DE19704142A1 - Kühlverfahren für ein Schutzgasschweißgerät sowie Schutzgasschweißgerät mit Kühlvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlverfahren für ein Schutzgasschweißgerät, insbesondere für ein für den Einsatz in kerntechnischen Anlagen und Reinsträumen vorgesehenes Schutzgasschweißgerät, sowie ein Schutzgasschweißgerät mit Kühlvorrichtung.

In weiten Fertigungsbereichen werden Schweißverbindungen mittels elektrischen Lichtbogenschweißens hergestellt. Dabei wird entweder mit einer ummantelten Stabelektrode gearbeitet oder mit einer nichtummantelten Elektrode, die mit Hilfe von Pulver oder Gas gegenüber dem umgebenden Medium, z. B. Luft, abgeschirmt ist. Die folgenden Schutzgasschweißverfahren sind bekannt, die sich nach dem Material der verwendeten Elektrode und dem Charakter des verwendeten Schutzgases unterscheiden: Metall-Inert-Gasschweißen (MIG), Metall-Aktiv-Gasschweißen (MAG) und Wolfram-Inert-Gasschweißen (WIG) etc. . Als Schutzgase werden Argon bzw. Mischungen von Argon mit Helium als Inertgase oder Sauerstoff, Kohlendioxid, Stickstoff oder Wasserstoff als Aktivgase verwendet.

Abhängig von den erforderlichen Schweißtemperaturen, der Schweißgeschwindigkeit und der Größe der zu fertigenden Schweißverbindung werden unterschiedliche Stromstärken zum Erzeugen des Lichtbogens verwendet. Bei größeren Stromstärken und dementsprechend größerer Hitzeentwicklung läßt sich ein längerer Betrieb des Schutzgasschweißgeräts nur mittels eines Kühlsystems oder bei häufiger Wartung sicherstellen.

Es sind Schutzgasschweißgeräte mit einem Wasserkühlsystem bekannt. Das Wasserkühlsystem sorgt dafür, daß die Elektrode und das Schweißgerät auf Temperaturen gehalten werden, bei denen eine hohe Lebensdauer und Zuverlässigkeit sichergestellt sind. Nachteil eines solchen Kühlsystems ist jedoch, daß mit dem Wasserkühlsystem der Aufbau des Schutzgasschweißgerätes komplizierter wird und somit eine zusätzliche potentielle Störungsquelle geschaffen wird.

Bei anderen Ausführungsformen aus dem Stand der Technik wird auf eine Kühlung verzichtet und es werden Keramikmaterialien eingesetzt, die stark hitzebeständig sind, so daß die akzeptablen Spitzentemperaturen wesentlich höher sind als z. B. bei ausschließlich aus Metallwerkstoffen gefertigten Schutzgasschweißgeräten. Keramikmaterialien haben jedoch den Nachteil, daß sie zwar starke Hitze aushalten, aber keine hohe Lebensdauer aufweisen. Bei Anwendungen, bei denen ein Auswechseln von Bauteilen kaum möglich ist und es daher auf eine hohe Lebensdauer der Bauteile bei hoher Zuverlässigkeit ankommt, wie z. B. beim Schweißen in radioaktiver Umgebung, kommen daher Keramikteile nicht in Betracht.

Bei bestimmten Anwendungen sind herkömmliche Schutzgasschweißgeräte aus einem weiteren Grund ungeeignet. In dem Gerät vorhandene Werkstoffe und/oder das verwendete Kühlmedium bergen bei diesen bestimmten Anwendungen für den Fall von Störungen ein hohes Risikopotential. So ist es bei zahlreichen Fertigungsprozessen, die üblicherweise in Reinsträumen durchgeführt werden, erforderlich, die Umgebung frei von Wasser zu halten. Eine Wasserkühlung birgt daher ein hohes Schadenrisiko für den Fall einer Leckage. Auch beim Einsatz in kerntechnischen Anlagen gilt es, bestimmte Risiken von vorneherein auszuschließen. Bei Schweißarbeiten, die z. B. in einem Brennelementebecken eines Kernreaktors durchgeführt werden, das idR mit schwerem Wasser oder mit leichtem Wasser gefüllt ist, kann z. B. keine Wasserkühlung verwendet werden, da im Fall einer Leckage im Wasserkühlsystem das im Becken vorhandene schwere oder leichte Wasser unbrauchbar würde. Ein ähnliches Risiko ergibt sich bei anderen Kühlmedien. Auch die zu Zwecken guter Wärmeleitung und hoher elektrischer Leitfähigkeit häufig verwendeten Materialien Kupfer oder Messing können im Zusammenhang mit kerntechnischen Anlagen nicht verwendet werden, da sie bei Kontakt mit dem Wasser, das z. B. im Brennelementebecken vorhanden ist, dieses ebenfalls unbrauchbar machen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlverfahren für ein Schutzgasschweißgerät sowie ein Schutzgasschweißgerät mit Kühlvorrichtung zu schaffen, bei denen gleichzeitig auf den Einsatz von risikobehafteten Materialien verzichtet werden kann und andererseits ein langer wartungsfreier Betrieb des Schweißgerätes bei großer Zuverlässigkeit sichergestellt ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens mit einem Kühlverfahren für ein Schutzgasschweißgerät gelöst, wobei dem Schutzgasschweißgerät ein Gasstrom zugeführt wird, wobei ein Anteil des zugeführten Gasstroms als ein Schutzgasstrom an einem freien Schweißende einer Elektrode verwendet wird und ein weiterer Anteil des zugeführten Gasstroms als ein Kühlgasstrom zum Kühlen des Schutzgasschweißgeräts verwendet wird.

Dadurch, daß ein zugeführter Gasstrom nicht nur als Schutzgas, sondern auch als Kühlgas verwendet wird, wird ein Kühlsystem geschaffen, ohne daß für das Kühlsystem ein großer zusätzlicher Bauaufwand erforderlich ist. Dies wird erreicht, da dem Schutzgasschweißgerät für die Kühlung kein zusätzliches Fluid zugeführt werden muß. Damit wird die Anzahl möglicher Störquellen gering gehalten. Die Teilung des Gasstroms in einen Schutzgasstrom und einen Kühlgasstrom ermöglicht es, daß mit dem Kühlgasstrom eine wirkungsvolle Kühlung des Schutzgasschweißgerätes bewirkt werden kann, ohne daß das als Schutzgas an die Elektrode geleitete Gas so stark erhitzt wird, daß sich beim Schweißen Poren, z. B. Schlauchporen, bilden. Dadurch, daß ein Gas als Kühlmedium verwendet wird, werden außerdem Risiken hinsichtlich des Auftretens einer Leckage weitgehend vermieden.

Erfindungsgemäß kann für den Gasstrom ein Aktivgas verwendet werden. Bevorzugt wird jedoch ein Inertgas verwendet. Damit wird erreicht, daß im Fall einer Leckage keine chemischen Reaktionen des Gases mit der Umgebung erfolgen können.

Erfindungsgemäß kann unabhängig von den konkreten Schweißbedingungen und -anforderungen ein beliebiger geeigneter Gasstromdurchsatz vorgesehen sein, und kann ein beliebiger geeigneter Anteil des Gasstroms als Schutzgasstrom und ein beliebiger geeigneter Anteil des Gasstroms als Kühlgasstrom verwendet werden. Bevorzugt wird jedoch der Durchsatz des Gasstroms und/oder der Anteil des Gasstroms, der als Schutzgasstrom dient, bzw. der Anteil des Gasstroms, der als Kühlgasstrom dient, abhängig von den zu schweißenden Werkstoffen, der eingestellten Elektrodenspannung, der Dauer des Schweißvorgangs und/oder anderen Größen des Schweißvorgangs eingestellt. Dadurch kann sichergestellt werden, daß bei einer Vielzahl von unterschiedlichen Schweißanwendungen jeweils eine geeignete Schutzgastemperatur an der Schweißstelle eingehalten wird, bestimmte Maximaltemperaturen in dem Schweißgerät nicht überschritten werden bzw. der Durchsatz des Gasstroms so gering wie erforderlich gehalten werden kann.

Erfindungsgemäß kann der Schutzgasstrom dem freien Schweißende der Elektrode z. B. von der Seite zu dem freien Schweißende der Elektrode zugeführt werden. Bevorzugt wird der Schutzgasstrom jedoch in einem Längsabschnitt der Elektrode an dieser entlang diese umhüllend in Richtung zu dem Schweißende geleitet, und wird der Elektrode in einem Bereich in Längsrichtung zugeführt, in dem die Elektrode von einem Elektrodenhalteraufbau gehalten ist. Dadurch wird gewährleistet, daß die Schweißstelle und das freie Schweißende der Elektrode von dem Schutzgas eingehüllt werden und gleichzeitig das freie Schweißende der Elektrode von dem Schutzgasstrom gekühlt wird.

Erfindungsgemäß ist es möglich, daß der Schutzgasstrom keine Kühlung bewirkt, oder daß nur die Elektrode mittels des Schutzgasstroms gekühlt wird. Bevorzugt wird jedoch eine die Elektrode haltende Spannzange des Elektrodenhalteraufbaus mittels des Schutzgasstroms gekühlt. Die Spannzange ist ein Bauteil des Elektrodenhalteraufbaus, das dem von der Schweißstelle über die Elektrode zugeführten Wärmestrom unmittelbar ausgesetzt ist. Es wird somit erreicht, daß ein Bauteil, das neben der aus einem besonders hitzebeständigen Material, z. B. Wolfram, gefertigten Elektrode die höchsten Temperaturen aushalten muß, unmittelbar über den Schutzgasstrom gekühlt wird. Dadurch kann die Spannzange, die gleichzeitig auch mittelbar über den Kühlgasstrom gekühlt wird, besonders effektiv unterhalb einer vorgegebenen Grenztemperatur gehalten werden.

Erfindungsgemäß kann der Kühlgasstrom auf geeignetem Weg durch den Elektrodenhalteraufbau hindurch oder an diesem außen entlang geleitet werden. Insbesondere ist es möglich, daß der Kühlgasstrom in eine Richtung von dem Schweißende der Elektrode zu dem eingespannten Ende der Elektrode hin dem Elektrodenhalteraufbau entlang geleitet wird. Mit der Formulierung "entlang" ist dabei "an der Außenseite entlang" und/oder "durch den Elektrodenhalteraufbau hindurch" gemeint. Bevorzugt wird der Kühlgasstrom jedoch im wesentlichen in einer Richtung von einem eingespannten Ende der Elektrode zu dem Schweißende der Elektrode hin dem Elektrodenhalteraufbau entlang geleitet. Es wird dadurch ein ähnlicher Effekt wie bei einem Gegenstromwärmetauscher erzielt. Die Temperaturverläufe in Elektrodenlängsrichtung zum einen in der Elektrode und zum anderen in dem Kühlgasstrom weisen beide dieselbe Neigung auf. Das heißt, zu dem Schweißende der Elektrode hin ist sowohl die Kühlgastemperatur als auch die Elektrodentemperatur am höchsten. Es wird dadurch gewährleistet, daß über die gesamte Länge, über die der Kühlgasstrom dem Elektrodenhalter entlang verläuft, eine ausreichend hohe Temperaturdifferenz zwischen dem kühlenden Medium und dem zu kühlenden Bauteil vorhanden ist, so daß ein hoher Wärmetransport von dem zu kühlenden Bauteil zu dem Kühlmedium erzielt wird.

Erfindungsgemäß kann in dem Kühlgasstrom eine unverwirbelte Strömung aufrechterhalten werden. Bevorzugt wird jedoch der Kühlgasstrom auf seinem Weg entlang dem Elektrodenhalteraufbau verwirbelt, so daß die Bildung einer turbulenten Grenzschicht gefördert wird. Die Bildung einer turbulenten Grenzschicht führt im Vergleich zu einer laminaren Grenzschicht, die sich ohne Verwirbelung einstellen kann, zu einem höheren Wärmeübergangskoeffizienten und damit zu einem höheren Wärmetransport.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden der Kühlgasstrom und der Schutzgasstrom in einem Längsabschnitt der Elektrode beide die Elektrode umgebend in einer Richtung parallel zu der Elektrode geleitet, wobei der Kühlgasstrom den Schutzgasstrom umgibt. Dadurch, daß der Schutzgasstrom die Elektrode umgebend parallel zu der Elektrode geleitet wird, wird eine Kühlung der Elektrode mit dem Schutzgasstrom erreicht. Dadurch, daß der Kühlgasstrom den Schutzgasstrom umgebend parallel zu dem Schutzgasstrom geleitet wird, wird erreicht, daß der Schutzgasstrom von dem Kühlgasstrom gekühlt wird oder zumindest ein weiteres Erhitzen des Schutzgasstroms verhindert wird, indem Wärme von Bauteilen abgeführt wird, mit denen beide Ströme in Kontakt stehen. Dadurch bleibt der Schutzgasstrom, obwohl er die von der Elektrode abgegebene Wärme aufnimmt, kühl genug, so daß beim Schweißen keine Schlauchporen erzeugt werden. So kann z. B. der Kühlgasstrom eine Düse von außen kühlen, durch die der Schutzgasstrom innen hindurchtritt.

Erfindungsgemäß ist es möglich, daß der Gasstrom aus einem Gasbehälter, der sich unmittelbar an dem Schutzgasschweißgerät befindet, zugeführt wird. Bevorzugt wird der Gasstrom über ein für den jeweiligen Anwendungsfall geeignetes Leitungssystem von einer für den Austausch von Gasbehältern zugänglichen Stelle zugeführt. Besonders bevorzugt wird der Gasstrom, insbesondere ein Gasstrom aus Inertgas, über eine durch ein Brennelementebecken eines Kernreaktors führende Leitung zugeführt. Der Gasvorrat kann dann z. B. abseits von vorhandenen Strahlungsquellen angeordnet sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Gasstrom über eine durch einen Behälter mit schwerem Wasser führende Leitung zugeführt. Dadurch erfolgt eine geeignete Kühlung des Schutzgasschweißgerätes bei Berücksichtigung der für die Verwendung in kerntechnischen Anlagen zu berücksichtigenden Randbedingungen. Die Anordnung des Gasvorrates außerhalb bzw. abseits von dem Schutzgasschweißgerät bewirkt, daß die Kühlung des Gerätes durchgeführt werden kann, ohne daß ein Problem bei der Zuführung von Gasbehältern zu dem Schweißgerät oder der Beseitigung von verwendeten leeren Gasbehältern besteht, die unter Umständen radioaktiv kontaminiert sind. Wird Inertgas durch einen Wasserbehälter in einem Kernreaktor, z. B. ein Brennelementebecken mit schwerem oder leichtem Wasser geleitet, führt dies im Fall einer Leckage in der Zuleitung zu keinen gravierenden Problemen. Das Inertgas reagiert nicht mit dem schweren oder leichten Wasser, nimmt daher keine Radioaktivität auf und wird aufgrund seines geringeren spezifischen Gewichtes an die Oberfläche zurückgeführt, ohne schädliche Einflüsse auf das Wasser im Brennelementebecken auszuüben.

Erfindungsgemäß kann neben der Kühlung über den Gasstrom eine weitere Kühlung erfolgen. Bevorzugt wird das Schutzgasschweißgerät jedoch abschließend über den Gasstrom oder über den Gasstrom und über beim bestimmungsgemäßen Einsatz mit der Umgebung in Kontakt stehende Flächen gekühlt. Es wird dadurch erreicht, daß weder im Zusammenhang mit kerntechnischen Anlagen zu unerwünschten Risiken führende Medien verwendet werden noch das Kühlsystem aufgrund hoher Komplexität eine hohe Störanfälligkeit aufweist.

Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Schutzgasschweißgerät mit Kühlvorrichtung mit einem Elektrodenhalteraufbau, einer von dem Elektrodenhalteraufbau gehaltenen Elektrode mit einem freien Schweißende, einem Gasleitungssystem mit einem Gaszuführkanal, der an einen Gasvorrat anschließbar und über den ein Gasstrom zuführbar ist, einem Gasstromteiler, mit dem der Gasstrom in Teilströme aufteilbar ist, einem Schutzgaskanal, der an den Gasstromteiler angeschlossen ist, einer auf das freie Schweißende ausgerichteten Düse, in welche der Schutzgaskanal einmündet, und einem Kühlgaskanal gelöst, der an den Gasstromteiler angeschlossen ist, wobei den Kühlgaskanal begrenzende Flächen wärmeleitend mit der Elektrode verbunden sind.

Mittels des Gasleitungssystems mit dem Gaszuführkanal, dem Gasstromteiler, dem Schutzgaskanal, der Düse und dem Kühlgaskanal wird erreicht, daß in dem Schutzgasschweißgerät ein zugeführter Gasstrom sowohl als Schutzgasstrom für das entsprechende Schweißverfahren als auch als Kühlgasstrom nutzbar ist. D.h., das Schutzgasschweißgerät kann mittels eines Gases gekühlt werden, so daß ein Kühlmedium verwendbar ist, das auch bei besonderen Anwendungen, insbesondere bei der Verwendung in kerntechnischen Anlagen, nicht risikobehaftet ist. Außerdem kann mittels eines einzigen zugeführten Mediums sowohl die Kühlung als auch die Abschirmung der Schweißstelle erfolgen.

Erfindungsgemäß kann der Gasstromteiler ohne Engstellen ausgestaltet sein. Zum Beispiel kann der Gasstromteiler baugleich gestaltete Ausgangsleitungen für den Kühlgasstrom und den Schutzgasstrom aufweisen. Der Gasstromteiler kann auch Ausgangsleitungen mit unterschiedlichem Querschnitt aufweisen, aufgrund deren Größe und Gestalt das Verhältnis von Kühlgasstrom und Schutzgasstrom bestimmt ist. Bevorzugt weist der Gasstromteiler jedoch mindestens eine Drossel auf, aufgrund deren Gestalt das Verhältnis von Kühlgasstrom und Schutzgasstrom bestimmt ist. Es ist dadurch möglich, mittels einer einfachen konstruktiven Abwandlung der Drosselstelle eine Veränderung des Verhältnisses von Kühlgasstrom und Schutzgasstrom zu bewirken. Weiter bevorzugt ist in jeder der Ausgangsleitungen für den Kühlgasstrom und den Schutzgasstrom jeweils eine Drossel vorgesehen.

Erfindungsgemäß kann die Drossel feststehend ausgebildet sein. Bevorzugt ist die Drossel jedoch verstellbar. Auf diese Weise wird es ermöglicht, die Drossel bei demselben Schweißgerät in unterschiedlichem Maße zu öffnen, und somit das Verhältnis zwischen Kühlgasstrom und Schutzgasstrom zu variieren. Ist in der Ausgangsleitung für den Kühlgasstrom und in der Ausgangsleitung für den Schutzgasstrom jeweils eine Drossel vorgesehen, kann sowohl das Verhältnis zwischen Kühlgasstrom und Schutzgasstrom als auch der Gesamtdurchsatz des Gasstroms variiert werden.

Erfindungsgemäß kann der Schutzgaskanal abseits von dem Elektrodenhalteraufbau verlaufen. Bevorzugt ist jedoch in dem Elektrodenhalteraufbau eine geschlitzte Spannzange vorhanden und die Schlitze der Spannzange bilden einen Abschnitt des Schutzgaskanals. Auf diese Weise lassen sich in der Spannzange für die Spannfunktion vorgesehene Schlitze gleichzeitig als Kühlkanäle für die Spannzange nutzen, die eines der thermisch am meisten belasteten Bauteile des Aufbaus darstellt. Eine somit erzielte effektive Kühlung der Spannzange senkt die Störanfälligkeit und steigert die Lebensdauer des Schutzgasschweißgeräts.

Der Kühlgaskanal kann in dem Schutzgasschweißgerät z. B. derart angeordnet und gestaltet sein, daß er spiralförmig die Elektrode umläuft oder mäanderförmig den Elektrodenhalteraufbau durchsetzt. Außerdem kann der Kühlgaskanal so angeordnet sein, daß er sich in seiner Durchflußrichtung von dem Bereich, in dem die Elektrode die höchsten Temperaturen erreicht, zu einem Bereich hin erstreckt, in dem weniger hohe Temperaturen erreicht werden. Bevorzugt weist der Kühlgaskanal jedoch einen Kühlabschnitt auf, wobei dieser Kühlabschnitt sich zwischen seinem zu dem Gasstromteiler führenden Eingangsende und seinem Ausgangsende im wesentlichen parallel zu der Elektrode erstreckt, wobei das Ausgangsende näher an dem freien Schweißende der Elektrode angeordnet ist als das Eingangsende. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Effekt eines Gegenstromwärmetauschers ausnutzbar ist, bei dem der Temperaturverlauf entlang der Wärmetauscherfläche auf der abgebenden und der aufnehmenden Seite die gleiche Neigung aufweist, so daß ein besonders hoher Wärmeaustausch erfolgen kann.

Erfindungsgemäß können in dem Kühlgaskanal geeignete Umlenkstücke, Kanalerweiterungen, Kanalverengungen oder andere strömungstechnische Bauelemente vorgesehen sein. Bevorzugt ist in dem Kühlgaskanal ein poröses Sinterteil angeordnet. Weiter bevorzugt erstreckt sich dieses poröse Sinterteil über den gesamten Strömungsquerschnitt. Mittels eines solchen porösen Sinterteils wird erreicht, daß die Strömung über den Strömungsquerschnitt vergleichmäßigt wird. Außerdem wird erreicht, daß ein besonders guter Wärmeausstausch erfolgt, da an dem Sinterbauteil auf geringem Bauraum eine große Fläche vorhanden ist, die mit dem Gasstrom in Kontakt treten kann.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind in dem Kühlgaskanal diesen begrenzende Flächen von Kühlrippen gebildet. Auf diese Weise wird der Wärmeaustausch und damit die Kühlung des Schutzgasschweißgerätes weiter verbessert.

Erfindungsgemäß können die Kühlrippen aus einem einheitlichen Material gefertigt sein, und es ist möglich, daß sie nicht mit einer Beschichtung versehen sind. Bevorzugt sind die Kühlrippen jedoch mit einer Palladium-Silber-Plattierung versehen. Palladium-Silber weist einerseits einen hohen Schmelzpunkt auf und sorgt daher für eine große Zuverlässigkeit bei Wärmebeanspruchung. Auf der anderen Seite weist das Material eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, so daß ein guter Wärmetransport vom Fuß der Kühlrippen zu deren Spitze erzielt wird, wodurch insgesamt der Wärmestrom über die Kühlrippen verstärkt wird. Darüber hinaus sorgt Palladium-Silber aufgrund einer rauhen Materialoberfläche dafür, daß ein an der Oberfläche entlangströmendes Fluid verwirbelt wird, so daß das Entstehen einer turbulenten Grenzschicht gefördert wird. Damit wird der Wärmeübergangskoeffizient verbessert, der Wärmeaustausch zwischen den Kühlrippen und dem vorbeiströmenden Gasstrom weiter verstärkt und somit die Kühlvorrichtung weiter verbessert.

Die Kühlrippen können aus einem Stahl, insbesondere einem VA-Stahl, oder einem anderen geeigneten Material, z. B. Wolfram-Sil­ ber oder Molybdän-Silber oder aus geeigneten pulvermetallurgischen Werkstoffen gefertigt sein. Bevorzugt sind die Kühlrippen jedoch im wesentlichen aus Molybdän hergestellt. Molybdän vereint eine gute Bearbeitbarkeit des Werkstoffs mit einer hohen Hitzebeständigkeit und guten Wärmeleitungseigenschaften. Durch die Herstellung der Kühlrippen aus Molybdän wird daher die Temperaturbelastbarkeit heraufgesetzt und infolge der guten Wärmeleitung die auftretende Spitzentemperatur vermindert.

Die auf das freie Schweißende ausgerichtete Düse kann erfindungsgemäß aus Keramik oder aus einem geeigneten anderen Material gefertigt sein. Bevorzugt ist sie aus Wolfram, Molybdän und deren Legierungen gefertigt.

Erfindungsgemäß kann der Elektrodenhalteraufbau über geeignet gestaltete Außenflächen mit der Umgebung in Verbindung stehen. Bevorzugt sind jedoch an der Außenseite des Elektrodenhalteraufbaus Außenkühlrippen vorhanden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das gesamte Schutzgasschweißgerät mit Kühlvorrichtung aus kupfer- und messingfreien Werkstoffen gefertigt. Es wird dadurch das Störungsrisiko im Zusammenhang mit kerntechnischen Anlagen vermindert, da im Falle eines Austretens von kupfer- oder messinghaltigen Werkstoffen Wasser, insbesondere schweres Wasser, unbrauchbar gemacht werden würde. Indem anstelle von kupfer- und messinghaltigen Werkstoffen andere Materialien mit hoher elektrischer Leitfähigkeit verwendet sind, insbesondere Wolfram-Silber, Molybdän-Silber und Palladium-Silber, ist die Funktionsfähigkeit des Schutzgasschweißgeräts uneingeschränkt gewährleistet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an der dem Schweißende der Elektrode zugewandten Seite des Schutzgasschweißgeräts ein von der Schweißstelle ausgehende Wärmestrahlung reflektierendes Reflektorblech vorgesehen. Auf diese Weise wird die von der Schweißstelle zu dem Schutzgasschweißgerät transportierte Wärmemenge stark reduziert. Weiter bevorzugt ist an dem Reflektorblech eine Keramikplatte vorhanden.

Bevorzugt ist das erfindungsgemäße Schutzgasschweißgerät für Stromstärken von ca. 400 A geeignet. Weiter bevorzugt ist das Schutzgasschweißgerät ein WIG-Schweißgerät.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schutzgasschweißgeräts mit Kühlvorrichtung wird in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben.

Aus der einzigen Figur ist der prinzipielle Aufbau eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Schutzgasschweißgeräts mit Kühlvorrichtung ersichtlich. Das gezeigte Schutzgasschweißgerät mit Kühlvorrichtung weist als Baugruppen einen Elektrodenhalteraufbau 1, eine Elektrode 2, einen Düsenaufbau 4, ein Gasleitungssystem 5, einen Reflektoraufbau 7 und einen Trägeraufbau 8 und ist an eine elektrische Versorgung sowie eine Gasversorgung 6 angeschlossen.

Die Elektrode 2 ist von dem Elektrodenhalteraufbau 1 gehalten. Der Elektrodenhalteraufbau 1 ist an dem Trägeraufbau 8 befestigt, über den das Schutzgasschweißgerät gehalten und bewegt werden kann. In dem Trägeraufbau 8 und dem Elektrodenhalteraufbau 1 ist ein Gasleitungssystem 5 vorhanden, das über die Gasversorgung 6 mit Gas versorgt wird. Über das Gasleitungssystem 5 wird ein Schutzgasstrom zu einem Düsenaufbau 4 und zu der Schweißstelle geführt und ein Kühlgasstrom durch den Elektrodenhalteraufbau 1 geleitet. Der Schweißstrom wird der Elektrode 2 von der (nicht gezeigten) elektrischen Versorgung über den Trägeraufbau 8 und den Elektrodenhalteraufbau 1 zugeführt. Mit dem Reflektoraufbau 7 wird das Schutzgasschweißgerät von der von der Schweißstelle ausgehenden Wärmestrahlung abgeschirmt.

Die Elektrode 2 hat eine langgestreckte zylindrische Gestalt und weist ein Schweißende 21 und ein dem Schweißende 21 abgewandtes Einspannende 22 auf.

Der Elektrodenhalteraufbau 1 weist einen Spannkörper 12, eine Spannzange 11, eine Spannzangenmutter 19, Kühlrippen 13, ein poröses Sinterbauteil 14, einen Deckel 16, eine Umfangswand 17 und Außenkühlrippen 18 auf.

Die Elektrode 2 ist entlang eines Längsabschnitts, der sich etwa von der Mitte der Elektrode 2 bis zu deren Einspannende 22 erstreckt, von der Spannzange 11 aufgenommen. Die Spannzange 11 ist im wesentlichen in einer zylindrischen Grundform ausgebildet, und weist an dem einen Ende als Spannzangenkopf 111 eine kegelförmige Erweiterung und an dem anderen Ende ein Gewindeende 113 auf und ist entlang ihrer Längsachse mit einer Spannzangenbohrung 114 versehen. Die Elektrode 2 ist dabei so in der Spannzangenbohrung 114 der Spannzange 11 aufgenommen, daß das Einspannende 22 an dem Ende der Spannzange 11 mit dem Gewindeende 113 angeordnet ist.

Der Spannkörper 12 ist als im wesentlichen rotationssymmetrisches Bauteil ausgebildet und entlang seiner Achse ebenfalls mit einer weitgehend zylindrischen Bohrung 121 versehen. An einem Ende in Längsrichtung ist die Bohrung 121 des Spannkörpers 12 mit einer kegelförmigen Erweiterung 124 versehen. Die Spannzange 11 und die darin aufgenommene Elektrode 2 sind in der Bohrung 121 des Spannkörpers derart aufgenommen, daß der Spannzangenkopf 111 mit der kegelförmigen Erweiterung der Spannzange 11 in der kegelförmigen Erweiterung 124 des Spannkörpers 12 angeordnet ist. In dem Bereich des Spannzangenkopfes 111 sind in der Spannzange 11 Spannzangenspalte 112 vorgesehen, die sich axial/radial in der Spannzange 11 erstrecken. Das Gewindeende 113 der Spannzange 11 steht aus dem Spannkörper 12 an dem der kegelförmigen Erweiterung 124 gegenüberliegenden Ende des Spannkörpers 12 vor. Die Spannzangenmutter 19 ist auf das Gewindeende 113 geschraubt, so daß sie gegen den Spannkörper 12 gedrückt ist. Der Spannzangenkopf 111 ist dadurch mit der kegelförmigen Erweiterung 124 des Spannkörpers 12 verspannt. Dadurch ist der Spannzangenkopf 111 zusammengedrückt, was mittels der Spannzangenspalte 112 ermöglicht ist, und die Elektrode ist in die Spannzange 11 eingespannt.

Die Elektrode 2 steht mit ihrem Schweißende 21 um etwa die Hälfte ihrer Gesamtlänge aus der Spannzange 11 und dem Spannkörper 12 vor.

Der Elektrodenhalteraufbau 1 ist mit dem Trägeraufbau 8 verbunden, indem der Spannkörper 12 und die Umfangswand 17 an einem Schweißgerätträgerstück 81 befestigt sind. Das Schweißgerätträgerstück 81 ist mittels eines Bajonettverschlusses 82 und eines Fixierstiftes 83 mit einem Anschlußstück 84 mit einem Kegelansatz 85 verbunden, das mit einem (nicht gezeigten) Bewegungsmechanismus für das Schutzgasschweißgerät in Verbindung steht. Über das Anschlußstück 84 ist das Schutzgasschweißgerät elektrisch versorgt.

In dem Anschlußstück 84 ist ein erster Abschnitt 511 eines Gaszuführkanals 51 des Gasleitungssystems 5 vorgesehen. Über einen Anschlußflansch 61 der Gasversorgung 6 und eine Transportleitung 62 ist an den Gaszuführkanal 51 eine Gasflasche 63 als Gasvorrat angeschlossen. Die Transportleitung 62 führt (nicht gezeigt) durch ein mit schwerem Wasser gefülltes Becken eines Kernreaktors.

Der erste Abschnitt 511 des Gaszuführkanals 51 ist an den in dem Schweißgerätträgerstück 81 ausgebildeten zweiten Abschnitt 512 des Gaszuführkanals 51 angeschlossen. An den Gaszuführkanal 51 ist ein Gasstromteiler 52 angeschlossen, der den Gasstrom in zwei Anteile unterteilt. Die wegführenden Leitungen des Gasstromteilers 52 weisen jeweils eine Drossel 521 auf, die als verstellbare Drossel ausgebildet ist.

An die in der Figur weiter unten angeordnete Drossel 521 ist der Schutzgaskanal 53 angeschlossen, dessen erster Abschnitt 531 in dem Schweißgerätträgerstück 81 ausgebildet ist. Der Schutzgaskanal 53 setzt sich in einem zweiten Abschnitt 532 fort, der in dem Elektrodenhalteraufbau 1 in dem Spannkörper 12 zu der Elektrode 2 hin verlaufend ausgebildet ist.

An die in der Figur weiter oben angeordnete Drossel 521 ist der Kühlgaskanal 54 angeschlossen, dessen erster Abschnitt 541 in dem Schweißgerätträgerstück 81 ausgebildet ist. Der Kühlgaskanal 54 setzt sich in einem zweiten Abschnitt 545 fort, der in dem Elektrodenhalteraufbau 1 zu der Elektrode 2 hin verlaufend ausgebildet ist.

Der Elektrodenhalteraufbau 1 ist im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet. Das dem Schweißende 21 zugewandte Ende des Elektrodenhalteraufbaus wird von einem zylinderförmigen Sockelteil 122 des Spannkörpers 12 gebildet. Der Spannkörper 12 ist ausgehend von dem Sockelteil 122 in Richtung von dem freien Schweißende 21 weg zu einem Zylinderschaft 123 mit geringerem Radius hin verjüngt ausgebildet, wobei die Verjüngung konkav ausgerundet ist. Im Bereich des Zylinderschafts 123 umgibt nur eine dünne Rohrwand die Bohrung 121. In dem in Längsrichtung des Elektrodenhalteraufbaus 1 mittleren Bereich bildet eine Umfangswand 17 den zylindrischen Mantel des Elektrodenhalteraufbaus 1, in dem dem freien Schweißende 21 abgewandten Bereich ein Deckel 16, der mit einer Bohrung auf den Zylinderschaft 123 aufgesteckt ist und der gleichzeitig den Elektrodenhalteraufbau 1 axial abschließt.

Der zweiten Abschnitt 532 des Schutzgaskanals 53 verläuft radial durch den Sockelteil 122 in dem Spannkörper 12 und geht in einen ringförmig die Spannzange 11 umgebenden Kanal 533 des Schutzgaskanals 53 über. Weiter setzt sich der Schutzgaskanal 53 in den in dem Spannzangenkopf 111 der Spannzange 11 ausgebildeten Spannzangenspalten 112 fort. Diese Spannzangenspalte 112 stehen mit dem ringförmigen Kanal 533 in Verbindung und bilden einen Teil des Schutzgaskanals 53. Am Austritt aus der Spannzange 11 mündet der Schutzgaskanal 53 in einen Düsenkanal einer Düse 41 des Düsenaufbaus 4.

Der zweiten Abschnitt 545 des Kühlgaskanals 54 verläuft radial in dem Deckel 16 und mündet in ein ringkanalförmiges Eingangsende 543 eines Kühlabschnitts 542 des Kühlgaskanals 54. In Richtung zu dem freien Schweißende 21 hin setzt sich der Kühlabschnitt 542 des Kühlgaskanals 54 mit einem porösen Sinterbauteil 14 fort, das den gesamten zwischen Umfangswand 17 und Zylinderschaft 123 liegenden Zylinderquerschnitt einnimmt. Das poröse Sinterbauteil 14 vergleichmäßigt die Strömung über den gesamten Strömungsquerschnitt. Weiter in Richtung zu dem freien Schweißende 21 hin setzt sich der Kühlabschnitt 542 im wesentlichen in Längsrichtung der Elektrode verlaufend in dem zwischen Umfangswand 17 und dem Zylinderschaft 123 sowie dem sich erweiternden Teil des Spannkörpers 12 eingeschlossenen Hohlraum fort. Dieser Hohlraum ist von axial/radial angeordneten Kühlrippen 13 unterteilt, die sich zwischen dem Sinterbauteil 14, der Umfangswand 17 und dem Spannkörper 12 erstrecken. Die Kühlrippen 13 sind im wesentlichen aus Molybdän hergestellt und mit einer Palladium-Silber-Plattierung versehen. Weiter in Richtung zu dem freien Schweißende 21 hin setzt sich der Kühlabschnitt 542 in Form von den Sockelteil 122 des Spannkörpers bezüglich der Elektrode 2 axial durchtretenden exzentrisch angeordneten Bohrungen 547 fort.

Weiter in Richtung zu dem freien Schweißende 21 hin setzt sich der Kühlabschnitt 542 in einem in dem Düsenaufbau 4 ausgebildeten ringförmigen Kanalabschnitt 44 fort. Der Düsenaufbau 4 weist die in Richtung zu dem Schweißende 21 der Elektrode 2 hin an dem Spannkörper 12 konzentrisch zu der Elektrode 2 angebrachte Düse 41, sowie ein ebenfalls konzentrisch zu der Elektrode an dem Spannkörper 12 mittels einer Überwurfmutter 43 befestigtes die Düse 41 umgebendes Mantelteil 42 auf. Der ringförmige Kanalabschnitt 44 ist zwischen der Düse 41 und dem Mantelteil 42 gebildet. Das dem freien Schweißende 21 zugewandte Ende des ringförmigen Kanalabschnitts 44 bildet das Ausgangsende 544 des Kühlabschnitts 542 des Kühlgaskanals 54.

Die Düse 41 erstreckt sich die Elektrode 2 umgebend über etwa zwei Drittel des aus dem Spannkörper 12 herausstehenden Teils der Elektrode 2.

An dem Trägeraufbau 8 ist ein Reflektoraufbau 7 angebracht, der auf der Seite des Schutzgasschweißgeräts zu dem freien Schweißende 21 der Elektrode 2 hin senkrecht zu der Elektrode 2 angeordnet ist. Ein Blechträgerstück 72 ist an dem Trägeraufbau 8 angebracht und trägt das Reflektorblech 73. Das Reflektorblech weist eine kreisförmige Öffnung auf, durch die der Düsenaufbau 4 hindurchtritt. Das Reflektorblech 73 ist an seiner der Schweißstelle zugewandten Seite mit einer reflektierenden Beschichtung 71 versehen, so daß Wärmestrahlung, die von der Schweißstelle abgestrahlt wird, reflektiert wird, und somit nicht zu dem Schutzgasschweißgerät gelangt.

Claims (24)

1. Kühlverfahren für ein Schutzgasschweißgerät, wobei dem Schutzgasschweißgerät ein Gasstrom zugeführt wird, wobei

• a) ein Anteil des zugeführten Gasstroms als ein Schutzgasstrom an einem freien Schweißende einer Elektrode verwendet wird,
• b) ein weiterer Anteil des zugeführten Gasstroms als ein Kühlgasstrom zum Kühlen des Schutzgasschweißgeräts verwendet wird.

2. Kühlverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasstrom aus Inertgas verwendet wird.

3. Kühlverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Gasstroms, der als Schutzgasstrom dient, und der Anteil des Gasstroms, der als Kühlgasstrom dient, abhängig von den zu schweißenden Werkstoffen, der eingestellten Elektrodenspannung, der Dauer des Schweißvorgangs und/oder anderen Größen des Schweißvorgangs eingestellt werden.

4. Kühlverfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzgasstrom in einem Bereich in Längsrichtung der Elektrode, in dem diese von einem Elektrodenhalteraufbau gehalten wird, an dem dem freien Schweißende zugewandten Ende des Bereichs dem Elektrodenhalteraufbau zugeführt und die Elektrode umhüllend in Richtung zu dem freien Schweißende geleitet wird.

5. Kühlverfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Elektrode haltende Spannzange des Elektrodenhalteraufbaus mittels des Schutzgasstroms gekühlt wird.

6. Kühlverfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlgasstrom im wesentlichen in einer Richtung von einem eingespannten Ende der Elektrode zu dem Schweißende der Elektrode hin dem Elektrodenhalteraufbau entlang geleitet wird.

7. Kühlverfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlgasstrom auf seinem Weg entlang dem Elektrodenhalteraufbau verwirbelt wird, so daß die Bildung einer turbulenten Grenzschicht gefördert wird.

8. Kühlverfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlgasstrom und der Schutzgasstrom die Elektrode umgebend über eine Strecke in einer Richtung parallel zu der Elektrode geleitet werden, wobei der Kühlgasstrom den Schutzgasstrom umgibt.

9. Kühlverfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom über eine durch ein Brennelementebecken eines Kernreaktors führende Leitung zugeführt wird.

10. Kühlverfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom über eine durch einen Behälter mit schwerem Wasser führende Leitung zugeführt wird.

11. Kühlverfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgasschweißgerät abschließend über den Gasstrom oder über den Gasstrom und über mit der beim bestimmungsgemäßen Einsatz vorhandenen Umgebung im Kontakt stehende Flächen gekühlt wird.

12. Schutzgasschweißgerät mit Kühlvorrichtung mit

• a) einem Elektrodenhalteraufbau (1),
• b) einer von dem Elektrodenhalteraufbau (1) gehaltenen Elektrode (2) mit einem freien Schweißende (21),
• c) einem Gasleitungssystem (5) mit
• c1) einem Gaszuführkanal (51), der an einen Gasvorrat anschließbar und über den ein Gasstrom (3) zuführbar ist,
• c2) einem Gasstromteiler (52), mit dem der Gasstrom (3) in Teilströme aufteilbar ist,
• c3) einem Schutzgaskanal (53), der an den Gasstromteiler (52) angeschlossen ist,
• c4) einer auf das freie Schweißende (21) ausgerichteten Düse (41), in welche der Schutzgaskanal (53) einmündet,
• c5) einem Kühlgaskanal (54), der an den Gasstromteiler (52) angeschlossen ist, wobei den Kühlgaskanal (54) begrenzende Flächen wärmeleitend mit der Elektrode (2) verbunden sind.

13. Schutzgasschweißgerät mit Kühlvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstromteiler (52) mindestens eine Drossel (521) aufweist, aufgrund deren Gestalt das Verhältnis von Kühlgasstrom (31) und Schutzgasstrom (32) bestimmt ist.

14. Schutzgasschweißgerät mit Kühlvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (521) verstellbar ist.

15. Schutzgasschweißgerät mit Kühlvorrichtung nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenhalteraufbau (1) eine geschlitzte Spannzange (11) aufweist und die Schlitze der Spannzange (11) einen Abschnitt des Schutzgaskanals (53) bilden.

16. Schutzgasschweißgerät mit Kühlvorrichtung nach Anspruch 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlgaskanal (54) einen Kühlabschnitt (542) aufweist, der Kühlabschnitt (542) sich zwischen einem zu dem Gasstromteiler (52) führenden Eingangsende und einem Ausgangsende (544) im wesentlichen parallel zu der Elektrode (2) erstreckt, wobei das Ausgangsende (544) näher an dem freien Schweißende (21) der Elektrode (2) angeordnet ist als das Eingangsende.

17. Schutzgasschweißgerät mit Kühlvorrichtung nach Anspruch 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein in dem Kühlgaskanal (54) angeordnetes poröses Sinterteil (14) vorgesehen ist.

18. Schutzgasschweißgerät mit Kühlvorrichtung nach Anspruch 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß den Kühlgaskanal begrenzende Flächen von Kühlrippen (13) gebildet sind.

19. Schutzgasschweißgerät mit Kühlvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippen (13) mit einer Palladium-Silber Plattierung versehen sind.

20. Schutzgasschweißgerät mit Kühlvorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippen (13) im wesentlichen aus Molybdän hergestellt sind.

21. Schutzgasschweißgerät mit Kühlvorrichtung nach Anspruch 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf das freie Schweißende (21) ausgerichtete Düse (41) im wesentlichen aus Wolfram, Molybdän und/oder deren Legierungen hergestellt ist.

22. Schutzgasschweißgerät mit Kühlvorrichtung nach Anspruch 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenhalteraufbau (1) an seiner Außenseite Außenkühlrippen (18) aufweist.

23. Schutzgasschweißgerät mit Kühlvorrichtung nach Anspruch 12 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß es aus kupfer- und messingfreien Werkstoffen gefertigt ist.

24. Schutzgasschweißgerät mit Kühlvorrichtung nach Anspruch 12 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß es an seiner dem Schweißende (21) der Elektrode (2) zugewandten Seite ein die von der Schweißstelle ausgehende Wärmestrahlung reflektierendes Reflektorblech (73) aufweist.