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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft einen WIG-Schweißbrenner mit Verengungsdüse.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Herkömmlicherweise ist ein WIG-Schweißbrenner mit Verengungsdüse bekannt, der, wie z.B. in 7 gezeigt, eine Schutzdüse 100, eine Verengungsdüse 101, die innerhalb der Schutzdüse 100 vorgesehen ist und in die ein Elektrodenstab T konzentrisch eingeführt ist, eine Gaslinse 102, ein Spannfutter 103, das den Elektrodenstab T hält, ein Element 104 zum Spannen des Spannfutters 103, und eine Schutzgas-Zufuhröffnung 105 aufweist (siehe z.B. Patentdokument 1, Nicht-Patentdokumente 1, 2).
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In diesem herkömmlichen WIG-Schweißbrenner wird das von der Schutzgas-Zufuhröffnung 105 zugeführte Schutzgas G aufgeteilt in Schutzgas G1, das durch die Gaslinse 102 zwischen der Verengungsdüse 101 und der Schutzdüse 100 fließt, und Schutzgas G2, das nicht durch die Gaslinse 102 sondern innerhalb bzw. auf der Innenseite der Verengungsdüse 101 fließt, wobei das Schutzgas G2 mit höherer Geschwindigkeit ausgestoßen wird als das Schutzgas G1.
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Ein WIG-Schweißbrenner mit einer solchen Verengungsdüse hat verschiedene positive Effekte, nämlich (1) er unterstützt das Einschnüren des Bogenplasmas, wodurch die Temperatur im Zentrum des Bogenplasmas steigt, (2) er steigert die Gasstrommenge, wodurch die Flussgeschwindigkeit des Plasmaflusses steigt, (3) er hat den Effekt, dass sich der elektrische Strompfad im Zentrum des Bogenplasmas konzentriert, wobei dieser Effekt in einem Bereich ansteigt, in dem der elektrische Schweißstrom groß wird, (4) der Unterschied zwischen der Wärmeflussrate bei Spitzenstrom und der bei Basisstrom im Falle eines rechteckiges Pulsstroms ist größer als bei einem WIG-Schweißbrenner ohne Verengungsdüse, so dass die Eigenschaften des Pulsschweißens noch verstärkt werden, (5) er unterdrückt einen Anstieg der Temperatur des Wolframelektrodenstabs, da das Schutzgas schnell um den Wolframelektrodenstab fließt, und erzielt eine Verlängerung der Lebensdauer des Wolframelektrodenstabs, da verhindert werden kann, dass das verdampfte Metall, das durch den vom Ende der Verengungsdüse ausgestossenen schnellen und gerichteten Gasfluss aus dem Inneren der Schweißschmelze erzeugt wird, an der Spitze des Wolframelektrodenstabs anhaftet, (6) der Hitzeeintrag in das Bogenplasma und das Basismaterial ändert sich mit dem Winkel an der Spitze des Elektrodenstabs, aber durch Verringern des Anhaftens von verdampften Metall an der Spitze des Elektrodenstabs wird die Veränderung des Hitzeeintrags in das Bogenplasma und das Basismaterial unterdrückt, und das stabilisierte Plasma und der Hitzeeintrag in das Basismaterial können aufrechterhalten werden.
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VORBEKANNTE TECHNISCHE DOKUMENTE
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PATENTDOKUMENTE
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- Patentdokument 1: WO 2013/157036
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NICHT-PATENTDOKUMENTE
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- Nicht-Patentdokument 1: K. Konishi, M. Shigeta, M. Tanaka, A. Murata, T. Murata, “Einfluss von Verengungsdüsen auf die Bogenbildung beim WIG-Schweißen”, Journal of the Japan Welding Society, Vol. 32, No. 2, June 13, 2014, p. 47–51
- Nicht-Patentdokument 2: K. Konishi, M. Shigeta, M. Tanaka, A. Murata, T. Murata, “ Einfluss der Schweißbedingungen auf verengten WIG-Bogen”, Journal of the Japan Welding Society, Vol. 32, No. 3, November 22, 2014, p. 207–212
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ABRISS DER ERFINDUNG
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VON DER EFRINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
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Bei einem WIG-Schweißbrenner mit Verengungsdüse kann die oben genannte hervorragende Funktionalität erzielt werden, aber es ist wünschenswert, dass diese noch gesteigert wird.
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Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen herkömmlichen WIG-Schweißbrenner mit Verengungsdüse zu verbessern, und einen WIG-Schweißbrenner mit Verengungsdüse bereitzustellen, dessen Funktionalität verbessert ist.
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MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
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Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform weist ein WIG-Schweißbrenner mit Verengungsdüse Folgendes auf: eine Verengungsdüse, die eingerichtet ist, einen Elektrodenstab konzentrisch zu halten; eine Verengungsgas-Zufuhröffnung zum Zuführen von Verengungsgas, welches ein Gas ist, das von der Verengungsdüse ausgestoßen wird; eine Schutzgas-Zufuhröffnung; eine Gasdüse, die konzentrisch um die Verengungsdüse herum angeordnet ist; eine Verengungsgas-Verbindungsröhre, die das Innere der Verengungsgas-Zufuhröffnung und der Verengungsdüse miteinander verbindet; und einen Schutzgasverbindungskanal, der um die Verengungsgas-Verbindungsröhre herum angeordnet ist und das Innere der Schutzgas-Zufuhröffnung und der Gasdüse miteinander verbindet; wobei die Verengungsgas-Verbindungsröhre Folgendes aufweist: einen Spannzangenröhrenabschnitt, der eine Spannzange zum Halten bzw. Greifen des Elektrodenstabs aufweist und der so eingerichtet ist, dass sein Inneres vom Verengungsgas durchflossen werden kann; und einen Anspannröhrenabschnitt, der an den Spannzangenröhrenabschnitt angeschraubt ist und die Spannzange mit Spannkraft beaufschlagt; und wobei die Spannzange mit Unterteilungsnuten zum Greifen versehen ist, die vom Verengungsgas durchflossen werden können.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der WIG-Schweißbrenner mit Verengungsdüse ferner Folgendes auf: eine Brennerkühlröhre, die um die Verengungsgas-Verbindungsröhre herum (bzw. auf diese aufgeschoben) vorgesehen ist; einen Kühlwasserkanal, der um die Brennerkühlröhre herum vorgesehen ist; und eine Kühlwasserzufuhröffnung und eine Kühlwasserabflussöffnung, die mit dem Kühlwasserkanal verbunden sind; wobei zwischen der Verengungsgas-Verbindungsröhre und der Brennerkühlröhre ein Spalt vorgesehen ist, der den Schutzgasverbindungskanal bildet.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Anspannröhrenabschnitt an einem Ende mit der Verengungsdüse verbunden, und eine Innenwand ist am anderen Ende des Anspannröhrenabschnitts mit einem Innengewinde versehen; ist an einem Ende des Spannzangenröhrenabschnitts die Spannzange vorgesehen, und an der Außenwand ist ein mit dem Innengewinde verschraubtes Außengewinde vorgesehen; ist eine Endfläche des Spannzangenröhrenabschnitts, an dem die Spannzange vorgesehen ist, als erster Konus ausgebildet; ist an einer Innenwand des Anspannröhrenabschnitts eine Stufe vorgesehen, die mit einem zweiten Konus versehen ist, der in den ersten Konus eingreift und die Spannzange mit Spannkraft beaufschlagt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist zwischen der Stufe und dem Elektrodenstab ein vom Verengungsgas durchflossener Spalt gebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform sind an der Innenwand der Verengungsdüse mehrere von Zwischenräumen beabstandete Haltevorsprünge vorgesehen, die den Elektrodenstab halten; und ist der Flußweg des Verengungsgases vom Spannzangenröhrenabschnitt bis zu der Verenungsdüse durch die Unterteilungsnuten zum Greifen der Spannzange und den Spalt zwischen den Haltevorsprüngen der Verengungsdüse an dem Elektrodenstab entlang ausgebildet.
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EFFEKT DER ERFINDUNG
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Mit dem erfindungsgemäßen WIG-Schweißbrenner mit Verengungsdüse können das Verengungsgas, das von der Verengungsdüse ausgestoßen wird, und das Schutzgas, das von der Gasdüse ausgestoßen wird, von verschiedenen Pfaden bereitgestellt werden, so dass das Verengungsgas und das Schutzgas verschieden sein können, die jeweiligen Gasflussmengen individuell eingestellt werden können, und die Funktionalität der Verengungsdüse weiter gesteigert werden kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 ist ein Längsschnitt, der eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines WIG-Schweißbrenners mit Verengungsdüse zeigt.
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2 ist eine Explosionsansicht des WIG-Schweißbrenners in 1.
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3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine der Komponenten in 2 vergrößert darstellt.
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4 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Bereichs A in 1.
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5 ist eine Schnittansicht entlang V-V in 4.
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6 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Bereichs B in 4.
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7 ist ein Längsschnitt, der einen herkömmlichen WIG-Schweißbrenner mit Verengungsdüse zeigt.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Eine Ausführungsform eines WIG-Schweißbrenners mit Verengungsdüse gemäß der Erfindung wird im Folgenden mit Bezugnahme auf die 1 bis 6 erläutert. In den Figuren werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt, umfasst ein erfindungsgemäßer WIG-Schweißbrenner 1 eine Verengungsgas-Zufuhröffnung 2, eine Schutzgas-Zufuhröffnung 3, eine Verengungsdüse 4, die einen Elektrodenstab T konzentrisch hält, eine Gasdüse 5, die konzentrisch um die Verengungsdüse 4 herum angeordnet ist, eine Verengungsgas-Verbindungsröhre 6, die das Innere der Verengungsgas-Zufuhröffnung 2 und der Verengungsdüse 4 miteinander verbindet, und einen Schutzgasverbindungskanal 7, der um die Verengungsgas-Verbindungsröhre 6 herum vorgesehen ist und das Innere der Schutzgas-Zufuhröffnung 3 und der Gasdüse 5 miteinander verbindet.
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Die Verengungsgas-Verbindungsröhre 6 umfasst einen Spannzangenröhrenabschnitt 9 (siehe 1 bis 3) mit einer Spannzange 8 (siehe 3, 6) zum Halten eines Elektrodenstabs T, und einen Anspannröhrenabschnitt 10 (siehe 1, 2, 4) der an den Spannzangenröhrenabschnitt 9 gedreht ist und die Spannzange 8 mit Spannkraft beaufschlagt. Im dargestellten Beispiel ist der Anspannröhrenabschnitt 10 mit der Verengungsdüse 4 verschraubt, aber die Verengungsdüse 4 und der Anspannröhrenabschnitt 10 könnne auch einteilig ausgebildet sein. Die Verengungsdüse 4 hat mehrere Haltevorsprünge 4a (siehe 4, 5), die von ihrer Innenwand radial nach innen vorstehen, um den Elektrodenstab T konzentrisch zu halten, wobei das Verengungsgas zwischen durch die Zwischenräume 4b (siehe 5) zwischen den Haltevorsprünge 4a strömt.
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Im dargestellten Beispiel umfasst die Verengungsgas-Verbindungsröhre 6 den Anspannröhrenabschnitt 10, den Spannzangenröhrenabschnitt 9 und einen mit dem Spannzangenröhrenabschnitt 9 verschraubten Verlängerungsröhrenabschnitt 11. Der Spannzangenröhrenabschnitt 9 und der Verlängerungsröhrenabschnitt 11 können auch einteilig ausgebildet sein. Am hinteren Ende des Verlängerungsröhrenabschnitts 11 ist ein Knebel 12 vorgesehen. Der Knebel ist mit einer Feststellschraube (nicht dargestellt), die in ein Schraubenloch 13 eingeschraubt ist, am Verlängerungsröhrenabschnitt 11 befestigt, und ein Ende der Verengungsgas-Verbindungsröhre 6 ist mit dem Knebel 12 verschlossen.
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Zwischen der Innenwand des Verlängerungsröhrenabschnitts 11 und dem Elektrodenstab T ist ein Spalt 14 (siehe 1) gebildet, durch den das Verengungsgas Gx fließen kann. Im Verlängerungsröhrenabschnitt 11 ist ein Durchgangsloch 15 ausgebildet, und das Verengungsgas Gx, das von der Verengungsgas-Zufuhröffnung 2 zugeführt wird, wird durch dieses Durchgangsloch 15 in die Verengungsgas-Verbindungsröhre 6 geführt.
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Die Spannzange 8 weist Unterteilungsnuten 16 zum Greifen (siehe 3, 6) auf, durch die das Verengungsgas Gx fließen kann. Die Unterteilungsnuten 16 zum Greifen, mit denen die Spannzange 8 versehen ist, sind am einen Ende des Spannzangenröhrenabschnitts 9 vorgesehen. Am Ende des Spannzangenröhrenabschnitts 9, an dem die Spannzange 8 ausgebildet ist, sind an der Innenwand Vorsprünge 8a (siehe 6) gebildet, von denen der Elektrodenstab T gehalten bzw. gegriffen wird. Durch die Vorsprünge 8a an der Innenwand des Spannzangenröhrenabschnitts 9 ist ein Spalt 17 (siehe 6) ausgebildet zwischen dem Elektrodenstab T und dem Teil der Innenwand, an dem die Vorsprünge 8a des Spannzangenröhrenabschnitts 9 nicht gebildet sind, und durch diesen Spalt 17 fließt das Verengungsgas Gx.
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In der Außenwand des Spannzangenröhrenabschnitts 9 ist ein Außengewinde 18 (siehe 3, 4) vorgesehen. Am Ende des Spannzangenröhrenabschnitts 9, an dem die Spannzange 8 vorgesehen ist, ist ein erster Konus 20 (siehe 3, 6) ausgebildet.
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Die Innenwand des Anspannröhrenabschnitts 10 an dem Ende, das gegenüber von der mit der Verengungsdüse 4 verbundenen Seite liegt, ist mit einem Innengewinde 19 versehen. An der Innenwand des Anspannröhrenabschnitts 10 ist ferner eine Stufe 22 vorgesehen, in der ein zweiter Konus 21 (siehe 6) ausgebildet ist, der in den ersten Konus 20 eingreift und die Spannzange 8 mit Spannkraft beaufschlagt.
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Wenn das Außengewinde 18 in das Innengewinde 19 geschraubt wird, dann greift der erste Konus 20 in den zweiten Konus 21 ein, und die Spannzange 8 wird angezogen und hält den Elektrodenstab T. Die Nutbreite der Unterteilungsnuten 16 zum Greifen ist dabei so breit ausgelegt, dass sie, auch wenn die Spannzange 8 angezogen ist, einen Spalt bilden, durch den das Verengungsgas Gx fließen kann.
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Dadurch, dass zwischen der Stufe 22 und dem Elektrodenstab T ein Spalt 23 (siehe 6) ausgebildet ist, durch den das Verengungsgas Gx fließen kann, kann das Verengungsgas, das die Unterteilungsnuten 16 zum Greifen passiert hat, durch den Spalt 23 ins Innere der Verengungsdüse 4 fließen.
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Der WIG-Schweißbrenner 1 umfasst ferner, wie in 1 dargestellt, eine Brennerkühlröhre 24, die von außen um die Verengungsgas-Verbindungsröhre 6 platziert ist, einen Kühlwasserkanal 25, der um die Brennerkühlröhre 24 angeordnet ist, sowie eine Kühlwasserzufuhröffnung 26 und eine Kühlwasserabflussöffnung 27, die mit dem Kühlwasserkanal 25 verbunden sind.
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Zwischen der Gasverbindungsröhre 6 und der Brennerkühlröhre 24 ist ein Spalt vorgesehen, und durch diesen Spalt wird der Schutzgasverbindungskanal 7 ausgebildet. Um die Brennerkühlröhre 24 ist ein Kühlungsaußenzylinder 28 befestigt, und durch den Spalt zwischen der Brennerkühlröhre 24 und dem Kühlungsaußenzylinder 28 ist der Kühlwasserkanal 25 ausgebildet und die Gasdüse 5 ist an den Kühlungsaußenzylinder 28 geschraubt. Die Bezugszeichen 29 und 30 bezeichnen Dichtungsringe, und das Bezugszeichen 31 bezeichnet einen Außenzylinder, der auf der Außenseite des Kühlungsaußenzylinders 28 montiert ist.
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Das Schutzgas Gs, dass den Schutzgasverbindungskanal 7 passiert hat, der durch den Spalt zwischen der Gasverbindungsröhre 6 und der Brennerkühlröhre 24 gebildet ist, fließt wie in 4 gezeigt durch das Innere des Kühlungsaußenzylinders 28, wird durch die Gaslinse 33 (siehe 4), die am Ende des Kühlungsaußenzylinders 28 angebracht ist, gleichgerichtet, und wird von der Gasdüse 5 ausgestoßen. Die Gaslinse 33 kann als mehrlagiges Metallgitter ausgebildet sein.
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Wie in 1 dargestellt, sind die Brennerkühlröhre 24 und der Kühlungsaußenzylinder 28 in einen Kanalblock 35 geschraubt. In diesen Kanalblock 35 sind auch der Verlängerungsröhrenabschnitt 11, die Verengungsgas-Zufuhröffnung 2 und die Schutzgas-Zufuhröffnung 3 geschraubt. An dem Kanalblock 35 ist ein Erdanschluss 36 (siehe 1, 2) mit einer Schraube 37 befestigt.
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Um den Elektrodenstab T zu wechseln bzw. seine Länge einzustellen, wird der Knebel 12 in der Abschraubrichtung gedreht, die Gasverbindungsröhre 6 wird vom Kanalblock 35 gelöst, und der Anspannröhrenabschnitt 10 wird vom Spannzangenröhrenabschnitt 9 abgeschraubt oder in der Abschraubrichtung gedreht und somit die Spannkraft der Spannzange 8 gelockert. Bei einem solchen WIG-Schweißbrenner 1 wird die Schweißqualität vom Abstand beeinflusst, um den der Elektrodenstab T von der Verengungsdüse 4 hervorsteht.
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Ein WIG-Schweißbrenner 1 mit einer solchen Anordnung kann das Verengungsgas Gx und das Schutzgas Gs separat zuführen, so dass unterschiedliche Arten von Gas verwendet werden können und auch die jeweiligen Gasflussmengen individuell eingestellt werden können.
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Zum Beispiel kann als Verengungsgas ein Gasgemisch aus einem inerten Gas und einem Aktivgas zugeführt werden, und als Schutzgas kann ein inertes Gas zugeführt werden. Es ist bekannt, dass durch Verwenden eines Gasgemisches aus inertem Gas und Aktivgas als Schutzgas der thermale Pinch-Effekt (Zusammenschnüren des Bogens) steigt. Durch Verwendung eines solchen Gasgemisches als Verengungsgas, kann ein synergistischer Effekt zwischen dem thermalen Pinch-Effekt aufgrund des Gasgemischs und dem Pinch-Effekt aufgrund der Verengungsdüse 4 erzielt werden.
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Ferner kann als Verengungsgas und als Schutzgas dieselbe Art inerten Gases verwendet werden, die Flußgeschwindigkeit des Verengungsgases und die Flußgeschwindigkeit des Schutzgases können eingestellt werden, und so der Bogen optimiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- WIG-Schweißbrenner
- 2
- Verengungsgas-Zufuhröffnung
- 3
- Schutzgas-Zufuhröffnung
- 4
- Verengungsdüse
- 5
- Gasdüse
- 6
- Verengungsgas-Verbindungsröhre
- 7
- Schutzgasverbindungskanal
- 8
- Spannzange
- 9
- Spannzangenröhrenabschnitt
- 10
- Anspannröhrenabschnitt
- 24
- Brennerkühlröhre
- 25
- Kühlwasserkanal
- 26
- Kühlwasserzufuhröffnung
- 27
- Kühlwasserabflussöffnung
