DE1157321B

DE1157321B - Process and device for powder build-up welding in an arc plasma jet

Info

Publication number: DE1157321B
Application number: DEU8441A
Authority: DE
Inventors: John Howard Neely; Robert Stanley Zuchowski; William Basil Sharav; Frederick Hughes Sasse
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1960-11-15
Filing date: 1961-11-03
Publication date: 1963-11-14

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Pulver-Auftragsschweißen im Lichtbogen-Plasmastrahl Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Pulver-Auftragsschweißen im wandungsstabilisierten Lichtbogen-Plasmastrahl sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.Process and device for powder build-up welding in an arc plasma jet The invention relates to a method for powder build-up welding in wall-stabilized Arc plasma jet and a device for carrying out this process.

Es sind bereits Pulver-Auftragsschweißverfahren bekannt, bei denen ein Pulver-Gasgemisch einem nichttransferierten Lichtbogen-Plasmastrahl innerhalb des Düsenkanals zugeführt wird. Da das Pulver dann schon zum größten Teil vor seinem Austreten aus der Düse geschmolzen ist, setzt sich die Düsenmündung leicht zu. Diesem übelstande hilft die Erfindung ab.Powder build-up welding processes are already known in which a powder-gas mixture inside a non-transferred arc plasma jet of the nozzle channel is supplied. Since the powder is then for the most part before his If the nozzle has melted when it emerges from the nozzle, the nozzle mouth is slightly clogged. This one the invention remedies any ills.

Mit der Erfindung sind sowohl Verfahren möglich, bei denen das Werkstück außerhalb des elektrischen Kreises liegt, als auch in einer vorteilhaften Weiterbildung Verfahren, bei denen in an sich bekannter Weise ein Lichtbogen außerdem zwischen dem Werkstück und der Stabelektrode gespeist wird. Beide Verfahren sind voneinander unabhängig und lassen sich so einstellen, daß spezielle Betriebsbedingungen erfüllt werden. Insbesondere eignet sich die neue Erfindung für das Verfahren, bei dem das Werkstück nicht im elektrischen Kreis liegt, um die Wärme besonders gut steuern zu können, die auf den Plasmastrahl und das Metallpulver übertragen wird. Andererseits unterstützt bei dem Verfahren, wo das Werkstück im elektrischen Kreis liegt, der Lichtbogen mithin transferiert wird, dieser den Wärmeübergang auf das Pulver und steuert auch die Wärine auf das Werkstück, wodurch die Dicke der übergangszone beeinflußt werden kann.With the invention, both methods are possible in which the workpiece lies outside the electrical circuit, as well as in an advantageous development Process in which, in a manner known per se, an arc also between the workpiece and the stick electrode. Both procedures are separate from one another independent and can be adjusted to meet specific operating conditions will. In particular, the new invention is suitable for the method in which the The workpiece is not in the electrical circuit in order to control the heat particularly well to be able to, which is transferred to the plasma jet and the metal powder. on the other hand supports the process where the workpiece lies in the electrical circuit, the Arc is thus transferred, this heat transfer to the powder and also controls the heat on the workpiece, thereby affecting the thickness of the transition zone can be.

Zwei unabhängig gesteuerte Kraftquellen bilden zweckentsprechende Mittel zum Auswählen eines weiten Bereiches der am meisten erwünschten Betriebsbedingungen. Beispielsweise wird bei Werkstoffen mit hohem Schmelzpunkt, wie z. B. Wolfram, vorzugsweise ein großer Stromanteil für den nichttransferierten Lichtbogen angewendet, um das Schmelzen des Metallpulvers zu erleichtern. Andererseits läßt sich beim Auftragen von z. B. rostsicherem Stahl oder Kupfer eine niedrigere Lichtbogenenergie auf den nichttransferierten Lichtbogen anwenden.Two independently controlled power sources form appropriate ones Means for selecting a wide range of the most desirable operating conditions. For example, in materials with a high melting point, such as. B. tungsten, preferably a large amount of current is applied to the non-transferred arc to avoid the To facilitate melting of the metal powder. On the other hand, when applying from Z. B. rustproof steel or copper a lower arc energy on the Apply non-transferred arc.

Der Winkel zwischen der Richtung des Pulvereintritts in den Plasmastrahl und der Achse dieses Strahles ist maßgebend. Ist der Winkel zu groß, wird der Pulver-Gas-Strom an seiner Eintrittsstelle- in den Plasmastrahl turbulent, was zu einem niedrigen Wirkungsgrad und einem möglichen Verstopfen der Pulveröffnung führt. Andererseits wird, wenn der Eintrittswinkel zu klein ist, das Pulver ungenügend erwärmt, was zu Metallablagerungen auf dem Werkstück führt, die nicht vollständig geschmolzen sind. Bei einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung wird das Pulver-Gas-Gernisch unter einem Eintrittswinkel zwischen 25 und 801 in den Plasmastrahl eingeführt. Ein Pulvereintrittswinkel von 30' (mit der Längsachse des Brenners) hat sich als ideal erwiesen. Bei 301 schneidet das Pulver theoretisch die, Mittelachse des gebündelten Lichtbogens etwa 0,295 cm unterhalb der den Lichtbogen einschnürenden Mündung.The angle between the direction of powder entry into the plasma jet and the axis of this jet is decisive. If the angle is too large, the powder-gas flow becomes turbulent at its entry point into the plasma jet, which leads to a low degree of efficiency and possible clogging of the powder opening. On the other hand, if the entry angle is too small, the powder will be insufficiently heated, resulting in metal deposits on the workpiece which are not completely melted. In an expedient embodiment of the invention, the powder-gas mixture is introduced into the plasma jet at an entry angle between 25 and 801. A powder entry angle of 30 ' (with the longitudinal axis of the torch) has proven to be ideal. At 301 , the powder theoretically intersects the central axis of the bundled arc about 0.295 cm below the mouth constricting the arc.

Eine äußere, Hülse des Brenners ist so einstellbar, daß die lichte Weite des kegelmantelförmigen Pulveraustrittes eingestellt werden kann. Die zweckmäßige Austrittsweite hängt von der Pulvergröße, der Fördergeschwindigkeit und dem Auftragwerkstoff ab. Die Weite der Tülle beeinflußt die Pulveraustrittsgeschwindigkeit sowie den Brennpunkt des Pulvers unterhalb der Mündung.An outer, sleeve of the burner is adjustable so that the light Width of the cone-shaped powder outlet can be adjusted. The functional one The exit width depends on the powder size, the conveying speed and the material to be applied away. The width of the spout influences the speed of the powder outlet and the Focus of the powder below the mouth.

Die Brennerpulverkammer erfüllt ihre Funktion zufriedenstellend, wenn ein Pulver der Größe von Tyler 20 - 30-Maschen (0,833 - 0,503-nmi-Maschen) benutzt wird. Ohne die Leitnuten würde das aus dem unteren ringfönnigen Kanal austretende und in den gebündelten Lichtbogen eintretende Pulver zum Wirbeln kommen.The burner powder chamber performs its function satisfactorily if a powder the size of Tyler 20 - 30 mesh (0.833 to 0.503 nmi-mesh) is used. Without the guide grooves, the powder emerging from the lower annular channel and entering the bundled arc would swirl.

Der Erfolg der Erfindung hängt von einer »weichen« oder verhältnismäßig langsamen Ausströmung ab. Starke Gasflüsse durch den Brenner hindurch führen zu heftigen Verwirbelungen des Schweißbades und zu unbefriedigenden Auftragschichten,. Demzufolge läßt sich die neue Erfindung praktisch verwirklichen, indem durch die Mittelbohru,ng des Brenners hindurch Gasflüsse der Größenordnung von 0,140 m3/h geschickt werden. Die Durchflußmen,ge des Gases, das das Pulver trägt, ist weniger wichtig und wird auf den niedrigsten Wert eingestellt, bei dem es seine Funktionen noch angemessen erfüllt. Wie in den Beispielen dargetan, liegt die Gasdurchflußmenge zwischen 0,196 und 0,420 m3#h.The success of the invention depends on a "soft" or relatively slow discharge. Strong gas flows through the torch lead to violent turbulence in the weld pool and unsatisfactory build-up layers. Accordingly, the new invention can be put into practice by sending gas flows of the order of 0.140 m3 / h through the central bore of the burner. The flow rate of the gas which carries the powder is less important and is set to the lowest value at which it still adequately fulfills its functions. As shown in the examples, the gas flow rate is between 0.196 and 0.420 m3 # h.

Das neue Verfahren läßt sich mit den verschiedensten Gasen betreiben, wie z. B. mit Argon, Helium, Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenmonoxyd odex Gemischen derselben, je nachdem ob ein inerter, reduzierender oder sehr heißer Plasmastrahl verlangt wird. Außerdem kann das mittige Lichitbogenausstränigas ein anderes als das Pulvertransportgas sein. Bei bestimmten Auftragstoffen und speziellen Verfahrensbedingungen kann es erwünscht sein, eine Hilfs-Gasabschin-nung zu bemutzen, die die Lichtbogenzone ringsherum umhüllt, um eine, almosphanscl-r- Verunreinigung der geschmolzenen Auftragschicht zu verhindern. Dies wird mittels einer porösen Scheibe verwirklicht, die von einer zylindrischen, am Brenner angebrachten Wandung abgestützt ist. Gas wird der Kammer durch ein Einlaßrohr zugeführt.The new process can be operated with a wide variety of gases, such as. B. with argon, helium, hydrogen, nitrogen, carbon monoxide odex mixtures of the same, depending on whether an inert, reducing or very hot plasma jet is required. In addition, the central arc discharge gas can be different from the powder transport gas. With certain coating materials and special process conditions, it may be desirable to use an auxiliary gas seal that surrounds the arc zone in order to prevent atmospheric contamination of the molten coating layer. This is achieved by means of a porous disk which is supported by a cylindrical wall attached to the burner. Gas is supplied to the chamber through an inlet tube.

Es wurde weiter gefunden, daß sich für die Lichtbogenverfahren mit innerhalb oder außerhalb des elektrischen Kreises liegendem Werkstück sowohl eine Gleichstromquelle mit direkter (Elektrode negativ) oder umgekehrter (Elektrode positiv) Polarität als auch eineWechselstromquelle benutzenläßt.Die Gleichstromquelle direkter Polarität verdient den Vorzug.It was further found that using the arc process inside or outside of the electrical circuit both a workpiece Direct current source with direct (electrode negative) or reverse (electrode positive) Polarity as well as an AC power source. The DC power source is more direct Polarity deserves preference.

Versuche, bei denen die den Lichtbogen einschnürenden Mündungen einen Durchmesser von 0,32 bis 0,80 cm hatten, wurden durchgeführt, wobei sich für Auftragschweißungen Mündungsdurchmesser von 0,40 bis 0,48 cm besonders gut eigneten. Eine Mündung mit einem Durchmesser von 0,40 cm wird benutzt, wenn kleine Flächen aufgetragen werden und ein »steifer« Lichtbogen zur Verhinderung des »Boganwa,nderns« crwünscht ist. Bemerkt sei, daß die neue Erfindung auch zum Oberflächenauftrag auf Lastwagen- und Personenfahrzeugventilflächen benutzt wurde. Eine Mündung mit einem Durchmesser von 0,48 cm ist zu bevorzugen, wenn ein »weichex« Lichtbogen erwünscht ist. Je größer der Mündungsdurchmesser, desto größer ist das Bestreben des Bogens auszuwandern, während je kleiner der Mündungsdurchinesser, desto »steifer« der Lichtbogen und desto größer der Schweißeinbrand sind. Der Ab- stand zwischen der Elektrodenspitze und dem unteren Ende der Mündung ist in idealer Weise gleich dem Mündungsdurchmesser. Eine zu große Zurückstellung vermindert die Wärine in der Ausströmung und kann den nichttransferierten Lichtbogen zum Bogenüberschlag innerhalb der Elektrodenbohrung veranlassen, was zu einer schwierigen Zündung des transferierten i Lichtbogens ebenso wie zur Zerstörung der- Innenseite des Brenners führt. Eine zu kleine Zurückstellung führt andererseits zu einem ungebündelten Lichtbogen, was unzweckmäßig ist, Metallpulvergrößen im Bereich von, Tyler 150 - D 1 (0,104 mm mal Staubmaschen) bis zu 20 .30 (0,833 - 0,503-mm-Maschen) sind zufriedenstellend. Die feineren Größen werden im Lichtbogen leichter geschmolzen und benutzt, wenn eine homogene Auftragung gewünscht wird. Die größeren Größen werden in speziellen Fällen verwendet, wenn es erwünscht ist, eine heterogene Auftragung mit geringer Schmelzung des Pulverzusatzes herzustellen. Ein Beispiel des zweiten Falles liegt offensichtlich vor, wenn es erwünscht ist, Wolframkarbidteilchen in einem Gerüst aus Grundmetall abzulage, m#.Experiments in which the mouths constricting the arc had a diameter of 0.32 to 0.80 cm were carried out, mouth diameters of 0.40 to 0.48 cm being particularly well suited for build-up welds. An orifice with a diameter of 0.40 cm is used when small areas are being applied and a "stiff" arc is desired to prevent "boganwa change". It should be noted that the new invention has also been used for surface application to truck and passenger vehicle valve surfaces. A mouth with a diameter of 0.48 cm is preferred if a "soft ex" arc is desired. The larger the mouth diameter, the greater the tendency of the arc to migrate, while the smaller the mouth diameter, the "stiffer" the arc and the greater the weld penetration. The distance between the electrode tip and the lower end of the mouth is ideally equal to the mouth diameter. Too much reset reduces the heat in the outflow and can cause the non-transferred arc to arc over within the electrode bore, which leads to difficult ignition of the transferred arc as well as to destruction of the inside of the torch. On the other hand, too small a reset leads to an unbundled arc, which is inconvenient, metal powder sizes in the range of Tyler 150 - D 1 (0.104 mm by dust mesh) up to 20 .30 (0.833 - 0.503 mm mesh) are satisfactory. The finer sizes are more easily melted in the arc and used when a homogeneous application is desired. The larger sizes are used in special cases when it is desired to produce a heterogeneous application with low melting powder additive. An example of the second case is evident when it is desired to deposit tungsten carbide particles in a framework of base metal, m #.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus den Darstellungen von Ausführungsbeispielen sowie aus der folgenden Beschreibung und den Tabellen. Es zeigt Fig. 1 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht der Auftragsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, Fig. 2 und Querschnitte nach den Linien 2-2 und 3-3 des Brenners gemäß der Fig. 1, Fig. 4 eine Ansicht ähnlich der Fig. 1 einer abgewandelten Ausführungsforin und Fig. 5 ein Schema des Winkelbereiches des, Pulveraustrittskanals zur Brennerachse.Further features, advantages and possible applications of the invention emerge from the representations of exemplary embodiments and from the following description and the tables. 1 shows a schematic, partially sectioned view of the application device according to the present invention, FIG. 2 and cross sections along lines 2-2 and 3-3 of the burner according to FIG. 1, FIG. 4 shows a view similar to FIG. 1 shows a modified embodiment and FIG. 5 shows a diagram of the angular range of the powder outlet channel to the burner axis.

Wie Fig. 1 zeigt, hat der Brenner T eine innere zylindrische Bohrung 10, die an ihrem unteren Ende in einer Lichtbogenstabilisierinündung12 mit zylindrischer Innenwandung endet. Axial und mittig in dieser Bohrung sowie elektrisch gegen den Brennerkörper isoliert ist eine nichtabschmelzende, Elektrode 14 aus z. B. Wolfram, wassergekühltem Kupfer oder mit Wolframspitze versehenem, Kupfer vorgesehen. Eine regelbare Schweißkraftquelle16 liegt zwischen der Elektrode 14 und, über einen dem Betrieb mit Werkstück außerhalb des Schaltkreises dienenden Schalter 24, einem Körper 18. Die Kraftquelle 16 regelt die Betriebseigenschaften des nichttransferierten Lichtbogens zwischen der Elektrode 14 und der Mündung 12 der Düse 19 des Körpers 18. As FIG. 1 shows, the torch T has an inner cylindrical bore 10 which ends at its lower end in an arc stabilizing outlet 12 with a cylindrical inner wall. A non-consumable electrode 14 made of, for. B. tungsten, water-cooled copper or provided with a tungsten tip, copper is provided. A controllable welding power source 16 is located between the electrode 14 and, via a switch 24 used for operation with a workpiece outside the circuit, a body 18. The power source 16 regulates the operating properties of the non-transferred arc between the electrode 14 and the mouth 12 of the nozzle 19 of the body 18 .

Eine weitere regelbare Schweißkraftquelle 26 liegt zwischen der Elektrode 14 und dem Werkstück 28 über einen das Werkstück einbeziehenden Kreis mit den Leitern 30 und 32, wobei ersterer einen Schalter 34 enthält. Der Zweck der Kraftquelle 26 ist die Regelung der Leistung des transferierten Lichtbogens zwischen der Elektrode, 14 und dem Werkstück 28, wodurch der Grad der Erwärmung des Werkstücks sowie die relative Schweißverdünnung geregelt werden. Die zwei Kraftquellen 16 und 26 sind (im Falle von Gleichstrom) so angeschlossen, daß die Elektrode negativ ist (direkte Polarität). Ein Schutzgas, z. B. Argon, wird in die Bohrung 10 eingeführt, um die Elektrode abzuschirmen und den michttransferierten Lichtbogen ebenso wie den transferierten Lichtbogen zu stützen.Another controllable welding force source 26 is located between the electrode 14 and the workpiece 28 via a circle including the workpiece with the conductors 30 and 32, the former containing a switch 34. The purpose of the power source 26 is to control the power of the transferred arc between the electrode 14, 14 and the workpiece 28, thereby controlling the degree of heating of the workpiece as well as the relative thinning of the weld. The two power sources 16 and 26 are connected (in the case of direct current) so that the electrode is negative (direct polarity). A protective gas, e.g. B. argon is introduced into bore 10 to shield the electrode and to support the light transferred arc as well as the transferred arc.

Das Metallpulver 35 wird in einem luftdichten Pulvextrichter 36 gespeichert. Aus dem Trichter gelangt das Pulver durch eine einstellbare Ausflußtülle 38 auf die Oberfläche eines geschwindigkeitsgeregelten Rades 40. Das Pulver fällt vom rotierenden Rad 40 herunter und wird mittels eines durch die Leitung 42 zugeführten Trägergases, z. B. Argon, zum Brenner T transportiert. Gas wird außerdem durch eine Zweigleitung 44 in den Oberteil des Trichters eingeführt, um an der Oberseite des Pulvers 35 einen konstanten Druck aufrechtzuerhalten und eine gleichförinige, Zumessung durch die Ausflußtülle 38 hindurch zu gewährleisten. Die- Pulverdurchflußmengen werden dadurch geändert, daß der Abstand der Trichterausflußtülle zum Rad und/oder die Radgeschwindigkeit geändert werden. Grundmaterial ........... Niedriggekohlter Stahl Mündungslänge .......... 0,63 cm Elektrodenmaterial ....... 2% thoriertes Wolfram Brenner-, Pulver-, Schutzgas Argon Mündungsdurchmesser .... 0,48 cm 30' Pulvereintrittwinkel Transferierter Nichttransferierter Metallpulver Lichtbogen Lichtbogen Schweiße- Strom Strom Brenner- Pulver- Schutz- Nr. Amjp- Span- Amp. Span- gasfluß gasfluß gasfluß Tyler- Förder- Gleichstrom, nung Gleichstrom, nung Art Größe menge direl direkte Polar. Volt Polarität Volt 1 m3/h 1 m3/h m3/h g/Min 651-24-9 130 27 150 14 0,252 0,420 kein Stellit 150 - 250! 15 651-24-1 150 30 80 14 0,168 0,196 kein Hochkohlen- 1100-D 11 stoffhaltiges Ferrochrom 651-24-2 150 30 0 0 0,168 0,196 keül Hochkohlen- 1100-D 11 stoffhaltiges Ferrochrom 651-40-2 110 29 55 13 0,140 0,364 1,68 Kupfer 150-D 24 651-40-4 120 33 55 15 0,140 0,364 1,68 rostsicherer 150-D 26 Stahl 18/8 1 651-40-6 130 27 55 13 0,140 0,364 1,68 Stellit 150-250 25 651-40-11 215 36 55 14 0,140 0,364 1,68 Wolfram- 20-30 43 karbid 651-40-12 70 33 130 15 0,140 0,364 kein StellitWolfram 200 - D 15 651-40-13 135 33 55 13 0,140 0,364 1,68 Stellit 150-D 15 651-40-14 110 38 55 13 0,140 0,364 1,68 Aluminium i100-D 10 651-40-15 130 35 55 13 0,140 0,364 1,68 mechanische 1100-D 25 Nfischung 1 Kupfer 90 1/o 1 Alu- minium 100/d Tyler-Größe Maschenweite (mm) Tyler-Größe Maschenweite (mm) 20 0,833 200 0,074 30 0,503 250 0,061 100 0,147 150 0,104 D Staub Grundmaterial ........... Niedriggekohlter Stahl Mündungslänge .......... 0,63 cm Elektrodenmaterial ....... 211/o thoriertes Wolfram Brenner-, Pulver-, Schutzgas Argon Mündungsdurchmesser .... 0,48 cm 301 Pulvereintrittwinkel Elektrode Wanderungs- Abstand Abstand Annähernde Schweiße- geschwindig- Pendel- Pulverhülse Düsezu Schweiß- Schweiß- Schweiß- Nr. Mündungs- Durch- keit Frequenz zu Werkstück Werk- breite dicke verdünnung abstand messer stück C cm cm Hz cm cm cm cm 651-24-9 0,40 0,32 12,5 100 0,63 0,96 1,59 0,04 3 651-24-1 0,40 0,32 132,5 keine 1,59 1,90 0,24 0,04 50 651-24-2 0,40 0,32 132,5 keine 1,59 1,90 0,28 0,04 40 651-40-2 0,40 0,40 12,5 150 0,79 1,63 1,59 0,20 1 651-40-4 0,63 0,40 15,0 150 0,96 1,59 1,59 0,20 5 651-40-6 0,32 0,40 25,4 150 0,63 1,27 1,59 0,12 3 651-40-11 0,56 0,40 22,9 120 1,11 1,68 1,59 0,16 50 651-40-12 0,56 0,40 8,8 180 0,96 1,52 1,43 0,16 3 651-40-13 0,56 0,40 12,5 190 0,96 1,52 1,43 0,16 3 651-40-14 0,56 0,40 12,5 115 1,59 2,16 1,59 0,16 1 651-40-15 0,56 0,40 20,3 150 1,59 2,00 1,95 0,16 2 Die vorstehenden Tabellen zeigen typische Betriebsbedingungen für Schweißauftragungen mit Eisen-, Nickel-, Kupfer-, Wolfram- und Kobaltgrundwerkstoffen gemäß der Erfindung. Diese Auftragungen sind mit dem Werkstück schweißgebunden und haben eine 100%ige theoretische Dichte. Durch Änderung der Prozeßveränderlichen, wie z. B. übertragung von thermischer Energie, Mündungsgröße, Abschirmgas und Pulvergröße, lassen sich sehr verschiedenartige Werkstoffe auftragschweißen.The metal powder 35 is stored in an airtight powder funnel 36. From the funnel the powder passes through an adjustable spout 38 onto the surface of a speed-controlled wheel 40. The powder falls from the rotating wheel 40 and is conveyed by means of a carrier gas, e.g. B. argon, transported to the burner T. Gas is also introduced into the top of the funnel through branch conduit 44 to maintain constant pressure at the top of powder 35 and to ensure uniform metering through spout 38. The powder flow rates are changed by changing the distance from the funnel spout to the wheel and / or changing the wheel speed. Base material ........... Low carbon steel Muzzle length .......... 0.63 cm Electrode material ....... 2% thoriated tungsten torch, powder, protective gas argon Muzzle diameter .... 0.48 cm 30 'powder entry angle Transferred non-transferred metal powder Arc arc Welding Electricity Electricity Torch Powder Protection No. Amjp- Span- Amp. Span- gas flow gas flow gas flow Tyler conveying Direct current, voltage direct current, voltage type size quantity direl direct Polar. Volts polarity volts 1 m3 / h 1 m3 / h m3 / hg / min 651-24-9 130 27 150 14 0.252 0.420 no stellite 150 - 250! 15th 651-24-1 150 30 80 14 0.168 0.196 no high-carbon 1100-D 11 substance-containing Ferrochrome 651-24-2 150 30 0 0 0.168 0.196 keül Hochkohlen- 1100-D 11 substance-containing Ferrochrome 651-40-2 110 29 55 13 0.140 0.364 1.68 copper 150-D 24 651-40-4 120 33 55 15 0.140 0.364 1.68 rustproof 150-D 26 Steel 18/8 1 651-40-6 130 27 55 13 0.140 0.364 1.68 stellite 150-250 25 651-40-11 215 36 55 14 0.140 0.364 1.68 tungsten 20-30 43 carbide 651-40-12 70 33 130 15 0.140 0.364 no stellite tungsten 200 - D 15 651-40-13 135 33 55 13 0.140 0.364 1.68 Stellite 150-D 15 651-40-14 110 38 55 13 0.140 0.364 1.68 aluminum i100-D 10 651-40-15 130 35 55 13 0.140 0.364 1.68 mechanical 1100-D 25 Fishing 1 Copper 90 1 / o 1 Aluminum minium 100 / d Tyler size mesh size (mm) Tyler size mesh size (mm) 20 0.833 200 0.074 30 0.503 250 0.061 100 0.147 150 0.104 D dust Base material ........... Low carbon steel Muzzle length .......... 0.63 cm Electrode material ....... 211 / o thoriated tungsten torch, powder, protective gas argon Muzzle diameter .... 0.48 cm 301 Powder entry angle Electrode migration distance distance approximate Welding speed pendulum powder sleeve nozzle for welding welding welding No. Opening diameter frequency to workpiece work- width thickness thinning distance knife piece C cm cm Hz cm cm cm cm 651-24-9 0.40 0.32 12.5 100 0.63 0.96 1.59 0.04 3 651-24-1 0.40 0.32 132.5 none 1.59 1.90 0.24 0.04 50 651-24-2 0.40 0.32 132.5 none 1.59 1.90 0.28 0.04 40 651-40-2 0.40 0.40 12.5 150 0.79 1.63 1.59 0.20 1 651-40-4 0.63 0.40 15.0 150 0.96 1.59 1.59 0.20 5 651-40-6 0.32 0.40 25.4 150 0.63 1.27 1.59 0.12 3 651-40-11 0.56 0.40 22.9 120 1.11 1.68 1.59 0.16 50 651-40-12 0.56 0.40 8.8 180 0.96 1.52 1.43 0.16 3 651-40-13 0.56 0.40 12.5 190 0.96 1.52 1.43 0.16 3 651-40-14 0.56 0.40 12.5 115 1.59 2.16 1.59 0.16 1 651-40-15 0.56 0.40 20.3 150 1.59 2.00 1.95 0.16 2 The above tables show typical operating conditions for weld deposits with iron, nickel, copper, tungsten and cobalt base materials according to the invention. These deposits are welded to the workpiece and have a 100% theoretical density. By changing the process variable such as B. transfer of thermal energy, mouth size, shielding gas and powder size, very different materials can be overlay welding.

Gasgetragenes Pulver aus dem Zuteiler D wird tangential in eine ringförmige Pulverkammer 46 (Fig. 3) im Brenner T eingeführt. Diese Kammer 46 verleiht dem Pulver eine rasche Wirbelung und verteilt es hierdurch um den Umfang der Kammer herum gleichförmig. Ein solcher gasgetragener Pulverstrom wird alsdann begradigt, indem er durch eine Reihe paralleler Nuten 48 hindurchgefühst wird, die über den Umfang der Düse parallel zur Längsachse des Brenners angeordnet sind. Nachdem das gasgetragene Pulver die Nuten 48 verlassen hat, wird es mittels einer konischen Tülle 50 so weitergeführt, daß es in die Lichtbogenausströmung unmittelbar unterhalb, aber praktisch möglichst nahe der Mündung 12 eintritt. Die Tülle 50 liegt konzentrisch zur Längsachse a des Brenners T, wobei die geneigte Achse b dieses Pulver-Austrittkanales einen Winkel zwischen 25 und 801 mit der Achse a einschließt (Fig. 5). Dieses Pulvervc5rteilungs-,ystem gewährleistet eine gleichförmige Pulvertell:ung in dem gebündelten Lichtbogen sowie einen hohen Leistungsgrad der Pulvererwärmung. Eine Hülse 52, die, die Pulverkammer sowie die Durchtrittkanäle umschließt und das Pulver zur Lichtbogenausströmung führen hilft, ist mittels einer Mutter 54 axial einstellbar, die. bei 56 auf den Brennerkörper aufge-schraubt ist. Dies gestattet eine Einstellung der lichten Weite des kegelmante-Iformigen Pulveraustrittes 50 für besten Leistungsgrad der Pulvererwärmung. Außerdem ist für eine Wasserkühlung des Brennerkörpers 18 und der Hülse 52 gesorgt, indem ein Wassereinlaß 58, ein Kanal 60 im Körper 18, ein Kanal 62 in der Hülse, 52 sowie ein Wasse,rauslaß 64 vorgesehen sind. Gas tritt in den Breimerkörper durch den Einlaß 66 ein.Gas-borne powder from the feeder D is introduced tangentially into an annular powder chamber 46 (FIG. 3) in the burner T. This chamber 46 rapidly swirls the powder and thereby distributes it uniformly around the periphery of the chamber. Such a gas-borne powder flow is then straightened by being guided through a series of parallel grooves 48 which are arranged over the circumference of the nozzle parallel to the longitudinal axis of the burner. After the gas-carried powder has left the grooves 48, it is carried on by means of a conical nozzle 50 in such a way that it enters the arc outflow immediately below, but practically as close as possible to the mouth 12. The spout 50 is concentric to the longitudinal axis a of the burner T, the inclined axis b of this powder outlet channel enclosing an angle between 25 and 801 with the axis a (FIG. 5). This powder distribution system ensures a uniform powder distribution in the bundled arc as well as a high degree of powder heating efficiency. A sleeve 52, which encloses the powder chamber and the passage channels and helps guide the powder to the arc discharge, is axially adjustable by means of a nut 54, which. at 56 is screwed onto the torch body. This allows an adjustment of the clear width of the cone-shaped powder outlet 50 for the best efficiency of the powder heating. In addition, water cooling of the torch body 18 and the sleeve 52 is provided in that a water inlet 58, a channel 60 in the body 18, a channel 62 in the sleeve 52 and a water outlet 64 are provided. Gas enters the mash body through inlet 66 .

Wie Fig. 1 zeigt, kann der Bienner mit einer Abschirmhaube, z. B. einem porösen Teil 67 versehen sein, der durch ein Gehäuse 69 an seinem Platz gehalten wird, das in den Körper 18 eingeschraubt ist, und in das emi zweckentsprechendes Abschirmgas durch den Einlaß 71 eingeführt wird.As Fig. 1 shows, the Bienner can be equipped with a shielding hood, e.g. B. a porous member 67 which is held in place by a housing 69 which is screwed into the body 18 and into which appropriate shielding gas is introduced through the inlet 71 emi.

Wird zwischen dem Ende der Elektrode 14 und dem Werkstück 28 ein transferierter Lichtbogen hergestellt, nimmt das Lichtbogenplasma die Gestalt der inneren Wandung der Mündung 12 an und erzeugt einen gebündelten Lichtbogen, der wandungsstabilisiert ist. Das gasgetragene Pulver wird mittels der Tülle 50 in die Ausströmung eingeführt, wo es erwärmt wird, worauf es durch den Auslaß 68 der Düse 70 der Hülse 52 beschleunigt und auf dem Werkstück 28 abgelagert wird.If a transferred arc is produced between the end of the electrode 14 and the workpiece 28 , the arc plasma assumes the shape of the inner wall of the orifice 12 and generates a bundled arc that is stabilized by the wall. The gas-borne powder is introduced into the outflow by means of the nozzle 50 , where it is heated, whereupon it is accelerated through the outlet 68 of the nozzle 70 of the sleeve 52 and deposited on the workpiece 28.

Beim Betrieb werden zuerst das B-rennergas und das Kühlwasser eingeschaltet. Die--Leerlaufspannung der Kraftquelle 16 wird an die Elektrode 14 und den Brennerkörper 18 angelegt, indem der Schalter 24 geschlossen wird. Hierauf wird, entweder durch einen kurzzeitigen Hochfrequenzimpuls zwischen der Elektrode 14 und der Düse 19 oder durch Berührung ein Lichtbogen gezündet, der nicht transferiert wird. Gasgetragenes MetaRpulver tritt aus dem PulverzuteilerD aus, gelangt durch den Brenner T hindurch und vereinigt sich dann mit der sehr heißen Ausströmung unmittelbar unterhalb der Mündung 12. Durch Schließen des Schalters 34 wird ein transferierter Lichtbogen zwischen der Elektrode 14 und dem Werkstück 28 hergestellt. Wird der Brenner T gegenüber dem Werkstück 28 linear fortbewegt, so wird eine schmale Schweißraupe aufgetragen. Der Brenner T kann außerdem quer zu seiner Vorschubrichtung hin und her bewegt werden und hierdurch verhältnismäßig breite Auftragungen erzeugen.During operation, the B-burner gas and the cooling water are switched on first. The open circuit voltage of the power source 16 is applied to the electrode 14 and the torch body 18 by the switch 24 being closed. An arc is then ignited, either by a brief high-frequency pulse between the electrode 14 and the nozzle 19 or by contact, which is not transferred. Gas-borne MetaR powder emerges from the powder dispenser D, passes through the torch T and then combines with the very hot outflow immediately below the orifice 12. By closing the switch 34, a transferred arc is produced between the electrode 14 and the workpiece 28 . If the torch T is moved linearly with respect to the workpiece 28, a narrow weld bead is applied. The burner T can also be moved back and forth transversely to its direction of advance and thereby produce relatively wide deposits.

Der transferierte Lichtbogen wird durch öffnen des Schalters 34 wieder gelöscht. Der nichttransferierte Lichtbogen dient hierauf als Hilfslichtbogen, der den Brenner in Betriebsbereitschaft hält. Gelegentlich kann es nützlich sein, nur den transferierten Lichtbogen zu benutzen, z. B. wenn Werkstoffe verhältnismäßig niedrigen Schmelzpunkts, wie z. B. Kupfer, aufgetragen werden. Hier wird der dem nichttransferierten Lichtbogen dienende Schalter 24 unmittelbar nach der Herstellung des transferierten Lichtbogens geöffnet, und wieder unmittelbar vor dem Löschen des transferierten Lichtbogens geschlossen.The transferred arc is restored by opening the switch 34 turned off. The non-transferred arc then serves as an auxiliary arc, the keeps the burner ready for operation. Occasionally it can just be useful to use the transferred arc, e.g. B. when materials are proportionate low melting point, e.g. B. copper, are applied. Here is the dem non-transferred arc serving switch 24 immediately after manufacture of the transferred arc is opened, and again immediately before extinguishing of the transferred arc is closed.

Wie Fig. 4 zeigt, enthält die Schaltanordnung einen Regelwiderstand 72 und nur eine Kraftquelle 74, wobei die dem nichttransferierten Lichtbogen zugeführte Leistung durch den Regelwiderstand 72 eingestellt wird. Bei dieser abgewandelten Ausführungsform sind Schalter 76 und 78 vorgesehen, um den transferierten Lichtbogen sowie den nichttransferlerten Lichtbogen ein- und auszuschalten.As FIG. 4 shows, the switching arrangement contains a variable resistor 72 and only one power source 74, the power supplied to the non-transferred arc being set by the variable resistor 72 . In this modified embodiment, switches 76 and 78 are provided to switch the transferred arc and the non-transferred arc on and off.

Das axial in den Brenner T mit etwa 0, 14 m3/h eingeführte Gas nimmt eine höhere Geschwindigkeit an, nachdem es gleichzeitig eingeschnürt und außerdem durch die Energie des nichttransferierten Lichtbogens und/oder die Energie des transferierten Lichtbogens erwärmt worden ist; das Gas vereinigt sich, wenn es aus der Brennermündung austritt, mit dem gasgetragenen MetaRpulver. Die entstehende Ausströmung hat eine hinlänglich niedrige Geschwindigkeit, so daß das Schweißbad nicht aus der Lichtbogenzone auf dem Werkstück 28 weggeblasen wird.The axially in the burner T with about 0, 14 m3 / h introduced gas assumes a greater speed, once it has been simultaneously constricted also heated and by the energy of the non-transferred arc and / or the energy of the transferred arc; When the gas emerges from the burner mouth, it combines with the gas-borne MetaR powder. The resulting outflow has a sufficiently low speed that the weld pool is not blown away from the arc zone on the workpiece 28.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Process for powder build-up welding in the wall-stabilized arc plasma jet, characterized in that the powder (35) to be applied is introduced into the plasma jet as a converging conical flow stream in front of the nozzle electrode (19).

2. The method according spoke 1, characterized in that an arc is also fed in a known manner between the workpiece (28) and the rod electrode (14). 3. The method according to claim 1, characterized in that the powder-gas mixture (35, 42) is introduced into the plasma jet at an entry angle between 25 and 801. 4. Apparatus for carrying out the method according to claims 1 to 3, with an arc torch with a non-consumable rod electrode within a nozzle, the electrode end being arranged coaxially within a constricted outlet channel of the nozzle and the nozzle end next to the outlet of a second nozzle, the first being finer The nozzle communicates with a gas source and the space between the first and second nozzles communicates with a source of powdered coating material and with an arc current feed circuit between the rod electrode and the nozzle, characterized in that the nozzles have an external nozzle (70) and an inner nozzle (19) which have mutually matching conical surfaces which form a cone-shaped outlet channel (50) for the powder to be welded on. 5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the mouth (68) of the outer nozzle (70) is larger than that (12) of the inner nozzle (19) . 6. Device according to spoke 4 or 5, characterized in that an adjusting means (54) is provided for adjusting the inside width of the cone-shaped powder outlet (50) . 7. Device according to claims 4 to 6, characterized in that the angle (b) of the inclination of the tulle-like path (50) to the longitudinal axis (a) of the first nozzle (19) is between 25 and 80 ' . 8. Apparatus according to claim 6, characterized in that a second arc current feed circuit (26) is connected between the rod electrode (14) and the workpiece (28) in a manner known per se. Contemplated publications: USA. Patents No. 2768279, 2858411;. Journal »Schweiß und Schneid«, 1962, issue 5, pp. 6 and 7.