DE1440618B2

DE1440618B2 -

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Publication number: DE1440618B2
Application number: DE19611440618
Authority: DE
Priority date: 1960-10-17
Filing date: 1961-10-11
Publication date: 1970-10-29
Also published as: DE1440618A1; US3027447A; GB973652A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen Es ist ein Lichtbogenbrenner bekannt für die Vereines Plasmastromes hoher Temperatur in einem Wendung von nebeneinander angeordneten Hochelektrischen Lichtbogenbrenner, der eine mittlere Spannungselektroden. Das zu erhitzende Gas wird Düse und eine einzelne Stabelektrode aufweist, die um jede Elektrode geführt, so daß es die Elektrode nahe dem Düseneintritt und in axialer Ausrichtung 5 wie eine Hülle umgibt und sie gleichzeitig kühlt, damit angeordnet ist, so daß ein ringförmiger Ein- Außerdem wird zusätzliches Gas durch einen Ringtrittsdurchgang gebildet ist. spalt hindurch in den Reaktionsraum eingeführt.

Solche Lichtbogenbrenner verwenden grundsätz- Dieses Gas trifft direkt auf die Elektroden auf und

lieh einen elektrischen Lichtbogen zur Erhitzung ist quer zu dem Gasstrom um jede Elektrode ge-

eines Gasstromes. Das Gas richtet den Lichtbogen io richtet, was zur Bildung einer turbulenten Strömung

längs der Achse eines Durchganges aus, und das Gas führt.

wird seinerseits durch den Lichtbogen auf außer- Es ist auch ein Lichtbogenbrenner mit einer einordentlich hohe Temperaturen erhitzt. In manchen zelnen stabförmigen Elektrode und einer Düse beFällen, z. B. bei der Erhitzung leitender Materialien, kannt, bei dem das durch eine Anzahl von Kanälen wie Metallen, geht der Lichtbogen durch den Durch- 15 hindurchgehende Gas direkt auf die stabförmige gang oder eine Düse hindurch und trifft auf das Elektrode bzw. ihre Hülle auftrifft, so daß turbulente Werkstück auf. In anderen Fällen trifft der Licht- Strömung erhalten wird.

bogen auf die Wandung des Durchganges auf, und es Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein

wird nur das erhitzte Gas aus der Düse ausgestoßen. Verfahren zum Erzeugen eines Plasmastromes sehr

Bisher sind die Bemühungen in der Entwicklung 20 hoher Temperatur, jedoch niedriger Geschwindigvon derartigen Lichtbogenbrennern auf die Erzeu- keit und damit geringer kinetischer Energie zu gung von Plasmaströmen hoher Geschwindigkeit ge- schaffen, wie er beispielsweise beim Schmelzrichtet gewesen. Wenn ein Brenner zum Schneiden schweißen benötigt wird.

von Metallen verwendet wird, ist ein Plasmastrom Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch

hoher Geschwindigkeit notwendig, um das geschmol- 25 gelöst, daß ein Strom von plasmabildendem Gas in

zene Metall aus dem Bereich des Brennschnittspaltes den ringförmigen Eintrittsdurchgang ohne direktes

zu verdrängen. Wenn ein Brenner für Metallisierungs- Auftreffen des Gases auf die Elektrode und die Düse

vorgänge verwendet wird, bei denen geschmolzene und in laminarem Strömungszustand in der Düse

Metalltröpfchen gegen eine Fläche gerichtet werden, entsprechend einer Reynold-Zahl von kleiner als

sind Plasmaströme hoher Geschwindigkeit ebenfalls 3° 2200 eingeführt wird,

oft erforderlich. Durch die Erfindung wird nicht nur ein Plasma-

Während zahlreiche Vorgänge einen Plasmastrom strom geringer kinetischer Energie erhalten, sondern

hoher Geschwindigkeit bzw. hoher kinetischer es ist unerwartet gefunden worden, daß die Tempe-

Energie erfordern, wie in den vorstehend beispiels- raturen, auf die das Plasma erhitzt werden kann, viel

weise angeführten Fällen, können andere Vorgänge 35 höher sind, als sie bisher erzielt werden konnten,

nur unter Verwendung von Plasmaströmen durch- Ferner ist im Betrieb der Geräuschpegel beträchtlich

geführt werden, die eine geringe kinetische Energie herabgesetzt. Während der Geräuschspiegel unter

haben. Beispielsweise muß beim Schmelzschweißen üblichen Strömungsbedingungen 115 db beträgt, wird

der Plasmastrom ein genügend kleines Moment der Geräuschpegel unter Bedingungen einer völlig

haben, damit eine nachteilige Störung der Schweiß- 40 laminaren Strömung gemäß der Erfindung auf 80 db

masse verhindert wird. herabgesetzt.

Ein experimentelles Forschungsprogramm, das auf Die Erfindung umfaßt auch verschiedene Vorrich-

die Entwicklung eines Brennes zur Erzeugung eines tungen zur Durchführung des Verfahrens. Dabei

Plasmastromes geringer Geschwindigkeit gerichtet geht die Erfindung aus von einem Lichtbogenbrenner

war, hat zu den Prinzipien der vorliegenden Erfin- 45 mit einer einzelnen stabförmigen Elektrode mit sich

dung geführt. Es ist gefunden worden, daß solche verjüngender Spitze, die von einer ringförmigen

erwünschten Plasmaströme geringer Geschwindigkeit Kammer umgeben ist, in die wenigstens ein Gas-

durch die Verwendung laminarer Gasströmung er- zufuhrkanal mündet.

halten werden können. Unter laminarer Strömung Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der soll eine Gasströmung verstanden werden, die im 50 Erfindung ist eine solche Vorrichtung dadurch gewesentlichen frei von Wirbelbewegung ist. Eine kennzeichnet, daß wenigstens zwei Gaszufuhrkanäle solche Strömung liefert aus Gasmolekülen bestehende vorgesehen sind, die von der Kammer ausgehen und Schichten, die sich sämtlich in im wesentlichen par- im wesentlichen parallel zur Oberfläche der sich verallelen Bahnen bewegen; daher der Ausdruck jungenden Elektrodenspitze verlaufen,
laminar. Es ist wesentlich, daß Bewegungslinien, die 55 Bei einer solchen Vorrichtung wird das plasmaradiale Komponenten haben (eine Folge von Wirbe- bildende Gas derart parallel zu der Oberfläche der lung), unterdrückt oder ausgeschaltet werden. Eine Elektrodenspitze geführt, daß ein scharfes und direksolche Strömung hat auch eine geringe kinetische tes Auf treffen des Gases auf die Elektrode und auf Energie, und für einen gegebenen Düsendurchmesser die Düsenwandung vermieden ist. Demgemäß kann glüht eine viel kleinere Gasmenge je Zeiteinheit als 60 die geforderte laminare Strömung bequem erzielt bei bekannten Vorrichtungen. und aufrechterhalten werden.

Lichtbogenbrenner, die für die Erzeugung eines Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungs-Plasmastromes hoher Geschwindigkeit entwickelt form der Erfindung ist eine Vorrichtung der genannsind, sind allgemein für laminare Strömung nicht ten Art dadurch gekennzeichnet, daß ein Gaszufuhrgeeignet, weil sie mit großen Gasmengen arbeiten, 65 kanal radial außerhalb einer in der ringförmigen wobei die Erzielung von stabilisierenden Gasströmen Kammer angeordneten ringförmigen porösen Wand hoher Geschwindigkeit Zuführdurchgänge bedingen, angeordnet ist.
an denen beträchtlicher Druckabfall erzeugt wird. Eine noch andere bevorzugte Ausführungsform

einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein Gaszufuhrkanal stromauf von in der ringförmigen Kammer radial angeordneten Beruhigungsschirmen angeordnet ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen Lichtbogenbrenner mit gemäß der Erfindung ausgebildeten Injektordurchgängen;

Fig. 2a und 2b dienen zur Veranschaulichung des Unterschiedes zwischen einem laminaren und einem turbulenten Fluß;

F i g. 3 zeigt die Verwendung einer porösen Wandung zum Aufteilen des Gasflusses; ib

F i g. 4 zeigt die Verwendung von »Beruhigungs«- Schirmen;

F i g. 5 veranschaulicht einen Lichtbogenbrenner gemäß der Erfindung für das Arbeiten mit »übertragenem Lichtbogen«;

F i g. 6 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Gasflußgeschwindigkeit und dem Geräuschspiegel wiedergibt;

Fig. 7 veranschaulich eine abgeänderte Ausführungsform eines Brenners gemäß der Erfindung.

Der Lichtbogenbrenner gemäß Fig. 1 ist beim Arbeiten mit »nichtübertragenem Lichtbogen« wiedergegeben. Eine übliche Gleichstromquelle 10 (die in diesem Fall mit gleichbleibender Polarität arbeitet) führt über einen Leiter 11 einer Kathode 12 Elektronen zu. Die Kathode 12 wird von einem Träger 13 in einer bestimmten Abstandsbeziehung zu einer Düse 15 gehalten. Der Träger 13 und die Düse 15 sind durch einen Isolierteil 14 voneinander elektrisch getrennt. Aus der Spitze der Kathode 12 fließen die Elektronen aus, um die bei 22 angedeutete Lichtbogensäule zu bilden, die sich in einen Durchgang 16 hinein (oder durch ihn hindurch) erstreckt. Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 trifft der Lichtbogen auf die Innenfläche des Durchganges 16 an der Stelle 17 auf. Der elektrische Stromkreis ist durch einen Leiter 21 geschlossen.

Die Lichtbogensäule wird auf wenigstens einem Teil des Durchganges 16 von einem Gasstrom im wesentlichen zentral stabilisiert. Der Mechanismus dieser Stabilisierung wird weiter unten an Hand der F i g. 2 a und 2 b näher erläutert.

Das Gas tritt in den Brenner durch einen Einlaß 19 ein und füllt eine ringförmige Kammer 23. Es wird dann durch Öffnungen 20 gleichmäßig verteilt, um an der Spitze der Kathode 12 vorbei in den Durchgang 16 zu strömen. Es ist höchst erwünscht, daß die aus den Öffnungen 20 austretenden Gasströme nicht dadurch gestört werden, daß sie auf die Kathode oder andere Teile des Brenners auftreffen, bevor sie in den Durchgang 16 eintreten. Es sind Versuche durchgeführt worden, bei denen die öffnungen 20 unter einem solchen Winkel geneigt waren, daß ein direktes Auftreffen dieser mehrfachen Ströme auf die Kathode 12 stattfand. Das Arbeiten , des Brenners war dann beträchtlich empfindlicher, j und der Bereich von Gasflüssen, die laminare Ein-I trittsbedingungen schaffen, war drastisch herab- ; gesetzt.

j Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, bilden die Öffnun- : gen 20 Kanäle, die so angeordnet sind, daß sie par- ! allel zu den Seitenflanken der Spitze der Kathode 12 verlaufen. Es wird vorzugsweise eine Mehrzahl von Öffnungen verwendet, die in gleichem Abstand voneinander um die Kathode 12 herum angeordnet sind.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, einen glatten, laminaren, gleichmäßig verteilten Gasfluß in der Lichtbogenzone zu erzeugen. Diese laminare Natur des Gasflusses schafft die neuen Merkmale der Erfindung.

An Hand der Fig. 2a und 2b können die Bedingungen eines laminaren und eines turbulenten Flusses in die Lichtbogendüse miteinander verglichen werden.

In F i g. 2 a verläuft der laminare Fluß, der durch Pfeile 25 angedeutet ist, im wesentlichen parallel zu den Begrenzungswänden des Durchganges 16 des Brenners. In dem laminaren Fluß ist jede radiale Bewegung der Gasmoleküle auf ein absolutes Minimum herabgesetzt, so daß der Gasfluß ein solcher ist, wie er durch die Pfeile veranschaulicht ist.

Fig. 2b zeigt eine entsprechende Brennerausbildung, bei der jedoch ein turbulenter Gasfluß in den Durchgang 16 eintritt. Einem parallelen Gasstrom sind durch Pfeile 26 angedeutete Wirbel -überlagert, die eine beträchtliche radiale Komponente in dem Gesamtflußmuster entstehen lassen. In den Fig. 2a und 2b sind die Arbeitsweisen auf der Basis einer gleichen Gaszufuhr und eines gleichen elektrischen Stromes verglichen.

In F i g. 2 a erstreckt sich die Lichtbogensäule 22 ziemlich weit in den Durchgang 16 hinein. Dies ist auf das Fehlen einer erzwungenen Radialbewegung von leitenden Teilchen, wie Elektronen und Ionen, zurückzuführen. Diese Elektronen und Ionen verbleiben in unmittelbarer Nähe der Lichtbogensäule und haben keine nennenswerte Bewegung in radialer Richtung. Die Lichtbogensäule kann nicht eher auf die Wandung des Durchganges auftreffen, bis sich ein ionisierter Weg von selbst darstellt. Sobald ein Ion sich aus dem Bereich des Lichtbogens entfernt, kommt es mit der verhältnismäßig kühlen Gashülle in Berührung, so daß es zerstört oder neutralisiert wird. Es wird daher angenommen, daß ein doppelter Effekt vorhanden ist, durch welchen der Lichtbogen längs der Achse des Durchganges gehalten wird. Erstens ist eine radiale Bewegung eines Elektrons oder Ions gegen die Wand lediglich auf Grund seiner eigenen kinetischen Energie möglich. Zweitens muß es auf diesem radialen Weg durch eine kühle Gashülle hindurchgehen, deren Moleküle sich nicht mit nennenswerter radialer Komponente bewegen. Es ist daher ersichtlich, daß der Lichtbogenkreis sich erst dann schließen kann, wenn die Lichtbogensäule sich in radialer Richtung verbreitert und die Gashülle selbst ausreichend erhitzt oder genügend dünn wird, um ionisierten Teilchen zu gestatten, die Wand des Durchganges zu erreichen.

Im Falle eines turbulenten Flusses wird eine Massenübertragung durch Wirkung von Wirbeln verursacht. Heiße ionisierte Gasmassen bewegen sich aus dem Bereich des Lichtbogens in radialer Richtung. In Fig. 2b ist die Wirkung solcher Wirbel durch die Pfeile 26 veranschaulicht. Diese erzwungene Massenübertragung führt viel rascher zu der Bildung eines ausreichend ionisierten Weges als im Fall des laminaren Flusses. Bei geringer Gaszufuhr erstreckt sich die Lichtbogensäule nur über eine kurze Strecke in den Durchgang 16 hinein, und sie könnte in dem in Fig. 2b veranschaulichten Fall zu

einer Zerstörung der Brennerdüse infolge des Auftreffens eines konzentrierten Lichtbogens führen.

Um unter den Bedingungen eines turbulenten Flusses ein stabiles Arbeiten zu erhalten, ist es notwendig (und dies hat sich bei bekannten Vorrichtungen tatsächlich als notwendig erwiesen), daß eine verhältnismäßig große Gasmenge zugeführt wird. Die axiale Geschwindigkeit dieser großen Gasmenge »bläst« den Lichtbogen längs der Länge des Durchganges. Auf diesem Mechanismus beruht das Arbeiten bekannter Lichtbogenbrenner. Die Scherkraft gleicht die Turbulenzeffekte aus.

Wie hier aufgezeigt, wird, wenn beim Arbeiten mit turbulentem Fluß die Gaszufuhr gedrosselt wird, ein Punkt erreicht, an welchem das Arbeiten unzufriedenstellend wird. Für einen üblichen, mit »nichtübertragenem Lichtbogen« arbeitenden Brenner mit einem Düsendurchgang von etwa 6 mm Durchmesser beträgt die minimale Gaszufuhr ungefähr 100 englische Kubikfuß*) (2830 dm³) je Stunde bei einem ao elektrischen Strom von 700 A. Bei Benutzung von Stickstoff hat unter diesen Bedingungen die Spannung einen Wert von 60 V.

Bei Verwendung der gleichen 6-mm-Düse und der gleichen Kathode, jedoch mit einer Ausbildung, die einen laminaren Einlaßgasfluß in den Lichtbogendurchgang schafft, wird ein kontinuierliches Arbeiten mit einer Gaszufuhr von nur etwa 5 cu.ft./h (142 dm³/h) bei 700 A ermöglicht, während die Spannung auf einen Wert von 40 V herabgesetzt ist. Die minimale Gasflußgeschwindigkeit ist daher bei dem laminaren Fluß auf nur 5% des Wertes bei turbulentem Fluß reduziert.

Während bei einem turbulenten Fluß die Eingangsenergie je Kilo Stickstoff 8340 kcal (dem Brenner zugeführte Energie, abzüglich aller Heizverluste) beträgt, kann dieser Wert im Fall des laminaren Flusses auf über 33 360 kcal gesteigert werden. Dies ist eine vierfache Erhöhung des spezifischen Wärmeinhaltes des Plasmagases.

Das Arbeiten unter laminaren Strombedingungen ist von dem Arbeiten unter turbulenten Strombedingungen sowohl optisch als auch akustisch leicht zu unterscheiden. Unter turbulenten Bedingungen wird bei einem elektrischen Strom von irgendeiner gegebenen Größe ein kurzer Plasmastrahl erzeugt. In das aus dem Düsendurchgang austretende erhitzte Gas mischt sich rasch Atmosphärenluft ein. Bei einem Brenner mit einer Düse von 6 mm Durchmesesr, der bei 42 kW arbeitet, hat der turbulente Strahl eine Länge von ungefähr 8 cm. Im Falle des Arbeitens mit laminarem Fluß hat der Plasmastrahl bei 28 kW eine Länge bis zu 46 cm.

Während der turbulente Plasmastrahl ein sehr starkes Geräusch erzeugt, so daß die Bedienungsperson einen Ohrschutz tragen muß, ist das Geräusch des laminaren Plasmastrahls sehr schwach. Die laminare Flamme hat ein »ruhiges« Aussehen. Ferner wirkt der auf einer außerordentlich hohen Temperatur befindliche laminare Plasmastrahl über eine vielfach größere Entfernung von dem Brenner als ein turbulenter Strahl. Beispielsweise läßt sich mit dem laminaren Plasmastrahl ein in einer Entfernung von 25 cm vom Brenner angeordneter Wolframstab 65

*) Aus Gründen der besseren Vergleichbarkeit werden

hier die runden britischen Werte (cu.ft./h) an erster Stelle und die entsprechenden metrischen Werte (dm³/h) an zweiter Stelle in Klammern angeführt.

leicht schmelzen. Bei einem turbulenten Strahl beträgt diese Entfernung, wenn alle anderen Bedingungen die gleichen sind, nur etwa 8 cm.

Die F i g. 3 und 4 veranschaulichen weitere Mittel zum Erzeugen eines gleichförmigen und laminaren Flusses.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 3 ist eine poröse Wand in Form eines Zylinders 31 vorgesehen. Das Gas wird in eine ringförmige Kammer 33 eingeführt, aus welcher es durch das den Zylinder 31 bildende poröse Material hindurch in eine innere Kammer 32 diffundiert. Von der Kammer 32 strömt das Gas aus einem ungestörten Zustand laminar an der Kathode 12 vorbei in den Durchgang 16 der Düse 15. Der in F i g. 3 wiedergegebene poröse Zylinder 31 kann aus nichtleitendem Material hergestellt sein, jedoch kann er bei anderen Ausführungen, bei denen eine elektrische Isolierung nicht erforderlich ist, aus porösem Metall hergestellt sein.

Ein anderes Mittel zum Herabsetzen der Intensität eines turbulenten Gasfiusses besteht darin, Elemente vorzusehen, die als Beruhigungsschirme bezeichnet werden können, wie sie in Fig. 4 bei 37 angedeutet sind. Das Gas wird in einen ringförmigen Raum 35 oberhalb der Schirme 37 eingeführt, aus welchem es durch die Schirme 37 hindurch in eine Kammer 36 tritt. Solche Schirme können auch zylindrisch wie der poröse Zylinder gemäß F i g. 3 angeordnet sein. Es können auch andere Mittel benutzt werden, um den gemäß der Erfindung verlangten laminaren Fluß zu erzeugen.

Ein Maß für den Turbulenzgrad einen Gasflusses ist durch die Reynold-Zahl N₁. gegeben. Diese dimensionslose Größe wird durch den Ausdruck bestimmt:

worin V die Flußgeschwindigkeit, d den Durchmesser des Durchganges, ρ die Gasdichte und u die Gasviskosität bedeutet.

Ein laminarer Fluß für einen völlig entwickelten Kanalstrom ist bei N_r = 2200 vorhanden. Ein Übergangsbereich zwischen einem laminaren und einem turbulenten Fluß ist bei einem Wert von N_r zwischen 2200 und etwa 5000 vorhanden. Ein völlig turbulenter Kanalstrom ist bei einem Wert von N₁. über 5000 vorhanden. Es ist ersichtlich, daß ein laminarer Fluß für irgendeinen Düsendurchmesser und irgendeine Gasart dadurch erreicht wird, daß die Flußgeschwindigkeit V vermindert wird. Daher sind für einen Kanalstrom nur verhältnismäßig niedrige Gasgeschwindigkeiten möglich.

Da die Flußwege innerhalb eines typischen Brennerkörpers gewöhnlich sehr kurz sind, ist es nicht wahrscheinlich, daß laminare Kanalstrombedingungen erhalten werden. Daher ist z. B. die Verwendung von Beruhigungselementen erforderlich. Von besonders hohem Wert (in denjenigen Fällen, in denen höhere Gasgeschwindigkeiten aus der Düse erwünscht sind, aber nichtsdestoweniger ein laminarer Fluß gefordert wird) ist die Verwendung der Mach-Hebra-Düse, die Reynold-Zahlen bis 40000 und höher zuläßt. Auf diese Weise kann eine hohe Geschwindigkeit bei niedrigem Geräuschspiegel erzielt werden.

Während die vorstehend im einzelnen beschriebene Arbeitsweise sich auf Brennerausführungen mit

Claims

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:htübertragenem Lichtbogen« bezieht, ist die An- Abschirmen der Schweißzone kann durch Veridung der einen laminaren Fluß gewährleistenden wendung von Argon oder einem anderen Edelgas lzipien der Erfindung auf die Arbeitsweise mit vorgesehen werden. Es werden Wärmeübertragungs-■ertragenem Lichtbogen« ebenfalls von großer geschwindigkeiten erzielt, die vielmals größer als bei ktischer Bedeutung. 5 einer Sauerstoff-Acetylen-Flamme sind, und bei weit

⁷ i g. 5 veranschaulicht die Verwendung eines mit geringeren Strahlmomenten.

:rtragenen Lichtbogen arbeitenden Brenners zum Wenn in den Lichtbogen ein pulverförmiges Ma-

iweißen. Die miteinander zu verschweißenden terial eingeführt wird, um es zu schmelzen, ist es oft ikstücke 42 und 43 werden vor dem Brenner schwierig, dies mit einem Plasmastrahl hoher Ge- ;eordnet, und der Lichtbogen 40 überträgt sich io schwindigkeit zu erreichen, was gewöhnlich auf die : diese Arbeitsstücke, wobei der Lichtbogenkreis kurze Verweilzeit des einzelnen Teilchens in der sr den Leiter 21 geschlossen ist. Der aus der Düse Erhitzungszone zurückzuführen ist. Laminare Piasaustretende Plasmastrom 41 hat nur geringe maströme schaffen eine viel längere Verweilzeit und chtungsbeständigkeit und ist frei von einem uner- stellen ein zuverlässiges, billiges Mittel dar, um alle inschten Moment, welches die Schweißmasse 15 Arten von Materialien zu schmelzen oder in Tropfeniren würde, form zu bringen.

Die Feststellung, ob ein Brenner unter den lamina- Ein Plasmastrom geringer Geschwindigkeit eignet

ti Flußbedingungen gemäß der Erfindung oder sich gut zum Wachsenlassen von Kristallen nach lter turbulenten Bedingungen wie bei üblichen Verneuil-Prinzip, da die Oberfläche der Flüssigkeit chtbogenbrennern arbeitet, kann leicht auf Grund 2° nur in minimalem Ausmaß gestört wird. :s sich ergebenden Geräuschspiegels getroffen Es ist ersichtlich, daß bei der praktischen Durcherden, führung der Erfindung die Lichtbogensäule durch

F i g. 6 ist eine aus tatsächlichen Versuchsergeb- Gaswirkung stabilisiert wird. Während das Gas gessen erhaltene graphische Darstellung, welche die wohnlich unter einem kleinen Druck längs der eziehung zwischen dem Gasfluß und dem Geräusch- 25 Kathode in die Düse strömen gelassen wird, ist ge-5iegel wiedergibt. Bei einer Stickstoffzufuhr von funden worden, daß eine solche Abgabe tatsächlich 00 cu.ft./h (2830 dm³/h) liegt der Geräuschspiegel nicht wesentlich ist. Ein Brenner arbeitet zufriedenei 115 db, wobei der Wert von 100 db als noch stellend, wenn man, wie dies in Fig. 7 veranschaurträglicher oberer Geräuschspiegel angesehen wer- licht ist, Atmosphärenluft oder ein anderes Gas en soll. Dieser übermäßig hohe Spiegel von 115 db 3° durch die Wirkung der durch Pfeile 53 angedeuteten ileibt erhalten, bis die Gaszufuhr auf unter Plasmagasströme ansaugen läßt. In diesem Fall wird .5 cu.ft./h (425 dm³/h) herabgesetzt ist, worauf der das plasmabildende Gas unter Druck durch einen jeräuschspiegel steil abfällt, bis er bei 5 cu.ft./h Einlaß 50 in einen Verteilerraum 51 eingeführt. Die 142 dm³/h) unterhalb des mittleren Arbeitsraum- Gasströme 53 ergeben sich aus der Expansion des 3eräuschspiegels liegt, der in F i g. 6 durch die stark 35 durch Öffnungen 52 hindurchgehenden Gases. Eine msgezogene waagerechte Linie α angedeutet ist. solche Ausführung stellt ein geeignetes Mittel zum Zusätzlich zu dieser Geräuschspiegelherabsetzung Einführen von Stoffen in den Plasmastrahl dar. wird der Plasmastrahl in überraschender Weise in Beispielsweise kann ein Pulver in den erzwungenen seiner Länge beträchtlich ausgedehnt. Argon ergibt Gasfluß eingeführt werden, der aus den Öffnungen eine etwas unterschiedliche Charakteristik, jedoch 40 52 in Form der Ströme 53 austritt. Das Arbeitseine ähnliche Herabsetzung des Geräuschspiegels. kriterium dieser Brennerausführung beruht auf dem Die Prinzipien der Erfindung basieren auf der Umstand, daß der Fluß des angesaugten Gases, der Erzeugung eines laminaren Gasflusses in dem Licht- durch Pfeile 54 angedeutet ist, laminar ist. bogendurchgang sowie auf der Aufrechterhaltung In vielen Fällen, in denen größere Energiewerte des laminaren Flusses in dem erzeugten Plasmastrahl. 45 erwünscht sind, ist es vorteilhaft, höhere Lichtbogen-Aus noch nicht völlig geklärten Gründen ist für spannungen vorzusehen. Solche höhere Spannungen einen gegebenen Durchmesser des Düsendurchganges können dadurch erhalten werden, daß ein erster und einen gegebenen Einlaßgasfluß ein Bereich des Durchgang, der elektrisch neutral ist, und eine zweite elektrisches Stromes vorhanden, der ein optimales Düse verwendet werden, die einen zweiten DurchErgebnis liefert, d. h. den niedrigsten Arbeits- 50 gang schafft, der koaxial und in Reihe zu dem ersten geräuschspiegel bei dieser besonderen Kombination. Durchgang liegt. Die zweite Düse dient als die zweite Der elektrische Strom wird bei einer Düse von Elektrode. Dieser elektrisch »schwimmende« Mittel-4,8 mm Durchmesser vorzugsweise auf einem Wert durchgang schafft einen längeren Abstand zwischen zwischen 300 und 500 A gehalten, während er sich der Kathode und der zuerst zur Verfügung stehenden bei einer Düse mit einem Durchmesser von 7,9 mm 55 Anodenfläche.

auf einen Wert zwischen 500 und 800 A erhöht. Obgleich bei den oben beschriebenen Beispielen

Oberhalb und unterhalb dieser optimalen Werte des Gleichstrom mit gleicher Polarität verwendet ist, ist elektrischen Stromes erhöht sich der Geräuschspiegel die Erfindung auch auf das Arbeiten mit Gleichstrom etwas, oder das Geräusch enthält störende Ober- von umgekehrter Polarität und auf das Arbeiten mit wellen. 60 Wechselstrom anwendbar.

Die praktischen Vorteile des laminaren Plasma- .

Strahles sind für den Fachmann ohne weiteres er- Patentansprüche:

kennbar. Ein Schweißen kann erstmalig mit einer 1. Verfahren zum Erzeugen eines Plasma-

»Flamme« (nichtübertragener Lichtbogen) durch- stromes hoher Temperatur in einem elektrischen

geführt werden, deren Charakteristiken regelbar sind. 65 Lichtbogenbrenner, der eine mittlere Düse und Die Flammentemperatur kann in einfacher Weise eine einzelne Stabelektrode aufweist, die nahe

dadurch geändert werden, daß die Energiehöhe ge- dem Düseneintritt und in axialer Ausrichtung

ändert wird. Eine völlig inerte Atmosphäre zum damit angeordnet ist, so daß ein ringförmiger

Eintrittsdurchgang gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strom von plasmabildendem Gas in den ringförmigen Eintrittsdurchgang ohne direktes Auftreffen des Gases auf die Elektrode und die Düse und in laminarem Strömungszustand in der Düse entsprechend einer Reynold-Zahl von kleiner als 2200 eingeführt wird.
2. Lichtbogenbrenner zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer einzelnen stabförmigen Elektrode mit sich verjüngender Spitze, die von einer ringförmigen Kammer umgeben ist, in die wenigstens ein Gaszufuhrkanal mündet, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Gaszufuhrkanäle (20) vorgesehen sind, die von der Kammer ausgehen und im wesentlichen parallel zur Oberfläche der sich verjüngenden Elektrodenspitze verlaufen.
3. Lichtbogenbrenner zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer einzelnen stabförmigen Elektrode mit sich verjüngender Spitze, die von einer ringförmigen Kammer umgeben ist, in die wenigstens ein Gaszufuhrkanal mündet, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gaszufuhrkanal radial außerhalb einer in der ringförmigen Kammer (32, 33) angeordneten ringförmigen porösen Wand (31) angeordnet ist.
4. Lichtbogenbrenner zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer einzelnen stabförmigen Elektrode mit sich verjüngender Spitze, die von einer ringförmigen Kammer umgeben ist, in die wenigstens ein Gaszufuhrkanal mündet, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gaszufuhrkanal stromauf, von in der ringförmigen Kammer (35, 36) radial angeordneten Beruhigungsschirmen (37) angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen