DE2331558A1 - Nichtabschmelzende elektrode, insbesondere zum wig-schweissen, sowie verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Nichtabschmelzende elektrode, insbesondere zum wig-schweissen, sowie verfahren zu deren herstellung

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Description

Nicbtabscbmelzende Elektrode, insbesondere zum WIG-Schweißen, sowie Verfahren zu deren Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf eine nichtabscbmelzende Elektrode aus Wolfram oder thoriertem Wolfram zum WIG- oder Plasma*- schweißen, deren Elektrodenspitze zur Erhöhung der Elektronenemission eine aus einer Mischung aus einer Metall-Nichtmetall-Verbindung bestehende Masse trägt sowie auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Elektrode.
Zum WIG-Licbtbogenschweißen unter Schutzgas mit nicbtabschmelzenden Elektrodenwerden hauptsächlich Wolframelektroden verwendet. Zur Erhöhung der Emissionskraft der Elektrode und zur Einleitung eines stabilen Lichtbogens ist es bekannt, derartige Elektroden aus einem Gemisch von pulverfSrmigem Wolfram und einem Metalloxid, z.B. durch Sintern, herzustellen. Derart thorierte Wolframelektroden enthalten bis etwa 25ε Thoriumdioxid. Erhöht man die Beimengung über 2 $6, so nimmt die Emissionskraft der Elektrode noch langsam weiter zu, doch steigt gleichzeitig die Versprödung stark an. Außer der Zugabe von Thoriumdioxid sind auch Zugaben von Zirkon, Rhenium und anderen bochschmelzenden Metallen und deren Oxiden bekannt. Von den genannten Beimengungen wird Thoriumdioxid mit Vorzug verwendet, denn Thoriumdioxid ist bei hohen Temperaturen beständig; d.h. es besitzt eine geringe Neigung zum Ausdampfen.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß derartige Elektroden zum automatischen Mikroschmelzschweißen, nämlich zum Schmelzschweißen von dünnen Blechen mit einer Dicke von wenigstens 1 mm nicht einwandfrei arbeiten. Beim Mirkoschmelzschweißen beträgt die Schweißstromstärke weniger als 12 Ampere. Die Zündung muß auch
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in einer Helium-Scbutzatmospbäre über einen längeren Zeitraum sieber, d.b. zuverlässig berührungslos erfolgen. Eine Versuchsreihe ergab indessen, daß selbst tborierte Wolframelektröden keine exakte Zündfähigkeit besitzen und daß sie im Mittel nach etwa 60 Zündungen ihre Zündfäbigkeit weitgehend verloren hatten. Genauere Beobachtungen zeigten, daß zu Beginn des Versuches die Zündung von der Spitze der Elektrode aus erfolgt und daß mit zunehmender Zahl der Zündungen ein immer größerer Teil der Elektrodenoberfläche an der Zündung beteiligt war. Nach im Mittel 60 Zündungen - dieser Mittelwert wurde aus einem sebr weiten Streubereich errechnet - erfolgte eine Rückzündung von der Mantelfläche der Elektrode zur Brennerhülse des Schweißbrenners. Nach weiteren Zündversueben konnte keine Zündung mehr erreicht werden. Die Zündfähigkeit läßt sich bei thorierten Wolframelektroden z.T. durch Nachschleifen der Elektrodenspitze wieder her stellen. Die starke Abnabtne und das unterscbiedlicbe Verhalten der Zündfähgikeit in Abhängigkeit von der Anzahl der Zündungen erschwert die Anwendung des Wolfram-Schutzgas-Scbweißens und des Plasmaschweißens in einer mechanisierten Fertigung.
Es wurde schon vorgeschlagen (DT-BP 1 806 856) die Zündsicherheit der Elektrode durch eine in der Umgebung der Elektrodenspitze aufgebrachte Überzugsschicht, bestehend aus einer hochschmelzenden Metall-Nicbtmetall-Verbindung, wie Metalloxid, Metallkarbid oder Metallnitrid oder einer Mischung mehrerer derartiger Stoffe zu verbessern. Mit einer solchen Elektrode läßt sich in exakter Folge ein stabiler Lichtbogen zünden. Darüber hinaus besitzt die Elektrode eine relativ hohe Standfestigkeit. Die hohe Standfestigkeit wird dadurch erreicht, daß man die aus pulverförmiges^ Thoriumdioxid bestehende Masse zunächst mit einem Binder auf die Elektrodenspitze aufbringt und sodann die Elektrode bis zum Schmelzen des Thoriumdioxides erhitzt, darauffolgend bei niedriger Stromstärke einen Lichtbogen zündet und dabei unter Vergrößerung des Elektrodenabstandes und starker Erhöhung der Stromstärke, und zwar über den normalen Arbeits-
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"bereich der Elektrode binaus, das Thoriumdioxid schmelzsintert. Bei einer solchen, gemäß dem bekannten Verfahren hergestellten Elektrode erfolgt das Zünden gleichmäßig von der Spitze der Elektrode aus.
Es wurde indessen beobachtet, daß bei längerer Brenndauer einer solchen Elektrode in einer, benachbart von der mit einer Überzugsschicht versehenen Elektrodenspitze eine "Rückzündung" vom Schaft der Elektrode zum Brenner in Erscheinung tritt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die durch Schmelzsintern auf die Elektrodenspitze aufgebrachte Masse den Lichtbogen begünstigt von der Mantelfläche der Elektrode zu brennen, so daß nach einem Nachlassen der Emissionsfähigkeit der Überzugsmasse eine Rtickzündung erfolgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrode der vorstehend genannten Art zu verbesseren, derart, daß sie auch bei längerer Brenndauer einen nur von der Elektrodenspitze ausgehenden, ruhig brennenden Lichtbogen zeigt. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß
a) die die Elektronenemission begünstigende Masse in der Spitze der Elektrode in der Art eines Stopfens eingebettet ist und
b) die Rauhtiefe der Wandung der die Masse aufnehmenden Bohrung in der Elektrode mindestens 10/um beträgt sowie
c) die Masse in der Bohrung schmelzgesintert ist.
Diese so geschaffene Elektrode besitzt auch bei einer vergleichsweise wesentlich längerer Brenndauer sowie nach häufigem Zünden eine hohe Standfestigkeit des Lichtbogens, d.h. nach längerer Betriebszeit brennt und steht der Lichtbogen noch gleichmäßig an der Spitze der Elektrode. Ein Nachlassen der Elektronenemission ist zwar auf die Dauer nicht zu vermeiden, jedoch tritt eine Rückzündung zum Schaft der Elektrode auch bei längerer Brenndauer
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nicht in Erscheinung; ihr gutes Brennverhalten wird bis zum völligen Ausfall der Elektrode nicht beeinträchtigt. Das Ein-, bringen der Bohrung in die Elektrodenspitze ist schwierig« Aus Wolfram bestehende Elektroden werden durch Sintern hergestellt, sie besitzen eine hohe Härte und sind spröde, so daß sie mittels mechanisch arbeitender Werkzeuge schlecht zu bearbeiten sind. Zur Herstellung dieser Bohrung mit der gewünschten Rauhtiefe der Wandung wird gemäß dem erfinderischen Verfahren die Spitze der Elektrode durch Funkenerosion ausgehöhlt. 4uch erhält man so die gewünschte Raübtiefe der Bohrungswandung. Ist die Bohrungswandung nicht hinreichend rauh, so findet die Masse sowohl beim Stopfen wie auch beim späteren Verfestigen durch Schmelzsintern,keinen hinreichenden Halt an der Bohrungswandung. Die Masse kann sich sodann bei einem unbeabsichtigten Stoß der Elektrode - wie es insbesondere beim Hanäschweißbetrieb während der Schweißarbeiten leicht vorkommt - aus. der Bohrung lösen. Die Elektrode fällt dann aus. Eine Rauhtiefe von 10 /um ist indessen ausreichend, um eine feste Schmelzsinterverbindung zwischen der die Elektronenemission begünstigenden Masse einerseits und der Wolframelektrode andererseits zu gewährleisten.
Die Tiefe der in der Spitze der Elektrode eingebrachten Bohrung zur Aufnahme der die Elektronenemission begünstigenden Masse entspricht vorzugsweise dem Durchmesser der Elektrode. Ist die Bohrung zu tief, so können beim Stopfen der Bohrung mit der die Elektronenemission begünstigenden Masse Lunkerstellen entstehen; ist jedoch die Bohrung nicht hinreichend tief, so findet die Masse keinen Halt an der Wandung der Bohrung.
Vorteilhaft ist es auch, die Bohrung innerhalb der Elektrodenspitze hintersetzt auszubilden. Durch diese konstruktive Ausbildung wird gewährleistet, daß die in der Elektrodenspitze enthaltene Masse nach Art einer Plombe gehalten und somit gegen ein Lösen durch Stoß u. dgl. während des Schweißbetriebes gesichert ist.
In den Zeichnungen ist eine nach der Erfindung gebildete Elektrode nebst Einzelheiten hierzu schematisch dargestellt.
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Gemäß Figur 1 ist in einem WIG-Schweißbrenner - von dem nur die Düse 1 dargestellt ist - eine aus tboriertem Wolfram bestebende, nicbtabschmelzende Elektrode 2 gebalten. Während des Betriebes des Brenners wird die Elektrode sowie der Scbweißort 4 mit aus der Düse 1 austretendem Schutzgas 3 umspült. Die etwa im Maßstab 10 : 1 dargestellte Elektrode ist an ihrer Spitze 5 mit einer Höhlung 6 verseben, in welcher die die Elektronenemission begünstigende Masse 7 in Form eines Stopfens eingebettet ist. Während des Betriebes der Elektrode zündet der Lichtbogen 8 zuverlässig und stets zentrisch von der Spitze, nämlich von der Mitte der Fläche 9 der Schweißelektrode.
Anband der Figur 2 wird im nachfolgenden das Verfahren zur Herstellung der Elektrode erläutert. In dem sehr harten Elektrodenkörper 2 wird vorteilhaft durch Elektroerosion die Höhlung 6 eingebracht. Durch die Elektroerosion wird eine- hinreichend große Rauhtiefe der Höhlungswandung 6' von mindestens 10 /um erzeugt. Die Höhlungstiefe t der Höhlung 6 soll vorzugsweise dem Durchmesser D der' Elektrode entsprechen. Der stirnseitige Durchmesser d der Höhlung ist ebenfalls vom Durchmesser D der Elektrode abhängig, jedoch bei Elektroden mit einem Durchmesser von mehr als 2 mm unkritisch. Bei sehr kleinen Elektroden empfiehlt es sich, den Durchmesser d nicht größer als 0,5 D zu wählen. Ist der Bohrungsdurchmesser d bei kleinen Elektroden zu groß, so besteht die Gefahr, daß die zu dünne Wandung der Elektrode beim Stopfen der Bohrung mit der die Elektronenemission begünstigenden Masse oder später beim Scbweißbetrieb ausbricht. Vorteilhaft ist es, die Höhlung 6 hintersetzt auszubilden, derart, daß die die Elektronenemission begünstigende Masse 7 nach Art einer Plombe in der Elektrodenspitze gehalten ist. Das Einbringen der hintersetzten Höhlung In die Elektrodenspitze geschieht durch Erodiersenken eines Kupferdrahtes, wobei man entweder den Erodierdraht oder die Elektrode so bewegt, daß z.B. der Fußdurchmesser df größer als der Stirndurchmesser d der Höhlung ist. Nach dem Erodieren erfolgt das Stopfen der Höhlung mit der vorbezeichneten Masse. Es wird sodann die Elektrodenspitze durch Widerstandserwärmung erhitzt. Darauffolgend wird ein Lichtbogen gezündet
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und unter einer Schutzgasatmosphäre sowie Vergrößerung des Elektrodenabstandes und starker Erhöhung der Stromstärke, und zwar bis weit über den normalen Arbeitsbereich der Elektrode hinaus, das Pulvergemisch in der Elektrodenspitze schmelzgesintert.
5 Patentansprüche 2 Figuren
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Claims (5)

  1. Patentansprüche
    Hichtabscbmelzende stif tf örinige Elektrode aus Wolfram oder thoriertem Wolfram zum WIG- oder Plasmaschweißen, deren Elektrodenspitze zur Erhöhung der Elektronenemission eine aus einer Mischung einer Metall-Nicbtmetall-Verbindung bestehende, schmelzgesinterte Masse trägt, dadurch gekennzeichn et, daß
    a) die die Elektronenemission begünstigende Masse (7) in der Spitze (5) der Elektrode (2) in der Art eines Stopfens eingebettet ist und
    b) die Rauhtiefe der Wandung (6·) der die Masse aufnehmenden Bohrung(6) mindestens 10/um beträgt sowie
    c) die Masse (7) in der Bohrung (6) schmelzgesintert ist.
  2. 2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Tiefe (t) der die Masse (7) aufnehmenden Bohrung (6) in der Elektrode (2) höchstens dem Durchmesser (D) der Elektrode entspricht.
  3. 3. Elektrode nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeich net, daß die die Masse (7) aufnehmende Bohrung (6) hintersetzt ist.
  4. 4. Verfahren zur Herstellung einer nichtabschmelzenden, aus Wolfram oder thoriertem Wolfram bestehenden Elektrode, zum WIG- oder Plasmaschweißen, deren Elektrodenspitze zur Erhöhung der Elektronenemission aus einer eine Mischung einer Metall-Nichtmetall-Verbindung bestehende Masse trägt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Elektrodenspitze zunächst aushöhlt und darauffolgend diese Höhlung mit einer die Elektronenemission begünstigenden Masse füllt, worauf man anschließend diese Masse · in der Elektrodenspitze schmelzsintert.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet , daß man die Elektrodenspitze durch Elektroerosion aushöhlt.
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