DE2642649A1

DE2642649A1 - Plasmabrenner

Info

Publication number: DE2642649A1
Application number: DE19762642649
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: NUC WELD GmbH
Current assignee: NUC WELD GmbH
Priority date: 1976-09-22
Filing date: 1976-09-22
Publication date: 1978-03-23

Description

Plasmabrenner
Die Erfindung betrifft einen Plasambrenner, bestehend aus einer Kathode und einer Anode, die einen Kanal begrenzen, dem das Plasma bildende Gas zugeführt wird, wobei das Plasma an einer Austrittsöffnung ausströmt, und aus einem Anode und Kathode umgebenden Gehäuse aus isolierendem Material,mit einem die Plasmaaustrittsöffnung umgebenden Auslaß für ein weiteres zwangsweise zugeführtes Medium.
Das Grundprinzip der bekannten Plasmabrenner beruht darauf, einen Lichtbogen mittels einer Düse zwischen Kathode und Anode einzuengen und damit die Stromdichte und die Temperatur wesentlich zu erhöhen. Das dem Kanal zwischen Anode und Kathode zugeführte Plasma bildende Gas wird in der engeren Querschnittsfläche des Kanals in seiner Dichte erhöht. Das nachströmende Gas treibt den elektrisch neutralen Gasstrom mit hoher Geschwindigkeit aus dem Plasmakanal heraus. Infolge des thermischen Pinch-Effektes und durch das eigene magnetische Feld der bewegten Ladungsträger findet eine starke Temperaturerhöhung statt, wobei die Wärmeenergie in der Mitte des Plasmastrahls konzentriert wird. Die Erwärmung des Kanals wird durch Wasserkühlung und infolge des starken Temperaturgefälles in den Randzonen des Gasstrahls in erträglichen Grenzen gehalten. Als Plasma bildende Gase eignen sich Argon, Helium, Stickstoff, Wasserstoff sowie mehratomige Gase und Mischungen dieser Gase. Die Kathode besteht gewöhnlich aus Wolfram, wobei die Anordnung von Anode und Kathode konzentrisch bezüglich einer gemeinsamen Achse erfolgt, so daß der Kanal für die Plasmabildung ringförmig, sich zum Austrittsende hin verjüngend ausgebildet ist.
Wenn der Plasmabrenner für eine Auftragsschweißung verwendet wird, kann in den aus dem Kanal austretenden Plasmastrahl Wolframpulver mittels eines Transportgases eingebracht werden. Dabei wird der Plasmastrahl wie bei der bekannten Schutzgasschweißung von einem Schutzgas umgeben, wobei das Schutzgas dazu dient, eine Oxydation an 'der Schweißstelle zu verhindern (LUEGER, zu R, Lexikon der Technik, Band 9, 1968, Seiten 32, 33, und Band 8, 1967, Seite 201).
Wenn nun ein solcher Plasmabrenner beim Schweißen unter Wasser eingesetzt wird, kann nur bis zu Wassertiefen von etwa 1,5 mm geschweißt werden, da bei größeren Wassertiefen durch den Wasserdruck die Gasdichte des Plasma bildenden Gases erhöht und somit die Plasmabildung unterbunden wird.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, einen Plasmabrenner der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sich mit ihm Schweißungen auch in großen Wassertiefen ausführen lassen.
Diese Aufgabe wird ausgehend von dem Plasmabrenner der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Auslaß für das weitere Medium so ausgebildet ist, daß das mit hoher Geschwindigkeit aus ihm austretende Medium im Bereich der Plasmaaustrittsöffnung eine Injektorwirkung erzeugt.
Dabei ist der Auslaß zweckmäßigerweise ein schmaler Ringspalt, der in geringem Abstand konzentrisch zu der von einer Bohrung gebildeten Plasmaaustrittsöffnung angeordnet ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird der Ringspalt von dem Gehäuse aus isolierendem Material und der Anode begrenzt, die zwischen sich einen Ringkanal mit einem Anschluß für die Zuführung des weiteren Mediums bilden.
Die Injektorwirkung wird dadurch weiter begünstigt, daß die den Ringspalt begrenzende Wand des Gehäuses über die zugeordnete Wand der Anode vorsteht und vor allem daß die den Ringspalt bildenden konzentrischen Wände zu dem aus der Austrittsöffnung austretenden Plasmastrahl hin geneigt sind.
Dabei kann der Ringspalt als Ringdüse ausgebildet sein.
Das weitere Medium ist zweckmäßigerweise ein Gas, Besonders vorteilhaft ist jedoch Wasser, da die sonst bei Plasmabrennern verwendete separate Wasserkühlung entfallen kann.
Durch das aus dem Ringspalt mit relativ hoher Geschwindigkeit ausströmende Gas oder Wasser entsteht durch die Injektorwirkung im Bereich der Austrittsbohrung des Plasmastrahls ein Unterdruck, der das Austreten des Plasmastrahls entgegen des in großer Tiefe herrschenden Wasserdrucks ermöglicht. Das dem Plasmastrahl ringförmig umgebende, aus dem Ringspalt ausströmende Medium bildet somit eine Art Abschirmung des Plasmastrahls gegenüber dem höhen Wasserdruck.
Eine solche Wirkung des weiteren-hdediums ist mit der Wirkung des, wie eingangs erwähnt, verwendeten Schutzgases nicht zu vergleichen, da bei den bekannten Plasmabrennern die Ausströmgeschwindigkeit und der Querschnitt des Kanals für das Schutzgas stets so gewählt werden, daß eine Injektorwirkung nicht entsteht.
Bei dem erfindungsgemäßen Plasmabrenner ist zweckmäßigerweise die Kathode axial verstellbar, wodurch der Plasmastrom einstellbar ist.
Anhand der beiliegenden Zeichnung, die schematisch eine Ausführungsform eines Plasmabrenners im Längsschnitt zeigt, wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.
Bei dem in der Zeichnung gezeigten Plasmabrenner ist in einem Gehäuse 1 aus isolierendem Material eine im wesentlichen zylindrische Kathode 3 axial verstellbar angeordnet, wobei die axiale Verstellung beispielsweise mittels eines nicht gezeigten Gewindeeingriffs möglich ist. Die Kathode 3 wird von einer im wesentlichen konzentrischen hohlzylindrischen Anode 2 umgeben, die in dem Gehäuse 1 gegenüber der Kathode 3 isoliert gehalten ist und mit der Kathode 3 einen Ringkanal 9 bildet, in dem über einen Kanal 5 das Plasma bildende Gas zugeführt wird. Die Kathode 3 hat am aus laßseitigen Ende eine sich verjüngende Spitze. Die Anode 2 verjüngt sich am Auslaßende düsenartig. zu einer Austrittsbohrung 6, aus der der Plasmastrahl austritt. Der elektrische Anschluß der Kathode und der Anode an einen Generator 1o ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.
Zwischen der Anode 2 und dem Gehäuse 1 aus isolierendem Material ist ein weiterer Ringkanal 7 vorgesehen, in welchem über eine Zuführungsleitung 4 Gas oder Wasser mit einem entsprechend hohen Druck eingeführt wird. Der Ringkanal 7 mündet über eine düsenartige Verengung in einen Ringspalt 8, der die Austrittsbohrung 6 des Plasmastrahls aus der Anode 2 in einem geringen Abstand umgibt, wobei bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die gehäuseseitige Wand des Ringspaltes 8 etwas über die anodenseitige Wand des Ringspaltes 8 vorsteht und zum austretenden Plasmastrahl hin etwas geneigt ist.
Wenn durch den Kanal 4 in den Ringkanal 7 Wasser zugeführt wird, strömt dieses Wasser mit sehr hoher Geschwindigkeit aus dem Ringspalt 8 aus und erzeugt durch Injektorwirkung im Bereich der Austrittsbohrung 6 einen Unterdruck, so daß der Plasmastrahl unbeeinträchtigt von dem Druck der hohen Wassertiefe aus der Austrittsbohrung 6 austreten kann.
Gleichzeitig wird durch das Wasser für eine ausreichende Kühlung des Plasmabrenners gesorgt.
Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1.) Plasmabrenner, bestehend aus einer Kathode und einer Anode, die einen Kanal begrenzen, dem das Plasma bildende Gas zugeführt wird, wobei das Plasma aus einer Austrittsöffnung ausströmt, und aus einem Anode und Kathode umgebenden Gehäuse aus isolierendem Material mit einem die Plasmaaustrittsöffnung umgebenden Auslaß für ein weiteres zwangsweise zugeführtes Medium, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Auslaß (8) für das weitere Medium so ausgebildet ist, daß das mit hoher Geschwindigkeit aus ihm austretende Medium im Bereich der Plasmaaustrittsöffnung (6) eine Injektorwirkung erzeugt.
2. Plasmabrenner nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Auslaß ein schmaler Ringspalt (8) ist, der in geringem Abstand konzentrisch zu der von einer Bohrung (6) gebildeten Plasmaaustrittsöffnung angeordnet ist.
3. Plasmabrenner nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Ringspalt (8) von dem Gehäuse (1) aus isolierendem Material und der Anode (2) begrenzt wird, die zwischen sich einen Ringkanal (7) mit einem Anschluß (4) für die Zuführung des weiteren Mediums bilden.
4. Plasmabrenner nach Anspruch 2 oder 3, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die den Ringspalt (8) begrenzenden Wand des Gehäuses (1) über die zugeordnete Wand der Anode (2) vorsteht.
5. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die den Ringspalt (8) bildenden konzentrischen Wände zu dem aus der Austrittsöffnung (6) austretenden Plasmastrahl hin geneigt sind.
6. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Ringspalt (8) als Ringdüse ausgebildet ist.
7. Plasmabrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kathode (3) axial verstellbar ist.
8. Plasmabrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das weitere Medium ein Gas ist.
9. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das weitere Medium Wasser ist.