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Schweissapparat
Die Erfindung bezieht sich auf einen Schweissapparat, insbesondere auf die verschiedenen
Metallteile und Arbeitsorgane eines solches Apparates, deren Lebensdauer und Leistung
durch die Schweisspritzer sehr beeinträchtigt werden.
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Das Erfindungsziel ist für solche Metallteile und Arbeitsorgane eine
Oberfläche, welche dem Anhaften, Binden oder Anhängen von Schweisspritzern daran
Widerstand leistet.
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Ein anderes Erfindungsziel ist ein Verfahren, wodurch die Oberfläche
der Metallteile und Arbeitsorgane des Schweissapparates gegen das Anhaften von Schweisspritzern
daran geschützt wird.
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Ein noch anderes Erfindungsziel sind gegen Schweisspritzer geschützte
Metallteile, Arbeitsorgane und Instrumente, welche zu dem Schweissapparat gehören,
mit ihm verbunden sind oder benutzt werden.
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Andere Erfindungsziele sind aus der nachfolgenden Beschreigung erkennbar.
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Bei der Massenherstellung von Metallgegenstãnden sind verschiedene
Arten von Schweissapparaten entwickelt worden, welche zwei oder mehrere Metallteile
in einer bestimmten Lage zueinander während des Schweissvorganges halten.
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Ein derartiger Schweissapparat ist als Schweissmaschine mit einer
Aufspannvorrichtung (welding jig) bekannt. Bei derartigen Schweissmaschinen sind
die miteinander zu verschweissenden Metallteile in ihrer Schweisslage durch ein
Klemmorgan befestigt. Es gibt die verschiedensten Arten hiervon. Das Klemmorgan
als solches bildet keinen Teil der Erfindung. Sämtlichen derartigen Klemmorganen
ist gemeinsam, dass sie aus einem Amboss und einem druckausübenden Stück und einem
Organ für die Verschiebung des druckausübenden Stücks in Druckeingriff mit dem Amboss
bestehen, wobei sich das Werkstück dazwischen befindet.
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Es gibt verschiedene Grössen und Formen des druckausübenden Stücks
für die Klemmeinrichtung. Sämtliche fallen unter die Erfindung. Derartige druckausübende
Stücke sind als Festhaltestücke, Festhalteorgane, Festhaltestangen oder Festhaltefinger
bekannt. Nachfolgend ist von"Festhaltefingern" die Rede, worunter sämtliche Arten
von druckausübenden Stükken zu verstehen sind.
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Die Festhaltefinger sind in den Schweissmaschinen zur Schweissnaht
so angeordnet, dass sie dem zerstörenden Einfluss der Schweisspritzer ausgesetzt
sind. Deswegen sind die Festhaltefinger gewöhnlich lösbar an der Schweissmaschine
gelagert, um sie leicht austauschen zu können, wenn
sich zuviel
Spritzer darauf angesammelt haben.
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Es gibt verschiedene Formen und Grössen von Festhaltefingern.
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Für die Erfindung sind die besondere Grösse und Form der Festhaltefinger
unwesentlich.
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Die Festhaltefinger können aus den verschiedensten Metallzusammensetzungen
hergestellt sein. Die meist verwendeten Metallzusammensetzungen sind Eisen und seine
Legierungen und Kupfer und seine Legierungen. Andere Legierungszusammensetzungen
können ebenfalls benutzt werden. Sie fallen in den Umfang der Erfindung.
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Gemäss den Erfindungszielen handelt es sich um einen verbesserten
Festhaltefinger für Schweissmaschinen, welcher eine Fläche aufweist, die in einer
beträchtlichen Tiefe oxydiert ist, so dass sie dem Anhaften von Schweisspritzern
daran Widerstand leistet. Es wurde festgestellt, dass durch eine Tiefenoxydation
der Metallzusammensetzung des Festhaltefingers von der Oberfläche aus nach innen
für eine beträchtliche Tiefe von mindestens ungefähr 0,005'' die Oberfläche des
Fingers vollkommen widerstandskräftig gegen das Anhängen oder Anhaften von Schweisspritzern
daran für eine ausnahmsweise und unerwartet lange Betriebsdauer wird.
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Die Tiefenoxydation eines Metallkörpers von seiner Oberfläche aus
nach innen erhält man, indem er in einem Strömungsmittel-Medium für eine längere
Zeitdauer Sauerstoff zu absorbieren hat. Dies kann auf verschiedene Weise erreicht
werden, d. h. durch eine Wärmebehandlung in einem gasförmigen Oxydationsmedium oder
durch eine chemische Oxydation in einem flüssigen Oxydationsmedium. Da viele Metallzusammensetzungen
bei
den erhöhten Temperaturen, welche für die Oxydation in einem gasförmigen Medium
in Betracht kommen, strukturelle Änderungen erleiden, wird das chemische Oxydationverfahren
in der Praxis, vorgezogen.
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Für die Tiefenoxydation eines Metallkörpers in einem flüssigen Medium
wird er in ein warmes bis heisses Bad aus wässerigen oder wasserfreien chemischen
Verbindungen eingetaucht, welche in ihrer Reaktion in Richtung zum Metallkörper
für eine solche Zeitdauer oxydierend sind, dass man die gewünschte Tiefenoxydation
über die Oberfläche des Metallkörpers erhält.
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Wird ein Metallkörper von seiner Oberfläche aus nach innen oxydiert,
so ändert sich die Zusammensetzung einer solchen oxydierten Fläche in Bezug auf
ihren Metalloxydgehalt von 100% auf der Oberfläche bis ungefähr 0% Metalloxyds auf
der inneren Stirnseite der Fläche. Durch das allmähliche Anwachsen des Metallgehalts
einer derartig oxydierten Fläche in der Richtung von aussen nach innen wird die
oxydierte Fläche an der Oberfläche des Metallkörpers festgebunden.
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Wird eine Legierungszusammensetzung in der Richtung nach innen oxydiert,
so wird zuerst der Bestandteil der Legierung, welcher leichter zu oxydieren ist,
in ein Oxyd umgewandelt, bevor die übrigen Bestandteile der Legierung in der Reihenfolge
ihrer Oxydationspotentiale oxydiert werden.
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Wenn auch die in der Tiefe oxydierte Fläche auf einem Metallkörper
widerstandsfähig gegen das Anhaften von Schweisspritzern ist, so ist doch zu beachten,
dass sich die Grösse des Widerstandes mit der Art der Zusammensetzung der Metalloxyde
für die in der Tiefe oxydierten Fläche und mit der Art der Metallzusammensetzung
der Schweisspritzer ändert.
Beim Schweissen von Eisen-und Stahlteilen
besteht das Schweissmetall aus einer Eisenlegierung oder Stahllegierung. Eisens
oxyd, insbesondere das schwarze Eisenoxyd uhd Kupferoxyd, insbesondere das schwarze
Kupferoxyd sind sowohl gegen das schweissartige Anhaften von Schweisspritzern daran,
als auch bei einer glatten Oberfläche gegen das mechanische Anhaften der Schweisspritzer
daran bemerkenswert widerstandsfähig. Besteht der Festhaltefinger aus einer Eisen-oder
Stahllegierung mit Chrom und Nickel, so ist das Gemisch aus Cr, Ni und Fe Oxyden
in der in der Tiefe oxydierten Fläche sehr hart und sowohl gegen die Abnutzung,
als auch gegen das Anhaften von Schweisspritzern daran sehr widerstandsfähig.
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Durch die Anwesenheit von anderen widerstandsfähigen Metalloxyden
in der in der Tiefe oxydierten Fläche, z. B. solche Oxyde der Metalle von der Gruppe
bestehend aus Ti, Zr, Be, Al, Si, Cb und Ta werden gleichfalls die Härte und die
Widerstandseigenschaften der in der Tiefe oxydierten Flächen gegen Abnutzung und
Schweisspritzer verbessert.
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Festhaltefinger aus einer Eisen-oder Stahllegierung mit einem oder
mehreren der leichter zu oxydierenden Metalle
| Cr, Ni, Ti, Zr, Al, Si, Be, Mn, Co, Ob und Ta als ein legier- |
ter Bestandteil fallen entsprechend unter den Umfang der Erfindung.
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Besteht der Festhaltefinger aus Kupfer oder einer Legierung mit Kupfer
als Grundbestandteil, so besteht die in der Tiefe oxydierte Fläche, welche darauf
durch chemische Oxydationsverfahren hergestellt wird, aus dem schwarzen Oxyd des
Kupfers oder aus einem Gemisch des schwarzen Oxyds des Kupfers
und
den Oxyden der mit dem Kupfer legierten Metalle. Wenn auch das schwarze Kupferoxyd
im hohen Masse gegen das Anhaften von Schweisspritzern daran widerstandsfähig ist
und einen bedeutenden Widerstand gegen die Abnutzung hat, so sei bemerkt, dass die
Widerstandseigenschaften der in der Tiefe oxydierten Fläche gegen Abnutzung und
Schweisspritzer durch die Anwesenheit von einen oder mehreren der Legierungsbestandteile
Be,
| Als Zn, Or, Ni, P, Si, Ti, Zr, Mn und Cd im Kupfer als Grund- |
bestandteil verbessert werden.
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Die Erfindung wird in einem besonderen Ausführungsbeispiel, welches
keine Beschränkung der Erfindung bedeuten soll, für einen Festhaltefinger einer
Rohrschweissmaschine weiter erläutert.
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Es sind : Fig. 1 ein Seitenaufriss der Festhaltefinger bej einer Rohrschweissmaschine
in ihrer Arbeitslage, wobei die übrigen Arbeitsteile der Maschine der Übersichtlichkeit
Wegen weggelassen sind ; Fig. 2 ein Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1 ; Fig.
3 eine perspektivische Darstellung von einer ? der Festhaltefinger.
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Eohrschweissmaschinen sind alt und bekannt. Bei derartigen Maschinen
wird das längliche Blech oder Metallstreifen in der Maschine angeordnet. Wird sie
angetrieben, wird das Blech oder der Streifen zu einem Rohr umgebildet, dessen gegenüberliegende
Seitenkanten gemäss Fig. 1 aneinander
anliegen und in dieser Lage
während des Schweissens festgehalten werden, damit sie miteinander verbunden werden.
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In der Fig. 1 ist die Arbeitslage der Festhaltefinger F, F' zu den
anliegenden Seitenkanten des zu einem Rohr gebildeten Blechs T gezeigt. Ausserdem
ist gezeigt, dass die anliegenden Seitenkanten miteinander durch die Schweissmetallnaht
W befestigt sind, wofür die Festhaltefinger F, F' in die Eingriffslage mit dem als
Rohr ausgebildeten Blech oder Streifen T durch Antriebsorgane M ? verschoben sind.
Die Festhaltefinger stehen in Druckeingriff mit dem Amboss A in Form einer Platte
oder Stange durch das als Rohr ausgebildete Blech T hindurch. Nach Erledigung des
Schweissvorgengs sind die Festhaltefinger wieder ausser Eingriff mit dem Rohr und
dem Amboss zu bringen. Sie kehren in ihre Ausgangslage zurück. Die Antriebsorgane
M, M' sind bei dem Ausführungsbeispiel Luftkompressoren. Sie bilden keinen Teil
der Erfindung. Man kann auch andere, entsprechende Antriebe für den Erfindungszweck
ohne Abweichen von der Erfindung benutzen.
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Gemäss Fig. 2 wird für eine derartige Rohrschweissmaschine eine Anzahl
von Festhaltefingern F, F'benutzt. Sie sind in horizontaler Ausrichtung auf einer
Tragstange B gelagert. Jeder Festhaltefinger F, F'ist durch Schrauben D, D'auf der
Tragplatte befestigt. Die Transtange B, B' ist kraftschlüssig über ein Verbindungsglied,
z. B. dem schwenkbar gelggerten Hebel L, L'mit dem Antrieb M, M'verbunden, um in
und Ausse Eingriff mit dem Amboss A verschoben zu werden.
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Jeder Festhaltefinger F, F' besteht bei dem besonderen Ausführungsbeispiel
aus Flusseisen, dessen Oberfläche in Richtung nach innen für eine beträchtliche
Tiefe derart oxydiert ist, dass
man eine in der Tiefe oxydierte
Fläche mit mindestens einer Dicke oder Tiefe von ungefähr 0, 005" hat. Vorzugsweise,
wenn auch nicht notwendig. wird der in der Tiefe oxydierte Festhaltefinger in heisses
Öl getauchte nachdem er aus dem Oxydationsbad herausgenommen worden ist. um die
Oxydationsflüssigkeit aus den Poren des Metllkörpers zu vertreiben.
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Zur Bildung der in der Tiefe oxydierten Fläche im Festhaltefinger
aus Flusseisen wird er in eine heisse, wässerige9 alkalische Lösung aus Natriumchromat
mit einer kleinen Menge eines Oxydationsmittels, z. B. Natriumnitrit, Natriumpermanganat
oder ähnliche Verbindungen, für eine längere Zeitdauer von ungefähr 15 Minuten eingetaucht.
Die Eintauchdauer kann sich ohne Abweichen von der Erfindung in weiten Grenzen ändern.
Sie wird mit anwachsender Temperatur normalerweise kürzer. Eine Temperatur von 80
- 100°C für die Lösung wird bei dieser Oxydationsbehandlung bevorzugt verwendet.
Die Menge des Oxydationsmittels für das Bad kann sich ohne Abweichen von der Erfindung
in weiten Grenzen ändern. Dasselbe gilt auch für die Konzentration des Natriumchromats
und des Alkalimetallhydroxyds im Bad. Mit einer Konzentration von 20 % Chromat,
5 % Natriumhydroxyd und 1 % Natriumnitrit erhält man gute Resultate.
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Die Tiefe der Tiefenoxydation ändert sich mit der Eintauchdauer und
mit dem Oxydationspotential der Lösung. Durch die Anwesenheit eines leichter oxydierbaren
Bestandteils in der Legierung, z. B. Mangan im Flusseisen, werden die Geschwindigkeit
für das Entstehen der Biefenoxydation, das Anhaften
der in der
Tiefe oxydierten Fläche an dem darunterliegenden Metall und der Widerstand der in
der Tiefe oxydierten Fläche gegen das schweissartige Anhaften der Schweisspritzer
daran erhöht.
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Eisenlegierungen, welche legierte Bestandteile von einem oder mehreren
Elementen der Gruppe von Cr, Ni, Si, Ti, Co, Al, Mg, zr, Mn und anderen leicht oxydierbaren
Metallen in einem gewissen Prozentgehalt aufweiten, bilden in der Tiefe oxydierte
Flächen, welche der in der Tiefe oxydierten Fläche überlegen sind, die man auf Flusseisen
erhält. Chrom-Eisen-Legierungen und Chrom-Nickel-Eisenlegierungen sind besonders
gute Legierungen für die Zwecke der Erfindung.
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Sie sind besonders gut für die Festhaltefinger einer Schweißmaschine
geeignet, wenn sie die in der Tiefe oxydierte Fläche gemäss der Erfindung haben.
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Ist der Chromgehalt oder der Chrom-Nickelgehalt von derarteigen Eisenlegierungen
so ausreichende dass man die Legierung als rostfreie Eiseplegierung bezeichnen kann,
wird die in der Tiefe oxydierte Fläche vorzugsweise in einem Bad aus geschmolzenem
natriumdichromat und kleinen Mengen eines Oxydationsmittels gebildet.
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Die Festhaltefinger F, F' können auch aus Kupfer oder einer Kupferlegierung
bestehen. Die Tiefenoxydation der Legierung erhält man entweder durch eine Wärmebehandlung
in einer Oxydationsatmosphäre oder durch eine Behandlung in einer chemischen Oxydationslösung.
Durch die Anwesenheit von einem oder mehreren leichter oxydierbaren Elementen der
Gruppe von Be, Al, Mg, Zr, Ti, Mn, Cr, Ni, Si, Co und P
im Kupfer
werden das Eindringen von Sauerstoff erleichtert und das Anhaften der in der Tiefe
oxydierten Fläche und
| ihr Widerstand gegen das sohweissartige Anhängen von |
| CD |
Schweisspritzern ebenso verbessert, wie im Falle von Eisenlegierungen.
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Für die Herstellung der in der Tiefe oxydierten Fläche auf Kupfer
und Kupferlegierungen wird bevorzugt ein warmes bis heisses Bad einer wässrigen
Lösung aus einem Kuproammoniumsalz mit einem Oxydationsmittel verwendet. Die Menge
des dem Bad zugefügten Oxydationsmittels kann sich i weiten Grenzen ohne Abweichen
von der Erfindung ändern. Kupferlegier-engen mit einem oder mehreren der leicht
oxydierenden Metalle Be, Co und Si sind besonders für die Festhaltefinger geeignet,
wenn sie die Tiefenoxydation gemäss der Erfindung aufweisen.
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Bei einer solchen Legierung soll der BeGehalt ungefähr 2 % und der
Kobalt-Gehalt ungefähr 0,18 bis 0,000 % betragen, um die beste Legierung zu erhalten.
Die Grösse der Festhaltefinger F, F' kann sich ohne Abweichen von der Erfindung
in weiten Grenzen ändern, wie dies der Fachmann ohne weiteres erkennt.
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Einer der bemerkenswerten Vorteile der Erfindung it, dass es nunmehr
möglich ist, bei der Rohrschweissmascbine anstelle der einzelnen Festhaltefinger
F, F' lediglich einen stangenartigen Festhaltefinger F, F'zu setzen. Es ersetzt
also jeweils ein stangenartiger Festhaltefinger die einzelnen Festhaltefinger F,
F'.
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Durch die Erfindung wird die Zeit der Brauchbarkeit eines jeden Festhaltefingers
F, F'in der Rohrschweissmaschine wesentlich verlängert. Mann kann erwarten, dass
normalerweise die gemäss der Erfindung gegen die Schweisspritzer geschützten Festhaltefinger
in befriedigender Weise eine Anzahl von Schweissvorgängen durchhalten, wobei lediglich
darauf zu achten ist, die Schweissplitterablagerungen auf der Oberfläche der Festhaltefinger
durch ein rasches Bürsten mit einer steifen Drahtbürste zu entfernen. Strenge Prüfungen
haben gezeigt, dass beispielsweise Festhaltefinger aus Flusseisen, welche gemäss
der Erfindung gegen die Schweisspritzer geschützt sind, dem Anhaften oder Anhängen
von Schweisspritzern9 die von einer Schweissnaht herrühren, welche sich in einem
Abstand von einem Zoll von der gegen die Schweisspritzer geschützten Oberfläche
befindet, sechs bis acht Schweissvorgänge durohhalten, während der ungeschützte
Festhaltefinger nicht einmal einen einzigen solchen Schweissvorgang durohhält. Prüfungen
haben gezeigt, dass Festhaltefinger aus einer Stahlzusammensetzung nit Chrom und
Nickel, wobei der Gehalt von Chrom vier bis zwanzig Prozent und der Nickel
| zwei bis acht Prozent betragen kann ;, gegen die Schweissprit- |
| zer widerstandsfähiger sind, als die dagegen geschützten |
| Finger aus Flusseisen9 und für 10 bis 20 aufeinanderfolgende |
| Schweissvorgänge tauglich bleiben, falls sie geras der |
| Erfindung gegen die Schweisspritzer geschützt sind. Die |
vorgenommenen Prüfungen entsprechen den Prüfungen für die Festhaltefinger aus Flusseisen.
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Ähnliche Prüfungen wurden auch für Festhaltefinger vorgenommen, welche
aus rostfreiem Stahl des Typus 18-8 hergestellt
sind, insbesondere
für solche aus stabilisierten Kohlenstoff 18-8 mit genügenden Mengen von mindestens
einem der Karbid bildenden Elemente der Gruppe Ti, Cb, Ta, Mo, W und Va zur Aufnahme
des gesamten Kohlenstoffgehalts der Legierung. Sie haben die längste Gebrauchsdauer
für 10-20 schweissvorgänge. Festhaltefinger aus einer Stahllegierung mit 4-6 % Chrom
und 2-4 % Nickel zeigten bei den gleichen Prüfungen die geringste Gebrauchsdauer.
Festhaltefinger aus einer Stahllegierung mit 8-1 ? % Chrom und 4-6 % Nickel haben
eine Gebrauchsdauer, welche ungefähr 15 mal länger ist, als die des Festhaltefingers
aus Flusseisen, der gemäss der Erfindung gegen Schweisspritzer geschützt ist. Zum
Vergleich hierzu sei erwähnte dass bei den gleichen Prüfungsbedirgungen die Gebrauchsdauer
von Festhaltefingern aus Flusseisen mit dem bisher verwendeten besten Schutzüberzug
nicht mehr als drei Schweissvorgenge beträgt.
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Festhaltefinger aus Kupfer und seinen Legierungen, die gemäss der
Erfindung gegen Schweisspritzer geschützt sind, haben bei den gleichen Prüfbedingungen
eine gleiche, lange Gebrauchsdauer bewiesen. Festhaltefinger aus einer Beryllium-Kupferlegierung,
z. Bs einer Beryllium-Kobalt-Kupferlegierung mit ungefähr 2 % Beryllium, 0, 18 bis
0, 30 % Kobalt und sonst Kupfer als Hauptbestandteil, welche gemäss der Erfindung
gegen Schweisspritzer geschützt sind, zeigen eine ausnahmsweise lange Gebrauchsdauer
im Vergleich zu anderen Kupferlegierungen offensichtlich wegen des ausgezeichneten
Widerstandes der in der Tiefe oxydierten Fläche dieser Legierung gegen Abnutzung.
Die genannten Kupferlegierungen sind neben der rostfreien Stahllegierung 18-8 wichtige
Legierungen
für den Fall, dass unmagnetische Festhaltefinger für die Schweissmaschine notwendig
sind. Legierungen mit Nickel als Grundbestandteil und mit mindestens einem der leichter
zu oxydierenden Metalle der oben erwähnten Gruppen sind ebenfalls wichtige Legierungen
innerhalb des Erfindungsbereiches.
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Die Erfindung kann weitgehend ohne wesentliches Abweichen von ihr
geändert werden. Alle derartigen Änderungen, Abweichungen sollen in den Bereich
der nachfolgenden Schutzansprüche fallen. Schutzansprüche