DE1615191C3 - Vorrichtung zum Schutz des Schweißbereiches beim Lichtbogenschweißen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz des Schweißbereiches beim Lichtbogenschweißen von Deckeln an Rohre, insbesondere bei Brennstoffelementen, mittels eines inerten Gases, bestehend aus einer als Ummantelung des Schweißbereiches dienenden Hülse, die eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung für dieses Gas aufweist, und einer durch die Einlaßöffnung in die Hülse hineinragenden Elektrode.

Vorrichtungen zur Abschirmung des Schweißbereiches gegenüber der Umgebungsluft sind notwendig, wenn die zusammenzuschweißenden Elemente aus einem Metall bestehen, welches bei hohen Temperaturen mit Luft reagiert. Deckel und Rohre von Brennstoffelementen bestehen aus einem solchen Material und können daher normalerweise nicht in freier Luft geschweißt werden. Dies ist insbesondere bei Brennstoffelementen aus einer Zirkoniumlegierung der Fall. Es ist üblich, derartige Elemente zur Lichtbogenschweißung in eine Vakuumkammer zu bringen, worauf die Luft in der Kammer bis auf einen Druck von etwa 10~⁵ mm Quecksilbersäule evakuiert wird und anschließend durch Argon von hoher Reinheit ersetzt wird. Nur in dieser Schutzgasatmosphäre kann die Schweißung der besagten Elemente erfolgen.. Um auf die Dauer den Argonaufwand zu begrenzen, muß ein Umlaufsystem sowie ein System zur Reinigung des verwendeten Argons vorgesehen werden, da das Argon durch die an den Innenwänden der Vakuumkammer adsorbierten atmosphärischen Gase verunreinigt werden kann. Ferner benötigt man bei der beschriebenen Methode eine verhältnismäßig große Vakuumkammer und demzufolge leistungsstarke Vakuumpumpen sowie eine große Argonmenge.

Demgegenüber ist bei einer Schutzvorrichtung der eingangs erwähnten Art keine Vakuumkammer notwendig, sondern der Schweißbereich wird innerhalb der als Ummantelung dienenden Hülse durch ständig vorbeiströmendes inertes Gas von Luft freigehalten. Da der von dem Schutzgas auszufüllende Raum außerdem kleiner gehalten werden kann als eine Vakuumkammer, bleibt der Gasverbrauch auch in Grenzen, wenn man kein Umlaufsystem vorsieht. Es kann somit auch eine aufwendige Aufbereitungsanlage für das Gras;:^entfallen, so daß die gesamte Schützvorrichtarig einfacher wird.

Aus der USA.-Patentschrift 3 087 045 ist eine Vorrichtung des eingangs erwähnten Typs zum Lichtbogenschweißen in einer Schutzgasatmosphäre. bekannt, bei welcher die als Ummantelung des Schweißbereiches dienende Hülse zylindrisch ausgebildet ist. Um ein gleichmäßiges Vordringen des Schutzgases in die Hülse zu erreichen und somit eine

ίο Vermischung mit der vorher in der Hülse vorhande-... ,,nen Luft zu. vermeiden, ist die Einlaßöffnung mit

'-·-" "einer porösen Platte versehen, welche das Schutzgas derart in die Hülse gelangen läßt, daß es sich praktisch wie ein Kolben innerhalb der Hülse vorschiebt und die Luft restlos verdrängt. Durch die poröse Platte wird zwar eine gleichförmig über den gesamten Schweißbereich verteilte Schutzgasströmung bewirkt, diese Strömung kann jedoch Turbulenzen aufweisen, welche die Lichtbogenausbildung stören und in ungünstigen Fällen den Lichtbogen sogar ausblasen können. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit der Schweißung gefährdet.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Schutz des Schweißbereiches beim Lichtbogenschweißen der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher das durch die den Schweißbereich ummantelnde Hülse strömende inerte Gas den Schweißbereich vor Luft schützt, ohne dabei die . gleichmäßige Lichtbogenausbildung zu stören. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elektrode konzentrisch von einem mit der Hülse verbundenen Einlaßrohr umgeben ist, dessen Innendurchmesser sich in Strömungsrichtung des Gases derart konisch verjüngt, daß das Gas im Bereich des Lichtbogens eine im wesentlichen laminare Strömung aufweist.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Schutzvorrichtung wirkt das sich verjüngende Einlaßrohr ähnlich wie ein Venturirohr, in dessen Venturibereich der Lichtbogen steht. In diesem Bereich ist die Gasströmung laminar, so daß der Lichtbogen nicht durch irgendwelche Turbulenzen abgelenkt oder gar ausgeblasen werden kann.

Es ist an sich bekannt, bei bestimmten elektrischen Lichtbogenschweißgeräten für eine laminare Schutzgasströfnung im Bereich des Lichtbogens zu sorgen. Jedoch hat man entsprechende Maßnahmen bisher nur bei Lichtbogenschweißbrennern für offene Schweißung getroffen, bei denen der Schweißbereich nicht ummantelt wird. Solche Schweißbrenner, wie sie aus der deutschen Auslegeschrift 1 000 939 und aus der USA.-Patentschrift 2 544 711 bekannt sind, enthalten eine die Elektrode konzentrisch umgebende

, und in Strömungsrichtung vor, der Elektrodenspitze endende Düse, durch welche das Schutzgas auf den frei liegenden Schweißbereich schießt. Hierbei wird dafür gesorgt, daß die Schutzgasströmung am Düsenausgang laminar ist, so daß der Lichtbogen möglichst wenig gestört wird. Diese bekannten Geräte arbeiten jedoch nicht mit einer Ummantelung des Schweißbereichs und erfordern daher zum wirksamen Schutz vor Umgebungsluft entweder eine große den Gasverbrauch erhöhende Strömungsgeschwindigkeit des Schutzgases oder eine zusätzliche äußere Wasserstoffumspülung, um einen wirksamen Vorhang gegenüber der atmosphärischen Luft zu bieten.

Die Erfindung hat gegenüber der mit einer porösen Platte arbeitenden bekannten Schutzvorrichtung

den Vorteil, daß keine den Lichtbogen störenden Turbulenzen auftreten können. Außerdem kann mit der Erfindung der zusätzliche Aufwand für die poröse Platte vermieden werden.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen teilweise gebrochen dargestellten Aufriß des ersten Ausführungsbeispiels und

F i g. 2 einen teilweise gebrochen dargestellten Aufriß des zweiten Ausführungsbeispiels.

In den beiden Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Schutzvorrichtung zum Lichtbogenschweißen nach F i g. 1 besteht aus einer Hülse 1, die auf eines der Enden eines Rohres 2 montiert ist, das aus einem bei einer höheren Temperatur und bei Gegenwart von Sauerstoff reagierenden Material besteht. Auf dem Ende dieses Rohres ist ein Deckel 3 angebracht, der an das Rohr 2 angeschweißt werden soll. Dieses Rohr ist durch einen kegelstumpfförmig ausgebildeten Ring 4 gesteckt und wird während der Schweißung um seine Achse gedreht.

Die Hülse 1 besteht aus einer ersten Leitung 5 und einer sich daran anschließenden zweiten Leitung 6. Die erste Leitung 5 umgibt die Elektrode 7 und steht über ein Rohr8, in dem die Elektrode? angeordnet ist, mit einem Rezipienten in Verbindung, der ein inertes Gas wie Argon enthält. Die Leitung 5 weist die Form eines Kegelstumpfes auf, dessen kleine Basis mit dem oberen Teil der Leitung 6 verbunden ist und auf diese Weise ein Venturirohr festlegt. Die zweite Leitung erstreckt sich senkrecht zur ersten Leitung 5 und ist an dem der Leitung 5 benachbarten Ende mittels einer Wand 9 verschlossen, welche eine etwa kugelförmige Innenfläche aufweist. In Richtung ihres anderen Endes, das aus einer ausgebauchten Öffnung 10 besteht, welche den Austritt des durch das Rohr 8 in die Hülse 1 eingeführten inerten Gases ermöglicht, verhält sich diese Leitung 6 wie ein Venturirohr.

Der Innendurchmesser des kegelstumpfförmigen Ringes 4 entspricht etwa dem Durchmesser des Rohres 2. Dieser Ring greift mit seiner kleineren Basis in der Weise in die ausgebauchte öffnung 10 ein, daß zwischen diesem Ring 4 und der Innenwand dieser Öffnung 10 ein zunehmender Ringraum 11 ausgebildet wird, der die Ausführung des inerten Gases ermöglicht, und zwar ohne daß eine Rückdiffusion dieses Gases in das Innere der Hülse 1 erfolgen kann.

Diese Hülse 1 besteht aus einem dielektrischen Material, das gegen Wärmestöße widerstandsfähig ist. Dabei kann es sich beispielsweise um ein synthetisches Material handeln.

Nach F i g. 2 weist die Hülse 1 gleichermaßen zwei sich einander anschließende Leitungen 5 und 6 auf, deren Längsachsen senkrecht aufeinanderstellen. Die Form dieser Leitungen 5 und 6 entspricht etwa derjenigen der in F i g. 1 dargestellten Hülse.

Eine dritte Leitung 12 ist jedoch mit einem ihrer Enden mit der Leitung 6 verbunden, und zwar an einem der Verbindungsstelle der ersten Leitung 5 und der zweiten Leitung 6 gegenüberliegenden Ort. Diese Leitung 12 weist die Form eines Venturirohres auf und dient zur Ausführung des in die Hülse 1 eingeführten interten Gases.

Durch diese zusätzliche Leitung 12 kann das zu schweißende Rohr 2 zwischen zwei Halbkegeln 13 und 14 eines Futters eingespannt werden, das in eine Drehbewegung um die Achse des Rohres 2 versetzt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   . Vorrichtung zum Schutz des Schweißbereiches beim Lichtbogenschweißen von Deckeln an Rohre, insbesondere bei Brennstoffelementen, mittels eines inerten Gases, bestehend aus einer als Ummantelung des Schweißbereiches dienenden Hülse, die eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung für dieses Gas aufweist, und einer durch die Einlaßöffnungen die^Hülse hineinragenden Elektrode/; d ad irr.ch ij'g ekennz dich ηe % daß die Elektrode (7) konzentrisch von einem mit der Hülse (9) verbundenen Einlaßrohr (5) umgeben ist, dessen Innendurchmesser sich in Strömungsrichtung des Gases derart konisch verjüngt, daß das Gas im Bereich des Lichtbogens eine im wesentlichen laminare Strömung aufweist.