DE1283645B

DE1283645B - Verfahren und Vorrichtung zur Lichtbogenreinigung von Metallkoerpern

Info

Publication number: DE1283645B
Application number: DEU9829A
Authority: DE
Inventors: Thomas Edward Butler
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1962-05-24
Filing date: 1963-05-22
Publication date: 1968-11-21
Also published as: DE1283645C2; SE302809B; GB961117A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Lichtbogenreinigung von Metallkörpern Nach der deutschen Patentschrift 665 540 und der Auslegeschrift 1083 100 ist es bekannt, die Oberflächen eines Metallkörpers durch einen Lichtbogen zu reinigen. Hierbei ist der zu reinigende Körper als eine Elektrode geschaltet und wird durch eine als zweite Elektrode geschaltete Ringelektrode hindurchgeführt. Der entstehende statische Lichtbogen erreicht aber nicht alle Teile der Oberfläche des zu reinigenden Körpers, so daß immer Oberflächengebiete zurückbleiben, die ungenügend gereinigt sind.
Aufgabe der Erfindung ist eine Lichtbogenreinigung, bei welcher die erwähnten Nachteile vermieden werden.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lichtbogenreinigung von Oberflächen eines als Elektrode für den Reinigungslichtbogen geschalteten Metallkörpers, der dabei durch eine als zweite Elektrode geschaltete Ringelektrode hindurchgeführt wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogen mittels eines Magnetfeldes ständig um den zu reinigenden Metallkörper herumgedreht wird.
Vorzugsweise verfährt man hierbei so, daß der zu behandelnde Körper in an sich bekannter Weise während der Lichtbogendrehung senkrecht zur Ebene dieser Drehung bewegt wird.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform des Verfahrens bewegt man den zu behandelnden Körper auf eine Schmelzzone zu, die von einem zwischen dem zugeführten Ende des oberflächenbehandelten Körpers und einer Elektrode gezündeten Lichtbogen gebildet wird, wobei das geschmolzene Metall sich an der Elektrode sammelt.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine an sich bekannte ringförmige Elektrode und eine koaxial zu dieser angeordnete Magnetspule, die ein die Ringelektrode durchsetzendes Magnetfeld erzeugt, ferner durch eine den zu reinigenden Körper durch die Ringelektrode bewegende Antriebseinrichtung und eine einen Reinigungslichtbogen zwischen dem Metallkörper und der Ringelektrode ausbildende Gleichstromquelle.
Zweckmäßigerweise ist der zu behandelnde Körper mit dem negativen Pol der Gleichstromquelle verbunden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist ein über eine gesonderte Stromquelle mit dem zu behandelnden Körper verbundener, elektrisch leitender Tiegel in der Bahn des sich bewegenden Körpers angeordnet.
Die Wechselwirkung der Flußlinien des das Magnetfeld induzierenden Teils und der Fluß des Reinigungslichtbogens bewirkt, daß sich der Lichtbogen um das an der Oberfläche verunreinigte Metall dreht. Um die Reinigungswirkung über einen Längsteil des zu behandelnden Körpers auszudehnen, wird dieser gleichzeitig durch die mittigen Öffnungen der beiden ringförmigen Glieder hindurchbewegt, wodurch die Zone der Lichtbogendrehung durchschritten wird.
Die kontinuierliche Aufbringung des sich drehenden Reinigungsbogens auf das an der Oberfläche verunreinigte Metall zusammen mit der Bewegung des verunreinigten Metallkörpers durch die Öffnung der ringförmigen Elektrode bewirkt eine systematische und gründliche Aubringung des Reinigungsbogens auf die Oberfläche der verunreinigten Metallelektrode, wobei die lokalisierte hohe Temperatur und die charakteristische chemische Wirkung des Reinigungsbogens bewirken, daß die Oberflächenverunreinigungen von dem Metall entfernt werden.
Die Zeichnungen zeigen beispielsweise einige Ausführungsformen der Erfindung. Es zeigt F i g. 1 eine schematische perspektivische Darstellung des Verfahrens und der Vorrichtung, F i g. 2 einen Vertikalschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform - der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Vorrichtung nach F i g. 1 weist einen leitenden Elektrodenring 11 auf, der durch ein Medium gekühlt sein kann, sowie eine Magnetfeldinduktionsspule 13. Der Elektrodenring 11 umgibt einen an der Oberfläche verunreinigten Metallkörper 15, ohne diesen zu berühren. Der Körper 15 erstreckt sich durch den Elektrodenring und entlang dessen Vertikalachse. Die ringförmige Magnetfeldinduktionsspule 13 und der Elektrodenring fallen mit ihren Vertikalachsen zusammen und sind über den magnetischen Fluß 17 gekuppelt; sie sind dicht beieinander angeordnet. Das an der Oberfläche verunreinigte Metall wird mittels Führungsrollen durch die öffnung des Ringes 11 und der Magnetfeldinduktionsspule 13 hindurchgeführt. Eine Gleichstromquelle 19 liegt zwischen der Metallstange 15 und dem Elektrodenring 11, während eine zweite Gleichstromquelle 21 an den Klemmen der Spule 13 liegt. Ein mit verhältnismäßig schwachem Strom arbeitender elektrischer Gleichstromreinigungsbogen 23 wird systematisch und kontinuierlich auf die Oberfläche des verunreinigten Metallkörpers 15 durch Wechselwirkung des durch die Spule induzierten magnetischen Feldes 17 und des von dem elektrischen Reinigungsbogen 23 erzeugten Flusses gerichtet. Die Richtung der Feldlinien des steuernden Gleichstrommagnetfeldes 17 ist vorzugsweise senkrecht zur Strömungsrichtung des reinigenden Lichtbogens 23. Die oben beschriebene Vorrichtung verursacht eine Drehung des Reinigungsbogens, wie in gestrichelten Linien 25 angezeigt, um die Achse der Ringelektrode in einer zu dieser Achse senkrechten Ebene.
Wie in F i g. 1 veranschaulicht, ist die Stromquelle 19 elektrisch mit dem Elektrodenring 11 und der an der Oberfläche verunreinigten Metallelektrode 15 derart verbunden, daß der Elektrodenring mit Bezug auf das verunreinigte, elektrisch mit ihm verbundene Metall 15 positiv wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine kathodische Reinigung durchgeführt, wobei der Reinigungsbogen von der Kathode zur Anode geführt wird.
Die Richtung des Stromflusses in der Magnetfeldinduktionsspule kann durch Umkehr der Polarität ihrer zugeordneten Gleichstromquelle 21 geändert werden. In diesem Fall kehrt der Reinigungsbogen seine Drehrichtung um das verunreinigte Metall um. Eine Umkehr der Polarität der Stromduelle 19 in dem Elektrodenringkreis kehrt ebenfalls die Drehrichtung des Reinigungsbogens um die verunreinigte Metallachse um.
Muß der an der Oberfläche gereinigte Metallkörper geschmolzen werden, beispielsweise zum Umgießen in eine andere Gestalt, kann der oberflächengereinigte Körper direkt aus der Reinig ungszonge in eine Lichtbogenschmelzzone eingeführt werden, wodurch eine abermalige Verschmutzung der behandelten Oberfläche vermieden wird.
In F i g. 2 ist eine Lichtbogenschmelzanordnung veranschaulicht, bei der ein Metallkörper in der Form einer abschmelzenden Elektrode 15 oberhalb eines Tigels 29 angeordnet ist. Eine Hochstromduelle 31 ist elektrisch zwischen dem Tiegel 29 und der Elektrode 15 angeschlossen. Zufuhr von elektrischem Strom über die Quelle 31 bewirkt, daß ein Lichtbogen zwischen der abschmelzenden Elektrode 15 und anfänglich dem Tiegel 29, später dem Schmelzbad 33 aus Metall gezündet und gehalten wird, das durch Lichtbogenschmelzung mit der abschmelzenden Elektrode 15 gebildet wird.
Gemäß vorliegender Erfindung ist ein Elektrodenring 11 um die an der Oberfläche verunreinigte abschmelzende Elektrode 15 herum angeordnet, ohne diese zu berühren. Eine ringförrnige, Magnetfeld induzierende Spule 13 ist um die abschmelzende Elektrode herum angeordnet, ohne diese zu berühren, wodurch ein Magnetfeld 17 aufgebaut wird, das mit dem durch ein -Medium gekühlten Elektrodenring 11 verbunden ist. Eine verhältnismäßig schwache Gleichstromquelle 19 ist mit ihrem positiven Pol mit dem Elektrodenring 11 und mit ihrem negativen Pol mit der abschmelzenden Elektrode 15 verbunden. Diese Gleichstromquelle 19 bewirkt, daß der Reinigungslichtbogen 23 zwischen dem anodischen Elektrodenring 11 und der kathodischen abschmelzenden Elektrode 15 gezündet und aufrechterhalten wird. Eine zweite Gleichstromquelle 21 ist mit der Spule 13 elektrisch verbunden, die durch das elektrische Feld 17 mit dem Elektrodenring 11 verbunden ist. Die Wechselwirkung des Magnetfeldes 17 und des Flusses des Reinigungsbogens 23 verursacht eine Umdrehung des Reinigungsbogens um die Achse des Elektrodenrings 11 und folglich um die Achse der abschmelzenden Elektrode 15. Diese wird abwärts durch die öffnungen des Elektrodenringes 11 und die Magnetfeldinduktionsspule 13 vermittels Walzen 35 geführt.
Da das oben veranschaulichte Reinigungsverfahren durch kathodische Wirkung erleichtert wird, wird das verunreinigte Metall vorzugsweise als Kathode in denn Reinigungsbogenkreis gehalten. Die Bewegung des Reinigungsbogens 23 gegenüber der Oberfläche des verunreinigten Metalls bewirkt, daß Oberflächenverunreinigungen von der Metalloberfläche abgezogen werden. Die flüchtigen Verunreinigungen lassen sich ohne weiteres mit Hilfe üblicher Verfahren entfernen.
Die rasche Bewegung des Reinigungsbogens 23 bewirkt nur oberflächige Schmelzung der zu reinigenden Oberfläche, so daß die Oberfläche des zu reinigenden Gegenstandes ihrer Struktur nach einer leicht sandstrahlgereinigten Oberfläche ähnlich ist.
Es sei bemerkt, daß die Art des verwendeten Kreises bei der Erzeugung des Schmelzbogens für Verfahren mit abschmelzender oder nicht abschmelzender Elektrode die Schaltung gemäß vorliegender Erfindung nicht beeinflußt. Außerdem ist die Bogenbildung ohne weiteres steuerbar und läßt sich ohne Schwierigkeiten ändern, um unterschiedlichen Verunreinigungsgraden zu begegnen.
Die Erfindung ist ebenfalls zur Schweißung mit abschmelzender Drahtelektrode anwendbar. Derartige Drähte unterliegen in ähnlicher Weise der Oxydation und anderen Verunreinigungseinflüssen. Die Anwendung des Verfahrens erfordert lediglich eine Abwandlung des Schweißkopfes, damit die Elektrode vor .der Schmelzung dem Reinigungsbogen ausgesetzt werden kann.
Weiter läßt sich die Erfindung auf Oberflächenreinigung von Blechen oder Platten anwenden, indem auf die Oberfläche ein Reinigungsbogen mit hoher Geschwindigkeit aufgebracht wird, wodurch die während der Herstellung entwickelten Oxydfilme entfernt werden, so daß die Oberfläche für anschließende Beschichtungsvorgänge sauber ist.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Lichtbogenreinigung von Oberflächen eines. als eine Elektrode für den Reinigungslichtbogen geschalteten Metallkörpers, der dabei durch eine als zweite Elektrode geschaltete Ringelektrode hindurchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogen mittels eines Magnetfeldes ständig um den zu reinigenden Metallkörper herumgedreht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu behandelnde Körper in an sich bekannter Weise während der Lichtbogendrehung senkrecht zur Ebene dieser Drehung bewegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zu behandelnde Körper auf eine Schmelzzone zu bewegt wird, die von einem zwischen dem zugeführten Ende des oberflächenbehandelten Körpers und einer Elektrode gezündeten Lichtbogen gebildet wird, wobei das geschmolzene Metall sich an der Elektrode sammelt.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine an sich bekannte ringförmige Elektrode (11) und eine koaxial zu dieser angeordnete Magnetspule (13), die ein die Ringelektrode (11) durchsetzendes Magnetfeld (17) erzeugt, ferner durch eine den zu reinigenden Körper durch die Ringelektrode (11) bewegende Antriebseinrichtung und eine einen Reinigungslichtbogen (23) zwischen dem Metallkörper (15) und der Ringelektrode (11.) ausbildende Gleichstromquelle (19).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zu behandelnde Körper (15) mit dem negativen Pol der Gleichstromquelle (19) verbunden ist.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein über eine gesonderte Stromquelle (31) mit dem zu behandelnden Körper (15) verbundener, elektrisch leitender Tiegel (29) in der Bahn des sich bewegenden Körpers (15) angeordnet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 665 540; deutsche Auslegeschrift Nr. 1083 100.