DE2513090C2

DE2513090C2 - Verfahren zum Plasma- MIG-Schweißen

Info

Publication number: DE2513090C2
Application number: DE2513090A
Authority: DE
Inventors: Wilhelmus Gerardus Essers; Gerardus Jelmorini; Gerrit Willem Eindhoven Tichelaar
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1974-04-05
Filing date: 1975-03-25
Publication date: 1983-06-23
Also published as: FR2266569B1; IT1035156B; JPS50136248A; FI750978A; CA1026829A; GB1449592A; SE406721B; ES436270A1; NL7404658A; FR2266569A1; NO751121L; SE7503771L; DE2513090A1; BE827537A

Description

Die Erfindung bezieht sich au' ein Verfahren zum Plasma-M IG-Schweißen, wobei ein stromführender Schweißdraht durch eine Düse geführt wird und zwischen dem Schweißdraht und einem Werkstück ein MIG-Bogen aufrechterhalten wird in einem Bogenplas ma, das durch einen Plasma-Bogen erzeugt wird, der zwischen einer nicht-abschmelzenden Elektrode und dem Werkstück in einem Gasstrom unterhalten wird.

Ein derartiges Verfahren ist bereits aus der DE-OS 22 13 822 bekannt Bei diesem bekannten Verfahren wird die maximale Stromstärke des Plasma-Bogens durch die Abmessungen und die Kühlleistung der nicht-abschmelzenden Elektrode, die im Gehäuse angeordnet ist, bestimmt. Eine stabförmige Wolframelektrode mit einem Durchmesser von 6 mm kann beispielsweise bei positiver Polarität und unter den günstigsten Umständen mit einem Strom von maximal 200 A belastet werden. Zum Schweißen mit höheren Stromstärken kann eine zweite nicht-abschmelzende Elektrode im Gehäuse angeordnet werden; dadurch könnte jedoch die Stabilität des Plasma-Bogens beeinträchtigt werden.

Die Erfindung bezweckt nun, ein Verfahren zu schaffen, bei dem auf einfache Weise dem Plasma-Bogen mehr Energie zugeführt werden kann, ohne Uberbelastung oder Beschädigung der nicht-abschmelzenden Elektrode und ohne Verringerung der Stabilität des Plasma-Bogens.

Dies wird nach der Erfindung im wesentlichen dadurch erreicht, daß dem Bogenplasma stromabwärts von der nicht-abschmelzenden Elektrode über eine ringförmige Hilfselektrode, welche die gleiche Polarität aufweist, wie der Schweißdraht und die nicht-abschmelzende Elektrode, zusätzlicher Strom zugeführt wird.

Durch diese Maßnahme wird auf sehr einfache Weise die Stromstärke im Bogenplasma erhöht; der zusätzliche Strom führt bei gleicher Penetration zu einer breiteren Schweißnaht und zu einem besseren Fluß als 5 ohne Zufuhr eines zusätzlichen Stromes. Durch die ringförmige Ausbildung der Hilfselektrode wird eine Beeinträchtigung der Stabilität des Plasma-Bogens vermieden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfin-

dungsgemäßen Verfahrens wird der zusätzlicne Strom über die in an sich bekannter Weise als Hilfselektrode wirksame Düse zugeführt. Dadurch ist es möglich, das Verfahren mit einem an sich bekannten Schweißbrenner durchzuführen ohne die Notwendigkeit, den Schweiß brenner mit einer zusätzlichen Hilfselektrode zu versehen.

Wenn jedoch die Düse nicht als Hilfselektrode verwendet werden kann, beispielsweise, weil sie bereits eine andere Aufgabe erfüllt, wird bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens der zusätzliche Strom über eine Hilfselektrode zugeführt, die in an sich bekannter Weise zwischen der Düse und dem Werkstück angeordnet ist Durch diese Maßnahme wird die Möglichkeit geboten, auf eine andere vorteilhafte Weise die Düse bei einer letzten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verwenden, wobei der Plasma-Bogen in art sich bekannter Weise zwischen der als nicht-abschmeizende Elektrode wirksamen Düse und dem Werkstück unterhalten wird.

Zwar ist aus d>.r DE-OS 22 41 972 ein Verfahren zum Plasma-MIG-Schweißen bekannt bei welchem über eine als Elektrode wirksame Düse bzw. über eine zwischen Düse und Werkstück angeordnete Hilfselek trode Strom zugeführt wird; hierbei wird jedoch kein zusätzlicher Strom zugeführt, sondern Düse bzw.

Hilfselektrode dienen als eine der Elektroden für den Plasma-Bogen. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den

Zeichnungen dargestellt iiJid wurden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine praktische Ausführungsform einer Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 2 eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung 1 enthält einen Schweißbrenner 2 mit einem Gehäuse 3, das mit einer Düse 5 mit einer Plasmaöffnung 7 versehen ist. Im Gehäuse 3 ist ein Elektrodenhalter 8 mit einer nicht-abschmelzenden Elektrode 9, beispielsweise aus Wolfram, gegenüber der Plasmaöffnung 7 exzentrisch angeordnet. Ein Schweißdraht 11 wird mittels eines Kontaktrohres 13 durch die Plasmaöffnung 7 geführt.

Der Elektrodenhalter 8 und das Kontaktrohr 13 sind in einer Kappe 12 aus isolierendem Material befestigt, wodurch das Gehäuse, das Kontaktrohr und die nicht-abschmelzende Elektrode gegeneinander elektrisch isoliert sind. An der Innenwand des Gehäuses ist ein isolierender Belag 14 angeordnet

Der Vorschub des Schweißdrahtes 11 erfolgt mittels Transportrollen 15, die mit regelbarer Geschwindigkeit von einem Motor 17 angetrieben werden. Der Schweißbrenner 2 ist weiter mit einer Zufiihrungslei tung 19 zum Zuführen eines Plasmagases A, beispiels weise Argon, versehen. Anschlüsse 21 und ein Schirm 20 dienen zum Zuführen eines Schutzgases S. beispielsweise eines Gemisches aus Argon und Kohlensäuregas. Das

Gehäuse 3, der Elektrodenhalter 8 und das Kontaktrohr 13 sind mit Kühlkanäler. versehen, von denen nur der Kühlkanal 22 des Gehäuses 3 in der Zeichnung dargestellt ist- Die Kühlkanäle sind mit Anschlüssen 23' und 23", 25' und 25", 27' und 27" zum Zuführen und Abführen von Kühlwasser IV verbunden. Die nicht-abschmelzende Elektrode 9 ist mittels eines Anschlußkontaktes 28 auf dem Elektrodenhalter 8 an einen der Pole einer Stromquelle 29 über einen HF-Generator 31 angeschlossen. Der Schweißdraht 11 ist mittels eines Anschlußkontaktes 32 auf dem Kontaktrohr 13 an einen der Pole einer zweiten Stromquelle 33 angeschlossen. Ein Werkstück 35 ist mit dem anderen Pol der beiden Stromquellen 29 und 33 verbunden.

Nach der Erfindung ist die Düse 5 als Hilfselektrode ausgebildet und an einen der Pole einer dritten Stromquelle 37 über einen Anschlußkontakt 39 auf dem Gehäuse 3 angeschlossen. Der andere Pol der Stromquelle 37 ist mit dem Werkstück 35 verbunden. Die Wolframelektrode 9, das Kontaktrohr 13 und die Düse 5 haben dieselbe Polarität

Zum Schweißen mit der obenstehend beschriebenen Vorrichtung werden die Elektrode 9, das Kontaktrohr 13, die Düse 5 und das Werkstück 35 auf die beschriebene Art und Weise an die Stromquellen 29,33 und 37 angeschlossen. Durch die Zuführungsleitung 19 wird ein Plasmagas A zugeführt Ein Schutzgas 5 wird über die Anschlüsse 21 zugeführt. Mittels der Stromquelle 29 und des HF-Generators 31 wird im Plasmagasstrom ein Plasma-Bogen gezündet und zwischen der Wolframelektrode 9 und dem Werkstück 35 unterhalten. Mittels der Vorschubrollen 15 wird der Schweißdraht 11 zugeführt durch das Kontaktrohr 13 und durch die Plasmaöffnung 7 geführt; zwischen dem Schweißdraht 11 und dem Werkstück 35 wird ein MIG-Bogen gezündet und mittels der Stromquelle 33 unterhalten. Der Schweißdraht 11 wird im Bogenplasma, das vom Plasma-Bogen erzeugt wird, zum Schmelzen gebracht.

Die maximale Stromstärke des Plasma-Bogens wird durch die zulässige Belastung der Wolframelektrode 9 beschränkt Damit trotzdem das Schweißen mit höheren Stromstärken ermöglicht wird, ohne eine Überbelastung der Wolframelektrode 9 und ohne die Stabilität des Plasma-Bogens zu stören, wird dem bereits vorhandenen Bogenplasma zusätzlicher Strom zugeführt der von der Stromquelle 37 über den Anschlußkontakt 39, das Gehäuse 3 und die Düse 5 auf das Bogenplasma übertragen wird.

Mit einer in der Praxis bewährten Ausbildung der Vorrichtung kann auf fliese Weise ohne weitere Schwierigkeiten ein zusätzlicher Strom über 300A zugeführt werden. Bei einer konstanten Stromstärke im Schweißdraht von 200 A wurde durch eine Erhöhung der Stromstärke im Bogenplasma von 20 A auf 350 A die Breite der Schweißstelle verdoppelt und der Fluß bei praktisch gleichbleibender Penetration verbessert

F i g. 2 zeigt eine andere Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei entsprechende Elemente mit denselben Bezugszeichen angegeben sind wie in F i g. 1. Diese Vorrichtung 51 weist einen Schweißbrenner 53 auf, dessen Düse 5 als nicht-abschmelzende Elektrode für den Plasma-Bogen wirksam ist Im Gegensatz zu der Ausführungsform nach F i g. 1 fällt

ίο dadurch die gesonderte im Gehäuse angeordnete Stabelektrode fort Die Düse 5 ist über einen Anschlußkontakt 55 auf dem Gehäuse 3 mit der Stromquelle 29 verbunden. In diesem Fall erfolgt die zusätzliche Stromzufuhr über eine ringförmige Hüfselektrode 57. Die Hilfselektrode ist auf einer Hülse 59 angeordnet, die mit Hilfe einer Ringmutter 61 auf dem Gehäuse 3 befestigt ist Die Hülse 59 mit der Hilfselektrode 57 ist gegenüber dem Gehäuse 3 mittels eines ringförmigen Isolierelementes 63 isoliert Die Hülse 59 '"st doppelwandig ausgebildet und mit Kühlkanälen 65 sowie mit Anschlüsse- 37' und 67" zum Zuführen bzw. Abführen von Kühlwasser W versehen. Ein Schutzgas 5 kann über die Anschlüsse 69 zugeführt werden.

Zum Zuführen eines zusätzlichen Stromes könnte die Hilfselektrode 57 entsprechend der Ausführungsform nach F i g. 1 an eine dritte Stromquelle angeschlossen werden, die von den beiden Stromquellen 29 und 33 unabhängig ist Dadurch, daß jedoch bei der betreffenden Vorrichtung die Hilfselektrode mittels eines Anschlußkontaktes 71 auf der Hülse 59 an die Stromquelle 29 und zwar über einen Widerstand 73 angeschlossen ist ist eine gesonderte dritte Stromquelle nicht erforderlich, so daß eine einfachere und preisgünstigere Ausbildung der Vorrichtung möglich ist. Ebenso wie bei der Ausführungsform nach F i g. 1 muß auch bei dieser Vorrichtung die richtige Polarität berücksichtigt werden, d. h„ die Düse 5, das Kontaktrohr 13 sowie die Hilfselektrode 57 müssen dieselbe Polarität haben.

Auf ähnliche Weise könnte bei der Vorrichtung nach F i g. 1 die als Hilfselektrode wirksame Düse über einen Widerstand an die Stromquelle 29 angeschlossen werden.

Die als Elektrode wirksame Düse sowie die ringförmige Hilfselektrode können entweder aus Wolfram oder aus wassergekühltem Kupfer bestehen. Die Lebensdauer einer Kupferelektrode läßt sich dadurch erhöhen, daß die Elektrode mit Einsätzen aus hochschmelzendem Metall, beispielsweise Wolfram, versehen wird.

Es kann mit Wechselstrom oder mit Gleichstrom, mit positiver sowie negativer Polarität geschweißt werden, wenn der Schweißdraht und die beiden Elektroden, die Wolfranelektrode und die Düse bzw. die Düse und die Hilfselektrode nur dieselbe Polarität haben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I.Verfahren zum ein stromführender Schweißdraht durch eine Düse geführt wird und zwischen dem Schweißdraht und einem Werkstück ein MIG-Bogen aufrechterhalten wird in einem Bogenplasma, das durch einen Plasma-Bogen erzeugt wird, der zwischen einer nicht-abschmelzenden Elektrode und dem Werkstück in einem Gasstrom unterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Bogenplasma stromabwärts von der nicht-abschmelzenden Elektrode über eine ringförmige Hilfselektrode, weiche die gleiche Polarität aufweist wie der Schweißdraht und die nicht-abschmelzende Elektrode, zusätzlicher Strom zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Strom über die in an sich bekannter Weise als Hilfselektrode wirksame Düse zugeführt wird
3. Veifsaren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Strom über eine Hilfselektrode zugeführt wird, die in an sich bekannter Weise zwischen der Düse und dem Werkstück angeordnet ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasma-Bogen in an sich bekannter Weise zwischen der als nicht-abschmeizende Elektrode wirksamen Düse und dem Werkstück unterhalten wird.