DE1900593C - Verfahren zur Bearbeitung von Metallteilen mittels Plasmalichtbogen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betriff* ein Verfahren zur Bearbei- gehend von diesen Forderungen wird für das bekannte

tung von Metallteilen mittels Plasmalichtbogen, bsi Verfahren eine aus 35 typ Wasserstoff und 65 Va Ar-

dem das zu bearbeitende Metallteil die eine Elektrode gon bestehende Mischung als die besten Resultate

darstellt und ein Gasgemisch aus einem inerten Gas, liefernd angegeben,

insbesondere Argon, zusammen mit Wasserstoff oder 5 Insbesondere Wasserstoff, aber auch Helium und

mit Helium oder mit Stickstoff zur Plasmabildung Stickstoff sind Gase, die bei der Temperatur des

eingesetzt wird. Lichtbogens eine hohe Wärmeleitfähigkeit haben. Ein

Das Verfahren kann beim Schweißen, Auftrag- zu hoher Anteil solcher Gase im Gasgemisch führt

schweißen, Beseitigen von Gußfehlern und Schmiede- insbesondere bei niedrigen Strömungsgeschwindig-

stückdefekten, Oberflächenumschmelzen und an- io keiten dazu, daß die Düse des Plasmatrons, in der

deren ähnlichen Bearbeitungsverfahren, bei denen- die Bildung und die Stabilisierung der Säule des

kein Metall entfernt wird, zur Anwendung ge- Piasmalichtbogens sich vollzieht, beschädigt oder

langen. ganz zerstört wird. Andererseits ist beispielsweise

Es ist ein Verfahren zur Bearbeitung von Metallen Argon ein Gas mit bei den Temperaturen des Lichtunter Verwendung von Gasgemischen für die Plasma- 15 bogesis geringer Wärmeleitfähigkeit, sj daß eine verbildung bekannt (S c h a ρ ί r ο, J. S., Automaten- ringerte Effektivität der Plasmabearbeitung des schweißung, Nr. 3, 1960). Metalls resultiert, wenn der Argonanteil im Gas-

Dieses bekannte Verfahren wird jedoch nur zur gemisch nicht beachtet wird.

Plasmabearbeitung von Metallen mit geringer Dicke Insbesondere bei Schweißvorgängen, bei denen

und niedriger Wärmeleitfähigkeit verwendet und ao kein Metall entfernt wird, läßt somit das bekannte

außerdem ist dieses Verfahren wenig produktiv, da Verfahren die Entstehung einer einwandfreien

zum Bearbeiten von Metallen mit großer Dicke und Schweißnaht ohne Beschädigung der Düse des

bedeutender Wärmeleitfähigkeit es erforderlich ist, Plasmatrons nicht zu.

die Stromstärke des Plasmalichtbogens, den Gesamt- Es ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 157 321 aufwand an Gasgemisch für die Plasmabildung und as ein Verfahren zum Plasmaauftragschweißen unter den Verbrauch des Gemischbestandteiles des Gases Zuführung des aufzuschweißenden Materials in Form mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit wesentlich zu ver- eines Pulvers unmittelbar in die Zone des Lichtgrößern und den Kanalquerschnitt der Strahlbildungs- bogens bekannt, der zwischen nichtschmelzenden düse des Plasmatrons zu vermindern. Beim bekann- Elektroden und Teilen oder nichtschmelzenden Elekter Verfahren kann dies nicht erfolgen, da der Druck 30 troden und der Düse besteht. Aufzuschweißendes des Lichtbogens auf das Metallschmelzbad ver- Pulver ermöglicht selbst nicht die Bildung einer Aufgrüßert und dabei Metall verspritzt wird und dem tragschweißnaht, und auch der Schutz der Naht gegen nicht mehr durch Wechselwirkung mit dem umgeben- die Einwirkung der umgebenden Atmosphäre wird den Mittel vorgebeugt werden kann. Die Folge hier- bei diesem Verfahren nicht sichergestellt, weil ein von ist, daß eine gut geformte Naht nicht erhalten 35 aufzuschweißendes Pulver die Funktion eines werden kann. Daher kann auch beim Plasmabearbei- Schweißpulvers nicht erfüllt.

ten nach dem bekannten Verfahren weder der ge- Ferner ist aus der USA.-Patentschrift 3 307 013

samte noch der spezifische Wärmeeinbruch in das zu ein Lichtbogenbrenner bekannt, der für die Begren-

bearbeitende Metall an der Berührungsstelle dieses zung der Breite der Schweißnaht im oberen Teil der

Metalls mit dem Plasmalichtbogen wesentlich erhöht 40 Plasmaschweißung wassergekühlte Blöcke aufweist,

werden. die gegenüber dem zu schweißenden Teil mittels iso-

Es ist in der deutschen Auslegeschrift 1 066 676 lierender Abdeckungen aus Keramik strom- und

ferner ein Verfahren zum Erhitzen, Schmelzen, wärmeisoliert sind. Ein Schutz der Schweißnaht vor

Schweißen, Schneiden u. dgl. eines den elektrischen der Umgebungsatmosphäre ist damit jedoch nicht

Strom leitenden Werkstückes unter Anwendung einer 45 sichergestellt.

Lichtbogenentladung zwischen einer nichtabschmel- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu-

zcndcn Elektrode und dem Werkstück beschrieben, gründe, ein Verfahren zu entwickeln, welches zur

wobei die Bogenentladung in einer zwischen Elek- Plasmabearbeitung von Metallen mit großer Dicke

trode und Werkstück angeordneten Düse eingeschnürt und unabhängig von deren Wärmeleitfähigkeit geeig-

und fokussiert wird. Als durch die Düse durch- 50 net ist und eine hohe Produktivität des Bearbeitungs-.

strömendes Mittel wird ein Gas, wie Argon, Helium, Vorganges gewährleistet.

Stickstoff, Wasserstoff oder Kohlendioxid oder Ge- Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein Verfahren mische dieser Gase, verwendet. Für Gasgemische aus der eingangs angegebenen Art, das erfindungsgemäß den Komponenten Argon einerseits und Wasserstoff, dadurch gekennzeichnet ist, daß für die Plasma-Stickstoff oder Helium andererseits ist ein Diagramm 55 bildung ein Gasgemisch aus Wasserstoff und Argon angegeben, das die Lichtbogcnspannung in Abhängig' im Verhältnis 1:20 bis 1; 10 oder aus Helium und kuit von der Zusammensetzung des Düsengas- Argon im Verhältnis 2, ί bis 6:1 oder aus Stickstoff gemisches zeigt. Als Vorzugsbereiche werden Gas- und Argon im Verh8!f»h 1:2 bis 3:1 verwendet gemische mit 20 bis 45 Ve Wasserstoff bzw. 80 bis wird und die Bearbeitung der Metallteile unter einer UH)Vo Stickstoff, Rest Argon, vorgeschlagen. Die 60 Schweißpulverschicht erfolgt, optimale Zusammensetzung des plosmabildcnden Das Einsatzgebiet der Plasmabearbeitung von Ousgemtoches wird im wesentlichen durch zwei Pak· Metallen kann bei Verwendung des erflndungsloren bestimmt. Es soll einerseits eine Erhöhung der gemUDcn Verfahrens erweitert werden, da bei der Ausflußgeschwindigkeit des Plasmasiruhls erreicht verwendung von Schweißpulver kein SchweiOgut ver· wurden, wus fUr die Erzeugung einer guten Schnitt- fij spritzt wird und keine Wechselwirkung zwischen »teile erforderlich ist; andererseits »oll eine Ver· demselben und dem umgebenden Mittel unabhängig grttikruHg des WUrmegchaltes des Plasmustrahles bei von Zusammensetzung des Gasgemisches zur Plasma· gvgubvnum Lichtbogenstrom erreicht werden. Aus- bildung und dessen Verbrauchs, von der Stromstärke

des Plasmalichtbogens und den Abmessungen des Metallschmelzbades besteht.

Außerdem muß unbedingt einer der Gasgemischbestandteile aus einem Gas, entweder Wasserstoff oder Helium oder Stickstoff bestehen. Hierdurch wird ein wirksamer, durch den Plasmalichtbogen hervorgerufener Wärmeeinbruch in das zu bearbeitende Metall erzeugt. Der Wärmeeinbruch wächst mit der nur beim Vorhandensein von Schweißpulver möglichen Erhöhung des Aufwands an diesen Gasen. Der andere Gasgemischbestandteil besteht aus Argon, als inertem Gas. Hierdurch werden die Elektroden des Piasmatrons vor Zerstörung geschützt. Die Zufuhr axi diesen Gasen soll beim Erhöhen der Stromstärke des Plasmalichtbogens und des Verbrauchs von entweder Wasserstoff oder Helium oder Stickstoff wachsen. Dies aber ist nur möglich, wenn Schweißpulver vorhanden is?

Daher gewährleistet nur die Gesamtheit aller, die vorliegende Erfindung kennzeichnenden Merkmale eine mögliche Erhöhung des gesamten und spezifischen Wärmeeinbruchs in das zu bearbeitende Metall, ohne schlechtere Nahtbildung und Zerstörung der Plasmatronelektroden zur Folge zu haben.

Es werden zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung nachstehende Beispiele angeführt:

Beispiel 1

Plasmaschweißung von Legierungen auf Kupierbasis

Es werden Schweißstück'· aus Legierungen auf Kupferbasis mit 40 mm Wanddicke stumpfgeschweißt. Hierbei wird in einem Durchgang eine einseitige Schweißnaht ohne vorhergehende Nahtfugenbearbeitung gezogen. Die Metalloberfläche längs des Stoßes wird mit einer 30 bis 40 mm dicken und 100 bis 120 mm breiten Schweißpulverschicht bedeckt. Es wird Schweißpulver verwandt, das beim UP-Automatenschweißen von Kupferlegierungen mit verzehrbarer Elektrode benutzt wird. Schweißstück und Piasmatronelektrode werden an die Stromversorgungsquelle angeschlossen. In die strahlformende Plasmatrondüse wird Gasgemisch geleitet, das Helium und Argon in einem Volumenverhältnis von S: 1 enthält. Der Plasmalichtbogen zwischen Piasmatronelektrode und Schweißstück wird gezündet. Die Stromstärke wird bis zum Erreichen eines Werts gesteigert, der zwischen 1200 und 1500 A liegt und de' in jedem Falle in Abhängigkeit von den Schweißstückabmessungen bestimmt wird. Das Plasmatron wird nach dem Entstehen des Schweißbads längs des Schweißstiickstoßes mit einer Geschwindigkeit verschoben, die von den Schweißstückabmessungen abhängt und zwischen 3 und 6 m/h liegt.

Das hierbei verwandte Schweißpulver wrrd entweder auf die Schweißstückoberfläche aufgeschüttet oder dauernd vor dem Plasmatron entsprechend dessen Weitefbewegung auf diese Oberfläche aufgegeben.

Beim Schweißen entsteht eine durch Schlackenkruste abgedeckte Naht.

Beispiel 2
. Plasmaschweißung von nichtrostenden

Chrom-Nickel-Stählerf

Es werden Schweißstücke mit 20 Lim Wanddicke stumpfgeschweißt. Hierbei wird in einem Durchgang eine zweiseitige Schweißnaht ohne vorhergehende ίο Nahtfugenbearbeitung gezogen.

Es wird genauso wie in dem bereits betrachteten

ersten Beispiel geschweißt. Das Gasgemisch zur

Plasmabildung enthält Wasserstoff und Argon in

einem Volumenverhältnis 1:15. Der Plasmalicht bogen hat eine Stromstärke von 400 bis 500 A.

Es wird sauerstofffreies Schweißpulver verwandt, das gewöhnlich beim UP-Automatenschweißen von nichtrostenden Stählen mit verzehrbarer Elektrode benutzt wird.

Beispiel 3

Plasmaschweißung von Kupfer Es werden Schweißstücke mit 15 mm Wanddicke stumpfgeschweißt. Hierbei wird in einem Durchgang

as eine doppelseitige Schweißnaht ohne vorhergehende Nahtfugenbearbeitung gezogen. Es wird genauso wie in dem bereits betrachteten ersten Beispiel geschweißt. Das Gasgemisch zur Plasmabildung enthält Stickstoff und Argon in einem Volumenverhältnis von 2:1. Es wird bei 800 bis 900 A Stromstärke geschweißt. Außerdem wird Schweißpulver verwandt, das beim UP-Automatenschweißen von Kupfer mit verzehrbarer Elektrode benutzt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zur Plasmabearbeitung von Drehkörpern mit kleinem Durchmesser verwandt wetJjn. Mit seiner Hilfe kann auch eine spanabhebende Bearbeitung vor oder nach dem Schweißen vermieden oder auf ein Minimum vermindert werden. Weiterhin können mit dem Verfahren chemisch-metallurgische Vorgänge im Schweißgut geregelt werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Bearbeitung von Metallteilen

   mittels Plasmalichtbogen, bei dem das zu bearbeitende Metallteil die eine Elektrode darstellt und ein Gasgemisch aus einem inerten Gas, insbesondere Argon, zusammen mit Wasserstoff oder mit

   Helium oder mit Stickstoff zur Plasmabildung eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß für die Plasmabildung ein Gasgemisch aus Wasserstoff und Argon im Verhältnis I : 20 bis 1:10 oder aus Helium und Argon im Ver hältnis 2:1 bis 6:1 oder aus Stickstoff und Argon im Verhältnis 1:2 bis 3:1 verwendet wird und die Bearbeitung der Metallteile unter einer Schweißpulverschicht erfolgt.