei dem Lichtbogenschweißgerät gemäß der zweiten Ausführungsform wird das Lichtbogenplasma P1, welches in einer nahen Umgebung eines Endstücks 121 der Elektrode 12 ausgebildet ist, zu den Objekten 6 und 7 durch das nichtflüchtige Gas zusammengedrückt. Dabei kann eine Energiedichte des Lichtbogenplasmas sogar noch mehr erhöht werden. Entsprechend hat die zweite Ausführungsform die gleichen Effekte wie bei der ersten Ausführungsform. Zusätzlich kann bei der zweiten Ausführungsform eine Breite eines Schmelzteils 67 schmaler und eine Eindringtiefe des Schmelzteils 67 kann tiefer sein.
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Zusätzlich wird bei dem Lichtbogenschweißgerät gemäß der zweiten Ausführungsform das Lichtbogenplasma P1 an einer Position, die relativ weit von einem Endstück 121 der Elektrode 12 entfernt ist, durch das nichtflüchtige Gas, das in Richtung des Lichtbogenplasmas P1 hindurchtritt, ausgebildet. Das kann eine Oxidation der Elektrode 12 aufgrund des Lichtbogenplasmas P1 verhindern.
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Dritte Ausführungsform
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Als nächstes wird ein Lichtbogenschweißgerät gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung untenstehend basierend auf 8 erläutert. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass sie ein Druckmittel zum Drücken einer Düse aufweist. Es ist festzuhalten, dass bei der dritten Ausführungsform Teile, die praktisch identisch mit denen bei der ersten Ausführungsform sind, die gleichen Bezugszeichen erhalten, und deren wiederholte Strukturen und Merkmale nicht beschrieben werden, um überflüssige Erläuterungen zu vermeiden.
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Bei dem Lichtbogenschweißgerät gemäß der dritten Ausführungsform weist eine Düse 70 eine Feder 27 als das Antriebsmittel auf.
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Die Feder 27 drückt ein Gasansaugteil 21 und ein Gasversorgungsteil 22 in eine Richtung hin zu den Objekten 6 und 7.
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Bei dem Lichtbogenschweißgerät gemäß der dritten Ausführungsform wird, wenn das Gasversorgungsteil 22 das Gas zuführt, das einen vorgeschrieben Druckpegel oder mehr aufweist, ein Spalt SP2 ausgebildet. Der Spalt SP2 wird zwischen einer Endfläche 701 des Gasansaugteils 21 und des Gasversorgungsteils 22, und einer Endfläche 671 der Objekte 6 und 7 ausgebildet. Die Endfläche 701 ist auf einer Seite der Objekte 6 und 7 platziert. Die Endfläche 671 ist auf einer Seite des Gasansaugteils 21 und des Gasversorgungsteils 22 platziert. Wenn ein Druck des Gases, das dem Spalt SP2 zugeführt wird, größer als eine Druckkraft der Feder 27 und konstant ist, kann ein Abstand zwischen der Endfläche 701 und der Endfläche 671 gehalten werden. Daher kann eine Strömung des Gases, das durch den Spalt SP2 hindurchtritt, gehalten werden, ohne dass es dabei durch Formen der Oberfläche der Objekte 6 und 7 beeinflusst wird. Dabei kann eine Form des Lichtbogenplasmas, dessen Form veränderlich ist, unter Verwendung der Strömung des Gases außerhalb in eine radiale Richtung der Düse 70 gehalten werden. Entsprechend hat die dritte Ausführungsform die gleichen Effekte wie bei der ersten Ausführungsform. Zusätzlich kann bei der dritten Ausführungsform ein hohes Seitenverhältnis beibehalten werden.
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Andere Ausführungsformen
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Bei den oben erläuterten Ausführungsformen gibt es vier Gasversorgungsöffnungen. Allerdings ist die Anzahl der Gasversorgungsöffnungen nicht darauf beschränkt.
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Bei den oben erläuterten Ausführungsformen kreuzt eine virtuelle Linie, die ein Paar der Gasversorgungsöffnungen verbindet, die andere virtuelle Linie, die das andere Paar der Gasversorgungsöffnungen in rechten Winkeln auf einer Mittelachse einer Düse verbindet. Allerdings soll eine Position, in der jede der Gasversorgungsöffnungen ausgebildet ist, nicht dadurch beschränkt werden. Eine virtuelle Linie, die ein Paar der Gasversorgungsöffnungen verbindet, muss die andere virtuelle Linie, die das andere Paar der Gasversorgungsöffnungen verbindet, nicht überschneiden.
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Bei den oben erläuterten Ausführungsformen wird ein Gasansaugteil ganzheitlich mit einem Gasversorgungsteil ausgebildet. Das Gasansaugteil und das Gasversorgungsteil können einzeln ausgebildet sein.
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Gas, das von einem Gasversorgungsteil zugeführt wird, wird aus einem Gasspeicherteil über eine Leistungsquelle zugeführt. Allerdings muss das Gasspeicherteil das Gas an das Gasversorgungsteil nicht zwingend durch die Leistungsquelle zuführen.
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Bei den oben erläuterten Ausführungsformen werden Objekte zwischen einer Elektrode, die von einem Elektroden-Stütz-Teil gestützt wird, und einer Potentialzugabeeinheit eingefügt. Anschließend werden die Objekte lichtbogengeschweißt. Allerdings können die Elektrode und die Potentialzugabeeinheit relativ zu den festgestellten Objekten bewegt werden, und die Objekte können anschließend lichtbogengeschweißt werden.
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Bei den oben erläuterten Ausführungsformen sind die Polaritäten der Objekte und ein polarer Charakter der Elektrode unterschiedlich, wobei die Potentialzugabeeinheit verwendet wird. Allerdings ist die Potentialzugabeeinheit nicht notwendigerweise wesentlich. Ein polarer Charakter einer elektrischen Leistung, der der Elektrode zugeführt wird, kann sich auch von dem polaren Charakter der Objekte unterscheiden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lichtbogenschweißgerät
- 6, 7
- Objekte
- 12
- Elektrode
- 21
- Gasansaugteil
- 210
- Gasansaugöffnung
- 22
- Gasversorgungsteil
- 220, 230, 240, 250
- Gasversorgungsöffnung
- 30
- Leistungsquelle (Leistungsversorgungsteil)
- 40
- Gasspeicherteil
