DE1295328B

DE1295328B - Schutzgaslichtbogenbrenner

Info

Publication number: DE1295328B
Application number: DEU10422A
Authority: DE
Inventors: Hill Clifford Warren
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1963-01-18
Filing date: 1964-01-18
Publication date: 1969-05-14
Also published as: US3180967A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Schutzgaslichtbogenbrenner, die mit einem gasdurchlässigen Einsatz in der Gaszuführung versehen sind, der zur Erzielung einer kohärenten Schutzgasströmung über eine bedeutende Entfernung nach dem Austritt des Schutzgases aus dem Brenner dient, gemäß Patent 1209 676.
In dem Hauptpatent ist ein Lichtbogenbrenner beschrieben, bei dem der gasdurchlässige Einsatz aus ein oder mehreren Lagen feinmaschiger Siebe oder aus einer dünnen keramischen Platte besteht und zwischen dem Elektrodenhalter und der Innenwand der Düse befestigt ist, wobei die Verbindungsstellen gasundurchlässig abgedichtet sind. Das Ergebnis der Anordnung einer derartigen sogenannten »Gaslinse« besteht darin, daß der aus dem Brenner austretende Gasstrom einen hohen Grad von Kohärenz aufweist und im wesentlichen frei von mitgerissener Luft bis zu einem bedeutenden Abstand von der Düse ist. Der Brenner kann daher wesentlich weiter als bisher vom Werkstück entfernt gehalten werden und ermöglicht dadurch eine bessere Beobachtung des Schweißvorganges ohne Beeinträchtigung des Schutzeffekts des Gasstromes. Außerdem kann durch die Kohärenz des Gasstromes ein Teil der Gasführung unterhalb der Linse wesentlich kürzer ausgebildet oder ganz weggelassen werden, was insbesondere beim Schweißen von schwer zugänglichen Stellen von Vorteil ist. Auch bei gleichen Abständen zwischen Brenner und Werkstück hat der mit der Gaslinse versehene Brenner gegenüber einem Brenner ohne Gaslinse den Vorteil, daß ein geringer Gasfluß erforderlich ist, um den gleichen Schutzeffekt zu erhalten.
Gegenstand der Erfindung ist eine besondere Ausbildung der Gaslinse und deren Befestigung im Brenner.
Gemäß der Erfindung wird bei einem Brenner mit einer Gaslinse aus mehreren hintereinander angeordneten Sieben in dem die Elektrode umgebenden Gasdurchlaß vorgeschlagen, Siebe verschiedener Maschenweite in der .Gaslinse vorzusehen und ein Sieb mit großer Maschenweite in Richtung des Gasstromes hinter den Sieben mit feinerer Maschenweite anzuordnen.
Es hat sich gezeigt, daß bei Verwendung von Gaslinsen feinmaschige Siebe in mehreren Lagen die besten Resultate ergeben. Nachteilig hierbei ist aber, daß wegen der geringen Stärke der Siebe und deren geringem Widerstand gegen Spritzer eine Ausnutzung ihrer Vorteile nicht möglich erschien.
Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag strömt das Gas nunmehr zuerst durch mindestens zwei Siebe mit feinen Öffnungen von 0,05 bis 0,1 mm, vorzugsweise 0,7 mm, mittels derer ein kohärenter Gasstrom relativ großer Länge erreicht wird. Das grobe Sieb mit Öffnungen von 0,12 bis 0,20mm, vorzugsweise 0,15 mm, hindert nicht die Ausströmung des Gases und verschlechtert auch nicht die Kohärenz des Gasstromes, schützt aber die feinen Siebe vor Zerstörung durch Hitze und Spritzer.
Eine andere wichtige Erkenntnis dieser Erfindung ist die Notwendigkeit der Aufrechterhaltung eines optimalen Abstandes zwischen den Sieben. Die Anordnung von Distanzringen von 1 mm Dicke hat sich als besonders vorteilhaft und völlig ausreichend erwiesen. Durch Einhaltung der geringen Abstände kann der Brenner auch kleiner ausgebildet werden. An Stelle der Distanzringe können zwischen den feinmaschigen Sieben auch grobmaschige Siebe angeordnet werden. Dadurch wird eine besonders gute Versteifung der feinen Siebe ohne nachteilige Beeinflussung der Kohärenz des Gasstromes erreicht.
Die Teile der Gaslinse können einzeln in dem Gasdurchlaß angeordnet werden. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die Teile der Gaslinse am inneren und äußeren Umfang vorzugsweise in Ringen geführt und befestigt, so daß die Gaslinse eine Baueinheit bildet und auswechselbar im Gasdurchlaß angeordnet werden kann.
In 'der nachfolgenden, auf die Zeichnung bezugnehmenden Beschreibung ist die Erfindung näher erläutert. Es zeigt F i g.1 einen Brenner teilweise im Schnitt mit auswechselbar angeordneter Gaslinse, F i g. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus F i g.1, der die Ausbildung und Anordnung der Gaslinse zeigt, F i g. 3 einen entsprechenden Ausschnitt, wobei die Gaslinse allein in der Düse befestigt ist, F i g. 4 einen entsprechenden Ausschnitt, wobei die Gaslinse zwischen Düse und Elektrodenhalter angeordnet ist, F i g. 5 einen entsprechenden Ausschnitt mit gekürzter Düse, wobei die Gaslinse am unteren Ende des Gasführungsteiles befestigt ist.
In F i g.1 weist der Brenner ein Gehäuse 10, einen vorzugsweise isolierten Kopfteil 12 und einen Gasführungskörper 14 mit konzentrisch angeordnetem Elektrodenhalter 15 und darin geführter Elektrode 16 auf. Der Brenner ist außerdem mit einer aus isolierendem Material vorzugsweise Keramik bestehenden Gasführungsdüse 18 versehen.
Der zwischen dem Gehäuse 10 und der Düse 18 angeordnete Isolator 26 weist eine Anlagefläche und Begrenzung für die auf die Hülse 22 aufgeschraubte Düse 18 auf.
Elektrischer Strom wird der Elektrode 16 über den Elektrodenhalter 15 zugeführt, und das Schutzgas strömt durch den Gasführungskörper 14 und durch die radialen Bohrungen 20 in die Düse 18.
In der Ausführung nach F i g.1 umgibt die vorzugsweise aus Metall bestehende Gasführungshülse 22 mit Abstand eine gewisse Länge des Gasführungskörpers 14 und bildet so eine ringförmige Gaskammer. Die Gasführungshülse 22 lenkt außerdem das durch die Öffnungen 20 in die Kammer strömende Gas um.
Die Innenfläche der Gasführungshülse 22 ist am unteren Ende mit einer ringförmigen Aussparung versehen, in gleicher Weise wie das untere Ende des Gasführungskörpers 14. Eine Baueinheit von mehreren feinmaschigen Sieben L (s. F i g. 2) ist in den beiden Aussparungen befestigt. Die Baueinheit L weist Siebe 24 auf, die durch Distanzringe 25 und 27 in einem bestimmten Abstand voneinander gehalten werden. Die Siebe und Distanzringe werden in ihrer Stellung gegeneinander durch einen Innenring 28 und einen Außenring 32 festgehalten. Der Innenring 28 ist über das untere Ende des Gasführungskörpers 14 geschoben und wird in seiner Stellung durch einen Federring 30 gehalten. Der Außenring 32 ist in das untere Ende der Gasführungshülse 22 eingeschoben und wird in seiner Stellung durch einen Federring 38 gehalten. In F i g. 3 ist die Baueinheit L unterhalb des Gasführungskörpers 44 angeordnet. Der Innenring 28 umschließt dicht die Elektrode 16, und der Außenring 32 ist festgeklemmt zwischen der Stirnfläche der Gasführungshülse 48 und einer inneren Schulter der Düse 46.
In F i g. 4 ist der Außenring 32 in ähnlicher Weise zwischen Gasführungshülse 48 und der auf diese aufgeschraubten Düse 46 festgeklemmt. Dagegen ist der Innenring 28 zwischen der Stirnfläche des Gasführungskörpers 54 und einer Anlagefläche der durchbohrten Schraube 56, die in den Gasführungskörper 54 eingeschraubt ist, festgeklemmt.
In F i g. 5 ist die Gasführungshülse 48 von einem Isolationsring 58 umgeben, dessen untere Stirnfläche im wesentlichen in der gleichen Ebene wie die nach unten gerichtete Fläche der Gaslinsen-Baueinheit L liegt, so daß mit dieser Brennerausführung Schweißungen an Stellen durchgeführt werden können, welche mit der längeren Düse 18 nach F i g.1 nur schwierig zu erreichen sind. Diese Verkürzung der Düse ist nicht durchführbar ohne die Verwendung der feinmaschigen Siebe 24, da der Austritt des Gases dann in turbulenter Weise erfolgen und durch die Turbulenz des Gasstromes Luft in die Schweißzone mitgerissen würde. Das Ergebnis wären schlechte Schweißungen. Ein anderer sehr wichtiger Vorteil, der durch die Verkürzung der Düse erreicht wird, besteht darin, daß die Elektrode 16 nunmehr relativ weit bis zu etwa 25 mm unterhalb der Stirnfläche der Düse 58 herausragt. Dies erlaubt eine wesentlich genauere Beobachtung des Schweißbades und dessen Umgebung. Dadurch können besonders einwandfreie Schweißnähte hergestellt werden. Außerdem wird durch die erfindungsgemäße Anordnung die Zugänglichkeit schwer erreichbarer Stellen wesentlich erleichtert. Ferner betragen die Elektroden-Endenverluste, die bei üblichem Verbrauch der Elektroden anfallen, nur 45 % der bisherigen Verluste.
Um trotz geringer Höhe der Gaslinse eine so große aktive Oberfläche wie möglich zu erreichen, werden die Wände der Gasführungshülse in der Nähe der Siebe möglichst dünn ausgebildet. Dieses unterstützt auch eine ausreichende Kühlung des Gasführungskörpers.
Eine andere wichtige Aufgabe dieser Erfindung ist die Eliminierung von Gasströmen hoher Geschwindigkeit, die unmittelbar in die Siebe hineingerichtet sind. Derartige Gasströme wirken sich ungünstig auf die Vergleichmäßigung der Strömung aus mit dem Ergebnis einer Verminderung des Gasschutzes. Durch zusätzliche Lagen von Sieben könnte dieser Zustand korrigiert werden. Dies würde aber eine Erhöhung der Kosten für die Gaslinse bedeuten. Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung fließt das Schutzgas aus einer Anzahl von Öffnungen in dem Gaszuführungskörper radial in eine den Gasführungskörper umgebende Kammer und prallt gegen die Innenfläche der Düse. Dadurch wird eine Umlenkung des Gasstromes und eine Umwandlung dessen hoher Geschwindigkeit in dem gegenüber den radialen Bohrungen größeren Querschnitt der Kammer in eine langsame Geschwindigkeit erreicht, bevor der Gasstrom in die Gaslinse eintritt. Ein weiteres Merkmal ist, daß durch Reibung die kinetische Energie reduziert wird, was eine weitere Unterstützung in der Bildung einer kohärenten Strömung des Gasflusses durch die Drahtsiebe bedeutet. Bei der Verwendung derartiger Siebe kann eine größere Masse an dem unteren Teil des Gasführungsteils vorgesehen werden. Die größere Masse gewährleistet eine wirkungsvollere Kühlung und eliminiert dadurch das bekannte Problem der Abhängigkeit des Schweißelektrodendurchmessers von der Größe des Gasführungskörpers. Es ist nunmehr möglich, eine ausreichende Masse zu verwenden, um einen größeren Gasführungskörper zu erhalten, und auch größere Schweißelektroden zu verwenden, als es mit dieser Brennergröße bisher möglich war. Bei früheren Brennerausbildungen wurde es als erforderlich angesehen, eine relativ große ringförmige Öffnung zwischen dem Gasführungskörper und der Gaszuführungshülse vorzusehen, um einen ausreichenden Gasschutz zu erhalten. Auf Grund der vorliegenden Erfindung kann diese Fläche reduziert werden, wodurch der Einbau eines größeren Gasführungskörpers und die Verwendung größerer Schweißelektroden möglich ist. Zum Beispiel dort, wo bisher nur 3-mm-Schweißelektroden verwendet werden konnten, ist es nunmehr möglich, Elektroden mit einem Durchmesser von 4 mm zu gebrauchen. Eine derartige Anordnung erlaubt eine größere Flexibilität beim Schweißen.
Außerdem ist ein weiterer Vorteil der Anwandung derartiger Siebe, daß außergewöhnlich niedrige Gasdrücke vorhanden sind. Dadurch können die Ränder solcher Siebe ohne Schwierigkeiten abgedichtet werden; außerdem treten keine Probleme in der Verhinderung von Leckströmen auf.

Claims

Patentansprüche: 1. Schutzgaslichtbogenschweißbrenner mit einer Gaslinse aus mehreren hintereinander angeordneten Sieben in dem die Elektrode umgebenden Gasdurchlaß, nach Patent 1209 676, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Siebe(24) verschiedene Maschenweiten besitzen und ein Sieb mit großer Maschenweite in Richtung des Gasstromes hinter den Sieben mit feinerer Maschenweite angeordnet ist. z. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feinen Siebe eine Maschenweite von 0,05 bis 0,1 mm, vorzugsweise 0,7 mm, und das insbesondere einzige grobe Sieb eine Maschenweite von 0,12 bis 0,20 mm, vorzugsweise 0,15 mm, besitzen. 3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Sieben (24) etwa 1 mm dicke Distanzringe angeordnet sind. 4. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen feinmaschigen Sieben jeweils ein grobes Sieb angeordnet ist. 5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der Gaslinse (L) am inneren und äußeren Umfang vorzugsweise in Ringen (27, 28) geführt und befestigt sind und eine Baueinheit bilden, die auswechselbar im Gasdurchlaß angeordnet ist. 6. Brenner nach Anspruch 5 mit einem Gasdurchlaß, der durch den Gasführungskörper und eine diesen mit Abstand umgebende Gasführungshülse gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit mit ihrem Außenring (32) in einer Aussparung am unteren Ende der Gasführungshülse (22) und mit ihrem Innenring (28) in einer Aussparung am unteren Ende des Gasführungskörpers (14) angeordnet ist. 7. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Teile der Gaslinse in sich gegenüberliegenden Aussparungen im Gasführungskörper und in der Gasführungshülse befestigt sind. B. Brenner nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit bzw. die einzelnen Teile der Gaslinse mit mindestens einem Federring festgehalten werden. 9. Brenner nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasführungshülse (48) von einem Isolationsring (58) umgeben ist, der in etwa der gleichen Ebene wie die nach unten gerichtete Fläche der Gaslinse endet. 10. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem Gasdurchlaß, der durch den Gasführungskörper und eine diesen mit Abstand umgebende Gasführungshülse gebildet wird und wobei auf die Gasführungshülse eine Düse aufgeschraubt ist, welche über diese hervorsteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaslinse (L) mit ihrem Außenring (32) zwischen der Stirnfläche der Gasführungshülse (48) und einer Schulter der Düse (46) festgeklemmt ist und ihr Innenring (28) derart ausgebildet ist, daß er die Elektrode (16) dicht umschließt. 11. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem Gasdurchlaß, der durch den Gasführungskörper und eine diesen mit Abstand umgebende Gasführungshülse gebildet wird und wobei an der Gasführungshülse eine Düse angeschraubt ist, welche über diese hervorsteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaslinse mit ihrem Außenring (32) zwischen der Stirnfläche der Gasführungshülse (48) und einer Schulter der Düse (46) und mit ihrem Innenring (28) zwischen der Stirnfläche des Gasführungskörpers (54) und einer Anlagefläche einer in dem unteren Teil des Gasführungskörpers (54) angeordneten Hohlschraube (56) festgeklemmt ist.