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Schweißbrenner für das Schutzgas-Lichtbogenschweissen mit abschmeZender
Elektrode Die Erfindung betrifft einen Schweißbrenner für das Schutzgas-Lichtbogenschweissen
mit abschmelzender Elektrode mit einem, im wesentlichen aus einer im Mündungsbereich-dickwandigen
Gasdüse und einem konzentrisch innerhalb dieser Gasdüse angeordneten Drahtführungsstück
bestehenden Brennerkopf.
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Es sind Schweißbrenner für das Schutzgas-Lichtbogenschweissen mit
abschmelzender Elektrode bekannt, bei denen der Brennerkopf im wesentlichen aus
einer Gasdüse und einem konzentrisch innerhalb dieser Gasdüse angeordneten DrahtfUhrungsstück
besteht. Bei dieser Anordnung wird der Lichtbogen beim Schweissen durch eine Schutzgashülle
gegen die an der l#c!bweißstelle unerwünschten
Wirkungen der umgebenden
At;nosp'tiär,@ abgeschirmt. Für die Qualität der durchzuführi#.-nden Schweißungen
lst es Lierbei wichtig, daß der Schutzguss trom wirbelfrei ur:ri Lichtbi;@,--.:n
(211ihüllt und die freie Draritlärige, d.:.. uas Schweil@urar.;,t:ncir sehen dem
als Drahtdüse bezeiciirie(,er, verjüne;ttn Ende des Dr,ar"_.-führungsstückes und
dem Lichtbogen mög.Lich-t Klein eer,alt,er, wird. Ausserdem ist es aus wirtschaftlichen
Gr-ünd:.ri erwür.Scht, den Schutzgasaufwarid möglichs : gering zu i:alten.
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Diesen Forderungen wird in der Regel daui.zrc:. Re::hnUng getragen,
daß der Brennerkopf zehr, r:ari#@ an die S.:r@wF:i!@-stelle herangebracht wird.
Auf diese Weise lassen sic:1 zwar hältnismäßig gute Ergebnisse erzielen, doci: 1s.,
der vordere, der Schweißstelle zugewandte Teil des Schwei.3c:nfe:: dabei einer erheblichen
Wärmebelastung ausgesetzt. Ungünstig wirk- sich vor allem der von der Wärmestrahlunb,
betroffene, nach vorne offene Hohlraum des Brennerkopfes aus; in dem die Strahlungsenergie
gesammelt wird und nur unzureichend wieder abgeleitet werden kann. Als Folge dieser
Wärmebelastung ergibt sich eir: mit der Schweißstromstärke steigender Kühlbedarf
des Brennerkopfes, der vor allem dann erheblich ist, wenn es sich um sogenannte
heiße Lichtbögen, d.h. solchen, die in argonreichen Schutzgasen brennen, handelt.
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Bei bekannten Brennerkonstruktionen wurde versucht, diesem größeren
Kühlbedarf durch eine Verengung der Gasdüse und damit einer Verkleinerung des Eintrittsquerschnittes
für die Wär-
Suhiießlich sind auch noch Schweißbrenner bekannt, bei denen die Gasdüse durch eine
gasd:1I'cniässige Schicht, die die Wärmestrahlung abhalten soll, verschlossen ist.
Unerwünschte Wärriiebelastungen des Brennerkopfes werden bei dieser Ausführungsform
zwar bis zu einem gewissen Graäe vermieden, doch wird die gasdurchlässige Schicht
beim Schweissen sehr leicht durch Metallspritzer verstopft und auf diese Weise der
Schutzgasstrom in hohem Maße gestört. Auch in diesem Falle ist demnach eine sicherE
Schutzgasführung bei gleichzeitiger Herabsetzung der Wärme-Belastung des Brennerkopfes
nicht gegeben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schweißbrenner zu
entwickeln, dessen Brennerkopf so ausgeführt ist, daß er eine große Wärmebelastbarkeit
besitzt und damit das
Schweissen auch bei großen Stromstärken ermöglicht,
otirie dc.ß hierdurch Störungen in der Gleichmäßigkeit des SchutzGassti-omes auftreten.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Gasdüse cies Schweißbrenners
im Inner<:n mehrwandig ausgebildet ist und zwischen je zwei benachbarten Wänden
einen Hohlraum aufweist, wobei von jeweils zwei einen solchen Hohlraurti umschließen
dE:ii Wätideri die äusGere Wand wesentlieii dicker als die innere Wand ausgeführt
ist.
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Solche erfindungsgemäßen Schweißbrenner besitzen demnach c:<<uF@n
Brennerkopf, bei dem die von der in ihre=m Mündungsbereich dickwandigen Gasdüse
aufgenommene Wärme bevorzugt über seine äusseren Teile an die weiterhintere liegenden
Brennerteile abF,c:leitet wird. Beispielsweise wird bei einem Brennerkopf, dessen
Gasdüse doppelwandig ausgeführt ist, die Strahlungswärme zunächst zum größten Teil
im aickwandigen Mündungsbereich der Gasdüse aufgenommen und von hier aus als Wärmestrom
von der Düsenmündung weg nach hinten bis zu derjenigen Stelle geleitet, an der der
doppelwandige Teil der Gasdüse beginnt. An dieser Stelle wird der Wärmestrom in
zwei Teile geteilt, wobei der weitaus größere Teil über die dickwandige Aussenwand
und nur ein sehr geringer Teil über die dünnwandige Innenwand weitergeleitet werden.
Erfindungsgemäß wird dieses Abdrängen des Wärmestromes nach aussen noch dadurch
verstärkt, daß die Aussenwand, wie auch der Mündungsbereich der Gasdüse, aus einem
Material großer Wärmeleitfätiigkeit,
beispielsweise aus Kupfer besteht,
während die dünne Innenwand aus einem die Wärme verhältnismäßig schlecht leitenden
Werkstoff, beispielsweise aus einem hochleglerten Stahl hergestellt ist.
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Durch diese mehrwandige Bauweise des erfindungsgemäßen Schweißbrenners
wird demnach erreicht, daß die vom vorderen Teil des Brennerkopfes aufgenommene
Wärme im wesentlichen aus dem Inneren der Gasdüse ferngehalten und gleichzeitig
ein Wärmeübergang von der Aussenwand der Gasdüse zur Innenwand durch die dazwischenliegenden
Hohlräume vermieden wird. Dies führt dazu, daß das im Inneren der Gasdüse angeordnete
hitzeempfindliche Drahtführungsstück weniger aufgeheizt wird als es bei den bisher
bekannten Schweißbrennern der Fall war. Auch der Schutzgasstrom nimmt innerhalb
der Gasdüse verhältnismäßig wenig Wärme auf und trägt auf diese Weise ebenfalls
zu einer Herabsetzung der Temperatur des Drahtführungsstückes bei.
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Der besondere Vorteil des erfindungsgemässen Schweißbrenners
ist demnach darin zu sehen, daß das DrahtfUhrungsstück auf einer verhältnismäßig
niedrigen Temperatur gehalten werden kann. Bekanntlich führt eine Überhitzung dieses
empfindlichen Teiles leicht zu einem Festklemmen und damit zu einem Zurückbrennen
des Schweißdrahtes, das möglicherweise eine Beschädigung des ganzen
Brennerkopfes zur Folge haben kann Verursacht werden solche Störungen durch
das Festbrennen von kleinen, vom Schweißdraht in die Drahtdose mitgebrachten
Metgllpartikeln
die eine Verengung des Durcht.rittsquerschnit',es
für den Schweißdraht bewirken. Diese Störungen treten bei uem erfindungsgemäßen
Schweißbrenner nicht mehr auf'. Es iiat sl@:"r überraschenderwelse sogar gEzeit,
daß mit einem sole«en Brennur, auch bei Verwendung argonhaltiger Mischgase oder
sogar vun Beinargon, mit weit größeren Schweißstromstärken im Dauerbetrieb i"-r:-schweißt
werden kann als es bisher für möglich gehalten wurde. Darüberhinaus kann die Gasdüse
lang und, durch eine Fähruni, de:; Gasstromes in im wesentlich axialer Richturig,
strömungstechnisch optimal ausgebildet werden, da das Schutzgas bei dem erfindungsgemäßen.Brenner
an vier kälteren Innenwand der Gasdüse auch bei einem längeren Weg nicht zu stark
erwärmt wird. Der Schutzgasverbrauch kann auf diese Weise erheblich gesenkt werden
Als besonders vorteilhaft hat sich ein erfindungsgemäßer Schweißbrenner mit doppelwandiger
Gasdüse erwiesen, bei dem deren dünnere Innenwand auswechselbar ausgeführt
ist. Die geringe Fiäehenberührung dieser als Innenwand der Gasdüse wirkenden Einsatzhülse
mit dem im Mündungsbereich dickwandigen Teil der Gasdüse einerseits und der dicken
Aussenwand andererseits bewirkt eine weitere Herabsetzung des Wärmeüberganges auf
die Innenwand. Ausserdem können gegebenenfalls beschädigte Einsatzhülsen leicht
ausgewechselt werden.
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Eine weitere Verbesserung der Kühlung des Gasdüsen-Innenraumes wird
erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Außenseite der dünnen Innenwand ein großes
optisches ReflexionsvermcS-
dü:=e iäli:sgc@welüitR:t. ist und damit ein Austreten der finit-. (lein Draht mitgeführten
Metallpartikc-i vor deren Festbrennen in de=r Di'alit.düse ermöglicht. Um trotz
dieser Schlitze die @üllrang@c:if°E@ilschaften vier Drahtdüse sicherzustellen,
wird diese aus einelii unelasi.is(-I.i2n Material hergestellt. Die Drahtdüse
kann darüberhinaus c ine durch Lärii"si'ippen oder Lärigsnui.cii verg°ößerte äizssci°(
Qbei'f'1.äc1iv aufweisen.
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Weitere Ein::eiheiteri der Ei'f'induiii,- ; weiden anhand in den beideIi
I''itiireIi schematisch @c'I,.I'EE;S 1. Ell vcrl Ausführun,gsbe1-spiel_c bE7seF
-.iei@ln. Gleitie# Teil e haben in ieideri F@'i izreri gleiche Bezugszeichen.
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Die Figur 1 zeigt im Längsschnitt (fei, i;a::gekülilter1 Brennerkopf
eines erfindungsgemäßen Schweißbrenners mit dopLls..@.-wandiger Gasdüse, Der sich
verbrauchende und einem kontinuierlichen Vorschub unterliegende Schweißdraht tritt
aus der Drahtdüse 1 # des Dralivführungsstückes 1 durch die Bohrung, 13 ins Freie.
Der elektrische Strom wird auf den Scliwc-ildy'abt über das Ansatzstück 16, das
Verbindungsstück 15 und f)-'ahtyüilz'ca@ä stück 1 übertragen. Das Ansatzstück 1
6 ist cft.i@(a-: den Iso-1-.t;rkörper 17 gegen die äusseren Teile des Brenriea°k(?pf"e.s
isoliert.
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Das Drahtführungsstück 1 ist kon :enti@i s(1:1 in der Gasdüse
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angeordnet. Die Gasdüse 2 besteht erfindungsgemäß aus einem dickwandigen Mündungsteil
3, einer dicken Aussenwand und einer dünnen Innenwand 5. Zwischen diesen beiden
Wänden und 5 befindet sich ein Hohlraum 6. Die Innenwand 5 ist als Einsatzhü.Lse
ausgeführt und kann auf einfache Weise vom Mündungsteil 3 und der Aussenwand 4 der
Gasdüse 2 gelöst werden.
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Vorteilhafterweise besteht die dicke Aussenwand 4 und das Mündungsteil
3 der Gasdüse 2 aus einem gut wärmeleitenden Material, beispielsweise aus Kupfer.
Als Werkstoff für die dünnere Innenwand 5 wird erfindungsgemäß ein schlechter
Wärme-
leiter, beispielsweise ein hochlegierter Stahl verwendet, der zudem
noch zunderfest und hitzebeständig ist. Eine weitere Steigerung der Kühlung kann
dadurch erreicht werden, daß die Innenwand 5 auf ihrer dem Hohlraum 6 zugekehrten
Aussenseite optisch gut reflektierend ausgeführt ist.
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Das Drahtführungsstüek 1 besitzt im Bereich der Drahtdüse 14 vorteilhafterweise
einen oder mehrere Längsschlitze 12, durch die Metallpartikel, die vom Schweißdraht
mitgeführt werden, nach aussen treten können.
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Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform des Brennerkopfes
eines erfindungsgemäßen Schweißbrenners wird das Schutzgas, wie allgemein üblich,
im Inneren der Versorgungsleitungen einem Ringraum 9 zugeführt, tritt dann durch
Bohrungen 10 in eine Kammer 11, von wo es in den Innenraum 7 der Gasdüse 2 strömt.
Der Schutzgasstrom verläuft - wie durch die Zeile 8
angedeutet
- in diesem Fall zunächst parallel zur Achse des Brennerkopfes, wird dann
etwas nach aussen abgelenkt, daraufhin nach innen geführt und tritt schließlich
wieder parallel zur Brennerkopfachse aus der Gasdüse 2 aus. Diese Gasführung besitzt
zwar konstruktive Vorteile hat aber den Nachteil, daß die Gleichmäßigkeit der Gasströmung
durch die mehrmalige Umlen-kung gestört wird.
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Die Figur 2 zeigt eine andere Ausführungsform des Brennerkopfes
eines erfindungsgemäßen Schweißbrenners, die sich von der in Figur 1 dargestellten
Ausführungsform durch eine strömungstechnisch günstigere Zuleitung des Schutzgases
in die Gasdüse 2 unterscheidet. Diese bei bekannten Schweißbrennern wegen der großen
Wärmebelastung des Drahtführungsstückes 1 im allgemeinen nichtmögliche Gasführung,
deren Verlauf durch die Ueile 8 angedeutet ist, erfolgt in allen Abschnitten des
dargestellten Brennerkopfes nahezu parallel zu dessen Längsachse und besitzt demzufolge
eine besonders gute Gleichmäßigkeit der Strömung.
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Das Schutzgas tritt hierbei aus dem Ringraum g durch eine Bohrung
18 im Isolierkörper 17 in den Innenraum 7 der Gasdüse 2. Darüberhinaus besitzt
diese Brennerausführung auf der Oberfläche der Drahtdüse 14 noch Längsrippen
19idie das Drahtführungsstück 1 kühlen und auf den Schutzgasstrom eine zusätzliche
Richtwirkung ausüben. Die übrigen Teile der Ausführungsform des Brennerkopfes gemäß
Figur 2 entsprechen im wesentliehen
deniJenigen des in Figur 1
dargestellten Kopfes.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht allein auf
Schweißbrenner
für das Irichtbogenschweissen mit abschmelzender Elektrode beschränkt, sie läßt
sich vielmehr auch mit Erfolg auf Brenner mit nicht abschmelzender Elektrode anwenden.
Beispielsweise wird bei Verwendung einer erfindungsgemäßen mehrwandigen Gasdüse
die Wärmebelastung der Halterang einer Wolfra:nelektroae, die im Inneren der Ga-cdüse
angeordnet ist, erhebiicci gesenkt und dadurch eine Erhöhung der Schweißstromstärke
möglich.