DE1806856C - Verfahren zum Umhüllen einer Elektro denspitze - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfuhren zum Umhüllen einer Elektrodenspitze einer aus Wolfram oder thoriertem Wolfram bestehenden nichtabsehmcl-/enden Elektrode fur Lichtbögen kleiner Leistung mit vorzugsweise pulverförmigem Thoriumdioxid, wobei man die Elektrodenspitze mit dem pulveriörmigen Thoriumdioxid beschichtet und unter Anwendung von Wärme das Thoriumdioxid auf die Elektrodenspitze aufbackt.

Zum Lichtbogenschweißen unter Schutzgas mit nichtabschmelzender Elektrode werden hauptsächlich Wolframelektroden verwendet. Zur Erhöhung der Emissionskraft der Elektrode und zur Einleitung eines stabilen Lichtbogens ist es bekannt, bei der Herstellung der Wolframelektroden vor dem Sintern geringe Mengen anderer Metalle oder Metalloxide, wie vor allem Thoiium und Thoriumdioxid, beizugeben. Derart thorierte Wolframelektroden enthalten bis etwa 2"■„ Thorium. Erhöht rru>n die Beimengung über 2" _:n, so nimmt die Emissionskraft der Elektrode langsam noch weiter zu, doch steigt gleichzeitig die Versprödung stark an. Außer der Zugabe von Thorium und Thoriumdioxid sind auch Zugaben von Zirkon, Rhenium und anderen hochsehmelzenden Metallen und Metalloxiden bekannt. Von den aufgeführten Beimengungen hat die Thoriumbeimengung Jen Vorteil, daß sie eine geringe Neigung zum Ausdampfen aufweist. Damit bleibt die gute Emissionsfähigkeit der Elektrode langer erhalten.

Bei di;m Versuch. Mikroschmelzschweißverfahren, das sind Schweißverfahren für Blechdicken unter 1,0 mm mit — im Falle der Lichtbogenschweißung — weniger als 12 A Schweißstromstärke, nach dem Wolfram-Schutzgas- und Plasmaschweißveriahren in einer automatisierten Fertigung einzusetzen, wurde beobachtet, daß mit den herkömmlichen Wolframdekirodcn und thorierten Wolframelektroden bei bei ulmmgsloscr Zündung, die durch einen hochfrequenten lunküherschlag eingeleitet wird, keine einwandfreie Zündfolge zu erreichen war. Eine Vcr-Michsreihe ergab, daß selbst thorierte Wollramelektroden keine exakte Zündfälligkeit bcsit/cn und daß mc im Mittel nach etwa Wl Zündungen ihre Zündfähigkeit weitgehend verloren hatten. Genauere Beohachtungen zeigten, daß zu Beginn des Versuchs die /.ür.dung von der Spit/c der Elektrode aus erliilgte. und daß mit zunehmender Zahl der Zündungen ein immer größerer Teil der Elektrodenoberfläehe an der Zündung beteiligt war. Nach im Mittel W) Zündungen — dieser Mittelwert wurde aus einem \j\u weiten Streuhereieli errechnet — erfolgte cmc Uück/.ündiing in tier Brennerluilse. Nach weiteren Zündversuchen konnte dann bald überhaupt keine Zündimg mehr erreicht werden. Die ursprünglich..· Züudfäliigkeit läßt sich bei thorierten Wolframclck-Iroden dadurch wieder herstellen, daß die Eleklio-(li'iispii/u angeschlilTcn wird. Die starke ,Abnahme und das unterschiedliche Verhallen der Ziindfähigkeil in Abhängigkeit von der Zahl der Zündungen erschwert in starkem Maße die Anwendung des fi„ Wolfrain-Schut/gas-SehwciHcns und des Plasmaschweißens /ur mechanisierten Herstellung von MikmschsuilWci bindiuigcn. denn hier kommt es in erste r I inu darauf an, einwandfreie Zündfolgen erzielen /11 Lumen. γ>5

Zur VciiiichIuiiu dieses Nachteiles winde bei ei Is wiri'cM hlai'en. eine aus Wolfram nder lliuiierkm '.Viilfiimi heslellenile I leklmde mit Metalloxid /11 umhüllen, wobei das Metalloxid Thoriumoxid sein kann. Durch diese Maßnahme wird die thermoionische Emissionsfähigkeit der Elektrode wesentlich erhöht. Eine solche Elektrode zündet schon bei niedrigen Temperaturen einen beständigen Lichtbogen, der an der Spitze der Elektrode entsteht und auch dort nach längerem Gebrauch der Elektrode verbleibt. In ähnlicher Weise verhält sich auch eine aus Thorium bestehende nichtabschmelzeiule Elektrode, deren Spitze mit Zirkonium überzogen ist. Zum Auftragen der Zirkoniumoxidmenge wird die Wolframelektrode in einem Brei oder einer C/ispension von Zirkoniumoxid in Wasser eingetaucht und sodann herausgenommen. Als Bindemittel kann hierzu auch Wasserglas dienen. Nach einem Antrocknen wird die Elektrode ungefähr eine Minute bei etwa 1500 C behandelt. Man erhält so einen grauen harten, kraftig gebundenen Überzug von etwa einem Millimeter in Bereich der Elektrodenspitze. Ein derartiger Auftrag bzw. Überzug an der Elektrodenspitze erhöht die Zündwilligkeit und die Ziindsicherheit beträchtlich. Es besteht jedoch die Gefahr, daß die Überzugsschicht, insbesondere während des Schweißbetriebes durch unvermeidbare geringfügige Erschütterungen oder bei höherer Strombelastung der Elektrode durch Aufschmclzung sich von der Elektrodenspitze ablöst, wobei die Schmelze von der Elektrodenspitze abtropfen und das Werkstück verunreinigen kann. Die Elektrode wird sodann unbrauchbar. Beim Einsatz derartiger Elektroden, z. B. in der Serienfertigung von Kleinteilen, besteht somit die Gefahr der Entstehung von Ausschußteilen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch verfahrensmäßige Maßnahmen eine dauerhafte, gegen mechanische Erschütterungen sowie gegen Aufschmclzungen gesicherte Überzugsschicht zu schaffen, wobei die Elektrode noch nach einer Vielzahl Min Zündungen. /. B. nach 8000 Zündungen eine gute Zündwilligkeit bzw. Zündsicherheit bei einer geringen Stromstärke von 0.5 A aufweisen soll. Hierbei geht die Erfindung von einem Verfahren /um Umhüllen einer I'lektrodonspit/.c einer aus Wolfram oder thoriertem Wolfram bestehenden nicHabschmel/endcn Elektrode für Lichtbogen kleiner Leistung mit vorzugsweise pulverförmigem Tholiumdioxid aus, wobei man die Elcktrodenspitzc mit dem pulverförmigcn Thoriumdioxid beschichtet und unter Anwendung von Wärme das Thoriumdioxid auf die Eleklrodenspitzc aufbackt. Gemäß dem erfinderischen Verfahren erhitzt man die mit pulverförmigem I hmiunidioxid beschichtete lick Irodenspit/e langsam bis zum Schmelzen des Thoriiinulioxides und zündet darauffolgend zunächst bei einer niedrigen Stromstärke einen Lichtbogen und vergrößert sodann den Elektrodenabstand unter starker Erhöhung der Stromstärke über den normalen Arbeitsbereich hinaus, bis die Thoriumdioxidsclimel/c aufsint' ^|!.

Durch diese ei linderiselie Verfahrensweise erhall man einen, selbst bei Schweißtemperalur festen und dauerhaften Thoriiimdioxidüberziig im Bereich der MektrodenspilA¹. Bedingt dadurch, daß man die Elektrode langsam bis zum Schmelzen des pulverförinigen Dioxides erhitzt, oxidiert auch die Oberfläche der WoIh ainclcktiode /11 Wolframoxid. Das Thoiiiiiiiilioxid InIl bei weiterer Erhitzung in Verbindung nnl dem Woll'iainoxid der Elektrode und vereinigt ,κ Ii mit diesem int Schmelzfluß. Durch die weitere

starke Erhöhung der Stromstärke über den luirniiilen Arbeitsbereich der Elektrode hinaus, sintert die Thoriumdioxidschmelze zu einer hochwärniel'estcn thermoionischen emissionsfähigen Schicht.

Nach einem weiteren Merkmal des erfinderischen Verfahrens wird das pulverförmige Thoriumdioxid mit einem Klüber auf die Elektrodenspitze aufgetragen. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, ein Gemisch aus mehreren Metalloxiden in der vorbeschriebenen Verfahrensweise auf die Elektrodenspitze durch Schmelzsintern aufzubringen. Durch geeignete Wahl eines solchen Gemisches. /.. B. aus einer bei sehr hoher Temperatur schmelzenden und einer bei wesentlich geringerer Temperatur schmelzenden Metall-Nichtmetall-Verhindiing, wird das Aufsintern durch die bei vielen solchen Gemischen auftretenden Temperaturstürze der Schmelztemperatur durch relativ geringe Beimengungen der niedriger schmelzenden Metall-Nichtmetall-Verbindung zur sehr hochschmelzenden erleichtert.

Die gemäß dem erfinderischen '.'erfahren gebildete Elektrode wurde unter den gleichen Bedingungen, bei denen die herkömmlichen Elektroden nach im Mittel 60 Zündungen ausfielen, erprobt. Nach über 8000 Zündungen -eigten diese Elektroden keine Abnahme der einwandfreien Zündfähigkeit. Neben der guten Dauerzündfähigkeit besitz.η die Elektroden die Eigenschaft, mit herkömmlichen Stromquellen von 0,5 A noch stabil zu zünden Darüber hinaus ließ sich eine gezündete Plasmasäule bei einer Stromleistung von nur 20 Watt bis auf 25 mm auseinanderziehen.

Ausfülirungsheispiel:

Das Aulbringen der Thoriumdioxidsehicht konnte erfolgreich auf handelsübliche Wolframclektroden mit dem Durchmesser von 0.5 bis I mm wie folgt durchgeführt werden:

Die Wolframelektrodenspitze wurde mit einer dünnen Klebstoffscliicht überzogen und in pulverförmiges Thoriurndin.xid getaucht. Durch den KlebstolT bleibt eine ausreichende Menge Thoriunulioxid an der Wolframelektrodcnspitzi- haften. In der Induktionsspule eines Hochfrequenzgenerators wurde darauf die überzogene Elektrodenspitze sehr langsam bis zu einem Farbumschlag des ursprünglich weißen Thoriumdioxidüberzuges erhitzt. Die weitere Erhitzung erfolgte unter einem Schutzgas bis zum Sdimr.lzcn des Thoriumdioxides. Nach dem Erkalten des geschmolzenen Tltoriumdioxidüherzuges wurde die Elektrode in einem Brenner eingespannt und bei einem Elektrodenahstand von etwa (U mm und einer Stromstärke von 5 A gezündet. Zum Einbrennen des Überzuges wurde darauf der Elektrodenabstand auf etwa .1mm vergrößert und gleichzeitig die Stromstärke auf etwa 15 A erhöht. Nach etwa einer hallvn Minute Brenndauer ist der Thoriumdioxidiiherzim ausreichend eingebrannt.

ίο Überzüge aus Metall-Nichtmetall-Verbindungen, die in ihren Eigenschaften dem Thoriumdioxid entsprechen, lassen sich leicht finden, z. B. Hafniumkarbid und Tantalkarbid.

Durch die gefundene Elektrode hoher Zündsiclicrheit ist es möglich, MikroschmelzsehweiLiverlahien nach dem Wolfram-Schutzgas- und Plasmaschweißverfahren in automatisierten Fertigungen vor allem der Schwachstromtechnik anzuwenden. Darüber hinaus ist die Elektrode zum Zünden und Betreiben

zo von Lichtbogen kleiner Leistung, z. B. in Gasentladungsröhren vorteilhaft cinsetzbar.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Umhüllen einer Hlekirodenspitze, einer aus Wolfram oder thoriertem Wolfram bestehenden nichtabschmelzenden Elektrode für Lichtbögen kleiner Leistung mit vorzugsweise pulverförmiger™ Thoriumdioxid, wobei mau die Elektrodenspitze mit dem puiverförmigcn Thoriumdioxid beschichtet und unter Anwendung von Wärme das Thoriumdioxid auf die Elektrodenspitze aufbackt, dadurch gekennzeichnet, daß man die mit pulverformigem Thoriumdioxid beschichtete Elektrodenspitze langsam bis zum Schmelzen des Thoriumdioxides erhitzt und man darauffolgend zunächst bei einer niedrigen Stromstärke einen Lichtbogen zündet und ferner unter Vergrößerung des Elektrodenabsiandes unter starker Erhöhung der Stromstärke über den normalen Arbeitsbereich hinaus die Thoriumdioxidscrimdze aufsiniert.

2. Verfahren nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß man d.is pulverförmige Thoriumdioxid mit einem Kleber auf die Elektrodenspilze aufbringt.

1. Verfahren nach Ansprüchen I und 2. dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch aus mehreren Metalloxide!! auf die Elcklrodenspiize durch Schmel/sinlern aufbringt.