DE2510680A1 - Verfahren und vorrichtung zum plasma-mig-schweissen - Google Patents

Description

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Alte No.; PHN- 7450
Anmeldung vom: 11. MäTZ 1975

"Verfahren und Vorrichtung zum Plasma-MIG-Schweissen"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Plasma—MIG-Schweissen, wobei in einem Inertgasstrom von einem elektrischen Bogen zwischen einer nicht abschmelzenden Elektrode und einem Werkstück ein Plasma erzeugt, zwischen einer abschmelzenden Elektrode und dem Werkstück ein MIG-Bogen gezündet und unterhalten und die abschmelzende Elektrode im Plasma zum Schmelzen gebracht wird.

Ein derartiges Verfahren ist bereits aus der britischen Patentschrift 1.276.110 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird das Plasma durch eine

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Düse kontrahiert, wobei die abschmelzende Elektrode axial in der Achse des Plasmas zugefülrrt wird. Bei diesem Verfahren, das weitgehende Anwendungsmöglichkeiten hat, kann mit Wechselstrom oder mit Gleichstrom, mit positiver oder negativer Polarität der Elektroden geschweisst werden.

Wie in der deutschen Patentanmeldung P 2213 822.3 erläutert wurde, kann bei positiver Polarität der Elektroden abhängig von der Stromstärke in der abschmelzenden Elektrode ein nicht drehender MIG-Bogen mit einem konzentrierten Materialübergang oder ein drehender MIG-Bogen mit einem gestreuten Materialübergang erhalten werden.

Die Erfindung bezweckt, ein Verfahren zum Plasma-MIG-Schweissen zu schaffen, das. einfacher ist als das bekannte Verfahren und das mit einem einfacheren und gedrängteren Schweissbrenner durchgeführt werden kann.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass die abschmelzende Elektrode in einer Richtung parallel zum Plasmabogen zugciführt und exzentrisch am Plasmabogen entlang geführt wird, wobei das Plasma nach Zündung des MIG-Bogens nahezu konzentrisch um die stromführende abschmelzende Elektrode gezogen wiijd.

überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass die abschmelzende Elektrode in der Achse des

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Bogenplasraas zum Schijielzen gebracht werden kann, ohne Kontraktion des Plasmas mittels einer Düse und ohne dass es notwendig ist, die abschmelzende Elektrode axial in der Achse des Plasmas zu führen. Sobald der MIG-Bogen gezündet ist, wird das Plasma, das vom Plasmabogen zwischen der nicht abschmelzenden Elektrode und dem Werkstück erzeugt wird, um die stromführende abschmelzende Elektrode gezogen, die nun von einem Mantel ionisierten Gases umgeben ist und zwar derart_r dass die abschmelzende Elektrode sich nahezu in der Achse des Plasmas befindet. Obschon das Plasma nicht durch eine Düse kontrahiert wird, findet eine Kontraktion des Plasmas mittels der Lorentz-Kraft statt, die stromführende abschmelzende Elektrode auf die Ladungsträger des Plasmas ausübt;. -

Es sei bemerkt, dass aus der U.S.-Patentschrift 2.868.95^ ein Verfahren bekannt ist, wobei eine stromführende abschmelzende Elektrode in einer Richtung parallel zu einem Bogen zwischen einer nicht abschmelzenden Elektrode und einem Werkstück zugeführt wird. Bei diesem Vorfahren springt der Bogen periodisch von der einen auf die andere Elektrode über; die abschmelzende Elektrode ist nicht von einem Plasma, umgeben.

Gegenüber den aus der britischen Patent-

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schrift I.276.IIO und der deutschen Patentanmeldung P 22 13 822.3 bekannten Verfahren bietet das erfiiidungsgemässe Verfahren eine Anzahl Vorteile.

Dadurch, dass das Plasma nicht durch eine Düse kontrahiert wird, kann mit einer Spannung des Plasniabogens geschveisst werden, die um etwa 50^o (1O - 20 V) niedriger ist; dadurch wird die Stabilität des Plasmabogens erhöht. Bei nicht drehendem MIG-Bogen mit einer verhältnismässig niedrigen Stromstärke in der abschmelzenden Elektrode kann pro Zeiteinheit wesentlich mehr Material abgeschmolzen werden.

Zum Durchführen des Verfahrens kann ein Schweissbrermer verwendet werden mit einer verhält— nismässig grossen Düse, deren Fand das heisse Plasma nicht berührt; dadurch wird die Lebensdauer der Düse erhöht. Ausserdem ist es nicht notwendig, die Düse gegenüber dem Kontaktrohr, das zum Zuführen und Führen der abschmelzenden Elektrode dient, zu isolieren. Das Kontaktrohr kann auf herkömmliche Weise in der Achse des Schweissbrenners angeordnet werden. Vorzugsweise wird jedoch ein aus der bereits erwähnten U.S.-Patentschrift 2.886.954 an sich bekannter Schweissbrenner verwendet, mit einem Gehäuse, das eine Düse mit einer Ausströniungsöffnung und einen

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Anschltiss zum Zuführen eines Gases aufweist, wobei im Gehäuse eine nicht abschmelzende Elektrode und ein Kontaktrohr auf beiden Seiten der Mittellinie des Gehäuses angeordnet sind. Dieser Schweissbrenner weist nach der Erfindung das Kennzeichen auf, dass die Düsenöffnurig einen länglichen Querschnitt hat, wobei die Mittellinien der nicht abschmelzenden Elektrode und des Kontaktrohres sowie die grosse Achse der Düsenöffnung in derselben Ebene liegen. Durch diese Massnahme wird eine sehr gedrängte Schweissbrennerkonstruktion mit verhältnismässig kleinen Querabmessungen erhalten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind

in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Kg. 1 und 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemässen Verfahrens,

Fig. 3 eine praktische Ausführungsform eines Schweissbrenners nach der Erfindung,

Fig. h einen Schnitt durch den Schweissbrenner gemäss der Linie IV-IV in Fig. 3· In den Fig. 1 und 2 ist das erfindungs-

gemässe Verfahren in verschiedenen Phasen dargestellt. In einem Inertgasstrom A, beispielsweise Argon, wird zwischen einer nicht abschmelzenden Elektrode 3 und

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einem Werkstück ¥ ein Plasmabogen B unterhalten, wodurch ein ionisierte]¹ Gasstrom P, nachs cehend als Plasma bezeichnet, erzeugt wird. Die nicht abschmelzende Elektrode 3j die entweder aus Wolfram oder aus wassergekühltem Kupfer bestehen kann, ist über einen HF-Generator 7 an einen der Pole einer Stromquelle angeschlossen, deren anderer Pol mit dem Werkstück W verbunden ist. Der Inertgasstrom A wird mittels einer Düse 11 in Richtung des Werkstücks W geführt. Die öffnung 13 der Düse 11 ist derart geräumig bemessen, dass sie nur eine führende Wirkung auf das Plasma P ausübt ohne eine nennenswerte Kontraktion dos Plasmas. Ein Kontaktrohr 15 dient zum Zuführen und Führen eines Schweissdrahtes 17· Über das Kontakt rohr 15 kann der Schweissdraht 17 an einen der Polo einer zweiten Stromquelle I9 angeschlossen werden, deren anderer Pol mit dem Werkstück W verbunden werden kann. Es kannn mit Wechselstrom sowie Gleichstrom geschweisst werden und mit positiver sowie negativer Polarität der abschmelzenden Elektrode 3 und des Schv.'exssdrahtes 17· '

Fig. 1 zeigt die Situation, in der der Schweissdraht 17 stromlos ist. Das Kontaktrohr 15 liegt derart neben der nicht abschmelzenden Elektrode 3» dass der Schweissdraht 17 der Mittellinie D des Plasmas P nicht folgt, sondern in geringem

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Abstand am Plasma P entlang geführt wird.

Fig. 2 zeigt die Situation, bei der aussei* dom Plasmabogen B ein MIG-Dogen M zwischen dem Schweissdraht 17 und dem Werkstück ¥ gezündet und unterhalten wird, überraschenderweise, hat sich herausgeste3.lt, dass das Plasma P um den nun stromführenden Schweissdraht 17 gezogen wird und diesen derart mit einem Mantel E umgibt, dass sich der Schweissdraht nun in der Achse dos nun verschobenen Plasmas P befindet. Obschon das Plasma P nun nicht durch die Düse 11 kontrahiert vird, findet eine Kontai'aktion des Plasmas P mittels der Lorentz-Kraft, die der Schweissdraht 17 auf die Ladungsträger des Plasmas P ausübt, statt.

Fig. 3 zeigt eine praktische Ausführungsform eines Schweissbx'enners 1 , der asymmetrisch ausgebildet ist, wobei die nicht abschmelzende Elektrode 3 und das Kontaktrohr 15 auf beiden Seiten der Mittellinie T im Gehäuse 21 des Schweissbrenners angeordnet sind. Das Gehäuse 21 ist mit einer Düse 11 mit einer Öffnung 13 und mit Anschlüssen 23 zum Zuführen eines Inertgasstromes A versehen. Durch die Anschlüsse 27 in einer Haube 25 kann ein Schutzgas S zugeführt werden. Die nicht abschmelzende Elektrode 3 j die im betreffenden Ausführungsbeispiel aus Wolfram besteht, ist in einem aus Kupfer beste-

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henden Halter 29 angeordnet, der über Kühlwasseranschlüsse 31 und 33 und weiter nicht dargestellte Kühlkanäle gekühlt wird. Auf herkömmliche Art und Weise können die Düse 11 und das Gehäuse 21 mit Kühlkanälen versehen werden. Der Elektrodenhalter 29 kann mittels eines Anschlusses 35 über einen HF-Generator 7 mit einem der zwei Pole einer Stromquelle 9 verbunden werden, deren anderer Pol mit einem Werkstück W verbunden ist. Mittels eines Anschlusses kann das Kontaktrohr 15 mit einem der Pole einer zweiten Stromquelle 19 verbunden werden, deren anderer Pol an das Werkstück W angeschlossen ist. Der Halter 29 ist gegenüber dem Gehäuse 21 mittels eines Einsatzes 39 aus Kunststoff isoliert. Der Vorschub des Schweissdrahtes 17 erfolgt mittels Rollen hl, die mit regelbarer Geschwindigkeit von einem Motor 43 angetrieben werden.

Fig. k zeigt den Schweissbrenner 1 im

Schnitt gemäss der Linie IV-IV in Flg. 3· Das Gehäuse 21 sowie die Düsenöffnung 13 weisen einen länglichen Querschnitt auf, wobei die Mittellinie X der nicht abschmelzenden Elektrode 3> die Mittellinie Y des Kontaktrohres 15 und die grosse Achse Z der Düsenöffnung in derselben Ebene liegen, d.h. in der Zeichenebene nach Fig. 3«

In den beschriebenen Ausführungsbeispielen

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ist die nicht abschmelzende Elektrode 3 stabförmig ausgebildet. Insbesondere das vom Plasmabogen belastete Ende kann eine abweichende Form aufweisen, beispielsweise hakenförmig oder halbkreisförmiyg, wenn die Anordnung gegenüber dem Kontaktx-ohr 15 derart ist, dass bei stromlosen Schweissdraht unmittelbar zwischen der Elektrode 3 und dem Werkstück ¥ ein Plasma erzeugt wird, das bei stromführendem Schweissdraht um den Schweissdraht gezogen wird.

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Claims (2)

1. PUN 7'l5O 21.1.75

   enitan sprüclie :

   Verfahren zum Plasma-MIG~Schweissen, wobei in einem Inertgasstrom von einem elektrischen Bogen zwischen einer nicht abschmelzenden Elektrode und einem Werkstück ein Plasma erzeugt, zwischen einer abschmelzenden Elektrode und dem Werkstück ein MIG-Bogen gezündet und unterhalten und die abschmelzende Elektrode im Plasma zum Schmelzen gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die abschmelzende Elektrode (3) in einer Richtung parallel zum Plasmabogen zugeführt und exzentrisch am Plasmabogen entlang geführt wird, wobei das Plasma nach Zündung des MIG-Bogens nahezu konzentrisch um die stromführende abschmelzende Elektrode gezogen wird.
2. 2. Schwelssbrenner zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Gehäuse, das eine Düse mit einer Ausströmungsöffnung und einen Anschluss XUBt Zuführen eines Gasös aufweist, wobei im Gehäuse eine nicht abschmelzende Elektrode und ein Kontaktrohr auf beiden Seiten der Mittellinie des Gehäuses angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausströmungsöffimng (13) einen länglichen Querschnitt hat, wob^l die Mittellinien (X, T) der nicht abschmelzenden Elektrode (3) und des Kontaktrohres (15) sowie die grosse AcR¹So der Ansströmun&aöffmuig (13) in derselben Ebene liegen.

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