DE2144966A1

DE2144966A1 - Lichtbogenbrenner

Info

Publication number: DE2144966A1
Application number: DE19712144966
Authority: DE
Inventors: Clifford Warren Pleasantville N.Y. Hill (V.StA.)
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1970-09-09
Filing date: 1971-09-08
Publication date: 1972-03-16
Also published as: CA933242A; AU3322371A; FR2107427A5; BR7105890D0; US3689732A

Description

PATENTANWALT DIPL.-INQ. QERHAKD SCHWAN

8 MÖNCHEN 80 · QOERZER STRASSE 15 * O

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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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FERNSPRECHER 0811/40 tOII · KABELrELECTRICPATENTMONCHEN

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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

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Ansprüche

ί 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' ■ 209812/1561

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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.

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