DE1615365C - Elektrischer Schweißbrenner - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Brenner für Licht- Verbiegung des Elektrodenendstückes macht sich bogen-Schweiß- oder Schneidverfahren mit nichtab- demnach bei Brennern, die nach dem Plasmaverfahschmelzender Elektrode, insbesondere Plasmaverfah- < ren arbeiten, ihrer eng ausgeführten Gasdüsen wegen ren, mit einer das dem Werkstück zugewandten Ende besonders stark bemerkbar.

der Elektrode umgebenden Düse für die Zuführung 5 Um eine exakte Elektrodenzentrierung bei Lichtvon Schutz- oder Schneidgasen und einer zwischen bogenbrennern zu ermöglichen, ist auch schon vor-. der Düse und der Elektrode angeordneten isolieren- geschlagen worden, zwischen der Düse und der den Zentrierführung. Elektrode eine isolierende Zentrierführung anzuord-

Es sind Brenner für Lichtbogen-Schweiß- oder nen, die um die Elektrode herum angeordnet ist. Dies Schneidverfahren mit einer das dem Werkstück zu- io hat jedoch den Nachteil, daß das Schutzgas nicht in gewandten Ende der Elektrode umgebenden Düse unmittelbarer Nähe der Elektrode aus der Düse ausbekannt (deutsche Auslegeschrift 1 071 250), die eine treten kann, sondern außen an der Düse entlang strödie nichtabschmelzende Elektrode umfassende Halte- mend zugeführt werden muß, und daher bei einem büchse aufweisen. Diese Haltebüchse ist derart an- derartigen Brenner noch zusätzlich eine Gaslinse ergeordnet, daß eine durch die Düsenöffnung begrenzte 15 forderlich ist, um eine einwandfreie Abschirmung zu allseitige Verschwenkung der Elektrode innerhalb des erzielen.

Brennerkopfes möglich ist durch Einstellmittel in Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

Form von Einstellschrauben, die in einer quer zur Brenner zu entwickeln, bei dem die genannten Nach-Elektrodenachse verlaufenden Ebene liegen. Die Ein- teile der bekannten Brenner vermieden sind und der steilschrauben befinden sich an dem dem Werkstück 20 ein Verbiegen der Elektrode auf einfache Weise verabgewandten Ende der Elektrode. hindert und somit einen gleichmäßigen axialen Aus-

Es ist auch eine Zentriervorrichtung für die Elektrode tritt des Schutzgases bzw. Plasmastrahles sicherstellt in einem Plasmabrenner bekannt (USA.-Patentschrift sowie gleichzeitig eine rasche Neueinstellung und 3 217 134), durch welche die Elektrode etwa in ihrem Zentrierung der Elektrode ermöglicht, mittleren Teil in der Bohrung einer drehbar gelager- 25 Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Zenten Stahlkugel befestigt ist. trierführung aus mindestens zwei, durch Zwischen-

Bei diesen bekannten Brennern ist eine infolge räume getrennten Zentrierkörpern besteht. Elektrodenabbrandes erforderlich werdende Neuein- Der erfindungsgemäße Brenner hat gegenüber den

stellung der Elektrode häufig recht beschwerlich. In bekannten Brennern vor allem den Vorteil, daß das diesem Zusammenhang wird besonders auf den er- 30 Elektrodenendstück auf einfache und sichere Weise heblichen Aufwand an Zeit für das Zentrieren der exakt in die Düsenachse zentriert ist. Die Elektrode Elektrode in die Düsenachse nach erfolgter Neuein- kann sich somit nicht mehr wie bisher bei ihrer stellung hingewiesen. Der Grund für die Schwierig- Erwärmung infolge ihres Eigengewichtes aus der keiten ist das verhältnismäßig lange, in der Düse Düsenachse herausbiegen und den gleichmäßigen nicht geführte, dünne Elektrodenendstück, das häufig 35 Austritt des Gasstrahles aus der Düse durch die BiI-in eine Spitze ausläuft. Dieses führungslose Elektro- dung eines unsymmetrischen Düsenquerschnittes denendstück bringt darüber hinaus noch einen weite- stören.

ren Nachteil mit sich. Dieser Nachteil liegt in seiner Ein weiterer wichtiger Vorteil des erfindungsge-

während des Arbeitsvorganges unter dem Einfluß der mäßen Brenners besteht darin, daß trotz der Anwedabei entwickelten Wärme beobachteten Verbingung. 40 senheit der Zentrierführung durch die Düse Schutzgas Hierdurch wird die bereits erwähnte Neueinstellung hindurchtreten kann und somit auf einfache Weise zusätzlich erschwert. Es wird aber vor allem der er- eine einwandfreie Abschirmung erzielt wird, wünschte gleichmäßige, axiale Austritt des Schutz- Bei einer vorteilhaften Ausbildung des Erfindungsgases gestört, da der Düsenquerschnitt auf der einen . gedankens sind drei Zentrierkörper aus temperatur-Seite um den Betrag zunimmt, um den er auf der an- 45 beständigem, elektrisch nicht leitendem Werkstoff, deren Seite durch das verbogene Elektrodenendstück beispielsweise Aluminiumoxyd oder Thoriumoxyd, versperrt wird. vorgesehen und in gleichmäßigen Abständen vonein-

Bei bestimmten Sonderverfahren, insbesondere ander am Umfang der Düse verteilten, zur Elektrode Plasmaverfahren, wirkt sich diese ungleichmäßige Ver- parallelen Nuten angeordnet. Dabei ist es zweckänderung des Düsenquerschnittes besonders nachteilig 50 mäßig, die drei Zentrierkörper kreiszylinderförmig aus. Hier werden Brenner eingesetzt, deren Düsen auszubilden. Dadurch, daß die Mittelpunkte der die wesentlich enger ausgeführt sind als diejenigen der Nutenquerschnitte begrenzenden Kreisbögen innerBrenner für die üblichen Lichtbogenschweißverfah- halb dieser Nutenquerschnitte liegen, wird ein seitren unter Schutzgas, da durch die damit geschaffene liches Herausfallen der kreiszylinderförmig ausgebilmechanische Einschnürung eine zusätzliche Tempe- 55 deten Zentrierkörper aus den Nuten vermieden. . raturerhöhung des durch Ionisierung des Gases in der In all den Fällen, in denen eine Hilfsentladungs-

sehr hohen Temperatur des Lichtbogens entstehenden strecke zwischen der Elektrode und dem als Düse Plasmas erzielt werden kann. Der die Brennermün- ausgebildeten Brennerkopf teil für die Vorionisation dung verlassende Gasstrahl besteht in diesem Fall aus des Leiterkanals bis an die Werkstücksoberfläche einem sehr heißen und daher für das Schweißen, 60 vorgesehen ist und somit als Zündhilfe für den dem Schneiden und Metallspritzen besonders gut geeigne- eigentlichen Schmelzen dienenden Hauptlichtbogen ten Bogenkern und einer relativ schwach erhitzten wirkt, tritt ein weiterer Vorteil auf. Die beispielsweise Randzone, die zur Vermeidung eines allzu inhomo- aus Keramik hergestellten Zentrierkörper bringen genen Gasstrahles möglichst klein gehalten werden gleichzeitig eine bedeutende Herabsetzung der Zündsoll, da anderenfalls mit einer nachteiligen Aufwei- 65 spannung für die Zündung der Hilfsentladungstung des Gasstrahles in Werkstücknähe gerechnet strecke mit sich, da an Stelle der Überschlagungswerden muß. Die infolge der fehlenden Führung im spannung nunmehr die Kriechspannung entlang ihrer Düsenmündungsbereich auftretende unerwünschte Oberfläche benutzt wird. Somit können bei kleiner

Leerlaufspannung billigere Gase als Argon, beispielsweise Stickstoff, zur Anwendung gelangen, die bisher wegen ihrer verhältnismäßig hohen Ionisierungsspannungen nicht näher in Betracht kamen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung können den in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen entnommen werden. Es zeigt

F i g. 1 einen Ausschnitt aus einem Brennerkopf eines erfindungsgemäßen Brenners für das Plasmaschweißen,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Brennerkopf" gemäß F i g. 1 und

F i g. 3 einen Ausschnitt aus einem Brennerkopf eines erfindungsgemäßen Brenners für das Plasmaschneiden.

F i g. 1 zeigt eine nichtabschmelzende, unten spitz zulaufende Wolfram-Elektrode 1, um die drei kreiszylinderf örmig ausgebildete Zentrierkörper 2 aus Aluminiumoxyd angeordnet sind. Diese Zentrierkörper 2 sitzen in zur Elektrode 1 parallelen und in gleichmäßigen Abständen voneinander am Umfang einer Düse 3 verteilten Nuten 4, die im Bereich des Elektrodenendstückes in einem die Düse 3 bildenden Brennerkopfteil 5 eingearbeitet sind. Die Mittelpunkte der die Nutenquerschnitte begrenzenden Kreisbögen liegen innerhalb dieser Nutenquerschnitte. Dadurch wird ein seitliches Herausfallen der Zentrierkörper 2 aus den Nuten 4 verhindert. Zwischen der Elektrode 1 und dem als Düse 3 ausgebildeten Brennerkopfteil 5 ist eine Hilfsentladungsstrecke für die Vorionisation des Leiterkanales bis an die Werkstückoberfläche vorgesehen. Sie wirkt als Zündhilfe für den dem eigentlichen Schmelzen dienenden Hauptlichtbogen zwischen Elektrode 1 und Werkstück 6. Die hier getroffene Anordnung der Zentrierkörper 2 ermöglicht neben einer guten und sicheren Führung des Elektrodenendstückes gleichzeitig eine wesentliche Herabsetzung der Zündspannung für die Hilfsentladungsstrecke. Der Zündfunke muß nicht mehr den freien Gasstrom zwischen der Elektrode 1 und dem als Gegenpol dienenden Brennerkopfteil 5 überschlagen, er kann vielmehr entlang der Oberfläche der Zentrierkörper 2 kriechen. Hierfür ist eine Spannung, die sogenannte Kriechspannung, ausreichend, die mehr als die Hälfte unter der beim Fehlen derartiger Zentrierkörper 2 erforderlichen Überschlagsspannung liegt.

Aus F i g. 2 geht die gegenseitige Lage der Zentrierkörper 2 im Brennerkopfteil 5 und die Zentrierung der Elektrode 1 im inneren Hüllkreis der Zentrierkörper 2 hervor.

F i g. 3 zeigt einen Ausschnitt aus einem Brennerkopf eines erfindungsgemäßen Brenners für das Plasmaschneiden. Bei dieser Ausführungsform sind ebenfalls drei kreiszylinderförmig ausgebildete Zentrierkörper 10 aus Aluminiumoxyd zur sicheren und exakten Führung des dem Werkstück zugekehrten Teiles einer nichtabschmelzenden, an ihrem Ende spitz zulaufenden Wolfram-Elektrode 11 vorgesehen. Auch diesmal sind die Zentrierkörper 10 in zur Elektrode 11 parallelen und in gleichmäßigen Abständen voneinander am Umfang einer Düse 13 verteilten Nuten 14 untergebracht, wobei die Nuten 14 im Bereich des Elektrodenstückes in einem die Düse 13 bildenden Brennerkopfteil 12 eingearbeitet sind. Die Mittelpunkte der die Nutenquerschnitte begrenzenden Kreisbögen liegen ebenfalls innerhalb dieser Nutenquerschnitte. Hierdurch können die von einer Stirnseite in die Nuten 14 eingesetzten und durch einen Pfropfen Keramikklebstoff 18 gegen eine axiale Verschiebung gesicherten Zentrierkörper 10 nicht seitlich aus den Nuten 14 herausfallen. Die Düse 13 geht, im Gegensatz zu der Düse3 gemäß Fig. 1, über das spitz zulaufende Ende der Elektrode 11 hinaus und ist in Höhe der Elektrodenspitze kegelstumpfförmig ausgebildet, wobei die Spitze des den kegelstumpfförmigen Mittelteil 15 der Düse 13 bildenden Kegels auf der dem Werkstück 17 zugekehrten Seite liegt. Zwischen dem Öffnungswinkel a₂ des Kegels und dem Winkel Oi₁ der Elektrodenspitze besteht die Relation a₂<Ca_v Es entsteht auf diese Weise zwischen dem kegelstumpfförmigen Mittelteil 15 der Düse 13 und der Elektrodenspitze ein divergierender Ringkanal 16, aus dem der Zündfunke der Hilfsentladungsstrecke zwischen Elektrode 11 und dem als Gegenpol ausgebildeten Brennerkopfteil 12 durch magnetische Blaswirkung herausgetrieben wird. Ein Festsetzen des Zündfunkens im Brennerinneren wird durch diese konstruktive Maßnahme vermieden.

Der erfindungsgemäße Brenner ist nicht nur für das Lichtbogenschweißen mit Schutzgas und nichtabschmelzender Elektrode bzw. für die Plasmaverfahren mit durchgeführtem und nicht durchgeführtem Lichtbogen wie Plasmaschweißen, Plasmaschneiden, Plasmaspritzen und Plasmahobeln besonders geeignet. Er läßt sich gleichermaßen und mit den gleicnen Vorteilen auch beim Lichtbogenschweißen unter Schutzgas mit kaltem Zusatzdraht sowie beim Lichtbogenschneiden anwenden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Brenner für Lichtbogen-Schweiß- oder Schneidverfahren mit nichtabschmelzender Elektrode, insbesondere Plasmaverfahren, mit einer das dem Werkstück zugewandten Ende der Elektrode umgebenden Düse für die Zuführung von Schutz- oder Schneidgasen und einer zwischen der Düse und der Elektrode angeordneten isolierenden Zentrierführung, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierführung aus mindestens zwei, durch Zwischenräume getrennten Zentrierkörpern (2) besteht.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei längliche Zentrierkörper (2) vorgesehen sind und die Zentrierkörper (2) in zur Elektrode (1) parallelen Nuten (4) der Düse 3 angeordnet sind.

3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierkörper (2) kreiszylinderförmig ausgebildet sind.

4. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierkörper (2) aus Keramik, beispielsweise Aluminium- oder Thoriumoxyd, bestehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen