DE19507472C2

DE19507472C2 - Gas- oder Stromdüse einer Schutzgasschweißanlage

Info

Publication number: DE19507472C2
Application number: DE1995107472
Authority: DE
Inventors: Heinz Becker
Original assignee: Electro Chemical Engineering GmbH
Current assignee: Electro Chemical Engineering GmbH
Priority date: 1995-03-03
Filing date: 1995-03-03
Publication date: 1999-09-02
Anticipated expiration: 2015-03-04
Also published as: WO1996027472A1; DE19507472A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft neuartige Gas- und Stromdüsen einer Schutzgas schweißanlage.

Herkömmliche Stromdüsen einer Schutzgasschweißanlage bestehen fast immer aus Kupfer. Durch diese Stromdüse hindurch wird der Schweißdraht kontinuierlich dem Werkstück zugeführt. Sobald der Draht das Werkstück berührt, entsteht ein Lichtbogen und das Werkstück und der Schweißdraht verschweißen in der Berührungsstelle. Um die entstehende Schweißnaht vor Oxidation zu schützen, wird durch die Gasdüse, die aus Kupfer oder Stahl besteht, während des Schweiß vorgangs ständig ein inertes Gas auf die Schweißstelle gegeben.

Während des Schweißvorganges entstehen immer Schweißperlen. Diese spritzen von der Schweißnaht weg und bleiben sowohl am Werkstück, als auch im Innenbereich der Gasdüse und im äußeren Bereich der Stromdüse kleben. Nach einer gewissen Zeit haben sich bei der Gas- und Stromdüse viele Schweißperlen angesammelt, wodurch der Inertgasstrom infolge von Turbulenzen nicht mehr opti mal auf das Werkstück geleitet wird und im weiteren Verlauf aufgrund einer Verstopfung sogar völlig unterbrochen werden kann. Im ungünstigsten Fall kann eine Schweißperle auch auf der Öffnung der Stromdüse kleben bleiben, wodurch der gesamte Schweißvorgang abrupt unterbrochen wird.

Dieses führt zu geringen Standzeiten und häufigen Service- und Ausfallzeiten und damit zu hohen Kosten.

DE-OS 21 49 084 beschreibt eine Strom- und Gasdüse eines Schutzgasschweiß brenners, die einen rohrförmigen Einsatz aus pyrolytischem Graphit enthält, wobei die a-b-Ebenen des Graphits konzentrisch um die Achse des rohrförmigen Einsatzes orientiert sind. Dieser Einsatz ist eine pyrolytische Graphitschicht, die auf einem polykristallinen Graphitstab hergestellt wird und nach Entfernen des polykristallinen Graphitstabs in die Düse gepreßt wird.

DE-AS 21 54 842 betrifft einen rohrförmigen Einsatz für die Gasdüse eines Schutz gasschweißbrenners. Dieser Einsatz besteht aus einem rohrförmigen Grundkörper aus polykristallinem Graphit, der mit einer Schicht aus pyrolytischem Kohlenstoff überzogen ist. Dieser Einsatz wird entweder über einen Preßsitz oder durch Einklemmen, Fließpressen, Feststecken, Hartlöten oder durch temperaturfeste Klebung mit der Düse befestigt.

DE-GM 18 87 392 beschreibt eine Gasdüse aus einem keramischen Rohr, das von einem rohrförmigen Metallmantel umgeben ist. Auch hier besteht der wesentliche Nachteil dieser Gasdüse in der Stoßempfindlichkeit des Keramikrohrs, die sogar noch größer ist, als die der zuvor erwähnten Düsen. Der Metallmantel soll zwar dazu dienen, das Keramikrohr vor mechanischen Beschädigungen von außen zu schützen, jedoch kann dieser Mantel ebensowenig die zuvor diskutierten Einsätze vor Beschädigung schützen, wenn die Düse auf den Boden Fällt oder der Handwerker nach dem Schweißen die Perlen aus der Gasdüse herausklopft. Darüber hinaus ist der Fertigungsaufwand der Düsen sehr hoch.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Gas- und Stromdüsen bereitzustellen, die ein Anbacken der Schweißperlen verhindern und somit zu wesentlich höheren Standzeiten im Vergleich mit herkömmlichen Düsen führen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Gas- oder Stromdüse einer Schutzgasschweißanlage gelöst, die aus einem Metall besteht, das mit einer Schutzschicht beschichtet ist, wobei die Schutzschicht Graphit und ein unter Hitzeeinwirkung Kohlenstoff freisetzendes Polymer und/oder ein hitzebeständiges Polymer enthält.

Das unter Hitzeeinwirkung Kohlenstoff freisetzende Polymer verkohlt unter den Betriebsbedingungen (zwischen 400 und 500°C) und bildet zusammen mit Graphit und gegebenenfalls mit dem hitzebeständigen Polymer eine festanhaftende, kohlenstoffhaltige Schutzschicht.

Diese Gas- oder Stromdüse kann aus Kupfer, Aluminium, Messing, Stahl oder deren Legierungen sein. Vorzugsweise verwendet man bei der Herstellung der Stromdüse Kupfer und bei der Herstellung der Gasdüse Messing oder Stahl. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht die Gasdüse aus Aluminium, das mit einer Schutzschicht beschichtet ist.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform besteht zwi schen der Gas- oder Stromdüse und ihrer Schutzschicht eine weitere Verbindungsschicht. Diese Verbindungsschicht besteht im Fall von Kupfer, Messing und Stahl als Metall aus einer chemischen Nickel schicht, d. h. einer stromlos aufgebrachten Ni-Schicht. Zur Aufbringung einer solchen chemischen Nickelschicht wird auf G. G. Gawrilov, "Chemische Vernickelung", Eugen G. Leuze Verlag (1974) Saulgau und W. Riedel, "Funktionelle chemische Vernickelung", Eugen G. Leuze Verlag (1989) Saulgau verwiesen.

Wenn die Gasdüse aus Aluminium besteht, kann zwischen dem Alu minium und der Schutzschicht auch hier eine weitere Verbindungs schicht aufgebracht sein, die aus einer Oxid- oder einer Oxidkeramik schicht besteht. Diese Oxidschicht ist eine Hart-Coatierungsschicht, die beispielsweise gemäß der EP 0 112 439 B1 aufgebracht werden kann. Bei der Oxidkeramikschicht handelt es sich um eine glasartige, kera mische Schicht, die man beispielsweise gemäß der DE-OS 41 39 006 auf Aluminium aufbringen kann.

In einer weiteren Form der Erfindung enthält die Schutzschicht 10 bis 40 Gew.-% eines unter Hitzeeinwirkung Kohlenstoff freisetzenden Polymers und 60 bis 90 Gew.-% Graphit.

Das unter Hitzeeinwirkung Kohlenstoff freisetzende Polymer kann hierbei ein wasserverdünnbares Polymer, vorzugsweise ein wasser verdünnbares Epoxy-Polymer, sein.

Gemäß einer anderen, bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungs form enthält die Schutzschicht 30 bis 80 Gew.-% eines hitzebeständi gen Polymers und 20 bis 70 Gew.-% Graphit.

Das hitzebeständige Polymer kann vorzugsweise ein Siliconharz sein.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Metalloberfläche vor Aufbringung der Schutzschicht bzw. der Ver bindungsschicht aufgerauht, vorzugsweise durch Sandstrahlen.

In einer weiteren, ebenfalls bevorzugten erfindungsgemäßen Ausfüh rungsform wird die beschichtete Gas- oder Stromdüse zusätzlich getempert, vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 120 und 180°C und für eine Dauer zwischen 15 und 60 Minuten.

Die erfindungsgemäßen Düsen haben im Vergleich mit herkömmli chen Düsen eine mehr als dreimal so lange Standzeit, die darauf zurückzuführen ist, daß die Schweißperlen wesentlich schlechter auf der erfindungsgemäßen Schutzschicht anbacken. Das Aufrauhen führt im wesentlichen dazu, daß die Haftung zwischen Schutzschicht und Metall bzw. Verbindungsschicht und Schutzschicht erhöht wird. Die zwischen der Schutzschicht und Metalloberfläche befindliche Verbin dungsschicht bewirkt ebenfalls erhöhte Standzeiten, was möglicher weise auf eine Verhinderung der Oxidation der Düsenoberfläche zurückzuführen ist. Auch das Tempern führt zu einer weiteren Ver längerung der Standzeiten, was durch eine Verdichtung bzw. "Sinterung" der Schutzschicht erklärt werden kann.

Beispiele:

Bei den erfindungsgemäßen Beispielen wurde Graphit in Pulverform, als Kohlenstoff freisetzendes Polymer (im folgenden mit KfP abge kürzt) ein Methoxy-Propanol-Harz und als hitzebeständiges Polymer (im folgenden mit HbP abgekürzt) ein alkoxygruppenhaltiges Alkyl silikonharz verwendet. Die Düsen wurden in Schutzgasschweiß robotern eingesetzt, wie sie in der Automobilindustrie verwendet werden.

Die folgende Tabelle verdeutlicht, daß mit den erfindungsgemäß beschichteten Schutzgasschweißdüsen die Standzeiten erheblich ver längert wurden.

Claims

1. Stromdüse einer Schutzgasschweißanlage, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Metall besteht, das mit einer Schutzschicht beschichtet ist, die Graphit und ein unter Hitzeeinwirkung Kohlenstoff freisetzendes Polymer und/oder ein hitzebeständiges Polymer enthält.

2. Gasdüse einer Schutzgasschweißanlage, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Metall besteht, das mit einer Schutzschicht beschichtet ist, die Graphit und ein unter Hitzeeinwirkung Kohlenstoff freisetzendes Polymer und/oder ein hitzebeständiges Polymer enthält.

3. Gas- oder Stromdüse einer Schutzgasschweißanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Kupfer, Messing, Stahl oder deren Legierungen ist.

4. Gasdüse einer Schutzgasschweißanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.

5. Gas- oder Stromdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich zusätzlich zwischen der Schutzschicht und der Metalloberfläche eine Verbindungsschicht befindet.

6. Gas- oder Stromdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht eine stromlos aufgebrachte Nickelschicht ist.

7. Gas- oder Stromdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich zusätzlich zwischen der Schutzschicht und der Aluminiumoberflä che eine Verbindungsschicht befindet.

8. Gas- oder Stromdüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht eine Oxid- oder eine Oxidkeramikschicht ist.

9. Gas- oder Stromdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht 30 bis 80 Gew.-% eines hitzebeständigen Polymers und 20 bis 70 Gew.-% Graphit enthält.

10. Gas- oder Stromdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das hitzebeständige Polymer ein Silicon harz ist.

11. Gas- oder Stromdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht 10 bis 40 Gew.-% eines unter Hitzeeinwirkung Kohlenstoff freisetzenden Polymers und 60 bis 90 Gew.-% Graphit enthält.

12. Gas- oder Stromdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das unter Hitzeeinwirkung Kohlenstoff freisetzende Polymer ein wasserverdünnbares Polymer ist.

13. Gas- oder Stromdüse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das unter Hitzeeinwirkung Kohlenstoff freisetzende Polymer ein was serverdünnbares Epoxy-Polymer ist.

14. Gas- oder Stromdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloberfläche vor Aufbringung der Schutzschicht aufgerauht wurde.

15. Gas- oder Stromdüse nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloberfläche durch Sandstrahlen aufgerauht wurde.

16. Gas- oder Stromdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beschichtete Gas- oder Stromdüse zusätzlich getempert wird.

17. Gas- oder Stromdüse nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die beschichtete Gas- oder Stromdüse bei einer Temperatur zwischen 120 und 180°C und für eine Dauer zwischen 15 und 60 Minuten getempert wird.