DE2144966A1 - Lichtbogenbrenner - Google Patents
LichtbogenbrennerInfo
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/24—Features related to electrodes
- B23K9/28—Supporting devices for electrodes
- B23K9/29—Supporting devices adapted for making use of shielding means
- B23K9/291—Supporting devices adapted for making use of shielding means the shielding means being a gas
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Description
8 MÖNCHEN 80 · QOERZER STRASSE 15 * O
2U4966
L-8223-G
UNION CARBIDE CORPORATION 270 Park Avenue, New York, N.Y. 10017, V.St.A.
Lichtbogenbrenner
Die Erfindung befaßt sich mit Lichtbogenbrennern und betrifft
insbesondere Brenner, die für das Schutzgaslichtbogenschweißen unter Verwendung von abschmelzenden oder nichtabschmelzenden
Elektroden eingesetzt werden.
Um die Beschreibung zu vereinfachen, wird auf Inertgasschweißbrenner
mit abschmelzender Elektrode Bezug genommen. Die in Verbindung mit einem solchen Brenner erläuterten Maßnahmen sind
jedoch in gleicher Weise auch bei andersartigen Brennern anwendbar.
Herkömmliche Maßnahmen zum elektrischen Isolieren und Kühlen
der Düse derartiger Brenner haben zu Ausführungsformen von Brennern
geführt, die schwer und kompliziert sind, die sich nur schwierig und mit hohem Kostenaufwand fertigen lassen und die
schwierig zu reparieren sind. In jüngster Zeit wurden Lichtbo- · genbrenner vorgeschlagen, bei denen ein dünner Film aus einem
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hochwärmeleitenden Werkstoff verwendet wird, der in zufriedenstellender
Weise die Wärme von der Düse auf den Brennerkörper übergehen läßt und gleichzeitig für eine elektrische Isolation
zwischen Düse und Brennerkörper sorgt.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, einen
verbesserten Aufbau des vorderen Endes von Lichtboger.brennern zu schaffen, die mit einer derartigen Dünnfilm-Düsenisolierung
ausgestattet sind. Die Anordnung soll einfach sein, mit niedrigem Kostenaufwand gefertigt werden können und leicht zu reparieren
sein.
Die Erfindung geht aus von einem Schutzgaslichtbogenbrenner mit
einem als Wärmesenke geeigneten, elektrisch leitenden Brennerkörper,
einem an dem Brennerkörper befestigten Kontaktrohr, über das einer darin befindlichen Elektrode Strom zuführbtir ist, und
einer das Kontaktrohr umfassenden Gasdüse, die an einer auf dem Brennerkörper sitzenden Metallhülsenanordnung angebracht ist, wobei
die Gasdüse gegen den Brennerkörper mittels eines isolierenden Überzuges von O.O25 bis 0,38 mm Stärke auf mindestens einer
der sich überlappenden Oberflächen elektrisch isoliert ist.
Erfindungsgemäß befindet sich der isolierende Überzug auf der
zylindrischen Innen- und/oder Außenfläche einer einzelnen Hülse oder mehrerer ineinandersitzender Hülsen, ist bzw. sind die
Hülse oder Hülsen konzentrisch zwischen einem Endteil des Brennerkörpers
und einem Teil der Düse angeordnet und sind die Hülse
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oder Hülsen und die.Düse entlang dem über dem Endteil des Brennerkörpers
liegenden Teil längsgeschlitzt und darauf mittels einer sie umfassenden Klemme befestigt, die aus einem Werkstoff
besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner als derjenige des Hülsen- und des Düsenwerkstoffes ist.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.
Der Brenner T weist einen wassergekühlten, elektrisch leitenden
Körper 12 auf, der als Wärmesenke dient. Der Körper 12 ist von
einer längsgeschlitzten Düse 14 mittels einer geschlitzten, elektrisch isolierenden Hülse 16 getrennt. Die Düse ist vorzugsweise
aus einer Kupfer- oder Aluminiumlegierung gefertigt und stößt
gegen einen Düsenisolator 13 an. Der Düsenisolator 13 sorgt nicht nur für eine Isolierung der Düse, sondern dient auch als Stoßdämpfer, wenn beispielsweise der Schweißer die Düse gegen eine
Platte stößt, um anhaftende Spritzer von der Düse zu lösen. Bei der veranschaulichten Ausführungsform sind zwei Hülsen vorgesehen,
von denen die eine innerhalb der anderen sitzt. Diese Hülsen haben eine Wandstärke von vorzugsweise ungefähr 0,5 - 0,038 mm,
obwohl auch größere Wandstärken bis ungefähr 1,6 mm verwendet werden können. Die Hülsen bestehen aus anodisiertem Aluminium.
Der Anodisierungsprozeß wandelt die Innen- und Außenflächen der
Aluminiumhülsen in Aluminiumoxyd um, wodurch ein isolierender Überzug geschaffen wird, der mit der Hülse einteilig verbunden
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ist. Ein besonderer Vorteil eines derartigen Überzuges besteht darin, daß er sich weniger leicht ablöst als ein aufgesprühter
Überzug. Bei dem bevorzugten Anodisierungsprozeß wird im allgemeinen
ein 0,076 - 0,025 mm dicker Umwandlungsüberzug auf der Aluminiumoberfläche ausgebildet. Werden, wie gezeigt, zwei Hülsen
benutzt, bilden die Überzüge vier derartige Isolations filme zwischen dem Körper 12 und der Düse 14.
Die geschlitzte Düse 14 wird von außen mit Hilfe einer sie umfassenden
Klemmvorrichtung 18 auf den Isolierhülsen 16 festgeklemmt. Dadurch werden Düsengewinde vermieden, die eine begrenzte
Lebensdauer besitzen und zu einem verhältnismäßig hohen Wärmewiderstand
führen, weil sich in den Gewindegängen Abrieb- und Spritzerteilchen ansammeln, so daß es zu höheren Düsentemperaturen kommt. Ein wesentlicher Zweck der vorliegenden Erfindung besteht
aber gerade darin, die Düsentemperaturen zu verringern.
Von dem Körper 12 aus steht eine aus einer Kupferlegierung gefertigte Kontaktspitze 2O nach unten, die im allgemeinen konzentrisch
zu und in Abstand von der Innenfläche der Düse 14 liegt, so daß ein ringförmiger Durchlaß 22 gebildet wird, über den ein
Gas oder Gasgemisch aus dem Brenner T austreten kann.
Eine abschmelzende Drahtelektrode wird durch den Brenner T hindurch
zu dem Kontaktrohr 2O vorgeschoben. Die Elektrode nimmt dort Schweißstrom auf, der der Kontaktspitze über den Brennerkörper
12 von einer Schweißstromquelle aus zugeführt wird.
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Bei der beschriebenen Ausführungsform sind die Hülsen 16 ungefähr
5O mm lang; sie reichen in die Düse 14 hinein. Infolgedessen
wird ein großer Teil, bei der veranschaulichten Ausführungsform ungefähr 57 %, der Innenfläche der Düse durch die Hülsen gegen
die unmittelbare Strahlungswärme des Lichtbogens und des Schweißbades abgeschirmt. Der Prozentsatz hängt von der Düsengröße
ab.
Infolge der erfindungsgemäßen Klemmen- und Düsehanordnung führt
eine Wärmeausdehnung zu einem Anziehen der Verbindung und zu einem verbesserten Wärmeübergang. Die außenliegende Klemme 18 besteht
aus einem Werkstoff (vorzugsweise rostfreiem Stahl), dessen Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner als derjenige des Düsenwerkstoffes,
der anodisierten Aluminiumhülsen und des aus einer Kupferlegierung
bestehenden Brennerkörpers ist. In Verbindung mit den Schlitzen in der Düse und den anodisierten Hülsen führt dies
bei höheren Temperaturen zu einem Festziehen der Verbindung.
Wegen der Schlitze in der Düse und den anodisierten Hülsen ist
es in Verbindung mit der außensitzenden Klemmanordnung ferner möglich, die Durchmesser der ineinanderpassenden Teile für einen
praktisch perfekten Sitz zu dimensionieren, wodurch der Wärmeübergang
verbessert wird.
Als Isolierhülsen werden vorzugsweise Hülsen aus anodisiertem
Aluminium benutzt. Bei der hohen Wärmeleitfähigkeit des durch
anodische Oxydation erzeugten Überzuges aus Aluminiumoxyd liegt
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der berechnete Gesamttemperaturabfall an den vier dünnen, filmartigen
Überzügen in der Größenordnung von nur 6,1° C1 wenn mit *
350 A und mit einem Schutzgas aus 95 % Argon und 5 % Sauerstoff gearbeitet wird. Der Temperaturabfall von 6,1° C an den Hülsen
läßt erkennen, daß es dort zu einem sehr wirksamen Wärmeübergang
kommt.
Neben anodisiertem Aluminium eignen sich auch verschiedene ande-P
re Isolationsüberzugswerkstoffe für die Herstellung der Isolierhülsen.
Dazu gehören beispielsweise Berylliumoxyd, Magnesiumoxyde, Zirkoniumsilikat, Borsilikatglas, Bornitrid, Magnesiumaluminat
und Glimmer. Allgemein sind Werkstoffe unbrauchbar, deren Wärmeleitfähigkeit unter 8,47 χ 10~ cal/s cm °C/cm bei
21° C bis 204° C liegt. Dazu gehören Werkstoffe wie Fluorkohlenstoffe, deren bekanntester Vertreter Polytetrafluoräthylen ist.
Es ist jedoch möglich, das dünne anodisierte Aluminium mit einem sehr dünnen Überzug aus Polytetrafluoräthylen zu beschichten,
fe . der vorzugsweise eine Stärke von weniger als 0,127 mm hat, um
die Gefahr eines Durchschlags der elektrischen Isolation minimal zu halten.
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Claims (5)
- 21U966Ansprücheί 1.jSchutzgaslichtbogenbrenner mit einem als Wärmesenke geeigneten, elektrisch leitenden Brennerkörper, einem an dem Brennerkörper befestigten Kontaktrohr, über das einer darin befindlichen Elektrode Strom zuführbar ist, und einer das Kontaktrohr umfassenden Gasdüse, die an einer auf dem Brennerkörper sitzenden.Metallhülsenanordnung angebracht ist, wobei die Gasdüse gegen den Brennerkörper mittels eines- isolierenden Überzuges von 0,025 bis 0,38 mm Stärke auf mindestens einer der sich überlappenden Oberflächen elektrisch isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich der isolierende Über-, zug auf der zylindrischen Innen- und/oder Außenfläche einer' einzelnen Hülse oder mehrerer ineinandersitzender Hülsen befindet, daß die Hülse oder Hülsen konzentrisch zwischen einem Endteil des Brennerkörpers und einem Teil der Düse angeordnet ist bzw. sind und daß die Hülse oder Hülsen und die Düse entlang dem über dem Endteil des Brennerkörpers liegenden Teil längsgeschlitzt und darauf mittels einer sie umfassenden Klemme befestigt sind, die aus einem Werkstoff besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner als derjenige des Hülsen- und des Düsenwerkstoffes ist.
- 2. Schutzgaslichtbogenbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug auf der Hülse oder den Hülsen eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 8,47 χ 10 cal/s cm °C/cm hat' ■ 209812/156121U966
- 3. Schutzgaslichtbogenbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse oder Hülsen aus Aluminium besteht bzw. bestehen, das mit einem durch anodische Oxydation erzeugten Überzug versehen ist.
- 4. Schutzgaslichtbogenbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsenanordnung aus zwei Aluminiumhülsen besteht, die beide eine Wandstärke von 0,5 - 0,038 mm haben und auf ihrer Innen- und Außenfläche einen durch anodische Oxydation erzeugten Überzug von O.O76 - O,025 mm Stärke tragen .
- 5. Schutzgaslichtbogenbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse oder Hülsen den größeren Teil desjenigen Abschnittes der Innenfläche der Düse bedeckt bzw. bedecken, der andernfalls der unmiti -jlbaren Strahlungswärme des Lichtbogens und des Schweißbades ausgesetzt sein würde.209812/1561
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