DE2610009B2

DE2610009B2 - Verfahren zur Herstellung nichtabschmelzender Kupfer-Zirkonium-Elektroden und nach diesem Verfahren hergestellte Elektroden

Info

Publication number: DE2610009B2
Application number: DE2610009A
Authority: DE
Inventors: Michail E. Dantschenko; Eduard M. Esibjan; Valdimirskoj Oblasti Koltschugino; Vasilij B. Malkin; Jurij G. Naumov; Vladislav G. Osinzev
Original assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Current assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Priority date: 1975-03-10
Filing date: 1976-03-10
Publication date: 1980-10-30
Also published as: SE7603130L; FR2303634A1; DE2610009C3; SU568475A1; DE2610009A1; FR2303634B1; US4018375A; SE412181B; GB1523659A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung von Elektroden für die Lichtbogenbearbeitung von Metallen, insbesondere auf Verfahren zur Herstellung nichtabschmelzender Kupler-Zirkonium-Elektroden und auf nach diesem Verfahren hergestellte Elektroden.

Die Erfindung kann zur Herstellung bimetallischer Einzelteile beachtlicher Länge eingesetzt werden, deren Außendurchmesser um das 5- bis 15fache größer als der Kerndurchmesser ist, wobei die zu verbindenden Metalle eine inhomogene Struktur und verschiedene plastische Eigenschaften bei der Druckbehandlung besitzen.

Mit großem Erfolg können Elektroden für Luft-Plasma-Schneidbrenner hergestellt werden, die aus einem Matitel und einem Zirkoniumkern bestehen. Als Werkstoff des Mantels wird Kupfer verwendet, das eine hohe Strom- und Wärmeleitfähigkeit besitzt. Als Werkstoff des Kernes wird Zirkonium oder eine niedriglegierte Legierung, zum Beispiel eine Legierung von Zr+1% Nb, verwendet. Bei Herstellung der genannten Elektroden wurden ursprünglich Mantel und Zirkoniumkern getrennt hergestellt. Später wurde in das Sackloch des Mantels ein Kern kalteingepreßt. Die erhaltene Verbindung sicherte jedoch keinen zuverlässigen Wärme- und Stromkontakt, zuweilen gab es Luftspalte, insbesondere an der Stirnseite des Kernes. Die Fertigungstechnologie war arbeitsaufwendig, insbesondere für die Sicherung der Zentrierung des Kernes.

Es entstanden Schwierigkeiten bei der Mechanisierung und Automatisierung des Prozesses, insbesondere bei den Operationen der Ausdrehung eines Kernes, dessen Länge gering (nicht über 4 mm) ist, sowie bei dessen präziser Anordnung im Mantel. Deswegen verfügten die hergestellten Elektroden über keine für die industrielle Anwendung ausreichende Arbeitsreserve, und die Piasmatrone mit Luftstabilisierung des Lichtbogens fanden noch keine Verbreitung.

Eine Weiterentwicklung des beschriebenen Verfahrens war die Herstellung von Elektroden aus einem bimetallischen Kupfer-Zirkonium-Werkstück, wofür in

ίο einem massiven Mantel eine Bohrung ausgebohrt wurde, in der mit leichtem Preßsitz ein Zirkoniumkern angeordnet wurde. Der se erhaltene Rohling wurde zuerst der Warmverformung ausgesetzt, dann mittels Kaltverformung bis zu den endgültigen Abmessungen gezogen und anschließend wurden die Elektroden mittels Drehautomaten abgedreht

Zum Abschließen der Kernes wurde die Bohrung im Mantel vor der Warmverformung mit Kupferstopfen verschlossen und die Verschlußstelle wurde mit Argon-Lichtbogenschweißung verschweißt. Nachteile dieses Verfahrens bestehen in folgendem:

Bei einem Verhältnis des Durchmessers des Mantels zum Durchmesser des Zirkoniumkernes in einem Bereich von 5 :1 bis 15 :1 ist ein großer Mantel lediglich durch Gießen oder Warmstrangpressen herzustellen. Es ist jedoch bekannt daß das auf diese Weise erhaltene Kupfer eine ungleichmäßige, grobkristalline Struktur und demzufolge auch wesentliche Schwankungen in den plastischen Eigenschaften an unterschiedlichen Roh lingsabschnitten aufweist. Bei der gemeinsamen Warm verformung eines Kupfer-Zirkonium-Rohlings erfolgt durch die verschiedenen Theologischen Eigenschaften unterschiedlicher Metalle (Kupfer-Zirkonium) im Prozeß des gemeinsamen Ausfließens eine unzulässige Verzerrung des Kernes: die Querschnittfläche schwankt in der Länge und der Querschnitt selbst erhält eine kreuzähnliche oder bestenfalls eine rechteckige Form.

Zusätzliche Erschwernisse treten beim Ausbohren von tiefen (120—150 mm) Bohrungen mit geringem Durchmesser (7 — 14 mm) und mit Oberflächenqualitäten und Toleranzen auf, die einen !eichten Preßsitz und die Zentrierung eines Kernes in einem dickwandigen Mantel sichern. Erforderlich waren arbeitsaufwendige Operationen zum Einschließen des Kernes mittels

Schweißung.

Infolge der Änderung der Querschnittsfläche des Kernes in der Länge waren bei Kaltverformungen periodische Brüche am Kern zu verzeichnen. Hiergegen wurde die Verwendung einer Zwischenschicht sowie die Wahl von bestimmten Bedingungen für die nachfolgende Verformung vorgeschlagen.

Bekannt ist ein Verfahren zur Herstellung von Austauschelektroden, bestehend in der Ausdrehung eines Kupfermantels, Ausbohrung einer Bohrung in demselben sowie im Einpressen eines Zirkoniumkernes in denselben (E M.Esibjan, »Plasma-Lichtbogengeräte«, Verlag »Technika«, Kiew, 1971, S. 70). Das bekannte Verfahren sichert jedoch nicht einen zuverlässigen Wärme- und Stromkontakt zwischen Zirkonium und Kupfer, da diese Metalle bei ihrer Erwärmung bis zu einer Temperatur von 822° C gegenseitig nicht löslich sind (s. Doppeldiagramm Kupfer-Zirkonium im Handbuch von M. Hansen und K. Anzerko, S. 700, Band II, Metallurgie-Verlag, 1962) und die Kaltschweißung zwischen ihnen qualitativ nicht ausreichend und die Beständigkeit der Elektroden nicht stabil und niedrig ist; es entstehen außerdem wesentliche technische Schwierigkeiten bei der Realisierung dieses Verfahrens im

technologischen Prozeß der Massenfertigung von Elektroden.

Bekannt ist ferner ein Verfahren zum Verbinden eines Zirkoniumkernes mit Mantel und durch eine Zwischenschicht mittels ihrer gemeinsamen Verformung (s. P. 1. s Seredin, »Herstellung von Bimetallen durch Druckbearbeitung« Teil 2-66, Moskau, 1966 »ZNIIPI-Werke«, S. 23—31). Das bekannte Verfahren sieht die Anbringung eines Zirkoniumkernes und einer Zwischenschicht im Kupfermsr.tel vor. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist der hohe Arbeitsaufwand der Fertigung. Einzelteile eines Montagewerkstückes werden getrennt mittels Drehbearbeitung und individueller Anpassung gefertigt Um eine qualitativ gute Verbindung zu erhalten, werden die Kontaktflächen mit einer Bearbeitungsgüte nicht unter Al bearbeitet und sorgfältig vor der Montage entfettet, wonach die Abdichtung an den Stirnwänden mittels Schweißung in einem inerten Medium erfolgt Dabei werden Stopfen aus Kupfer verwendet

Als Werkstoff der Zwischenschicht wird ein drittes Metall verwendet Die Zwischenschicht übt die Funktion einer Trennschicht aus. Wenn zum Beispiel die Metalle des Kernes und des Mantels bei Warmverformung ein leichtschmelzendes Eutektikum bilden oder die Funktion eines Lots erfüllen, werden dünne Zwischenschichten, zum Beispiel aus Folie oder Band, verwendet Durch die nachfolgende Verformung wird die Zwischenschicht dünner, indem sie sich zwischen die zu verbindenden Metalle in Form einer superdünnen Zwischenschicht legt und ein einkristallines Relief der Verbindung kopiert. Das bekannte Verfahren wird bei einem Verhältnis des Durchmessers des Mantels zum Durchmesser des Kernes von einem Wert verwendet, der wesentlich unter 5 liegt. Bei größeren Verhältnissen, die bei Herstellung von Elektroden erforderlich sind, tritt das kristalline Relief der jeweiligen Verbindung dermaßen stark zum Vorschein, daß der Querschnitt des Kernes eine ungleiche Form erhält, und die Schwankungen der Querschnittsfläche des Kernes auf der Länge erreichen 50% der vorgegebenen Größe. Dabei gleicht die Zwischenschicht, deren Stärke in einem verformten Werkstück um das lOfache und mehr kleiner als die Breite der ineinandergreifenden Grenze der Verbindung des Kernes mit dem Mantel ist, die Grenze der Verbindung des Kernes mit dem Mantel nicht aus. Infolge des unrunden und nicht gleichmäßigen Querschnittes des jeweiligen Kernes über die Länge einer Elektrode weisen die aus solchen Werkstücken gefertigten Elektroden eine niedrige Arbeitsreserve, Instabilität des Plasmastrahls und einen ungleichmäßigen Krater des Zündkernes auf.

Das Werkstück wird dann mittels Revolverautomat oder durch Stanzen mechanich bearbeitet. Außerdem ist es nicht möglich, gemäß dem bekannten Verfahren qualitativ gute Kathoden aus dem Werkstück herzustellen.

Das Ziel der Erfindung besteht in der Bsseitigung der genannten Nachteile.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von nicht abschmelzenden Kupfer-Zirkonium-Elektroden zu entwickeln, bei dem eine Zwischenschicht und die Verformungsbedingungen so gewählt sind, daß eine vollkommen runde Form des Kernquerschnittes, eine zuverlässige Verbindung des Kernes mit dem Mantel, eine hohe Wärme- und Stromleitfähigkeit zwischen Kupfer und Zirkonium sowie eine hohe Eignung des Verfahrens zur Massenherstellung von Elektroden gesichert werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung nicht abschmelzender Kupfer-Zirkonium-Elektroden durch Einsetzen eines Zirkoniumkernes mit einer Zwischenschicht in einen Kupfermantel und durch anschließendes Verformen und mechanisches Bearbeiten erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zunächst der Kern aus Zirkonium mit einer Zwischenschicht aus verformten! Kupfer von einer Dicke etwa gleich dem Durchmesser des Kernes umhüllt wird, daß Kern und Zwischenschicht gemeinsam durch Kaltverformung im Durchmesser vermindert und darauf mit dem Kupfermantel umhüllt werden und daß schließlich der Gesamtquerschnitt durch Warmverformung auf das Endmaß verringert wird.

Durch die Anwendung einer Zwischenschicht, die im wesentlichen gleich dem Durchmesser des Kernes ist gelingt es, einen Kernquerschnitt zu erhalten, der sich praktisch von einem Kreis nicht unterscheidet Die Gleichheit der Dicke der Zwischenschicht und des Kerndurchmessers wird mit dem Ziel des Ausgleichs der Bedingungen der gegenseitigen Beeinflussung der Zirkonium- und Kupferstrukturen auf die Gestaltung der Kontaktzone sowie mit dem Ziel der vollständigen Beseitigung des Einflusses der grobkristallinen Struktur des Kupfermantels auf die Kontaktzone herbeigeführt.

Eine weitere Vergrößerung der Dicke, der Zwischenschicht ist nicht zweckmäßig, weil es bei einem Verhältnis des Außendurchmessers der Zwischenschicht zum Kern über 3 nicht möglich ist, einen dichten Sitz der Zwischenschicht auf dem Zirkoniumkern mittels Kaltverformung zu erreichen. Es ist bekannt, daß sich bei freiem Stauchen von dickwandigen Rohren mit dem genannten Verhältnis über drei die Wanddicke infolge des Fehlens von Zugspannungen in der Nähe der Innenoberfläche eines Rohres verjüngt Deswegen wird das Stauchen über den Durchmesser in einem beträchtlichen Maße durch Verjüngung der Wandung ausgeglichen.

Ein zusätzlicher Vorteil der Anwendung der Zwischenschicht besteht in der dreifachen Vergrößerung des Durchmessers der Bohrung im Vergleich zu der, die in massiven Kupfermänteln ohne Zwischenschicht ausgebohrt wird. Dabei entfällt die Notwendigkeit, eine hohe Genauigkeit und Qualtität der Innenoberfläche der jeweiligen Bohrung zu sichern, da diese Faktoren keinen Einfluß auf die Gestaltung der Kontaktzone und die Form des Kernquerschnittes durch die Zwischenschicht ausüben. Seinerseits verbindet, bei Wärmeverformung sogar ohne spezielle Vorbehandlung der Oberflächen. Die Verwendung von Kupfer ds Zwischenschicht sichert eine hohe Wärme- und Stromleitfähigkeit der Elektrode, und die kaltverformte Struktur von Kupfer gewährleistet ein feinkristallines Relief der Kontaktoberfläche.

Damit sich in der Zwischenschicht keine Rekristallisationsprozesse vollziehen und die Oberflächenschichten des Zirkoniumkernes mit der feinkristallinen Struktur der Zwischenschicht in Berühpjng kommen, wird eine kurzweilige Erwärmung, z. B. Induktionserwärmung, vor dem Warmpressen empfohlen. Bei Behandlung unter solchen Bedingungen weist die Breite der Knntaktzone (Verzahnung) des Kupfer-Zirkonium-Bimetalls einen minimalen Wert auf und wirkt praktisch nicht auf die Form des Kernquerschnittes ein, die sich in einem warmverformten Werkstück von einem Kreis praktisch nicht unterscheidet. Das einkristalline Relief sichert infolge der Entwicklung der Kontaktoberfläche außerdem eine feste mechanische Verbindung des

Kernes mit der Zwischenschicht.

Zur Vermeidung spezieller Verfahrensschritte zum Einschließen des Kernes und zur Senkung des Arbeitsaufwandes der Herstellung von Elektroden erfolgt die Verformung eines Rohstückes in aufeinanderfolgenden Schritten. Die gemeinsame Kaltverformung der Zwischenschicht am Kern durch hohe Druckspannungen, die der Kaltverformung eigen sind, sichert eine dichte, gespannt, spielfreie Verbindung des Zirkoniums mit dem Kupfer und die Beibehaltung der kaltverformten Metallstruktur der Zwischenschicht. Bei der nachfolgenden kurzzeitigen Induktionserwärmung verhindert die spielfreie Verbindung die Oxydation der Kernoberfläche. Dabei ist eine leichte Oxydation nach Erwärmung lediglich in der Nähe der Stirnseite (in einem Abstand von 5—10 mrn-von der Stirnseite eines Werkstückes) zu beobachten. Diese Werkstückenden gehen bei den nachfolgenden Operationen in den Schrott.

Die nachfolgende Warmverformung unter Einwirkung von hohen Temperaturen und hohem Druck sowie durch Erneuerung und Entwicklung der Kontaktoberfläche infolge der Verformung sichert eine metallurgische Bindung des Kernes mit der Zwischenschicht.

Besonders technologisch zweckmäßig ist die Kaltverformung der Zwischenschicht am Kern mittels Ziehens mit einem Grad der bleibenden Verformung vorzunehmen, der für die Erzeugung einer spielfreien, gespannten Verbindung ausreichend ist.

Vorteile des Ziehens sind eine hohe Leistung, Möglichkeit der Herstellung von Erzeugnissen mit langen Abmessungen mit einer Oberflächenqualität nicht unter Δ 7, Stabilität und hohe Genauigkeit der Abmessungen über die Länge des jeweiligen Erzeugnisses, ausreichend hohe Druckspannungen zur Erzeugung einer spielfreien Verbindung sowie Erhaltung einer Konzentrizität wie sie in keinem anderen Prozeß der Kaltverformung, zum Beispiel mittels Walzens oder Rotationsschmiedens, erhalten werden kann.

Zweckmäßig erfolgt die Warmverformung mittels Pressen bei einer Temperatur von 650—750⁰C mit nachfolgendem Ziehen des Werkstückes mit einem Verformungsgrad von 15—40% bis zu einem Durchmesser, der etwa gleich dem Durchmesser der Elektrode ist.

Die beim Pressen entstehenden hohen Druckspannungen sichern eine zuverlässige Verbindung der Schichten des bimetallischen Werkstückes und erhalten genauso wie das Ziehen die Konzentrizität der Querschnitte. Die Festigkeits- und plastischen Eigenschaften von Zirkonium und insbesondere weniglegierten Zirkoniumlegiemngen unterscheiden sich wesentlich von denen des Kupfers bei Raumtemperatur. Mit Steigerung der Temperatur verringern sich jedoch die Unterschiede in ihren Eigenschaften und haben einen minimalen Wert im Temperaturbereich von 650—750°C Deswegen ist die genannte Temperatur des Pressens optimal.

Die obere Temperaturgrenze wird dadurch begrenzt, daß Zirkonium und kaltverformtes Kupfer bei höheren Temperaturen unter den Bedingungen des Warmpressens rekristallisieren. Infolge des Wachstums des Korns bei der Rekristallisation verstärkt sich unzulässig die Verzerrung der Form des Kernquerschnittes, wobei die Breite der ineinandergreifenden Zone der Verbindung in der Hauptsache von der Konrgröße der zu verbindenen Metalle abhängig ist Unter der ineinandergreifenden Zone der Verbindung versteht man die maximale Differenz der Halbmesser von Vorsprüngen und Schnittlücken der Kontaktoberfläche der Zwischenschicht und des Kernes. Außerdem sind die Festigkeits- und plastischen Eigenschaften sowohl von Zirkonium als auch von Kupfer bei Temperaturen über 75O°C sehr niedrig, was einen Wirbelfluß von Metall im Mittelpunkt der Verformung verstärkt. Dabei wird der Querschnitt des Kernes im fertiggepreßten Werkstück auf die Länge ungleichmäßig.

ίο Eine zusätzliche Beschränkung der oberen Temperaturgrenze des Pressens ist dadurch gegeben, daß bei einer Temperatur von 862° C ein leichtschmelzendes Eutektikum zwischen Zirkonium und Kupfer entsteht.
Es ist bekannt, daß eine Temperaturreserve von etwa

η 100° C bleiben soll, damit infolge des hohen Druckes und des Wärmeeffektes der Verformung kein Eutektikum bei niedrigeren Temperaturen entsteht.

Die untere Temperaturgrenze wird durch folgendes beschränkt: Erhöhte Ungleichmäßigkeit der Verformung infolge des Ansteigens der Differenz der Festigkeits- und plastischen Eigenschaften von Zirkonium und Kupfer unter Einwirkung der Temperatursenkung, bereits bekannte Verschlechterung der Verbindung der Schichten verschiedener Metalle mit Senkung

2"> der Temperatur sowie die Notwendigkeit von Pressen hoher Leistung.

Zwecks Reduzierung des technologischen Aufwandes bei der Herstellung von Elektroden wird das nachfolgende Ziehen des fertiggepreßten Werkstückes mit

JO einem Verformungsgrad von 15—40% bis zu einem Durchmesser, der dem Durchmesser der jeweiligen Elektrode etwa gleich ist, durchgeführt. Die untere Verformungsgrenze wird durch die Notwendigkeit begrenzt eine gleichmäßig kaltverformte Struktur des

Ji gesamten Querschnitts des Werkstückes erzeugen zu müssen. Es ist bekannt, daß warmverformtes, sehr weiches Kupfer sich mechanisch schlecht behandeln läßt, und daß kaltverformtes, gehärtetes Kupfer leichter bearbeitet wird. Es ist außerdem ein bestimmter Verformungsgrad des Ziehens erforderlich, um das fertiggepreßte Werkstück auszurichten, Durchmessertoleranzen auf 0,1— 0,2 mm herabzusetzen und eine Oberflächenqualität nicht unter id 7 zu erhalten. Beim Ziehen mit einem Verformungsgrad über 40% ergibt sich infolge der Differenz der Festigkeits- und plastischen Eigenschaften von Zirkonium und Kupfer sowie infolge des äußerst ungünstigen Verhältnisses des Rauminhaltes zwischen Mantel und Kern unter Einwirkung von Zugspannungen, die in axialen Schichten des Werkstückes maximal sind, ein Zerfallen des Kerns mit Bildung eines Zapfens wie beim Strecken. Die Erzeugung eines bimetallischen Werkstückes mit einem Durchmesser, der etwa dem Durchmesser der jeweiligen Elektrode gleich ist, und die hohe Qualtität seiner Außenoberfläche sowie die kaltverformte Struktur des Kupfers ermöglichen es, Elektroden mittels automatischer Werkzeugmaschinen ohne Abarbeitung der Oberflächenschicht herzustellen.
Mit dem Ziel der Vereinheitlichung der Technologie

so der Herstellung von Elektroden in dem gesamten erforderlichen Sortiment und der Erzeugung von Elektroden aus einem nichtzerlegbaren Werkstück wird das Verhältnis des Durchmessers des Kupfermantel zum Durchmesser des Kernes in einem Bereich von 5 :1 bis 15 :1 gewählt

Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand der eingehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels erläutert

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von nichtabschmelzenden Kupfer-Zirkonium-Elektroden vorgeschlagen. Dieses Verfahren besteht darin, daß man einen dickwandigen Kupfermantel nimmt und einen Zirkoniumkern in demselben anordnet. Zwischen dem Mantel τ und dem Kern wird eine Zwischenschicht vorgesehen. Das zusammengesetzte dreischichtige Rohstück wird verformt und danach mechanisch behandelt. Die Zwischenschicht wird mit einer Dicke genommen, die etwa dem Durchmesser des Kernes gleich ist, um die in Bedingungen des gegenseitigen Einflusses der Zirkonium- und Kupferstrukturen auf die Gestaltung der Kontaktzone auszugleichen sowie die Beeinflussung der Kontaktzone durch die grobkristalline Struktur des KupfcrtTtantcis zu verhindern. Als Zwischenschicht wird : ^r-. kaltverformtes Kupfer verwendet, was eine hohe Wärme- und Stromleitfähigkeit der Elektrode sichert, und die kaltverformte Struktur von Kupfer gewährleistet ein feinkristallines Relief der Kontaktoberfläche.

Zwecks Vermeidung spezieller Operationen zum Einschließen des Kernes und Senkung des Arbeitsaufwandes bei der Herstellung der Elektroden wird die Verformung des Werkstückes sukzessiv vorgenommen. Die gemeinsame Kaltverformung der Zwischenschicht an einem Zirkoniumkern gewährleistet eine spielfreie, 2"> gespannte Bindung zwischen Zirkonium und Kupfer und die Beibehaltung der kaltverformten Struktur der Zwischenschicht. Die gespannte Verbindung ergibt bei nachfolgender Erwärmung des Werkstückes die ausreichende Abdichtung des Zirkoniumkernes, obwohl die w Längenausdehnungszahl von Kupfer um über das Zweifache größer als die Längenausdehnungszahl von Zirkonium ist. Danach werden die kaltverformten Kupfer-Zirkonium-Werkstücke in Abschnitte geteilt, die in dickwandigen Kupfermänteln mit leichtem a Preßsitz angeordnet werden. Eine nachfolgende Warmverformung sichert die metallische Verbindung des Kernes mit der Zwischenschicht und der Zwischenschicht mit dem Mantel.

Die Kaltverformung der Zwischenschicht am Kern to erfolgt mittels Ziehens mit einem Verformungsgrad, der für die Erzeugung einer spielfreien, gespannten Verbindung ausreichend ist.

Die Warmverformung des zusammengesetzten dreischichtigen Werkstückes erfolgt bei einer Temperatur von 650—750⁰C mit nachfolgendem Ziehen des Werkstückes mit einem Verformungsgrad von 15—40% bis zu einem Durchmesser, der etwa dem Durchmesser der zu erzeugenden Elektrode gleich ist. Die erzeugten Werkstücke mit langen Abmessungen weisen eine hohe Oberflächenqualität und eine ausreichende Zentrizität des Kernes auf, was die Möglichkeit bietet, Elektroden aus einem nichtzerlegbaren Werkstück mit einem Außendurchmesser herzustellen, der um das 5— 15fache den Durchmesser des Kernes übersteigt

Zur besseren Erläuterung der Erfindung werden nachstehend Ausführungsbeispiele beschrieben.

Es wird ein Stab aus warmgepreßtem Kupfer mit 87 mm Durchmesser und 150 mm Länge genommen. Darin wird eine Bohrung mit einem Durchmesser von 20 mm mittels eines Drehautomats ausgebohrt. Zwecks Verbesserung der Oberflächenqualität, Senkung der Ungleichmäßigkeit der Wanddicken bis d±0,7, die bei Tiefbohren erhalten wird, und Herbeiführung der erforderlichen Durchmessertoleranz wird das Rohstück bis zu einem Durchmesser von 84 mm abgedreht

Dann wird ein dickwandiges Kupferrohr, das für die Zwischenschicht gedacht ist mit einem Außendurchmesser von 24 mm und einer Wanddicke von 7,5 mm genommen, das mittels Warmpressen und nachfolgendem Walzen ohne Zwischenglühen hergestellt wird. In dem Rohr werden Zirkoniumkerne mit einem Durchmesser von 6,8 mm angeordnet und dann erfolgt das Ziehen in einem Durchgang bis zu einem Außendurchmesser von 20 mm. Eine spielfreie Verbindung erhält man beim Ziehen infolge des Stauchens des Kupferrohres mit einem Durchmesser von 24 mm bis auf den Durchmesser von 20 mm und der Verjüngung seiner Wände von 7,5 bis auf 7,1 mm.

Die erzeugten Kupfer-Zirkonium-Werkstiicke mit einem Durchmesser von 20 mm werden in Abschnitte mit einer Länge von 150 mm geschnitten und mit leichtem Preßsitz in einem Kupfermante! angebracht.

Es werden damit dreischichtige Werkstücke gewonnen und im Induktionsverfahren bis zu einer Temperatur von 700° C erwärmt. Danach werden diese Werkstücke auf einen Durchmesser von 15 mm gepreßt. Zur Beseitigung von Zunder werden die fertiggepreßten Werkstücke gebeizt und dann auf einer Ziehbank mit einem Verformungsgrad von 30% bis zu einem Durchmesser von 12,5 mm gezogen. Der Zirkoniumkern wird dabei bis zu 1 mm 0 verjüngt.

Fehlerhafte Enden der erhaltenen Werkstücke schneidet man ab und richtet diese in einer Richtmaschine aus. Danach werden die Elektroden durch Drehen mittels automatischer Revolvermaschinen fertiggestellt. In der Zeichnung ist eine solche Elektrode im Schnitt dargestellt, wobei 1 den Kern, 2 die Zwischenschicht und 3 den Mantel bezeichnen.

Erfindungsgemäß wurde für das Luft-Plasma-Schneidbrennen von Metallen eine Technologie zur Herstellung von fünf erforderlichen Elektrodenformen mit folgenden Abmessungen erarbeitet: 12,5x1, 12,5 χ 1,5,18 χ 2,18 χ 2,5,18 χ 3,0, wo bei 12,5 und 18 den Außendurchmesser der jeweiligen Elektrode und 1, 1,5, 2,2,5 und 3,0 den Durchmesser des Elektrodenkernes in mm darstellen.

Die Fertigungstechnologie des gesamten Sortiments von Elektroden ist vereinheitlicht Unterschiede sind lediglich in den Abmessungen zu verzeichnen. Deswegen ist ein Beispiel zur Herstellung von Elektroden mit einer Abmessung von 12,5x1 mm angeführt. Zur Herstellung anderer Abmessungen ist es lediglich erforderlich, die Querabmessungen der Werkstücke zu verändern.

Mittels des beschriebenen Verfahrens werden Elektroden hergestellt, die über eine hohe Lebensdauer beim Plasmaschneiden verschiedener Metalle und Legierungen verfügen. Eine MikroStrukturanalyse der Verbindung von Zirkonium mit Kupfer weist das Vorhandensein einer metallurgischen Bindung nach. Die Form des Kernquerschnittes unterscheidet sich praktisch nicht von einem Kreis und die Verbindung von Kupfer mit Zirkonium erfolgt an der entwickelten feinkristallinen Oberfläche, was nach dem Freilegen des Kernes mittels Abbeizung von Kupfer gut zu beobachten ist Durch die Erzeugung einer qualitativ hochwertigen Verbindung von Zirkonium mit Kupfer und durch die Zentrizität des Kernes im Mantel sind Brennstabilität eines Plasmalichtbogens und gleichmäßiges Abbrennen von Zirkonium zu verzeichnen. Die Anzahl von Einschaltungen ohne Austausch von Elektroden übertrifft 500 bei nominaler Wärmebelastung. Die Herstellungstechnologie für die Elektroden läßt sich bei diesem Verfahren leicht automatisieren und mechanisieren und ist mit herkömmlichen Ausrüstungen ausführbar. Der Arbeits-

umfang bei der Herstellung von Elektroden nach dieser Technologie ist um mehr als das 3fache im Vergleich zu der früher angewandten geringer.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es erstmalig in der Weltpraxis, eine Massenherstellung von Elektroden für Luft-Plasma-Schneidbrenner durchzuführen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung nichtabschmelzender Kupfer-Zirkonium-Elektroden durch Einsetzen eines Zirkoniumkernes mit einer Zwischenschicht in einen Kupfermantel und durch anschließendes Verformen und mechanisches Bearbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der Kern (1) aus Zirkonium mit einer Zwischenschicht (2) aus kaltverformtem Kupfer von einer Dicke etwa gleich dem Durchmesser des Kernes umhüllt wird, daß Kern und Zwischenschicht gemeinsam durch Kaltverformung im Durchmesser vermindert und darauf mit dem Kupfermantel (3) umhüllt werden und daß schließlich der Gesamtquerschnitt durch Warmverformung auf das Endmaß verringert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltverformung der Zwischenschicht am Kern durch Ziehen mit einem Verformungsgrad erfolgt, der für die Erzeugung einer spielfreien, gespannten Verbindung ausreichend ist

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmverformung durch Pressen bei einer Temperatur von 650—750°C mit nachfolgendem Ziehen mit einem Verformungsgrad von 15—40% des Durchmessers, der etwa dem Durchmesser der gewünschten Elektrode gleich ist, erfolgt

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kupfermantel mit einem Außendurchmesser verwendet wird, der um das 5 — 15f ache den Durchmesser des Kernes übersteigt.