DE1827898U

DE1827898U - DEVICE FOR SHIELD GAS ARC WELDING WITH A MELTING ELECTRODE.

Info

Publication number: DE1827898U
Application number: DE1957U0001964
Authority: DE
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1957-08-13
Filing date: 1957-08-13
Publication date: 1961-03-09

Description

Vorrichtung zum. Schutzgas-Lichtbogenschweißen mit abschmelzender Elektrode Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zum Schutzgas-Lichtbogenschweißen mit abschmelzender Elektrode und stromführendem Werkstück.Device for. Inert gas arc welding with consumable Electrode The innovation concerns a device for inert gas arc welding with melting electrode and live workpiece.

Es ist bereite bekannt, bei solchen Vorrichtungen einen Gasstrom hoher Geschwindigkeit anzuwenden, welcher durch eine einschnürende Düse um den Lichtbogen geblasen wird und diesen dabei einengt, stützt und stabilisiert. Außerdurch dem wird bei diesen bekannten Vorrichtungen die Einschnürung des Lichtbogens der Spannungsgradient und damit auch die Leistung des Bogens erhöht.It is already known to have a higher gas flow rate in such devices Speed, which is applied by a constricting nozzle around the arc is blown and this constricts, supports and stabilizes it. Besides that In these known devices, the constriction of the arc is the voltage gradient and thus also increases the performance of the bow.

Es ist weiterhin zum Schweißen auch schon ein Wechselstrom mit höherer Frequenz als der Netzfrequenz verwendet worden, wobei auch das Vielfache der Netzfrequenz eingesetzt wurde, um Reaonanzbedingungen zu erzielen. Man hat auch einen solchen Strom einem Schweiß-Gleichstrom überlagert. Man hatte beobachtet, daß hierdurch der Reinigungseffekt an der Schweißstelle, vor allem beim Schweißen von Leichtmetallen, erhiht wurde.For welding it is still an alternating current with a higher level Frequency has been used as the line frequency, also being a multiple of the line frequency was used to achieve reactonance conditions. You also have one Current superimposed on a welding direct current. It had been observed that through this the cleaning effect at the welding point, especially when welding light metals, was increased.

Es hat sich aber gezeigt, daß bei den bekannten Schutzgas-Lichtbogenschweißvorrichtungen mit abschmelzender Elektrode der Lichtbogen hinsichtlich seiner Brauchbarkeit sehr stark davon abhängig ist, daß die optimale Lichtbogenlänge möglichst genau eingehalten wird ; dies ist besonders dann der Fall, wenn der bekannte sprühregenartige Metalldbergang erzielt werden soll der bekanntlich eine bestimmte Stromdichte und Lichtbogenlänge erfordert.However, it has been shown that in the known inert gas arc welding devices with a melting electrode, the arc is very useful in terms of its usefulness is strongly dependent on the optimal arc length being adhered to as precisely as possible will ; this is especially the case with the well-known drizzle-like metal transition It is known that a certain current density and arc length are to be achieved requires.

Die Neuerung bezweckt, die Schweißarbeit zu erleichtern, indem es dem Schweißer nunmehr möglich ist, den Lichtbogen während des Schweißens in gewissen Grenzen zu variieren, ohne daß ungünstige Folgen, insbesondere hinsichtlich des sprühregenartigen Materialüberganges und des Reinigungeffektes an der Schweißstelle, auftreten.The aim of the innovation is to make welding work easier by the welder is now able to control the arc to a certain extent during welding To vary limits without unfavorable consequences, especially with regard to the spray-like material transition and the cleaning effect at the welding point, appear.

Die Neuerung besteht darin, daß an sich bekannte Mittel zum Zuführen eines Gasstromes mit mehr als 3 m/sec. bei einer Reynold-Zahl von mehr als 2000 vorgesehen aind, ferner, daß an sich bekannte regelbare Mittel zum Zuführen eines Schweiß-Wechselstromes bzw. eines gleichgerichteten Schweiß-Wechselstromes mit einer Welligkeitafrequenz von dem Mehrfachen der Netzfrequenz, vorzugsweise 360-12 000 Hz, und zur Erzeugung eines hörbaren Pfeiftones während der Dauer des Schweißens vorgesehen sind. Pfeifende Lichtbögen sind an eich bekannt, insbesondere aus der Anfangszeit der drahtlosen Telegraphie. Beim Schweißen mit dem Kohlelichtbogen ohne schutzgas treten bekanntlich auch mitunter unbeabsichtigte Pfeiftöne auf, die jedoch meist nur kurze Zeit bestehen bleiben. Irgendwelche Nutzen hinsichtlich des schweißtechnischen Ergebnisses hat die Fachwelt solchen mit Pfeifton arbeitenden Schweißlichtbögen bisher nicht zugeschrieben.The innovation consists in the fact that means for feeding are known per se a gas flow with more than 3 m / sec. if the Reynold number is more than 2000 aind provided, further that known controllable means for supplying a Welding alternating current or a rectified welding alternating current with a Ripple frequency of the multiple of the mains frequency, preferably 360-12,000 Hz, and to produce an audible whistling sound for the duration of the welding are provided. Whistling arcs are known to eich, in particular from the The early days of wireless telegraphy. When welding with the carbon arc without protective gas, it is well known that unintentional whistling tones also occur, but they do most of time only persist for a short time. Any use in terms of welding The experts have produced such welding arcs with a whistling sound not yet attributed.

Der pfeifende, gasumhüllte Lichtbogen gemäß der Erfindung ist ein äußerst stabiler Lichtbogen, der auch bei Änderung der Lichtbogenlänge innerhalb gewisser Grenzen seine guten Eigenschaften nicht verliert und den apruhregenartigen Materialübergang weiterhin aufrechterhält. Beim Schweißen von Leichtmetallen tritt zusätzlich noch eine verstärkte Reinigungawirkung an der Schweißstelle auf. Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Neuerung sind aus den beiliegenden Darstellungen und der folgenden Beschreibung zu entnehmen. Es zeigen : Fig. 1 eine schematische, die Erfindung veranschaulichende Darstellung, und Fig. 2 eine teilweise vertikale Schnittansicht eines Schweißbrenners nach der Neuerung.The whistling gas-enveloped arc according to the invention is a extremely stable arc, even when changing the arc length within certain limits does not lose its good properties and the apru rain-like Material transfer still maintained. Occurs when welding light metals in addition, an increased cleaning effect at the welding point. Further Features, advantages and possible uses of the innovation can be found in the enclosed Representations and the following description can be found. They show: FIG. 1 a a schematic representation illustrating the invention, and FIG. 2 is a partial representation vertical sectional view of a welding torch according to the innovation.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist der Brennerkopf 2 einen Du-sendurchtritt mit einem verengten Endteil 1 auf, in den hinein sich die Spitze eines stromführenden Leitrohres 3 erstreckt. Mit einer solchen Anordnung wird ein verhältnismäßig lener ringförmiger Zvvischenraum 4 geschaffene durjL wel- chen das den Lichtbogen schirmende Gas stromt. Vorzugsweise werden Kurze Abstände von Düse zum Werkstück verwendet.As can be seen from FIG. 1, the burner head 2 has a nozzle passage with a narrowed end part 1 into which the tip of a current-carrying guide tube 3 extends. With such an arrangement a relative The ring-shaped cavity 4 created through the world the gas that shields the arc flows. Short distances from the nozzle to the workpiece are preferably used.

Die Neuerung wurde bis jetzt im Bereich folgender Grössenordnungen der Variablen angewandt : Düsen mit Austrittsöffgen A mit sowohl 9, 5 mm als auch 11, 1 mm Durchmesser wurden mit Erfolg verwendet. Leitrohrspitzen von 6,4 mm äusserem Durchmesser waren zufriedenstellend. Abstände B von 0-6,4 mm lieferten befriedigende Ergebnisse in Verbindung mit kleinen Düsen, jedoch ergaben, wie erwartet, infolge der Einbusse an Austrittsgeschwindigkeit Abstände von mehr als 6,4 mm einen Abfall sowohl der Lichtbogenstabilität als auch der Schweißschirmung. Kurze Abstände C von der Düse zum Werkstück sind wünschenswert und liefern mit maximal 12,7 mm die besten Ergebnisse mit den vorliegenden Anordnungen. Es wurden Argon-Durchflussmengen von über 0, 85 cbm pro Stunde verwendet. Düse und Leitrohrspitze sollen weitgehend konzentrisch sein. Hervorragende Ergebnisse wurden mit Elektrodenwinkeln D, Fig. 1, von 0-100 erreicht. Früher waren mehr als 10° notwendig, um eine gute Schirmung, besonders bei Aluminium zu erzielen.Up to now the innovation has been in the range of the following orders of magnitude of the variables applied: Nozzles with outlet openings A with both 9.5 mm and 11.1mm diameter has been used with success. Guide scope tips of 6.4 mm outer Diameters were satisfactory. Distances B of 0-6.4 mm gave satisfactory results Results associated with small nozzles, however, were, as expected, results the loss of exit velocity distances of more than 6.4 mm is a drop both arc stability and welding shielding. Short distances C from the nozzle to the workpiece are desirable and deliver with a maximum of 12.7 mm best results with the present arrangements. There were argon flow rates used at over 0.85 cbm per hour. The nozzle and guide scope tip should largely be concentric. Excellent results were obtained with electrode angles D, Fig. 1, reached from 0-100. In the past, more than 10 ° was necessary to ensure good shielding, to be achieved especially with aluminum.

Wie in Fig. 2 gezeigt, wird in einem Schweißbrenner 10 ein nichtummantelter Metallelektrodendraht 11 durch eine Leitrohr (elektrischer Kontakt)-spitze 12 vorgeschoben die innerhalb einer Gaadüze 13 zentriert ist, um eine ringförmige Gasmundung 14 freizulassen. Man lässt zwischen dem Ende des Drahtes 11 und einem Werkstück einen Schweißlichtbogen überschlagen, während Gas mit einer Geschwindigkeit von 3 m oder mehr pro Sekunde durch die Mündung 14 ausstromt und dadurch den Lichtbogen beim Vorschub des Drahtes in Richtung auf das Werkstück abschirmt, einschnürt und stabilisiert. Dem Lichtbogen wird ein Strom genügender Stärke zugef hit ? um innerhalb der Gasabschirmung geschmolzenes Metall axial vom Ende der Drahtelektrode zum Werkstück hin in Form eines "Sprühnebels" aus feinen diskreten Tröpfchen geschmolzenen Metalls auszuwerfen.As shown in Fig. 2, a welding torch 10 is a non-jacketed Metal electrode wire 11 advanced through a guide tube (electrical contact) tip 12 which is centered within a Gaadüze 13 around an annular gas opening 14 to release. One leaves between the end of the wire 11 and a workpiece Flashing welding arc while gas at a speed of 3 m or more flows out through the mouth 14 per second and thereby the arc during advance shields, constricts and stabilizes the wire in the direction of the workpiece. Is a current of sufficient strength supplied to the arc? around within the gas shield molten metal axially in shape from the end of the wire electrode towards the workpiece a "mist" of fine discrete droplets of molten metal.

Maschinelle Schutzgaslichtbogenschweissen von Aluminium mit schmelzbarer Elektrode und bei einer Leistung konstanten Potentials wird zunehmend mehr verwendet. Jedoch waren die Ergebnisse mit Leistung konstanten Potentiale in der Vergangenheit, besonders bei Aluminium, wegen der Lichtbogeninstabilität etwas enttäuschend. Bei Drähten kleinen Durchmessers Nird das Problem weiterhin erschwert durch Lichtbogenbildung in der Leitrohrspitze, die eine Unterbrechung des Drahtvorschubs verursacht.Mechanical inert gas arc welding of aluminum with fusible Electrode and constant potential power is increasingly used. However, the results with performance were constant potentials in the past, especially with aluminum, a bit disappointing because of the arc instability. at With small diameter wires the problem is further compounded by arcing in the guide scope tip causing the wire feed to be interrupted.

Nach der vorliegenden Neuerung lässt sich eine Klein-Durchmesser-Düse 13 mit etwa 9, 5 mm innerem Durchmesser in Verbindung mit einer Leitrohrspitze 12 eines äusseren Durchmessers von 6,4 mm verwenden, die bündig mit dem Ende der Düse abschliesst. Mit einer solchen Ausführungsform wird eine ganz wesentliche Verbesserung der Schweißarbeit erreicht. Die Lichtbogenlänge ist über die ganze Länge der Schweißnaht hin konstant ; die Mittelwerte von Lichtbogenstrom und Lichtbogenspannung sind verhältnismäßig konstant ; die schweißnahtabschirmung ist ausgezeichnet ; Porosität der Schweißnaht ist vermindert oder ganz vermieden und Lichtbogenbildung in der Leitrohrapitze ist praktisch beseitigt, selbst bei Elektrodendraht kleinen Durchmessers und bei konstantem Potential. Überdies wurden viele weitere Vorteile des Arbeitsvorganges mit der vorliegenden Erfindung erreicht, wie etwa tieferer Einbrand der Schweißnaht und geringerer Ubergangsstrom bei Anwendung von Gleichstrom entweder mit umgekehrter Polung (Elektrode positiv) oder mit direkter Polung (Elektrode negativ).According to the present innovation, a small-diameter nozzle can be used 13 with an inner diameter of about 9.5 mm in connection with a guide scope tip 12 Use an outer diameter of 6.4mm that is flush with the end of the nozzle concludes. Such an embodiment is a very significant improvement achieved the welding work. The arc length is over the entire length of the weld towards constant; the mean values of the arc current and arc voltage are proportional constant ; the weld seam shielding is excellent; The porosity of the weld is reduced or avoided altogether and arcing in the Guide tube tip is practically eliminated, even with electrode wire of small diameter and at constant potential. In addition, there were many other advantages of the operation achieved with the present invention, such as deeper penetration of the weld seam and lower transition current when using direct current with either reverse Polarity (positive electrode) or with direct polarity (negative electrode).

Schweißnähte in einer 15, 9 mm dicken Platte aus reinem Aluminium bei Anwendung eines Brenners nach der Erfindung mit Aluminiumdraht von 2,4 mm Durchmesser, einem Schweißstrom von 300 Ampere Gleichstrom, umgekehrter Polung (Elektrode positiv), 24 1/2 Volt Lichtbogenspannung, 28 cm pro Minute Schweißgeschwindigkeit und 1,41 cbm pro Stunde Argonausströmung zeigen, daß bei Anwendung der Erfindung die Schweißnahtoberfläche aäuberer und auf dem Grundmetall keine schwarzen Ablagerungen vorhanden sind.Welds in a 15.9 mm thick plate made of pure aluminum when using a burner according to the invention with aluminum wire with a diameter of 2.4 mm, a welding current of 300 amperes direct current, reverse polarity (electrode positive), 24 1/2 volt arc voltage, 28 cm per minute welding speed and 1.41 cbm per hour of argon outflow show that when the invention is used, the weld seam surface clean and there are no black deposits on the base metal.

Kurze Untersuchungen wurden bei Anwendung von anderen Drähten als Aluminium gemacht, wie etwa Stahl, rostfreiem Stahl und Siliziumbronze. Es wurden außer Argon auch andere Schutzgase untersucht, so etwa Oxyargon, Helium, Mischungen aus Argon und Helium, Kohlendioxyd. Es werden sowohl umgekehrte Polung (Elektrode positiv) als auch direkte Polung (Elektrode negativ) verwendet und in jedem Fall wurde eine erhebliche Verbesserung der Lichtbogenstabilität und der Schweißnahtqualität gegenüber der normalerweise mit Schutzgaslichtbogenschweißen mit schmelbarer Elektrode erzielten erreicht.Brief investigations have been carried out on the use of wires other than Made of aluminum, such as steel, stainless steel, and silicon bronze. There were In addition to argon, other protective gases are also examined, such as oxyargon, helium, mixtures from argon and helium, carbon dioxide. Both reverse polarity (electrode positive) as well as direct polarity (negative electrode) and in every case was a significant improvement in arc stability and weld quality compared to the normally gas-shielded arc welding with a fusible electrode achieved achieved.

Die praktische Tragweite der Neuerung ist vielseitig. Von besonderem Interesse ist der stabilisierte Lichtbogen Dieser gestattet in Verbindung mit tiefem Einbrand und ausgezeichneter Abschirmung die Herstellung verhältnismäßig langer, kontinuierliche Schweißnähte ohne Fetter. Z.B. war bislang die Schweißung einer 1,5 in langen Nh in 3 ? 2 md dickem Aluminium für Heißwussertanks nicht völlig zufriedenstellend, da gelegentlich heftige Schwankungen des Lichtbogens den Schweißnahteinbrand unterbrachen und Fehler hervorriefen. Die vorliegende Neuerung überwindet solche Schwierigkeiten. Ferner vermindert der größere Einbrand und in manchen Fällen beseitigt er auch ganz die Notwendigkeit von Ausbesserung oder Nacharbeit an der Rückseite der Naht. Während diese Vorteile direkt auf uas Schweißen von Aluminium mit Leistungkonstanten Potentials zutreffen, wurden solche auch mit anderen Arten elektrischer Leistung und mit anderen Metallen erzielt.The practical scope of the innovation is varied. The stabilized arc is of particular interest. In connection with deep penetration and excellent shielding, it allows the production of relatively long, continuous weld seams without grease. Eg was so far the welding of a 1.5 in long Nh in 3? 2 md thick aluminum for hot water tanks is not completely satisfactory, since occasionally violent fluctuations in the arc interrupted the weld penetration and caused errors. The present innovation overcomes such difficulties. Furthermore, the larger penetration reduces and, in some cases, eliminates the need for repairing or reworking the back of the seam entirely. While these advantages apply directly to welding aluminum with constant power potentials, they have also been achieved with other types of electrical power and with other metals.

Der Ausdruck "Übergangsstrom", wie er oben verwendet wurde, soll das Stromniveau bezeichnen, unterhalb dessen Metallübertragung in Form sichtbarer Kügelchen gesehmolzenen Metalles auftritt, während oberhalb dessen die Jbertragung in Form von "Sprühnebel" kleiner diskreter TRöpfchen stattfindet.The term "transient current" as used above is intended to do so Designate current level, below which metal transfer in the form of visible beads molten metal occurs, while above this the transfer in form of "spray" of small discrete droplets takes place.

Claims

Protection claim 1. Device for shielding gas arc welding with Melting electrode and current-carrying workpiece, characterized in that known means for supplying a gas stream with more than 3 m / sec at a Reynold numbers of more than 2000 are provided, furthermore that known controllable Means for supplying an alternating welding current or a rectified alternating welding current with a ripple frequency of a multiple of the line frequency, preferably 360-12,000 Hz and to generate an audible whistling sound for the duration of the Welding are provided.