DE1815386A1 - Method for shielding a gas leak - Google Patents

Method for shielding a gas leak

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DE1815386A1 DE19681815386 DE1815386A DE1815386A1 DE 1815386 A1 DE1815386 A1 DE 1815386A1 DE 19681815386 DE19681815386 DE 19681815386 DE 1815386 A DE1815386 A DE 1815386A DE 1815386 A1 DE1815386 A1 DE 1815386A1
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Description

18153;18153;

PATENTANWAiT ©IPL.-ΙΝφ. QERHAÄD SCHWAN B MÜNCHEN f". QOtKZSS, STSASSE 15PATENT Pending © IPL.-ΙΝφ. QERHAÄD SCHWAN B MUNICH f ". QOtKZSS, STSASSE 15

H-7146-CH-7146-C

UNION CARBIDE CORPORATION 270 Park Avenue, Neui York, N.Y.'10017, W0St0A.UNION CARBIDE CORPORATION 270 Park Avenue, Neui York, NY'10017, W 0 St 0 A.

Verfahren zur Abschirmung einer GasausströmungMethod for shielding a gas leak

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abschirmung einer Gas = ausströmung gegen die Umgebung der Gasausströmung, und insbesondere ein Verfahren, bei dem die Gasausströmung eine Lichtbogsnausströmung istoThe invention relates to a method for shielding a gas = outflow against the surroundings of the gas outflow, and in particular a method in which the gas outflow is an arc outflow isto

Aus einer Düse ausströmendes Gas, im folgenden als Gasausströ=- mung bezeichnet, wird in zahlreichen Prozessen angewendet, so insbesondere bei der metallherstellung, beim Schmeißen und bei Beschichtungsverfahren» Beispielsweise werden Sauerstoff-Brennstoff-Gasausströmungen, die gegebenenfalls ein Pulver mit» führen, zum Schneiden und Behandeln von metallen benutzt. Gase werden auch angewendet, um elektrische Lichtbogen abzuschirmen,, Gase wurden ferner in elektrische Lichtbogen eingeleitet, so daß mindestens eine gewisse Gasmenge zu einem Teil des Lichtbogens wird und eine Lichtbogenausströmung bildet., In vielen Fällen ist es erwünscht, die Gas- oder LichtbogenauaströiDung vor einer Verunreinigung durch die natürliche UmgebungGas flowing out of a nozzle, hereinafter referred to as gas outflow = - mung, is used in numerous processes, in particular in metal production, forging and in coating processes »For example, oxygen-fuel-gas escapes, who may carry a powder with them, used for cutting and treating metals. Gases are also used to shield electric arcs, Gases were also introduced into electric arcs, so that at least a certain amount of gas was introduced into part of the Arcing and forming an arc discharge., In many In some cases it is desirable to prevent gas or electric arc flow from contamination by the natural environment

ftSNSfOtCHiS 0»ll>40qO!B · KABEl: ff IfCTBIC PATE NTftSNSfOtCHiS 0 »ll> 40qO! B · KABEl: ff IfCTBIC PATE NT

dar Gas- oder Lichtbogenausatrömung zu schützen.to protect gas or arc leakage.

Die Erfindung befaßt sich allgemein mit einem neuartigen Verfahren zum Verhindern der Verunreinigung einer Sasaueströmung durch die natürliche Umgebung dieser GasausstrStnung. Die Erfindung ist infolgedessen bei allen durch dis obengenannten Baiapiale repräsentierten Prozessen anwendbar» obwohl die Erfindung im folgenden der Einfachheit halber und zur Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform in Verbindung «it Lichtbogan-Auftragschuieißprozessen beschrieben ist, bei denen Lichtbogen» ausströmungen benutzt werden«The invention is generally concerned with a novel method of preventing contamination of a sow flow through the natural environment of this gas leak. The invention is therefore applicable to all of the above Baiapiale processes represented applicable »although the invention is in the following for the sake of simplicity and illustration a preferred embodiment is described in connection with "it arc deposition processes in which arcs" outflows are used «

Bei einer besonders vorteilhaften Art des Lichtbogen-Auftrag-Schweißens wird ein Lichtbogen zwischen zwei Elektroden aufrechterhalten, in den Lichtbogen ein Gas eingeführt und das erhaltene Lichtbogenplasma durch eine einschnürende Düsenöf-f -nung hindurchgeleitet. Der als überzug aufzutragende Werkstoff wird, im allgemeinen in Form eines Pulvera, in den Lichtbogen eingebracht und mittels der Lichtbogsnausatröwung zu dem zu ; beschichtenden Werkstück mitgenommen» Dieses Verfahren ist im einzelnen in der USA-Patentschrift 3 016 447 beschrieben.In a particularly advantageous type of arc build-up welding, an arc is maintained between two electrodes, a gas is introduced into the arc and the arc plasma obtained is passed through a constricting nozzle opening. The material to be applied as a coating is introduced into the arc, generally in the form of a powder, and added to the arc by means of the arc . workpiece to be coated »This method is described in detail in US Pat. No. 3,016,447.

Dieses Verfahren hat sich zwar hervorragend bemährt, gleichwohl 1st es mit einigen Mängeln behaftet. So kann es beim Lichtbogen-Auftragschweißen zu Verunreinigungen der Lichtbogenausströmung durch die umgebende Luft kommen, infolgedessenAlthough this method has worked extremely well, it nevertheless has a number of shortcomings. So it can with Arc cladding leads to contamination of the arc discharge by the surrounding air, as a result wird der Beschichtungswerkstoff oxydiert und entsteht ein saue?·is the coating material oxidized and does it become acidic?

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atoffhaltiget Überzug« Werden überzüge aus reinem metall hergestellt? sind* die metallischen überzüge porös, weisen sie eine niedrige Duktilität auf und ist es schwierig, sie mit engen Toleranzen unter Erzielung einer befriedigenden Ober= flächengüt· zu bearbeiten«, Außerdem können die chemischen Änderungen, die der heiße, im Gasstrom mitgeführte überzugs-UJB r keto ff in der Gegenwart der Verunreinigungen erführt, die gewünschten physikalischen Eigenschaften des überzugswerkstoffee unerwünscht beeinflussen. M Coating containing nitrogen «Are coatings made from pure metal? If the metallic coatings are porous, they have a low ductility and it is difficult to process them with tight tolerances while achieving a satisfactory surface quality «. In addition, the chemical changes that the hot coating UJB r keto ff performed in the presence of the impurities, undesirably affect the desired physical properties of the coating material. M.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, bei dem die Verunreinigung einer Gasausströmung durch die Umgebung minimal gehalten ist. Es soll verhindert werden, daß das eina Lichtbogeneusströmumg umgebende Ges in v die Liehtbogeneysatrömung eingesaugt wird. Bei Anwendung des Verfahrens auf das Lichtbogenauftragschweißen soll alne Oxy= dation des in einer Liehtbogenausstrümung mitgeführten Merkstoffes kleinstraöglich gehalten werden,, Es soll ein Verfahren geschaffen werden, mittels dessen auf einem Träger im wesent- ^ liehen sauerstofffreie Lichtbogenauftragschweißungen ausgeführt werden können« Eine Oxydation von in einer Lichtbogen= ausströmung mitgeführtem pulverformigem Werkstoff soll verhindert werden«, The invention is based on the object of creating a method in which the contamination of a gas outflow by the environment is kept to a minimum. It should be prevented that the surrounding eina Lichtbogeneusströmumg Ges is sucked into the Liehtbogeneysatrömung v. When the process is applied to arc deposition welding, the oxydation of the material carried along in a Liehtbogenausstrümung should be kept as small as possible an arc = outflow of powdered material carried along should be prevented «,

Erfindungsgemäß wird die gegen Verunreinigung aus der Umgebung zu schützende Gaeausströmung mit einem ringförmigen Schutzgasstram umhüllt, dessen Breite in mm zwischen demAccording to the invention, the gas outflow to be protected against contamination from the environment is provided with an annular Protective gas stream enveloped, the width of which in mm between the

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1,25- und dem 20-fachen Wert der Quadratwurzel des in mm gemessenen Durchmessers der Düsenöffnung liegt, durch die die Gasausströmung hindurchläufto Das in dem ringförmigen Schutzgasstrom strömende Gas befindet sich koaxial zu der Gasausströmung, und die Quadratwurzel (τ)? des Impulsflusses (Impuls/Zeiteinheit) des ringförmigen Gasstromes hat einen1.25 and 20 times the value of the square root of what is measured in mm Diameter of the nozzle opening through which the gas flow passes through to that in the annular protective gas flow The flowing gas is coaxial with the gas outflow, and the square root (τ)? of momentum flow (Pulse / time unit) of the annular gas flow has a

4-4-4-4-

U/ert v/on mindestens 2,44 kg^/s m , wobei Q die DurchfluQ-menge des ringförmigen Gasstromes in m /s, A die Ringfläche in m und ? die Gasdichte in kg/m ist.U / ert v / on at least 2.44 kg ^ / s m, where Q is the flow rate of the ring-shaped gas flow in m / s, A is the ring area in m and? is the gas density in kg / m.

Die Erfindung beruht auf der Feststellung, daß ein ringförmiger Schutzgasstrom, der eine Breite und einen longitudinalen ImpulsfluG innerhalb der angegebenen Grenzen besitzt und der als gleichförmig turbulente Strömung ausgebildet ist, eine Gasausströmung in hervorragender Hieise abschirmt, so daß die Sauerstoffkonzentration der Gasausströmung im wesentlichen gleich derjenigen des ringförmigen Schutzgasstromes ist,, Wenn die Breite des ringförmigen Schutzgasstromes in mm zwischen dem 1 ,25- und dem 20-fachen liiert der Quadratwurzel des in mm gemessenen Durchmessers der öffnung der Düse liegt, aus der die Gasströmung austritt, und wenn die Quadratwurzel (τ)? des longitudinalen Impulsflusses des Gasstromes größer alsThe invention is based on the finding that an annular flow of inert gas, one width and one longitudinal Has momentum flow within the specified limits and which is designed as a uniform turbulent flow, shields a gas outflow in an excellent manner, so that the oxygen concentration of the gas effluent is essentially is equal to that of the annular protective gas flow ,, If the width of the ring-shaped shielding gas flow in mm between 1.25 and 20 times the square root of the in mm measured diameter of the opening of the nozzle, from which the gas flow emerges, and if the square root (τ)? of the longitudinal momentum flow of the gas flow is greater than

4- 4.4- 4.

2,44 kg z /s m ist, liegt die Reynoldsche Zahl (Re) der Gasströmung im allgemeinen über 2000. Eine Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung bei einer Reynoldschen Zahl unter 2000 ist zwar möglich, doch wird die Wirksamkeit der Randab-2.44 kg z / sm is, the Reynolds number (Re) of the gas flow is generally above 2000. Carrying out the method according to the invention with a Reynolds number below 2000 is possible, but the effectiveness of the edge distance is

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schirmung verbessert, mann die Reynoldsche Zahl erhöht wird,shielding improved, if the Reynolds number is increased,

4-4-

ujährend das Verhältnis Ui/D innerhalb der angegebenen Grenzen gehalten uiirdo ujährend the ratio Ui / D within the limits indicated uiird held o

Weitere merkmale, Vorteile und Anuiendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen» Es zeigen:Further features, advantages and possible uses of the Invention emerge from the subclaims and from following description of preferred embodiments in Connection with the accompanying drawings »They show:

Figur 1Figure 1

eine schematische Darstellung des Gegenstandes der Erfindung,a schematic representation of the subject matter of the invention,

Figur 1AFigure 1A

einen Teilquerschnitt des vorderen Endes eines zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeigneten Brenners,a partial cross-section of the front end of a for performing the method according to burner suitable for the invention,

Figur 2Figure 2

eine Kurvenschar, die den Einfluß der Durchflußmenge des ringförmigen Schutzgasstromes auf die Sauerstoffkonzentration der abgeschirmten Gaeausströmung für verschiedene Ringflächen und Schutzgase erkennen läßt,a family of curves showing the influence of the flow rate of the annular protective gas flow on the oxygen concentration of the shielded gas outflow for different Reveals ring surfaces and protective gases,

Figur 3Figure 3

eine Kurve, die den Einfluß der Parameter des ringförmigen Schutzgasstromes auf die Sauerstoffkonzentration veranschaulicht, unda curve showing the influence of the parameters of the annular protective gas flow on the Oxygen concentration illustrated, and

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Figuren 4 und 5 Kurvenscharen, die den Einfluß des Wer-Figures 4 and 5 sets of curves that show the influence of the

4-4-

hältniases Ul/D auf die Sauerstoff konzentration bei unterschiedlichen Brennerabständen erkennen lassen»holdniases Ul / D on the oxygen concentration at different burner distances to show »

Die Erfindung eignet eich hervorragend für die Abschirmung einer Lichtbogenausströmung, in der ein pulverförmiger über« zugswerkstoff mitgeführt und in erhitztem Zustand zu einem Werkstück gebracht wird, das mit einem solchen Werkstoff überzogen werden soll» Beim Lichtbogenauftragschweißen wird im allgemeinen ein Lichtbogen zwischen einer ersten und einer zweiten Elektrode ausgebildet, die sich innerhalb eines Lichtbogenbrenners befinden. In den Lichtbogen wird ein Lichtbogengas eingeleitet, um eine Lichtbogenausströmung zu bilden» Der Beschichtungsmerketoff uiird in den Lichtbogen und die Lichtbogenausströmung eingeführt und von diesen zum Werkstück " transportiert. Bisher waren die mittels eines derartigen Verfahrens hergestellten Überzüge im allgemeinen oxydiert« Wird die Erfindung bei dem beschriebenen Lichtbogenauftragschweiö'-verfahren eingesetzt, uiird die Sauerstoff verunreinigung im wesentlichen beseitigt, so daß Überzüge erhalten werden, die im wesentlichen den gleichen Reinheitsgrad besitzen wie der zur Herstellung des Überzuges verwendete Ausgangswerkstoff. Die folgende Tabelle läßt anschaulich die Vorteile des arfindungegemäßen Verfahrens erkennen.The invention is ideally suited for shielding an arc discharge in which a powdery over « Zugswerkstoff carried along and in a heated state to one Workpiece is brought that is to be coated with such a material »With arc deposition welding, the generally an arc is formed between first and second electrodes located within an arc torch. An arc gas is introduced into the arc to create an arc discharge »Der Coating material is introduced into the arc and the arc outflow and from these to the workpiece " transported. Previously, the coatings produced by such a process were generally oxidized the invention is used in the described arc deposition welding process, the oxygen contamination in the substantially eliminated, so that coatings are obtained that have essentially the same degree of purity as the starting material used to produce the coating. The following table clearly shows the advantages of the inventive method.

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Sauerstoffgehalt dee mittels eines Lichtbogenbrenners aufgetragenen SchufeißgutesOxygen content dee applied by means of an arc torch Shit good

Tabelle ITable I.

AufgetragenesApplied
SchweißgutWeld metal
Sauerstoffgehalt (%) Oxygen content (%) Ausgangs-Initial
pulverpowder
Herkömml.Conventional
überzugcoating
mit Koaxialstrahlabwith coaxial beam
schirmung hergestellshielding manufactured
ter Überzugthe coating
Kupfercopper
Nickelnickel
Wolframtungsten
Titantitanium
molybdänmolybdenum
0,1260.126
0,1720.172
0,0270.027
0,6550.655
0,4190.419
0,3020.302
0,4560.456
0,2740.274
> 2,0> 2.0
0,7100.710
0,0920.092
0,1510.151
0,0300.030
0,7300.730
0,1600.160

Ulis aus der Tabelle hervorgeht, ist der Sauerstoffgehalt von Überzügen, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens her~% gestellt werden, wesentlich niedriger als der bei üblichen überzügen, das heißt ohne Koaxialstrahlabschirmung, erhaltene; in den meisten Fällen ist er gleich oder sogar kleiner als der Sauerstoffgehalt des Ausgangspulvers.Ulis is apparent from the table that the oxygen content of coatings that are provided by the inventive method fro ~%, substantially lower than in conventional coatings, that is, without Koaxialstrahlabschirmung, obtained; in most cases it is equal to or even less than the oxygen content of the starting powder.

Eine schematische Darstellung einer typischen Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung findet sich in Figur 1„ An einem herkömmlichen Lichtbogenbrenner 1 der aus der USA-Patentschrift 3 016 447 bekannten Art ist eine Koaxialstrahlabschirmeinrichtung 3 derart angebracht, daß dieA schematic representation of a typical device for carrying out the method according to the invention can be found In FIG. 1, “on a conventional arc torch 1 of the type known from U.S. Patent 3,016,447 is one Koaxialstrahlabschirmeinrichtung 3 attached so that the

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Lichtbogenausströmung aus dar den Durchmesser D aufweisenden Düsenöffnung 5 im Brenner 1 durch den mittleren Teil der Einrichtung 3 hindurchläuft. Die Koaxialstrahlabschirmeinrichtung 3 ist so ausgewählt, daß die in mm gemessene Breite des ringförmigen Schutzgaestromes den 1,25- bis 20-fachen UJert der Quadratwurzel des in mm gemessen Durchmessers D hat, In diesem Falle ist die Breite Ul der Einrichtung 3 gleich der ™ Breite dee ringförmigen Schutzgaestromes.Arc outflow from the nozzle opening 5 having the diameter D in the torch 1 through the middle part of the Device 3 runs through. The coaxial beam shielding device 3 is selected so that the width measured in mm of the annular protective gas flow 1.25 to 20 times UJert is the square root of the diameter D measured in mm, In this case, the width U1 of the device 3 is equal to the width of the annular protective gas flow.

In Figur 1A ist der Durchmesser D der Einrichtung 3A so ausgewählt und auf den Durchmesser D der Düsenöffnung 5A abgestimmt, daß die Breite des ringförmigen Gasstromes, die inIn Figure 1A, the diameter D of the device 3A is selected and matched to the diameter D of the nozzle opening 5A that the width of the annular gas flow, which in

D - D diesem Falle gleich a ist, in den angebenen Ulertebe-D - D in this case is equal to a, in the specified Ulertebe-

reich fällt. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung schnürt die Innenfläche 7A der Einrichtung 3A den aus der Düsenöffnung 5A austretenden Strahl nicht ein, sondern bildet nur einen Kanal, durch den hindurch die Lichtbogenausströmung aus der Einrichtung 3A austritt. Würde dagegen die Fläche 7A so klein gemacht, daß eine wesentliche Einschnürung des austretenden Strahles erzielt würde, dann wird der Innendurchmesser dieser Einschnürung zu dem Öffnungsdurchmesser, der bei der Berechnung des Breitenparameters verwendet wird.rich falls. In this embodiment of the invention laces the inner surface 7A of the device 3A does not enter the jet emerging from the nozzle opening 5A, but only forms one Channel through which the arc discharge exits from device 3A. On the other hand, the area 7A would be so small made that a substantial constriction of the exiting jet would be achieved, then the inside diameter of this Neck to the opening diameter used in calculating the width parameter.

Figur 4 läßt erkennen, daß bei einem Brennerabstand, das heißt Abstand des Lichtbogenbrenners vom Werkstück, von 25,4 mm die Wirksamkeit des ringförmigen Schutzgaestromee bei vorgegebener Durchflußmenge bis zu einem maximalen oder bevorzugtenFigure 4 shows that with a torch distance, that is to say the distance between the arc torch and the workpiece, of 25.4 mm Effectiveness of the ring-shaped protective gas flow at a given flow rate up to a maximum or preferred

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4-4-

Vsrhältnis von ungefähr 6 mm *■ ansteigt und dann abzunehmenV ratio of about 6 mm * ■ increases and then decreases

4r4r beginnt, bis ein Verhältnis von ungefähr 20 mm erreicht tuird,begins until a ratio of approximately 20 mm is reached, (UO die Wirksamkeit gerade noch annehmbar ist«, Figur 5 zeigt eine Kurvenschar ähnlich Figur 4, die erkennen läßt, daß die in Figur 4 uiiedergegebenen Verhältnisse noch ausgeprägter sind, wenn der Brennerabstand 12,7 mm beträgt,, Es wurde gefunden, daß die vorliegende Erfindung bei Verfahren vorteilhaft ist, bei denen der Abstand zwischen dem Ende der Einrichtung und dem Werkstück bis zu ungefähr dem 40- bis 50-fachen des Düsenöffnungsdurchmessers beträgt,,(UO the effectiveness is just acceptable, ”Figure 5 shows a family of curves similar to FIG. 4, which shows that the relationships shown in FIG. 4 are even more pronounced when the burner distance is 12.7 mm found that the present invention is advantageous in processes in which the distance between the end of the device and the workpiece is up to about 40 to 50 times the nozzle opening diameter is ,,

Aus der Kurvenschar nach Figur 2 folgt, daß das Molekulargewicht des verwendeten Gases einen Einfluß auf die resultierende Sauerstoff verunreinigung der Lichtbogenausströmung hat«, Es ist zu erkennen, daß Argon wirksamer als Helium ist und daß es bei gleicher Durchflußmenge zweckmäßiger ist, mit einem kleineren Ring zu arbeiten, der zu höheren Geschwindigkeiten führt»From the family of curves according to FIG. 2 it follows that the molecular weight of the gas used has an influence on the resulting oxygen contamination of the arc outflow «, Es it can be seen that argon is more effective than helium and that with the same flow rate it is more appropriate to use a to work smaller ring, which leads to higher speeds »

Die Wirksamkeit der Abschirmung hängt bei dem Verfahren nach der Erfindung nicht nur von der Breite des ringförmigen Schutz=· gasstromes, sondern auch von einer Größe ab, die vorliegend als Quadratwurzel des Impulsflusses bezeichnet wird und die. definiert ist durch den Ausdruck (j)? » Der Ausdruck (S-) <? wird wie folgt abgeleitet:The effectiveness of the shielding in the method according to the invention does not only depend on the width of the ring-shaped protection = gas flow, but also from a size that is referred to here as the square root of the momentum flow and the. is defined by the expression (j)? »The expression (S-) <? is derived as follows:

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- ίο -- ίο -

UJird der Ausdruck (j)Q>Z als (^ $) oder als (Q9) (§) (-^) geschrieben, ergibt sich die Quadratwurzel des Impulsflusses, da (Q?) die Gewichtsdurchflußmenge, (~) die Geschwindigkeit und (-r) der Reziprokwert der Fläche ist.If the expression (j) Q > Z is written as (^ $) or as (Q9) (§) (- ^), the result is the square root of the momentum flow, since (Q?) Is the weight flow rate, (~) the speed and ( -r) is the reciprocal of the area.

In Figur 1 ist die Fläche A die Querschnittsfläche des Ringes, durch den der Schutzgasstrom hindurchtritt. In Figur 1A ergibt sich die Fläche aus der Gleichung % (θ -Dj.In FIG. 1, area A is the cross-sectional area of the ring through which the inert gas flow passes. In FIG. 1A, the area results from the equation % (θ -Dj.

Figur 3 läßt erkennen, daß zur Erzielung einer wesentlichen Absenkung des Sauerstoffgshalts in der LichtbogenausströmungFIG. 3 shows that in order to achieve a substantial reduction in the oxygen content in the arc outflow

Λ 4- Λ 4-

der Wert von (£)9^~größer als j sein sollte.the value of (£) 9 ^ ~ should be greater than j.

8 m~i~8 m ~ i ~

Die Zusammensetzung des Gases beeinflußt selbstverständlich den Impulsfluß. Figur 2 zeigt, daß beispielsweise Argon als Abschirmgas für die Zwecke der Erfindung besser geeignet ist als Helium.The composition of the gas will of course affect the momentum flow. Figure 2 shows that, for example, argon as Shielding gas for the purposes of the invention is more suitable than helium.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wurde ein Lichtbogenbrenner mit einer UJoIframelektrode und einer Düse mit einem Öffnungsdurchmesser von 3,2 mm so ausgebildet, daö er eine Koaxialabschirmeinrichtung der in Figur 1A veranschaulichten Art mit einem Durchmesser D von 25 mm aufnehmen konn-In a preferred embodiment of the invention, a Arc torch with a UJoIfram electrode and a nozzle designed with an opening diameter of 3.2 mm so that there are it can accommodate a coaxial shielding device of the type illustrated in FIG. 1A with a diameter D of 25 mm.

te. Der Ring der Abschirmeinrichtung wird vorzugsweise mit einem porösen Metall, mit einem Gitter oder mit einem anderen zweckentsprechenden material abgedeckt, um eine gleichmäßigete. The ring of the shielding device is preferably covered with a porous metal, with a grid or with another Appropriate material covered to ensure a uniform

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Strömung über den vollen Querschnitt sicherzustellen und eine ungleichförmige Geschwindigkeiteverteilung auf Grund der Gas= einführungen zu vermeiden,, Das Verfahren nach der Erfindung arbeitet am besten, wenn nicht eine glatte, laminare Strömung, sondern eine gleichförmig turbulente Strömung erzielt wird. Zwischen der UIoIframelektrode und einer zweiten Elektrode innerhalb des Lichtbogenbrenners uiird ein Lichtbogen ausgebildet» Ein pulverförmiger Werkstoff wird in den Lichtbogen ein» ^ geleitet und in der Lichtbogenausströmung zu einem Werkstück transportiert» Ein Schutzgas, vorzugsweise Argon, wird in die Koaxialstrahlabschirmeinrichtung 3 oder 3A in einer Durchflußmenge eingeleitet, die es erlaubt, den erforderlichen ImpulsfluQ zu erzielen.Ensure flow over the full cross-section and a non-uniform velocity distribution due to the gas = to avoid introductions, the method according to the invention works best if not a smooth, laminar flow, but a uniformly turbulent flow is achieved. An arc is formed between the aluminum frame electrode and a second electrode within the arc burner. A powdery material is inserted into the arc guided and in the arc outflow to a workpiece transported »A protective gas, preferably argon, is fed into the Coaxial beam shielding device 3 or 3A introduced in a flow rate that allows the required pulse flow to be achieved.

Wenn die Koaxialstrahlabschirmeinrichtung einen zu breiten Ring besitzt, sind sehr hohe Durchflußmengen erforderlich, um » den erwünschten Impulsfluß zu erzielen, so daß das Verfahren wirtschaftlich weniger interessant wird« Ist andererseits der I Ring zu schmal, wird der ringförmige Schutzgasstrom zu dünn und unstabil und erfüllt er nicht seine Funktion, die menge des von der zentralen Gasausströmung mitgerissenen Gases herabzusetzen,, Es wurde festgestellt, daß die Lichtbogenbedingungen, zum Beispiel die Stromstärke des Lichtbogens und die Durchflußmenge des Lichtbogengases, einen vernachlässigbaren Einfluß auf die Wirksamkeit des ringförmigen Schutzgasstromes haben. Beispielsweise ergab eine Änderung der DurchflußmengeIf the coaxial beam shielding device is too wide Ring, very high flow rates are required to » to achieve the desired pulse flow, so that the method economically less interesting «On the other hand, the I If the ring is too narrow, the ring-shaped shielding gas flow becomes too thin and unstable and does not fulfill its function, the crowd of the gas entrained by the central gas outlet, It has been found that the arc conditions, for example the amperage of the arc and the The flow rate of the arc gas, a negligible one Have an influence on the effectiveness of the annular protective gas flow. For example, a change in the flow rate resulted

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3 33 3

dee Lichtbogengaeee im Bereich von 5,7 m /h bie 17,0 m /hThe arc gap in the range from 5.7 m / h to 17.0 m / h eine nur eehr geringfügige Änderung des Sauerstoffgehaltes der Lichtbogenaueströmung.only a very slight change in the oxygen content the electric arc flow.

Uleitere Einzelheiten der Erfindung und deren Anwendung ergeben eich aus den folgenden Beispielen,,Uleitere details of the invention and their application can be found in the following examples,

Beispiel IExample I.

Zur Herstellung eines Überzuges wurde ein Lichtbogenbrenner mit einer Wolfranelektrode benutzt, die von einer Düse mit 3,2 mm Durchmesser und 4,8 mm Länge umgeben war. In den Lichtbogenbrenner wurde Argon als Lichtbogengas in einer Men« ge von 12,7 m /h eingeführt. Dar Lichtbogenetrom betrug 125 A bei 78 V. Der Brennerabstand lag bei 12,7 mn. In den Lichtbogenbrenner wurde Nickelpulver mit einem Sauerstoffgehalt von 0,172 % in einer Menge von 24 g/Min, eingeleitete Die Auftrags* leistung des Pulvers auf dem Träger betrug 15 g/fflin. Eine Koaxialstrahlabschirineinrichtung ähnlich der in Figur 1A veranschaulichten war an dem Lichtbogenbrenner befestigt. Der die Lichtbogenaueströmung umhüllende ringförmige koaxiale Gasstrom hatte eine Breite von 7,9 mm. In die Einrichtung wurde Argongas mit einer Durchflußmenge von 56,6 m /h eingeleitet,An arc torch with a Wolfran electrode surrounded by a nozzle 3.2 mm in diameter and 4.8 mm in length was used to produce a coating. Argon was introduced into the arc torch as an arc gas at a rate of 12.7 m / h. The arc current was 125 A at 78 V. The distance between the torches was 12.7 mn. Nickel powder with an oxygen content of 0.172 % was introduced into the arc torch in an amount of 24 g / min. The application rate of the powder on the carrier was 15 g / fflin. A coaxial beam shielding device similar to that illustrated in Figure 1A was attached to the arc torch. The annular coaxial gas flow enveloping the external arc flow had a width of 7.9 mm. Argon gas was introduced into the facility at a flow rate of 56.6 m / h, wodurch ein Wert für die Quadratwurzel des Impuleflueses vongiving a value for the square root of the momentum flux of

73 2 ko"^73 2 ko "^

— — erhalten wurde. Der Sauerstoffgehalt des dabei aus-- - was received. The oxygen content of the

s m~z~s m ~ z ~

gebildeten Überzuges betrug 0,150 %t was einer Verminderungformed coating was 0.150 % t, which is a reduction

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um 0,022 % entspricht,. Der überzug uiar sehr sauber und konnte ausgezeichnet bearbeitet werden.corresponds to 0.022 %. The coating was very clean and could be worked on very well.

Beiepiel IIExample II

Die bei diesem Versuch verwendete Vorrichtung entsprach derjenigen des Beispiels I mit der Ausnahme, daß die Düse 3,2 mm lang uiaro Argon wurde in den Lichtbogenbrenner mit einer Durchflußmenge von 12,7 m /h eingeleitet«. Die Lichtbogenstrom stärke betrug 100 A bei 80 U. Der Brennerabstand lag bei 12,7 mm„ Titanpulver mit einem Sauerstoffgehalt von 0,651 % wurde in einer menge von 20 g/lllin. in den Lichtbogenbrsnner eingeleitet. Die Auftragsleistung an Pulver auf dem Träger betrug 13 g/fflin« Der Koaxialstrahl hatte eine Breite von 7,9 mm ο In den Koaxialstrom uiurde Argon mit einer Durchfluß = menge von 56,6 m /h eingeführte Dies ergab einen Wert fürThe apparatus used in this experiment corresponded to that of Example I with the exception that the nozzle 3.2 mm long and argon was introduced into the arc torch at a flow rate of 12.7 m / h. The arc current was 100 A at 80 U. The distance between the torches was 12.7 mm. Titanium powder with an oxygen content of 0.651 % was used in an amount of 20 g / lllin. initiated into the arc burner. The application rate of powder on the carrier was 13 g / fflin. The coaxial jet had a width of 7.9 mm. Argon was introduced into the coaxial stream at a flow rate of 56.6 m / h. This gave a value for

73 2 k die Quadratwurzel des Impulsflusses von — ■. Der Sauer»73 2 k is the square root of the momentum flux of - ■. The sour »

s m"*" stoffgehalt des ausgebildeten Überzuges betrug 0,730 %o Diesm "*" material content of the formed coating was 0.730% o Bearbeitbarkeit und die Ifföglichkeit einer Oberflächenveredelung waren hervorragend.Machinability and the possibility of surface finishing were excellent.

Beispiel IIIExample III

Die benutzte Vorrichtung ear die gleiche wie im Beispiel II. Die DüeenlMnge betrug 4,0 mm0 Die Lichtbogenbedingungen waren die gleichen wie in Beispiel II. fllolybdänpulver mit einem Sauerstoffgehalt von 0,419 % wurde in einer menge von 33 g/lflin.The apparatus used ear the same as in Example II. The DüeenlMnge was 4.0 mm 0 The arc conditions were the same as in Example II was fllolybdänpulver. With an oxygen content of 0.419% in an amount of 33 g / lflin.

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in den Lichtbogenbranner eingeführt. Die Auftragsleietung betrug 20 g/Min. Der Koaxialstrahl hatte eine Breite von 7,9 mm, Argon wurde in den Koaxialstrahl mit einer DurchfluQmenge von 56,6 m /h eingeführt; dies ergab einen Wert für die Quadrat-inserted into the arc torch. The order rate was 20 g / min. The coaxial beam was 7.9 mm wide, Argon was introduced into the coaxial jet at a flow rate of 56.6 m / h introduced; this resulted in a value for the square

73 2 ko*^ wurzel des Impulsflusses von — . Der Sauerstoffgehalt73 2 ko * ^ root of momentum flux from -. The oxygen content

8 m"a
des Überzuges betrug 0,155 %„ Der Sauerstoffgehalt wurde also
8 m "a
of the coating was 0.155 %

beträchtlich, und zwar um 0,264 %, herabgesetzt.considerably reduced by 0.264 %.

Beispiel IVExample IV

Die Bedingungen waren die gleichen wie in Beispiel III«, Die Lichtbogenstromstärke betrug 150 A bei 80 V« Wolframpulver mit einem Sauerstoffgehalt von 0,027 % wurde in einer menge von 68 g/fllin. in den Lichtbogenbrenner eingeleitet. Die Auftrags=The conditions were the same as in Example III. The arc current was 150 A at 80 V. Tungsten powder with an oxygen content of 0.027 % was used in an amount of 68 g / fllin. introduced into the arc torch. The order = leistung betrug 51 g/fflin. Die Breite des Koaxialstrahls betrugoutput was 51 g / fflin. The width of the coaxial beam was

73 2 ko~^ 7,9 mm; die Quadratwurzel des Impulsflusses lag bei 1J 73 2 ko ~ ^ 7.9 mm; the square root of the momentum flux was 1 J

β m^"β m ^ "

Der überzug hatte einen Sauerstoffgehalt von 0,030 Der Überzug hatte also praktisch denselben niedrigen Sauerstoffgehalt wie das ursprüngliche UJoIframpulver; er eignet eich infolge= dessen besser für Anwendungsfälle, die eine hohe Festigkeit bei Zimmertemperatur und hohen Temperaturen erfordern.The coating had an oxygen content of 0.030 %. The coating thus had practically the same low oxygen content as the original UJoIfram powder; As a result, it is better suited for applications that require high strength at room temperature and high temperatures.

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Claims (1)

■ ■ - 15 -Ansprüche■ ■ - 15 claims Verfahren zum Verhindern der Verunreinigung einer aus einer Düse austretenden raschen Gasausströmung durch die Umgebung der Gasausströmung, dadurch gekennzeichnet, daß die rasche Gasaueströmung mit einem ringförmigen, koaxialen Gasstrom umhüllt wird, dessen Breite in mm zwischen dem 1,25- und dem 20-fachen UIert der Quadratwurzel des In mm gemessenen Durchmessers der Düsenöffnung liegt, und daß In den ringförmigen, koaxialen Gasstrom ein Gas mit einer solchen Durchflußmenge eingeleitet tuird, daß der ringförmige, koaxiale Gasstrom einen Wert für die Quadrat'Method of preventing the contamination of one from Rapid gas outflow emerging from a nozzle through the vicinity of the gas outflow, characterized in that the rapid gas flow is enveloped with an annular, coaxial gas flow, the width of which in mm between 1.25 and 20 times the UIert of the square root of In mm measured diameter of the nozzle opening, and that in the annular, coaxial gas stream with a gas initiated such a flow rate that the annular, coaxial gas flow a value for the square ' 4r4r wurzel (j)9 des longitudinalen Impulsflusses hat, derroot (j) 9 of the longitudinal momentum flow that mindestens gleich ist, wobei Q die Durchf lußmen·is at least equal, where Q is the flow rate β m"^" 3 β m "^" 3 ge des ringförmigen Gasstromes in m/s, A die Ringflächege of the ring-shaped gas flow in m / s, A is the ring area 2 32 3 in j und ·? die Gasdichte in kg/m ist»in j and ·? the gas density in kg / m is » Z0 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des ringförmigen koaxialen Gasstromes in ram ungefähr den sechsfachen UIart der Quadratwurzel des in mm gemessenen Durchmessers der Düsenöffnung hat0 Z 0 A method according to claim 1, characterized in that the width of the annular coaxial gas stream has the in mm measured diameter of the nozzle opening in ram about six times the square root UIart 0 3ο Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reynoldsche Zahl des koaxialen Gasstromes größer als 2000 ist0 3ο Method according to claim 1 or 2, characterized in that the Reynolds number of the coaxial gas flow is greater than 2000 0 9 0 9 8 31/08789 0 9 8 31/0878 Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Gas für den ringförmigen koaxialen Gasstrom Argon verwendet uiirdoMethod according to one of the preceding claims, characterized in that the gas for the ring-shaped coaxial gas flow argon used uiirdo Anwendung des Verfahrene nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung eines im wesentlichen sauer« stofffreien Überzuges auf einem Träger durch Plasma»Application of the method according to one of the preceding claims for the production of an essentially acidic « substance-free coating on a carrier by plasma » v Auftragschweißen, bei dem ein Lichtbogen zwischen zwei v Overlay welding, in which an arc is drawn between two Elektroden aufrechterhalten, in den Lichtbogen ein Licht bogengasstrom eingeführt und das erhaltene Lichtbogen« plasma durch eine einschnürende Düsenöffnung hindureh$e~ leitet wird, die eine rasche, energiereiche Lichtbogen» au88trömung erzeugt, die den Uberzugeeerkatoff mitführt und mittele des ringförmigen koaxialen Gasstromes um= hüllt wird«,Electrodes maintain a light in the arc arc gas flow introduced and the obtained arc " plasma through a constricting nozzle opening which conducts a rapid, high-energy arc » A current is generated which carries the excess catalyst with it and mean of the annular coaxial gas flow around = is wrapped «, BAD ORIGINALBATH ORIGINAL 909831 /0878909831/0878
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2465965A1 (en) * 2010-12-15 2012-06-20 LEONI Bordnetz-Systeme GmbH Device and method for spraying a structure made of conductive material on a substrate

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Legal Events

Date Code Title Description
SH Request for examination between 03.10.1968 and 22.04.1971
C3 Grant after two publication steps (3rd publication)
E77 Valid patent as to the heymanns-index 1977