DE2426669C3

DE2426669C3 - Non-consumable electrode for arc machining of materials in an oxygen atmosphere

Info

Publication number: DE2426669C3
Application number: DE19742426669
Authority: DE
Original assignee: Wsesojusny nautschno-issledowa telskij projektno-konstruktorskij i technologitscheskij mstitut elektroswarotschnowo oborudowanija, Leningrad (Sowjetunion)
Filing date: 1974-06-01
Publication date: 1977-08-25

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Lichtbogen- und Plasmabearbeitung von Werkstoffen, insbesondere nicht abschmelzende Elektroden zur Lichtbogenbearbeitung.The present invention relates to the field of arc and plasma processing of materials, in particular non-melting electrodes for arc processing.

Die vorgeschlagene nicht abschmelzende Elektrode zur lichtbogenbearbeitung in Sauerstoffatmosphäre kann beim Plasmaschneiden von Metallen, Oberflächenschmelzen, z. B. Oberflächenfehlerbeseitigung von Blökken, Rohlingen, Walzgut, Gußstücken mit gutem Erfolg eingesetzt werden. Außerdem kann die Erfindung zur Erwärmung von Sauerstoff bei verschiedenen hüttenmännischen und plasmachemischen Vorgängen mit ebenso gutem Erfolg Verwendung finden, in Anbetracht dessen, daß als Bearbeitungsstoff ein vorzuwärmendes Medium, d. h. Sauerstoff, dient.The proposed non-consumable electrode for arc machining in an oxygen atmosphere can be used in plasma cutting of metals, surface melting, z. B. Removal of surface defects from blocks, Blanks, rolled stock, castings can be used with good success. In addition, the invention can be used for Heating of oxygen in various metallurgical and plasma-chemical processes equally successful use, in view of the fact that the processing material is a preheating Medium, d. H. Oxygen, serves.

Bekannt ist eine nicht abschmelzende Elektrode zur Plasmabearbeitung in wirksamen Medien, die einen Halter aus Werkstoff von hoher Wärmeleitfähigkeit sowie einen aktiven Zirkoniumeinsatz besitzt, der mit dem Halter metallurgisch verbunden ist (s. z. B. US-Patentschrift 31 98 932,).A non-consumable electrode for plasma processing in effective media is known, which one Holder made of material with high thermal conductivity and an active zirconium insert, which with is metallurgically bonded to the holder (see e.g. US Pat. No. 3,198,932).

Bekannt ist auch eine nicht abschmelzende Elektrode zur Plasmabearbeitung in wirksamen Medien, die einen Halter aus Kupfer und dessen Legierungen, einen aktiven Zirkoniumeinsatz und eine sowohl Zirkonium als auch Kupfer gegenüber inerte Trennzwischenlage enthält, die aus Metallen besteht, die aus einer V, Nb,Ta, Cr, Mo, W aufweisenden Metallgruppe gewählt sind (s. z. B. US-Patentschrift 35 46 422).Also known is a non-consumable electrode for plasma processing in effective media, which one Holder made of copper and its alloys, one active zirconium insert and one both zirconium as well as copper contains an inert separating layer, which consists of metals consisting of a V, Nb, Ta, Metal group comprising Cr, Mo, W are selected (see, for example, US Pat. No. 3,546,422).

Die genannten Elektroden fanden an Anlagen zum Plasmaschneiden in Luftatmosphäre Verwendung. Beim Plasmaschneiden in Sauerstoffatmosphäre in dem für das Schneiden meist kennzeichnenden aussetzenden Betrieb ist jedoch die Lebensdauer dieser Elektrode Durchmesser des aktiven
Zirkoniumeinsatzes, mmThe electrodes mentioned were used in systems for plasma cutting in an air atmosphere. When plasma cutting in an oxygen atmosphere in the intermittent operation, which is usually characteristic of cutting, however, the service life of this electrode is the diameter of the active one
Zirconium insert, mm

Höhe des aktivenAmount of active

Einsatzes, mmInsert, mm

Durchmesser desDiameter of the

Kupferhalters, mm
ίο Lichtbogenstromstärke, ACopper holder, mm
ίο arc current, A

Durchmesser der Düse, mm
Verbrauch an
plasmaerzeugendem Gas
(Sauerstoff), NmVh
Einschaltdauer des
Lichtbogens beim
Stahlblecbschneiden, min
Schaltpause, minDiameter of the nozzle, mm
Consumption
plasma generating gas
(Oxygen), NmVh
Duty cycle of the
Arc at
Sheet steel cutting, min
Switching pause, min

2,52.5

4,54.5

1616

200 bis
300 200 to
300

0,50.5

für den industriellen Betrieb unannehmbar.unacceptable for industrial operation.

Unter Verwendung der Elektroden mit einem aktiven Zirkoniumeinsatz, der insbesondere mit dem Halter mit Silber verlötet oder von dem Halter durch eine inerte Tantalzwischenlage getrennt ist, beträgt die gesamte Schnittzahl von Stahlblech durchschnittlich 30 bis 60.Using the electrodes with an active zirconium insert, in particular with the holder Silver is soldered or separated from the holder by an inert tantalum liner, the total is Average number of cuts in sheet steel is 30 to 60.

Es ist zugleich eine Elektrode zur Plasmabearbeitung in wirksamen Medien bekannt, die einen Halter aus Kupfer und dessen Legierungen sowie einen unmittel-At the same time, an electrode for plasma processing in effective media is known which has a holder Copper and its alloys as well as a direct

bar im Halter untergebrachten aktiven Hafniumeinsatz aufweist (s. '.. B. US-Patentschrift 35 97 649).Has active hafnium insert housed in the holder bar (see. B. US Patent 35 97 649).

Im Vergleich zu den Elektroden, die einen aktiven Zirkoniumeinsatz aufweisen, beträgt die Lebensdauer dieser Elektrode bei den obenangeführten Parametern des Vorganges 50 bis 100 Schnitte und ist zwar höher, doch ebenfalls unannehmbar für die weitgehende industrielle Ausnutzung wegen unzureichender Lebensdauer und Le^;stungsfähigkeit.Compared to the electrodes which have an active zirconium insert, the service life of this electrode is 50 to 100 cuts with the above parameters of the process and is higher, but also unacceptable for extensive industrial use because of insufficient service life and Le ^; efficiency.

Es ist zweck der vorliegenden Erfindung, die obenaufgezählten Nachteile zu beseitigen.It is the purpose of the present invention to obviate the disadvantages enumerated above.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vervollkommnete nicht abschmelzende Elektrode zur Plasmabearbeitung in Sauerstoffatmosphäre mit solchen Werkstoffen für die Zwischenlage und den aktiven Einsatz zu schaffen, die eine wesentliche Erhöhung der Lebensdauer und Leistungsfähigkeit der nicht abschmelzenden Elektrode zu gewährleisten vermögen.The invention is based on the object of providing a perfected non-consumable electrode Plasma processing in an oxygen atmosphere with such materials for the intermediate layer and the active one Use to create a substantial increase in the life and performance of the non-consumable Ability to ensure electrode.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einer nicht abschmelzenden Elektrode zur Lichtbogenbearbeitung von Werkstoffen in Sauerstoffatmosphäre, die einen Halter aus Kupfer oder dessen Legierungen mit einem aktiven Einsatz aufweist, der mit dem Halter in thermischer und elektrischer Verbindung steht, die über eine zwischen dem aktiven Einsatz und dem Halter auf deren gesamten Berührungsfläche angeordnete Metallzwischenlage erfolgt, erfindungsgemäß als Werkstoff für die Metallzwischenlage Aluminium oder dessen Legierungen und als Werkstoff für den aktiven Einsatz Hafnium oderAccording to the invention, the set object is achieved in that with a non-melting electrode for arc machining of materials in an oxygen atmosphere that have a holder made of copper or whose alloys have an active insert, which is in thermal and electrical connection with the holder, via a connection between the active Insert and the holder is carried out on the entire contact surface arranged metal intermediate layer, according to the invention as a material for the metal intermediate layer aluminum or its alloys and as Material for active use or hafnium

(>° Hafnium mit Zusätzen von Yttriumoxid und/oder Neodymoxid Verwendung finden.(> ° Hafnium with additions of yttrium oxide and / or Find neodymium oxide use.

Es ist zweckmäßig, wenn die Dicke der aus Aluminium und dessen Legierungen bestehenden Metallzwischenlage 0,01 bis 0,2 mm beträgt.It is useful if the thickness of the aluminum and its alloys Metal intermediate layer is 0.01 to 0.2 mm.

Es ist zweckmäßig, daß der aktive Einsatz aus Hafnium mit Zusätzen von 6 bis 14 Gew.-% Yttriumoxid besteht.It is advisable that the active use of hafnium with additives of 6 to 14 wt .-% yttrium oxide consists.

Es ist ferner zweckmäßig, wenn der aktive Einsatz ausIt is also useful when active use is off

1 .1 .

89 bis 93 Gew.-% Hafnium, 6 bis 9 Gew.-% Yttriumoxid und 1 bis 2 Gew.-% Neodymoxid besteht. 89 to 93% by weight of hafnium, 6 to 9% by weight of yttrium oxide and 1 to 2% by weight of neodymium oxide.

Bei den obengenannten Parametern des Vorganges beträgt das gesamte Leistungsvermögen der vorliegen den nicht abschmelzenden Elektrode etwa 250 bis 400 Schnitte. Dies liefert die Möglichkeit, die erfindungsgemäßen nicht abschmelzenden Elektroden in Industrieanlagen zum Plasmaschneiden in Sauerstoffatmosphäre mit großer Zuverlässigkeit einzusetzen. Besonders wichtig ist die Anwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen nicht abschmelzenden Elektrode an Anlagen, die unter Bedingungen kontinuierlicher Fließfertigung betrieben werden. Given the above parameters of the process , the total capacity of the present non-consumable electrode is about 250 to 400 cuts. This provides the possibility of using the non-melting electrodes according to the invention in industrial plants for plasma cutting in an oxygen atmosphere with great reliability. Particularly important is the possibility of using the non-consumable electrode according to the invention in systems which are operated under conditions of continuous flow production.

Nachstehend wird die Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigtThe invention is explained in more detail with reference to the drawings; it shows

Fig. 1 Schnitt durch die erfindungsgemäße nicht abschmelzende Elektrode,Fig. 1 section through the non-consumable electrode according to the invention,

Fig. 2 Plasmabrenner mit der nicht abschmelzenden Elektrode zur Lichtbogenbearbeitung in Sauerstoffatmosphäre. Fig. 2 plasma torch with the non-consumable electrode for arc processing in an oxygen atmosphere.

Beim Betrieb der nicht abschmelzenden Elektrode, die einen Halter und einen aktiven Einsatz enthält, findet eine Erosion des aktiven Einsatzes statt, entsteht ein Krater und die vollständige Lebensdauer wird beim Ausbrennen des aktiven Einsatzes auf dessen ganze Tiefe erschöpft. Versuche zeigten, daß bei der Arbeit der nicht abschmelzenden Elektrode mit Zirkoniumeinsatz in Sauerstoffatmosphäre im aussetzenden Betrieb keine ausreichende Lebensdauer gewährleistet wird. Die Erosionsgeschwindigkeit einer nicht abschmelzenden Elektrode mit Hafniumeinsatz in Sauerstoffatmosphäre hat in der Anfangsetappe der Arbeit die gleiche Größenordnung wie beim Betrieb in Luftatmosphäre. Sollte jedoch die Erosionstiefe etwa 1 mm erreichen, brennt er so schnell aus, daß die ganze Lebensdauer praktisch nur auf der Einsatzhöhe von 1 mm realisiert wird. Die Ursache eines so schnellen Abbrandes der nicht abschmelzenden Elektrode mit Hafniumeinsatz steht vor allem mit einer Zerstörung des Kupferhalters in Verbindung. Beim Betrieb der nicht abschmelzenden Elektrode in Sauerstoffatmosphäre nimmt der Wärmefluß je nach Erosion des aktiven Einsatzes und Eintauchen der Bogensäule in den sich bildenden Krater zu und bei Erreichen einer bestimmten Größe wird Kupfer unweil des aktiven Einsatzes heruntergeschmolzen und schnell oxydiert. Die dabei sich entwickelnde Wärme der chemischen Oxydationsreaktion von Kupfer erweitert diesen Vorgang für noch größere Volumina. Die entstehende flüssige oxydierte Schmelze fließt in den Krater auf den aktiven Einsatz herab, indem sie ihn verunreinigt und die Erosionsgeschwindigkeit stark erhöht. Besonders merklich tritt dies bei der Arbeit der nicht abschmelzenden Elektrode in Sauerstoffatmosphäre im Aussetzbetrieb zutage. Beim Einschalten des Lichtbogens besteht eine große Wahrscheinlichkeit, daß der Elektroden fleck auf der Oberfläche des Kupferhalters in der Nähe vom aktiven Einsatz auftritt, was ein Niederschmelzen und ein stürmisches Oxydieren von Kupfer bewirkt und - wie bereits beschrieben - eine wesentliche Geschwindigkeitszunahme der Erosion herbeiführt.When operating the non-consumable electrode, which contains a holder and an active insert, If the active insert is eroded, a crater is created and the full service life is reduced to Burning out of the active insert exhausted to its full depth. Tests showed that at work the non-melting electrode with zirconium insert in an oxygen atmosphere during intermittent operation a sufficient service life is not guaranteed. The rate of erosion of a non-melting Electrode with hafnium insert in oxygen atmosphere has the same in the initial stage of the work The same order of magnitude as when operating in an air atmosphere. However, should the erosion depth reach about 1 mm, it burns out so quickly that the entire service life is practically only realized at the height of 1 mm will. The cause of such a rapid burn-up of the non-melting electrode with hafnium insert is primarily associated with destruction of the copper holder. When operating the non-melting Electrode in an oxygen atmosphere takes the heat flow depending on the erosion of the active insert and Immersion of the arch column in the forming crater and when it reaches a certain size Copper melted down because of its active use and quickly oxidized. The developing one Heat from the chemical oxidation reaction of copper extends this process to even larger volumes. The resulting liquid, oxidized melt flows down into the crater on the active insert by making it contaminated and the rate of erosion greatly increased. This occurs particularly noticeably in the work of the non-melting electrode exposed in an oxygen atmosphere in intermittent operation. When switching on the Arc, there is a great possibility that the electrode will stain the surface of the copper holder occurs in the vicinity of active use, causing melting and stormy oxidation of Copper causes and - as already described - a significant increase in the speed of erosion brings about.

Ein Versuch, eine inerte Zwischenlage aus Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän und Wolfram zwischen dem Hafniumeinsalz und dem Kupferhalter einzubringen, zeigte keine positiven Ergebnisse, weil sich beim f>5 Betrieb in Sauerstoffatmosphäre an diesen Metallen bildende Oxide einen hohen Dampfdruck aufweisen, schnell verdampfen und nicht imstande sind, Kupfer gegen die Einwirkung der Bogensäule zu schützen. An attempt to insert an inert intermediate layer made of vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum and tungsten between the hafnium salt and the copper holder showed no positive results, because oxides that form on these metals when operated in an oxygen atmosphere have a high vapor pressure, evaporate quickly and are unable to protect copper against the action of the arc column.

Im Zusammenhang damit wurde von uns eine nicht abschmelzende Elektrode zur Lichtbogenbearbeitung in Sauerstoffatmosphäre geschaffen, die einen Halter 1, der aus Kupfer oder dessen Legierungen ausgeführt ist, und einen aktiven Einsatz 2 enthält, der mit dem Halter 1 in thermischer und elektrischer Verbindung steht, die über eine zwischen dem genannten aktiven Einsatz 2 und dem Halter 3 auf deren gesamte Berührungsfläche angeordnete Metallzwischenlage.! erfolgt. In connection with this, we created a non-consumable electrode for arc machining in an oxygen atmosphere, which contains a holder 1 made of copper or its alloys, and an active insert 2 which is in thermal and electrical connection with the holder 1, which Via an intermediate metal layer arranged between the above-mentioned active insert 2 and the holder 3 on the entire contact surface thereof. he follows.

Als Werkstoff für die Metallzwischenlage 3 finden Aluminium oder dessen Legierungen und als aktiver Einsatz 2 Hafnium oder Hafnium mit Zusätzen Verwendung, als welche einzeln bzw. kombiniert Yttriumoxid und/oder Neodyoxid dienen.Aluminum or its alloys are used as the material for the metal intermediate layer 3 and are more active Use 2 hafnium or hafnium with additives Use as which individually or combined Yttrium oxide and / or neodymium oxide are used.

Das Anbringen der Metallzwischenlage 3 aus Aluminium oder dessen Legierungen zwischen dem aktiven Einsatz 2 aus Hafnium und dem Halter 1 aus Kupfer, beitet die Möglichkeit, die Leistungsfähigkeit der nicht abschmelzenden Elektrode beim Betrieb in Sauerstoffatmosphäre auf der gesamten Höhe des aktiven Einsatzes 2 zu realisieren, weil das an der Metallzwischenlage 3 anfallende Aluminiumoxid, das eine schwenschmelzende Verbindung mit der Schmelztemperatur von 2043⁰C darstellt, die Rolle eines Wärmeschildes spielt und den Halter t aus Kupfer gegen Überhitzen und Oxydieren schützt.Attaching the metal intermediate layer 3 made of aluminum or its alloys between the active insert 2 made of hafnium and the holder 1 made of copper, offers the possibility of realizing the performance of the non-consumable electrode during operation in an oxygen atmosphere over the entire height of the active insert 2, because the aluminum oxide accumulating on the metal intermediate layer 3, which is a fusible compound with a melting temperature of 2043 ⁰ C, plays the role of a heat shield and protects the copper holder t against overheating and oxidation.

Die Erhöhung der Lebensdauer der nicht abschmelzenden Elektrode durch Einfügen eines Zusatzes von Yttriumoxid in die Zusammensetzung des aktiven Einsatzes 2 aus Hafnium beruht darauf, daß das Yttriumoxid beim Betrieb der Elektrode in Sauerstoffatmosphäre an der Emissionsfläche entstehende Hafniumoxide stabilisiert und deren Temperaturwechselbeständigkeit steigert. Die Rolle des Zusatzes von Neodymoxid besteht darin, daß er die elektrische Leitfähigkeit des anfallenden Hafniumoxids erhöhl. Die Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit setzt die Wärmeentwicklung am aktiven Einsatz 2 herab und bewirkt ebenfalls eine Erhöhung der Lebensdauer. Das Mengenverhältnis der vorliegenden Zusätze wurde versuchsweise festgestellt. Increasing the service life of the non-consumable electrode by adding an addition of Yttrium oxide in the composition of the active insert 2 made of hafnium is based on the fact that the Yttrium oxide Hafnium oxide formed on the emission surface when the electrode is operated in an oxygen atmosphere stabilized and their resistance to temperature changes increases. The role of the addition of neodymium oxide is that it increases the electrical conductivity of the resulting hafnium oxide. The increase the electrical conductivity reduces the development of heat at the active insert 2 and also causes it an increase in service life. The proportions of the additives present were determined by way of experiment.

Nachstehend sind Beispiele der erfindungsgemäßen nicht abschmelzenden Elektrode angeführt.Examples of the non-consumable electrode of the present invention are given below.

3eispiel 13 example 1

Die Prüfung der nicht abschmelzenden Elektrode an einer Plasmaanlage unter folgenden Plasmaschneidbedingungen: The test of the non-consumable electrode on a plasma system under the following plasma cutting conditions:

Durchmesser des aktivenDiameter of the active

Einsatzes, mm 2,5Insert, mm 2.5

Höhe des aktiven Einsatzes, mm 4,5Active insert height, mm 4.5

Durchmesser des Kupferhalters, mm 16Copper holder diameter, mm 16

Lichtbogenstromstärke. A 200Arc current. A 200

Durchmesser der Düse, mm 4Diameter of the nozzle, mm 4

Verbrauch an plasmaerzeugendem GasConsumption of plasma generating gas

(Sauerstoff), NmVh 4(Oxygen), NmVh 4

Einschaltdauer des LichtbogensDuty cycle of the arc

beim Stahlblechschneiden, min 1when cutting sheet steel, min 1

Schaltpause, min 0,5Switching pause, min 0.5

Der aktive Einsatz 2 in Form eines Zylinders wurde aus Hafniumdraht ausgeführt, in ein vorher gestanztes Aluminiumgehäuse mit der Wandstärke 0,1 mm eingebracht und in eine 2,7 mm im Durchmesser aufweisende Bohrung im Rohling des Kupferhallers eingesteckt. Der Rohling des Kupferhalters war ein 16 mm im Durchmesser und 14 mm hoher Zylinder mitThe active insert 2 in the form of a cylinder was made of hafnium wire, in a previously punched one Aluminum housing with a wall thickness of 0.1 mm and placed in a 2.7 mm diameter having a hole inserted in the blank of the copper haller. The blank of the copper holder was a 16 mm in diameter and 14 mm high cylinder with

einem Grundloch. Durch gemeinsames Pressen in einer Matrize wurde danach eine Fertigelektrode hergestellt. Unter Verwendung dieser Elektrode betrug die Schnittzahl vom Stahlblech 270, was einer Erosion von 3,5 mm nach der Höhe des aktiven Einsatzes entspricht.a blind hole. A finished electrode was then produced by pressing together in a die. Using this electrode, the number of cuts of the steel sheet was 270, which corresponds to an erosion of 3.5 mm according to the height of the active stake.

Example 2

Die Elektrode wurde wie im Beispiel I ausgeführt und erprobt. Die Stärke der Aluminiumzwischenlage betrug aber 0,05 mm, die einer Erosion des aktiven Einsatzes ίο¹ von 3,5 mm entsprechende Schnittzahl 290.The electrode was designed and tested as in Example I. The thickness of the aluminum intermediate layer was 0.05 mm, the ^{number of cuts corresponding to an erosion of the active insert ίο 1} of 3.5 mm was 290.

Example 3

Die Elektrode wurde wie in Beispiel 1 ausgeführt und erprobt. Der aktive Einsatz wurde jedoch nach Sintermetallurgieverfahren aus Hafniumpulver hergestellt. Die einer Erosion des aktiven Einsatzes von 3,5 mm entsprechende Schnittzahl betrug 280.The electrode was designed and tested as in Example 1. The active use was however after Sinter metallurgy process made from hafnium powder. The one erosion of active use of 3.5 The corresponding number of cuts was 280.

B e i s ρ i e I 4B e i s ρ i e I 4

Die Elektrode wurde wie im Beispiel 1 ausgeführt und erprobt. Der aktive Einsatz wurde jedoch nach Sintermetallurgicverfahren aus einem Pulvergemisch von Hafnium und Yttriumoxid hergestellt, die in folgenden Mengen (Gcw.-%) genommen wurden: 92 Hafnium, 8 Yttriumoxid. Die einer Erosion des aktiven Einsatzes von 3,5 mm entsprechende Schnittzahl betrug 330.The electrode was designed and tested as in Example 1. The active use was however after Sinter metallurgic process produced from a powder mixture of hafnium and yttrium oxide, which is used in the following amounts (weight%) were taken: 92 hafnium, 8 yttrium oxide. The erosion of the active The number of cuts corresponding to the use of 3.5 mm was 330.

Example5

Die Elektrode wurde wie im Beispiel 1 ausgeführt und erprobt. Der aktive Einsatz wurde jedoch nach Sintermetallurgicverfahren aus einem Pulvergemisch von Hafnium und Yltriumoxid hergestellt, die in folgenden Mengen (Gew.-%) genommen wurden: 88 Hafnium, 12 Yttriumoxid. Die einer Erosion des aktiven Einsatzes von 3.5 mm entsprechende Schnillzahl betrug 320.The electrode was designed and tested as in Example 1. The active use was however after Sinter metallurgic process produced from a powder mixture of hafnium and yltrium oxide, which is used in the following amounts (% by weight) were taken: 88 hafnium, 12 yttrium oxide. The erosion of the active The number of cuts corresponding to 3.5 mm was 320.

Example b

4040

Die Elektrode wurde wie im Beispiel I ausgeführt und erprobt. Der aktive Einsatz wurde jedoch nach Sintermetalhirgicvcrfahrcn aus einem Pulvergemisch von Hafnium, Yttriumoxid und Neodymoxid hergestellt, die in folgenden Mengen (Gcw.-%) genommen wurden: 41 Hafnium, 7,3 Yttriumoxid, 1,7 Neodymoxid Die einer Erosion des aktiven Einsatzes von 3,5 mm entsprechende Schnittzahl betrug 400.The electrode was designed and tested as in Example I. The active use was however after Sintered metal coating process from a powder mixture made of hafnium, yttrium oxide and neodymium oxide, which were taken in the following amounts (weight%): 41 hafnium, 7.3 yttrium oxide, 1.7 neodymium oxide The one Erosion of the active insert of 3.5 mm corresponding number of cuts was 400.

Die vorliegende nicht abschmelzende Elektrode kann tin einem Plasmabrenner zum Plasmaschneiden Vor- so wcndung finden. Dieser Plasmabrenner enthält eine nicht abschmelzende Elektrode, die in Form eines Halters I aus Kupfer (Fig.2) ausgebildet ist, mit dem ein durch eine Metallzwischenlage 3 aus Aluminium oder dessen Legierungen von dem Halter 1 getrennter aktiver Einsatz 2 aus Hafnium mit Zusätzen von Yttriumoxid bzw. Neodymoxid bündig angeordnet ist.The present non-consumable electrode can be used in a plasma torch for plasma cutting. This plasma torch contains a non-consumable electrode, which is designed in the form of a holder I made of copper (FIG. 2), with which an active insert 2 made of hafnium with additions of yttrium oxide separated from the holder 1 by a metal intermediate layer 3 made of aluminum or its alloys or neodymium oxide is arranged flush.

Koaxial mit dem aktiven Einsatz 2 liegt eine Düse 4 mit einem Zentralkanal 5, der zur Stabilisierung des zwischen dem aktiven Einsatz 2 und einem zu bearbeitenden Werstück 7 brennenden Lichtbogen 6 bestimmt ist.Coaxially with the active insert 2 is a nozzle 4 with a central channel 5, which is used to stabilize the Between the active insert 2 and a workpiece 7 to be machined, an arc 6 burning is determined.

Zur Verhinderung der Bildung eines Doppelbogens im Falle einer Berührung zwischen der Düse 4 und dem Werkstück 7 bzw. zur Verlängerung der gesamten Länge des Zentralkanals 5 der Düse 4 kann zumindest eine weitere (punktiert angedeutete) Düse 8 mit Zentralkanal 9 angedeutet sein.To prevent the formation of a double arc in the event of contact between the nozzle 4 and the Workpiece 7 or to extend the entire length of the central channel 5 of the nozzle 4 can at least a further nozzle 8 (indicated by dotted lines) with a central channel 9 may be indicated.

Der Halter 1 wird hohl ausgeführt und mit einem über ein im Hohlraum 11 des Halters 1 befindliches Rohr 10 zugeführten Kühlmittel abgekühlt. Die Düsen 4 und 8 werden dagegen durch die Kühlmittelzufuhr zu den in diesen Düsen 4 und 8 angeordneten Kanälen 12 bzw. 13 abgekühlt.The holder 1 is designed to be hollow and has a tube 10 located in the cavity 11 of the holder 1 supplied coolant cooled. The nozzles 4 and 8, on the other hand, are fed to the in these nozzles 4 and 8 arranged channels 12 and 13 cooled.

Unter Verwendung mehrerer Düsen wird zwischen ihnen eine Isolierzwischenlage 14 plaziert.An insulating liner 14 is placed between them using a plurality of nozzles.

Dem Hohlraum, den die nicht abschmelzende Elektrode und die Düse 4 bilden, wird durch eine öffnung 15 ein plasmacrzeugendes Gas z. B. Sauerstoff zugeführt.The cavity formed by the non-consumable electrode and the nozzle 4 is provided by a opening 15 a plasma generating gas z. B. Oxygen fed.

Der Plasmabrenner arbeitet wie folgt.The plasma torch works as follows.

Die nicht abschmelzende Elektrode wird an den Minuspol einer (nicht dargestellten) Speisequelle angeschlossen, deren Pluspol an das zu bearbeitende Werkstück 7 angeschlossen ist. Das Kühlmittel wird dem Hohlraum 11 des Halters 1 über das Rohr 10 und den Düsen 4 und 8 über die Kanäle 12 und 13 zugeführt. Zur Bildung des Lichtbogens, der zwischen dem aktiven Einsatz 2 der nicht abschmelzenden Elektrode und dem zu bearbeitenden Werkstück 7 brennt, wird gleichzeitig ein plasmaerzcugendes Gas z. B. Sauerstoff über die öffnung 15 den Zcnlralkanälen 5 und 9 zugeführt. Beim Betrieb in Saucrstoffalmosphäre wird die Leistungsfähigkeit der nicht abschmelzenden Elektrode auf der gesamten I lohe des aktiven Einsatzes 2 realisiert, weil das an der Metallzwischenlage 3 anfallende Aluminiumoxid, das eine schweischmclzende Verbindung darstellt, die Rolle eines Wärmeschildes spielt und den Haller 1 gegen Überhitzen und Oxydieren schützt, während der aktive Einsatz. 2 aus Hafnium mit Zusätzen von Yttriiimoxid die Arbeit der nicht abschmelzenden Elektrode dadurch verbessert, daß ilus Yttriunioxiil beim Brennen des Lichtbogens in Sauerstoffatmosphllre die an der Emissionsflache entstehenden Hafniumoxide stabilisiert und deren Tumpcraturwcchselbestündigkeii steigert. The electrode that does not melt is connected to the negative pole of a supply source (not shown), the positive pole of which is connected to the workpiece 7 to be machined. The coolant is supplied to the cavity 11 of the holder 1 via the tube 10 and the nozzles 4 and 8 via the channels 12 and 13. To form the arc that burns between the active insert 2 of the non-consumable electrode and the workpiece 7 to be machined, a plasma-generating gas z. B. Oxygen is supplied to the Zcnlralkanäle 5 and 9 via the opening 15. When operating in an oxygen atmosphere, the performance of the non-consumable electrode is realized over the entire length of the active insert 2, because the aluminum oxide accumulating on the metal intermediate layer 3, which is a weldable compound, plays the role of a heat shield and protects the Haller 1 against overheating and oxidation protects while active use. 2 made of hafnium with additions of yttrium oxide improves the work of the non-consumable electrode in that the yttrium oxide when the arc burns in oxygen atmosphere stabilizes the hafnium oxides formed on the emission surface and increases their temperature resistance.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Non-consumable electrode for arc machining of materials in an oxygen atmosphere, which has a holder made of copper or its alloys with an active insert, which is in thermal and electrical connection with the holder, which is connected to the entire between the active insert and the holder Contact surface arranged metal intermediate layer, characterized in that as material for the metal intermediate layer (3) aluminum or its alloys and as material for active use (2) hafnium or hafnium with additions of yttrium oxide and / or neodymium oxide are used.

2. Non-consumable electrode according to claim 1, characterized in that the thickness of the Aluminum and its alloys existing metal intermediate layer (3) is 0.01 to 0.2 mm.

3. Non-consumable electrode according to claim 1, characterized in that the active insert (2) consists of hafnium with additions of 6-14% by weight of yttrium oxide.

4. Non-consumable electrode according to claim 1, characterized in that the active insert (2) from 89 to 93% by weight of hafnium, 6 to 9% by weight of yttrium oxide and 1 to 2% by weight of neodymium oxide consists.

_ from an economic point of view - e.g. B. with the following parameters of the process: