DE2027626A1

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Publication number: DE2027626A1
Application number: DE19702027626
Authority: DE
Priority date: 1969-06-09
Filing date: 1970-06-05
Publication date: 1970-12-23
Also published as: US3569661A; FR2052491A5; GB1315145A; JPS5415539B1

Description

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Ä oL äug BOM _fiJiQ,

Parksiraße 13 *

Anmelder: Air Products and Chemicals, Inc.,

Philadelphia, Pennsylvania, V.St.Ä.

Verfahren und Gerät zur Erzeugung eines kathodenstabilisierten Plasmabogens.' |

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Plasmabögen und insbesondere auf gerichtete Plasmabögen der Art," wie aie zürn. Schneiden und Sehweißen von Konstruktionsmateriaiien» beispielsweise Metalle verwendet werden.

Derartige Plasmabögen sind beispielsweise duroh die USA-Patentschrift 2 806 124 bekannt, in der ein Verfahren zur Erzeugung eines Plasmabogens beschrieben wird. · . . ,

Eine überwiegende Zahl von bekannten derartigen Plasmabögan wird durch Anordnungen erzeugt, wie sie aua den US-Patent-^: echriften 2 858 411, 3 118 046 und 3 194 941 hervorgehen. Alle die aus den: zuvorgenannten ,Patenten hervorgehenden Anordnungen und die dartiberhinaus bekannten basieren auf das gleiche Verfahren, einen^;gerade verlaufenden Plasmabogen zu erzeugen. Dieses Verfahren ist ala "Wandstabilisierung" bekannt und wird dadurch erzielt, daß der Bogen mit Hilfe einer Einechnürdüse, zusammengeschnürt wird, die zwischen einer festen Kathpde und dem Werkstück angeordnet iet, um den Plasmabogen zu fokussieren oder gerade verlaufen asu lassen»

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ORIGINAL

. ι

An dem Einschnürvorgang kann auch ein dünner, aus einem strömenden Gas aufrechterhaltender Mim zwischen dem Plasmabogen und der Düsenoberfläche zur Unterstützung der Stabilisierung beteiligt sein.

Zusätzlich zur "Wandstabilisierung" verwenden einige handelsübliche Plasmabogenanordnungen ein unter dem Begriff "V/irbelstabilisierung" bekanntes Verfahren um den Plasmabogen weiterhin zu fokussieren. Die Wirbelstabilisierung besteht darin, daß der Plasmabogen von einem in einer Ebene zirkulierenden Gas umgeben ist, die zum Plasma angenähert normal gerichtet ist und die sich in dem Raum zwischen dem unteren Ende der festen Kathode und der Düse befindet. Es ist bekannt, daß mit den zum Stande der Technik gehörenden-Plasmabrennern ausgezeichnete Schweißungen bei höheren Schweißgeschwindigkeiten und geringeren Stromstärken für die gleichen Materialdicken erzielt werden können als mit dem an sich empfehlenswerten Wolfram-Schutzgas-Schweißverfahren. Die . bekannten Plasmabrenner Z₀-B₀ erseugen haltbarere Schweißnaht- ■ stoßes die gegen eine schlechte Kantenherstellung oder eine Kantenfehianpassimg empfindlich sind als die mit einem her- :.ömmlichen WüI-fram^Schutzgasbrenner hergestellten» Der Abstand; zwischen Brenner und Werkstück ist bei dem Plasmabrenner etwas größer als beim Wolfram-Schutzgasbrenner₉ jedoch ist die. durch die Wärme beeinflusste Zone wegen des gerade verlaufenden Bogeas des Plasmabrenners kleiner« Die wärmebeeiafTusste Zone ist der; Teil des Materials auf jeder Seite der Schweißnaht,,,.der auf eine Temperatur ansteigt, die hoch genug ist, um eine Strukturveränderung des Materials zu bewirken, die normalerweise vom Standpunkt der Bruchfestigkeit oder des Korrosionswiderständea des Verbindungsstückes unerwünscht ist«, .: ;

Ein kürzerer Abstand verringert die Möglichkeit person, die Aus "bildung der Schweißnaht zu steuern dem Brenner nicht vollständig
re Abstände die WärmereflektiQB mam Brenn ti¹' lebensdauer allgemein verringert wird*.

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da di@ae unter

Zur Vermeidung der bei den bekannten Plasmabrennern auftretenden 1 !lachteiIe und allgemein zur Herstellung eines verbesserten Pias-I , mabrenners wurde festgestellt, daß dann, wenn eine hohlrohrförmi-j· ' ge Kathode verwendet wird und der Kathodenfleck (der Teil der ! , Kathodenfläche, aus dem der Bogen emittiert wird) veranlässt j wird, auf der inneren Pläche der Kathode zu bleiben, der Plasma-; ' bogen durch ein neues Verfahren, das als Kathodenstabilisierung ! ί bezeichnet wird parallel bzw. gerade verläuft, wobei keine Dü&en4 ; wandstabilisierung oder eine Wirbelstabilisierung erforderlich j j \ ist. Bin Aufbau der hohlrohrförmigen Kathode, der-es einer gerin-j- ^: ; gen Menge des Bogengases erlaubt, nach oben und nach außen aus j j dem oberen Teil der Kathode zu entweichen, bewirkt, daß der j ' * ,Kathodenbrennfleck sich auf der inneren fläche der Kathode bewegt, iwodurch der Plasmabogen gerade verläuft.

Der Erfindung liegt daher primär die Aufgabe zugrunde, ein ver- ; bessertes Verfahren zur Erzeugung eines gerade verlaufenden j Plasmabogens vorzuschlagen. ' '

ι Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine hohlför- ! mige Kathode zur Stabilisierung eines Plasmabogens zu verwenden.j

, Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen verbesser- ; ten Plasmabrenner zum Schneiden und Schweißen vorzuschlagen.

I Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, einen ver-"· besserten Plasmabrenner vorzuschlagen,· in dem eine hohlrohrför- ; mige Kathode verwendet wird, in der eine geringe Menge eines \ j Bogengases verwendet wird (welches strömen kann), so daß bewirktj ι wird, daß der Kathodenfleck auf der Innenfläche der Kathode ver-j ! bleibt und ein gerade verlaufender Plasmabogen erzeugt wircU

'. ί

; Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten j I Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigenί i

\ ■ ■ ·

Figur 1 eine schematische Darstellung des Verfahrens nach der ι vorliegenden Erfindung und j

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BADORlGiNiC '

Figur 2 einen Querschnitt eines Schweißbrennern nach der Er-

findung zur Erzeugung eines kathoden-stabillsierten Plasmabogens.

In I¹IgUr 1 ist in schematischer Darstellung eine hohlrohrförmige Elektrode 10 wiedergegeben. Die rohrförmige Elektrode 10 besteht vorzugsweise aus Wolfram oder aus einem theriumhaltigem Vfölfram und weist eine glatte Bohrung 12 mit einer Öffnung M\ am unteren Ende auf (in Richtung des Werkstückes 16) und eine öffnung am oberen Ende 15. Um die Elektrode 10 befindet sich ein Aufbau 18» der eine Kammer 34 bildet, die für das Schweißgas einen Einlassanechluss 20 und eine Austrittsöffnung 22 aufweist. Die Austrittsöffnung 22 hat einen fast kreisförmigen Querschnitt und ist axial zur Längsachse der Elektrode 10 ausgerichtet. Der Durchmesser der Austrittsöffnung 22 muss größer sein als der : Innendurchmesser der Elektrode 10, damit das· Plasma kathodenstabilisiert wird, wie noch im folgenden näher erläutert wird. Um j

die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung zu vervollständigen, ist eine Quelle 24 für den Schweißstrom derartig mit einem elektrischen Anschluss 26 verbunden, daß die Elektrode 10 zur Kathode oder zum negativen Teil der Schaltung wird. Der elektrische Anschluss 28 verbindet die Stromquelle 24 mit dem Aufbau 10. über einen Schalter 30 und Widerstand 31 und ferner auch mit dem Werkstück 16 über einen

chalter 32. Der dargestellte Schaltkreis ist die Grundlage

für den Betrieb des Plasmabogenbrenners und ist bereits bekannt«; Der Aufbau 18 und/oder das Werkstück 16 wird elektrisch positiv,¹ so daß die Potentialdifferenz erzeugt wird, die für den Bogen j notwendig ist.

Der. Anschluss für das Bogengas 20 ist so konstruiert, daß er das Bogengas derartig einlässt, daß es die Kathode 10 gleichförmig mit einer bestimmten Menge eines Gases, beispielsweise Argon, umgibt, ohne daßeine Wirbelströmung des Gases entsteht. Der Hauptteil des Gases fließt nach unten_r um die Kathode 10 in !Richtung der Austrittsöffnung 22 und von dort naoh außen, so | daß eine relativ dicke Gaaschicht zwischen· der Austrittsöffnung!

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I I

22 und dem Plasmabogen 36 gebildet wird.

Die Austritts öffnung 22 ist jedoch derartig dimensioniert, daß eine geringe Menge Bogengas veranlasst wird, in die Bohrung 12 der Kathode zu strömen. Obgleich diese Erscheinung noch nicht vollständig erklärt werden kann, nimmt man an,.¹ daß dieser kalte Gasstrom bewirkt, daß der Lichtbogenfleck in die Bohrung 12 wandert und dort auf der inneren .Fläche der Bohrung 12, wie in Figur 1 dargestellt, verbleibt. Obgleich dies nicht notwendig ist, kann eine Pumpe oder ein Venturi-Hohr verwendetwerden, um das Gas nach oben durch die Bohrung abzusauegen. Bei derartigen j jf Hilfsmitteln kann der Durchmesser der Austrittsöffnung 22 vergrößert werden und/oder die der Kammer 34 zugeführte Strömungs- > rate kann verkleinert werden. Das bevorzugte "Verfahren jedoch ist in Figur 1· ohne irgendwelche Hilfspumpen oder Venturi-Röhren dargestellt. ' ι

Y/ährend des Betriebes .wird" das Bogengas der Kammer 34 zugeführt j und zwischen der Kathode 10 und der Kammer 18 wird in der Nähe j der Austrittsöffnung 22 ein Bogen gezündet. Die Schweißgasströmung wird derartig eingestellt, daß'der Kathodenfleck sich in die Bohrung 12 der Kathodenelektrode 10 bewegt und auf der Bohrungsfläche an einer mit 38 bezeichneten Stelle verbleibt. Sodann wird der Hauptstrom zwischen Kathode und Werkstück zugeführt, j so daß der Plasmabogen 36 veranlasst wird, aus der Kathodenelek-i trode 10 am unteren Ende 14 in einer gerade verlaufenden und i stabilisierten Weise herauszutreten» Der Plasmabogen .ist daher ;

kathodenstabilisiert, ohne daß eine Wandstabilisierungsdüse oder, eine Wirba!stabilisierung mit einem Gas und mit Hilfe des bekannt ten Wi37be!ringes notwendig ist. Der Plasmabogen 36 kann sodann ^: auf dem Werkstück 16 zum Schneiden oder Schweißen, je nach V/unsch,

verwendet werden. \

Wenn die Kathode 10 abgedeckt oder blockiert wird, daß sogar ein ι größerer Kammordruck erzeugt wird, bewirkt; dies nichb, dai3 dor ι Kathodenflook irr-dio Kathodo hirioin wandert,

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Man hat auch festgestellt, daß dann₉ wenn der Kathodenfleck sich' innerhalb der Kathodenelektrode· befindet, der Bogengasstrom auf ! eine Höhe verringert werden kann, die unterhalb der notwendigen '. Höhe liegt, um den Kathodenfleck anfangs festzulegen, ohne daß !

der Kathodenfleck aus der Slektrodenbohrung herauskommt. !

Der in Figur 1 dargestellte Brenner ist in der Lage, entweder im ITichtübergangs- oder im Übergangsmodus, wie es auf dem Gebiet der Plasmatechnik bekannt ist, zu arbeiten₀ Standard-Schlüsselloch· schweißungen, durch die ein echtes Werkzeug zur Plasmabogenschweißung ausgezeichnet ist, können mit dem kathodenstabilisier^ ten Plasmabogenbrenner hergestellt werden₀

In Figur 2 ist' eine Quersehnittsansicht' eines Plasmabogen schwei ßbrenners gezeigt, der gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut'

ist und betrieben wird® ■ |

Die hohlförmige Kathode ist mit 40 bezeichnet und weist eine zj'~-''v. lindrische Form auf, die an "beiden Enden offen ist_ö Das untere ^; Ende 42 der Kathode, das dem Werkstück am nächsten liegt, weist ϊ einen abgerindeten konvergierenden Eingang auf, um den Eintritt ; des Bogengases in die Bohrung der Kathode 40 zu erleichtern»· Die^: hohlförmige Kathode ist -so auf ge bau t₉ daß' eine Wasserkühlung durch fast die gesamte Länge mit Hilfe der Viasserkanäle 44 und 46 ermöglicht wird, die mit dom Binlasswasserkanal 47 _s der in dem Kathodenblock 48.gebildet ist₈ in Verbindung stehen« Dem Kanal 47 ist ein Verbindungsstück oder ein Inschlußstück 50 eingepasst, damit Kühlwasser zum Brenner gelangen kann₀ Das Kühlwasser strömt durch den Kanal 44 abwärts, um die Hohlkathode 40. nach otien in den Kanal 52„ Aus dem Kanal 52 strömt es durch den Kanal 53 zum Kanal 54 und mit Hilfe des ringförmigen. Kanals 58" um das tassenförmige Füllkammerelernent 56 und dann durch nicht dargestellte Rückleitungen aus dem Brenner heraus„

Unter dem Kathodenblook 48 ist ein Zwischenelement 60 zur elek~ trischen Isolierung des Kathodenblockes 48 von dem tassenfertigen Element 56 angebracht, wobei das letztere die Füllkammer

66 "bildet und als Anode wirkt,, Das Element 60 kann aus irgend- ! einem handelsüblichen, nichtleitenden und hohe Temperaturen isolierenden Material hergestellt sein. Das Element 60 enthält die ' Wasserkanäle 78 und 53 zur Kühlung und trägt dazu bei, den ring-¹ förmigen Kanal 62 zur leitung des Bogengases zur Püllkammer 66 ; zu begrenzen. Der Eingang des Bogengases erfolgt durch einen ! Kanal, der zum ringförmigen Kanal 62 durch einen Schattenriss. \ dargestellt ist. Das Bogengas str.ömt durch den Kanal 62 nach : unten zur Püllkaramer 66 durch andere ringförmige Rohrleitungen ^! 68, 70 und 72. Ein Anodenblock 74, der dasIsiierelement 60- ' teilweise umgibt, dient zur Leitung des elektrischen Stromes > zum PuIIkammereiernent 56 zur Errichtung des Bogen s. Der Anoden- j I block 74 ist mit den notwendigen Gas-und Wasserkanälen versehen,; j die mit denjenigen in dem Element 60 und Kathodenblock 48 in ■', Verbindung stehen. Das Element 60 enthält einen Schutzgaskanal ■ 78, der mit dem Gaskanal 76 in dem Anodenblock 74 in Verbindung !' steht, so daß ein Schutzgas über einen Schraubenschlauchverschluss 80 eingelassen werden kann. Der Kanal 76 ist über die ; Anschlüsse 81 mit einem ringförmigen Gaskanal 82 verbunden, der < durch den Anodenblock 74 begrenzt wird und die Düse-84 umgibt, ; um das Schutzgas um den· Plasmabogen in Richtung des Werkstückes ! leiten zu können. Die Düse 84 kann an den Anodenblock 74 durch ;. eine Schraubverbindung, wie in der Figur dargestellt ist, befe- · stigt werden. Die Düse 84 sollte aus einem nichtleitenden Ma- ! teria.1 bestehen, um das Entstehen eines Lichtb-ogens zu vermeiden, falls der Brenner versehentlich das Werkstück berührt. _;

Wie in Figur 2 dargestellt ist, sind Ringe oder andere Dichtelemente zwischen den verschiedenen Gliedern vorgesehen, um eine Leckage.des Wassers und Gases zu verhindern. . ·

Für den Betrieb wird der Brenner nach Figur 2 mit Hilfe an sich , bekannter Vorrichtungen mit der Wasserversorgung, dem Bogengas, ^! dem Schutzgas und dem Schweißstrom verbunden. Eine Vorrichtung, welche Leiter verwendet, die sich in dem Wasserschlauch befinden, der mit dem Anschluss 50 verbunden ist, dient dazu, die negative Seite der Stromquelle mit dem Kathodenblock 48 zu

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verbinden. Die positive Leitung ist an dem Anodenblock 74 angeschlossen. Ein Auslösebogen wird zwischen dem Ende 42 der ·{ hohlförmigen Kathode 40 und dem Füllkammerelement 56 gezündet, j Die Bogengasströmung wird dann geregelt, damit der Kathoden fleckj

veranlasst wird, sich in die Kathode 40 zu bewegen. Sodann wird | der Hauptbogenstrom eingeschaltet und der Plasmabogen kommt aus dem Ende 42 der hohlförmigen Kathode 40 in gerade verlaufender stabilisierter Weise heraus.

In einem Ausführungsbeispiel ist eine hohlförmige Kathodenelektrode mit einem inneren Durchmesser von 2,4 mm (3/32")\ einem j Öffnungsdurchmesser von 7,9 mm ( 5/16") in einem .tassenförmigen • Element 56 von etwa 1,58 mm (1/16"), die das Ende 42 der Kathode I 40 von dem tassenförmigen Element 56 trennt, vorgesehen, die ! einen stabilisierten gerade verlaufenden Plasmabogen erzeugt.

ί Um den Eintritt des Kathodenflecks zu erleichtern, ist es vor- \ teilhaft, daß das Ende 42 der hohlförmigen Kathode 40 einen ! glatten konvergierenden Eingang zur Bohrung aufweist und daß die J Innenseite der Füllkammer an der Austrittsöffnung eine scharfe Kante besitzt. Ferner kann das Bogerigas noch in einer glatten gleichförmigen Strömung um und entlang der Kathode 40 nach unten ; in Richtung des Endes 42 und vorzugsweise in einer laminaren j Strömung eingeführt werden.

j . . ■

j Wenn der Plasmabogen einmal gezündet ist, kann die Strömung des ; Bogengases verringert werden. Ein Ansteigen der Strömung, bevor ί der Druck, der zum Erlöschen des Bogens notwendig ist, erreicht

■ ist, kann, nur zum Erlöschen des Bogens führen, ohne daß.die

j Leistung verbessert wird. Der Strom kann erhäht werden, um so- j '■· wohl den Kathodenfleck zu verstärken, als auch zur weiteren

■ Verbesserung der Bogenstabilität. ··

: An der öffnungsfläche 57 der Füllkammer wurden Gasschichtentemperaturen zwischen 77° C (170⁰F) bei einer Strömung von 0,8 rar/ h (30 SGMi) Argon und einem Strom von 30 Amp. und 385° C (725⁰F) bei einer Strömung von 1,7 nr/h (60 SOFH) und

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I einem Strom von 200 Ampere gemessene Diese Messungen weisen j

darauf hin, daß die Austrittsöffnung den Bogen nicht zusammen- j

I schnürt und daß der aus der hohlförmigen Kathode austretende | Bogen gerade, verläuft'und stabilisiert ist, .' ·

Der Brenner nach Figur 2 wurde mit Strömen bis zu 400 Amp, im Übergangsverfahren mit einer Austrittsöffnung von 7,93 mm (5/i6^!l und einer Strömung von 1,41 nr/h (50 SCHI) Argon, ohne daß eine Zerstörung auftrat. In. dem Fichtübergangsverfahren wurde der Brenner mit einem Strom von 200 Amp, zehn Minuten lang betrieben ohne daß Anzeichen einer Beschädigung auftraten. Platten aus .rostfreiem Stahl mit einer Dicke von 0,28 cm (0,11 inch) wurden mit dem Brenner mit einer Geschwindigkeit von 76,2 cm ( 30 inch) pro Minute unter Verwendung eines Stromes von 200 Amp» und Argon mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,42 nr/h (15 SOIH) aus einer Öffnung von 4j763 mm (3/16 inch) bei einem Abstand von 6,35 mm ( 1/4") stoßgesehweißt.

Es wurden einige Versuche unter Verwendung eines Brenners nach j der Erfindung mit einer hohlförmigen Kathode durchgeführt, um ■ die Ergebnisse mit zwei handelsüblichen Brennern zu vergleichen» Diese Versuche bestanden in einer Stoßnahtschweißung·von Platten aus rostfreiem Stahl mit verschiedenen Dicken und in der Messung der verschiedenen Schweißparameter für jede Dicke» Die ! Ergebnisse dieser Versuche sind in der folgenden Tabelle .1 ·

• festgehalten: ■■·'■.··· s

!' * ' ■■'■■'

;■..-■ Tabelle 1 ' \

ana·«—··» «·· mm mm» ""W" ■ . ■ ■ g

! Plasmaschweißzustände für rostfreien Stahl; ein Vergleich sswi- sehen handelsüblichen-Brennern mit einem'Brenner, der eine hohl-

j förmige' Kathode aufweist,. ■ . _: . ■

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Brenner Di ein© 6©achwin-(1) Stroia' 'Strömung

3j 1T mm 16,Z (!in/M -145 Λ . 0,28 m³/h- 4,76 mm

(1/0") (30 IPM) (iÖ)(Ar/H₂)³ (3/i6ⁿ).

3j17 mm 3O₈I cm/li 150 A . 0,056 m³ . 6„35 mm

(1/8») (15 IPM) _ ■ (2) Ar

(2) 'gemniSBeii In m-³/*¹ (Standard OtaMc Peel; per Hcmr)

j HG 3,17 mm 76,2 cm/M 4501 0_?14>⁵ - 9,52 mm

(1/8») (30 IPM) (S)Ar (3/&<l '

A 6,35 mm 35„5 cm/M 240 A . O₉SO m⁵ 4,76 mm

) . (14 IPM). _ _ (·1β)³. (3/16").

j B 6 j 35 mm 20„3 cm/M 200A 0,05- m⁵ - .6,35'mm

(1/4«) - (8IPM)- ■ · - (2) Ar

HC . . 6₉39 mm 35_P5 cm/M 190 A 0₉28 m⁵ ' 12_s?0
(1/4") (14 IPM) . . (1O)-Ar

JA . 9 j 52 mm - - 'J

B 9_S52 mm 15_B2 cm/M 250 A . 0_p08 m⁵ " . _ 6_S35 mm

! . (3/8») (6 IPM) ' (3) Ar

] HC . 9_S52 ami 15₈2 om/M 150 A 0,28 m³ ■ 9₉52
(3/8») · (6 IPM) ' - (10) "Ar.

(5) 95 ^ Ar = 5 ?S H₂

■Α) gsschweißt in zwei G-ängen mit vorbereiteten v-föriaig ainge=
. Lerbtan Kanten5 der erste GaBg bei 230 Amp_o mit einer J-es^iiwiiKligksit von £4₉1 om/min (9 ±nch/m±n) und der ss/sits
Ο-)αΏ;;; "bsi 220 iiiüo^ ^ lir einer Ge schwind igle si ΐ voa 19pö iin/mi

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Bemerkung; !

Der Brenner A wurde mit einer Schutzgasatmosphäre von 95 $ Ar - j 5 '/ο H₂ mit einer Strömung von 0,991 v?/h (35 SOPH), · ! der Schweißbrenner B mit einer Schutzgasatmosphäre von 95 ί° Ar-; 5 ^r/o He und einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,84 nr/h (30 SCPH) und der .Brenner mit der hohlförmigen Kathode mit einer Schutzgas-jatmosphäre von 95 $ Ar - 5 ⁰A H₉ und einer Strömungsgeschwindig- j keit von 0,991 nr/h (35 SOPH) betrieben. Aus der oben aufgeführten Tabelle wird ersichtlich, daß der Brenner mit der hohlförmig^n Kathode gegenüber den herkömmlichen Brennern, die in diesem Versuch verwendet wurden, erhebliche Vorteile aufweist. So war in jedem Pail, um damit zu beginnen, der Abstand bei Verwendung j des Brenners mit der hohlförmigen Kathode größer. Hierdurch wirdj die Schweißstelle besser sichtbar und es bildet sich in dem | Brenner ein geringerer YTärmestau aus. . · j

Die oben aufgeführten Versuche zeigen, daß bei der 3,17 mm (1/8" Jl

Platte die beste iSchweißgeschwindigkeit mit einem geringen Bogen-jgasverbrauch bei gleicher Stronhöhe erreicht wird. Bei der 6,35 mm (1/4") dicken Platte stellte sich bei dem Brenner mit

■ der hohlförmigen Kathode die gleiche beste Schweißgeschwindigj keit und Gasverbrauch ein und bei der 9,52 mm (3/8") dicken j Platte war die Stromhöhe merklich geringer, obgleich der Bogen- : gasverbrauch höher war. Die geringen Stromhöhen führen zu einer ι läng-eren Brennerlebensdauer und gestatten größere Freiheiten bei der Gesamtkonstruktion im Hinblick auf Erzielung einer Küh- ! lung, einer Abschirmung, usw.

lite bereits oben ausgeführt wurde, besteht der Hauptgedanke der Erfindung darin, es dem Bogengas zu ermöglichen, in die hohlformige Kathode einzudringen, so daß sich der Kathodenfleck auf der Innenwand der hohlförmigen Kathode ausbilden kann. Obgleich die Verwendung einer Füllkammer und einer Austrittsöffnung be- j vorzugt wird, ran die gewünschte Aufwärtsströmung des Gases zu , ; erreichen, ist es auch möglich, da3 untere Ende der Kathode von j einem Bogengas au umgeben und für dieses ein Venturi-Kohr zu ': verwenden, das in der Hähe des oberen Endes der Kathode ange-

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bracht wird, um die gewünschte Strömung innerhalb der hohlför- j ι migen Kathode zu ermöglichen„ Dies ist in den Fällen "besonders i ι nützlich, wo eine Austrittsöffnung gewünscht wird, die etwa den J ι gleichen Durchmesser wie die Füllkammer aufweist., Eine derartige |

I .1

i Anordnung kann für Plasma-Generatoren der chemischen Verfahrens-! industrie Anwendung finden.

i ■ ί

■ Die für die hohlförmige Kathode verwendeten Konstruktionsm ateria-

' lien brauchen sich nicht auf Wolfram oder thoriumhaltigen Wolf- j

] ram zu beschränken. Es können auch andere Materialien, wie etwa j

ι Eisen, Kohle, legierte und unlegierte Stähle, verwendet werden.

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BAD ORlGINAi

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Erzeugung eines gerade verlaufenden Plasma-, bogens zwischen einer langgestreckten rohrförmigen, mit offenen Enden ausgebildeten Kathode, die auf ein Werkstück gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein . Teil der hohlfö'rmigen Kathode (10) von einer Strömung eines Plasmabogengases umgeben ist, die zum Werkstück (16) hin gerichtet ist und die einen Lichtbogen zwischen der Kathode ■ * ' . · ' ι (10) in Richtung zum Werkstück (1.6) und einer 2wisehenelektrc— • i de erzeugt und daß eine bestimmte Menge eines Bogengases ι veranlasst wird,- in die hohlförmige Kathode in eine dem Werk« stück abgewandte Richtung zu strömen, wobei die Kathode (10) •in eine dem Werkstück (16) abgewandte Richtung angeordnet ist und der Kathodenlichtbogenfleck (38) sich auf der inneren Viand der Kathode befindet, so daß aus der hohlförmigen Kathode (10) ein gerade verlaufendes Bogenplasma heraustritt. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogen zur Zwischenelektrode zum Werkstück übertragen wird, nachdem sich der Kathodenbrennfleck auf der Innenwand der Kathode ausgebildet hat. ' · .3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schutzgas vorgesehen ist, das den gerade verlaufende* Plasmatjogen umgibt. 4) Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Bogengas durch die Wirkung einer Kammer (34), die" die hohlförmige Kathode (10) umgibt, in die " hohlförmige Kathode gerichtet ist und daß zwischen der Kathode (.10) und .dem Werkstück (1.6) eine-Auetrittsöffnung (22) vorgesehen ist, deren Durchmesser größer ist als der Innendurchmesser der hohlförmigen Kathode (10), 5) Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgendent dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines gerade vorlaufenden ^lochdruckkogene die Kathode (10) aus Wolf ram oder t

1. ■ ". . , 009.8S2/.1S38 .. ■■ " '

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haltigen Wolfram besteht land daß ein Bogengas verwendet wird,) das gegenüber Wolfram unempfindlich "ist» · ' '

6) Plasmaschweißbreimer zur Durchführung -des Verfahrens nach j Anspruch 1 oder einem der folgenden ₉ dadurch gekennzeichnet, ι daß eine längliche rohrf-örmige Kathode (10) mit einer im we=- ! sentlichen zylindrischen durchgehenden Bohrung (12) versehen ί ist, daß sich um diese Kathode eine Kammer (34) befindet und j mindestens ein Teil eines Endes'der.Kathode (10) mit einem 1-Bogengas umgeben ist und daß Ib der Kammer (34) eine Aus- \ trittsöffnung (22) vorgesehen ist_s die sich zwischen dem j Emde (14) der Kathode (10)„ das von-dem Bogengas umgeben ist j und einem Werkstück- (16) befindet,, wobei die Austrittsöffnung; (22) einen genügend kleinen Durchmesser aufweist, so äaS ein ; Teil des Plasmabogengases veranlasst wird", in die hohlförmige' •Kathode (10) zu strömen unä daß eine Torrichtung sur Versor- j gung der Kathode mit elektrischer Energie vorhanden ist«.

₃ dadurch gekennzeichnet
Durchmesser aufweist,

Plasmaschweißbreimer nach,
daß die Austrittaöffnung -(22)

größer als der innere Durchmesser,

(10) ist. '

8) Plasma schweißbrenner nach Aneprucii 6 oder 7-_s dadurch ge&ezin-» "I seiohnet, daß die hohlförmig© Kathode (10)- aus Wolframs, ^; _; thoriumhaltig^n Wolfram oä@r einer Mischung derselben bestehtά

KLasiiiabremiex' na.ch Ansprach S₉ iaäufeli gekennzeichnet

ist3? eisen abgerundeten Aufbau aufweist_o ". ■

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