DE2711830A1

DE2711830A1 - Vorrichtung und schweissbrenner zum plasma-mig-schweissen

Info

Publication number: DE2711830A1
Application number: DE19772711830
Authority: DE
Inventors: Wilhelmus Gerardus Essers; Gerardus Jelmorini; Gerrit Willem Tichelaar
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1976-03-31
Filing date: 1977-03-18
Publication date: 1977-10-13
Also published as: NO144821B; IT1083739B; SE7703541L; CA1076215A; NO771093L; GB1533963A; BR7701920A; FR2346090A1; SE427436B; NO144821C; FR2346090B1; NL7603318A; US4122328A; BE853002A

Description

"Vorrichtung und Schweissbrenner zum Plasma-MIG-Schweissen"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Plasma-MIG-Schweissen, welche Vorrichtung mit einem Schweissbrenner versehen ist, der ein Gehäuse mit einer Düse, einer nicht-abschmelzenden Elektrode, einem Kontaktrohr zum Zuführen und zum Führen einer abschmelzenden Elektrode und Mittel zum Zuführen eines Plasmagases aufweist sowie Mittel zum Transport der abschmelzenden Elektrode, wobei die nicht-abschmelzende Elektrode an eine erste Speisequelle und das Kontakt- rohr an eine zweite Speisequelle angeschlossen sind.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der britischen Patentschrift 1.338.866 bekannt. Bei dieser

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bekannten Vorrichtung wird zwischen der nicht-abschmelzenden Elektrode und einem Werkstück ein Plasniabogen unterhalten. Über das Kontaktrohr wird ein Schweissdraht zugeführt. Zwischen diesem Schweissdraht und dem Werkstück wird ein MIG-Bogen unterhalten. Die Düse ist gegenüber der nicht-abschmelzenden Elektrode sowie dem Kontaktrohr isoliert. Ein Nachteil dieser Konstruktion ist, dass Raum für die elektrische Isolierung und für gesonderte Kühlung von Kontaktrohr und Düse berücksichtigt werden muss. Die minimale herausragende freie Länge des Schweissdrahtes ist beschränkt. Es hat sich herausgestellt, dass die Ubergangs&tromstärke, bei der eine Rotation des MIG-Bogens auftritt, wie dies in der bereits genannten britischen Patentschrift 1.338.866 beschrieben wurde, mit zunehmender herausragender Länge sinkt. Für bestimmte Anwendungsbereiche ist jedoch eine höhere ÜbergangsStromstärke und folglich eine kürzere herausragende Länge erwünscht. Unter freier herausragender Länge wird der stromführende Teil des Schweissdrahtes vom Kontaktrohr bis zum freien Ende verstanden.

Die Erfindung bezweckt nun, eine Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, mit kürzeren freien Längen des Schweissdrahtes zu schweissen, wodurch andere für spezifische Fälle vorteilhafte Umstände erzielt werden können, beispielsweise eine Erhöhung der

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Über gangs s tr omstiirke, höhere Temperatur des Schmelzbadfis und dergleichen, so dass der Anwendungsbereich des Plasma-MIG-Schweissverfahrens erweitert wird. Dies wird nach der Erfindung im wesentlichen dadurch erreicht, dass das Kontaktrohr und die Düse elektrisch miteinander verbunden sind, an denselben Pol der z\veiten Speisequelle angeschlossen sind und dasselbe elektrische
Potential aufweisen. Durch diese Massnahme entfallen die Isolierung zwischen der Düse und dem Kontaktrohr sowie die gesonderte Kühlung des Kontaktrohres, die

durch die Düse gekühlt wird, so dass der Abstand zwischen Kontaktrohr und Düse verringert werden kann mit der Folge einer geringeren freien Länge des Schweissdrahtes. Das Gehäuse kann gegebenenfalls gegenüber der Düse und dem Kontaktrohr isoliert sein.

Es sei bemerkt, dass in der Dt-OS 25 11 2θ4 bereits vorgeschlagen wurde, das Kontaktrohr und die Düse miteinander elektrisch zu verbinden. Dabei sind Kontaktrohr und Düse jedoch an den positiven bzw. negativen Pol derselben Speisequelle .angeschlossen und zwar zum Erzeugen eines nicht übertragenen MIG-Bogens zwischen Schweissdraht und Düse, während bei der erfindungsgemässen Vorrichtung ein übertragener MIG-Bogen zwischen Schweissdraht und Werkstück erzeugt wird.

Weiter wurde in der Dt-OS 25 09 45** bereits vorgeschlagen, das Kontaktrohr und die Düse mit der-

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selben Polarität an gesonderte Speisequellen anzuschliessen; dabei dient der Anschluss der Düse jedoch für eine zusätzliche Stromzufuhr zum Plasmabogen.

Die erfindungsgemässe Massnahme ermöglicht eine besonders vorteilhafte Konstruktion eines Schweissbrenners zum Plasma-MIG-Schweissen, welcher Schweissbrenner ein Gehäuse mit einer Düse, eine nicht-abschmelzende Elektrode in dem Gehäuse, ein Kontaktrohr, eine Gaszufuhr und Mittel zum elektrischen Anschluss der nicht-abschmelzenden Elektrode und des Kontaktrohres enthält. Dieser Schweissbrenner weist nach der Erfindung das Kennzeichen auf, dass die Düse und das Kontaktrohr thermisch, elektrisch und mechanisch ein Ganzes bilden. Durch diese Massnahme entfällt die Isolierung zwischen dem Kontaktrohr und der Düse mit der Folge einer gedrängten Konstruktion des Schweissbrenners, der als Handbrenner benutzt werden kann.

Eine bevorzugte Ausführungsform des er-

findungsgemässen Schweissbrenners weist das Kennzeichen auf, dass die Düse aus einem Kupferblock hergestellt ist, wobei das Kontaktrohr als Einsatz ausgebildet ist. Durch diese Massnahme ist eine Konstruktion mit minimalen Abmessungen möglich, wobei das Kontaktrohr, in Zusammenhang mit Verschleiss austauschbar ist und aus dem gewünschten geeigneten Material, vorzugsweise Wolfram, hergestellt werden kann.

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Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Schweissbrenners besteht das Gehäuse aus einem elektrisch isolierenden Material. Dadurch wird die Konstruktion des Schweissbrenners vereinfacht, wobei ausserdem bei etwaigem Gebrauch eines Schirms für die Zufuhr und Führung eines Schutzgases die elektrische Isolierung auf einfache Weise gewährleistet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die dargestellte Vorrichtung 101 enthält einen Schweissbrenner 103» der ein Gehäuse 105 aufweist, das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus Kunststoff besteht und mit einer Düse 111 versehen ist. Die Düse 111 besteht aus einem kupfernen Block, in dem eine Kammer 107 und eine Plasmaöffnung 113 eingespart sind. In der Düse 111 sind weiter noch Bohrungen 117, 119 und 121 angebracht, während das Gehäuse mit Bohrungen 123, 127 und 129 versehen ist. In der Bohrung 123 befindet sich eine nicht-abschmelzende Elektrode 125, die mittels eines Dichtungsringes und eines Gasverteilungsringes 133 in dem Gehäuse zentriert ist. Eine Gaszufuhrleitung 139 i^st durch Kanäle '\k'\ am Innenumfang der Bohrung 123 und des Gasverteilungsringes 133 mit der Kammer 107 verbunden.

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Die nicht-abschmelzende Elektrode 125 besteht aus einem kupfernen Halter 124 und einer vom Plasmabogen zu belastenden Wolframelektrode 126. Anschlüsse 120¹, 120'^! zum Zuführen bzw. Abführen von Kühlwasser sind mit weiter nicht dargestellten Kühlkanälen im Halter 12^ verbunden.

In den Bohrungen 117 der Düse und 127 des Gehäuses ist ein Kontaktrohr 115 angeordnet, das vorzugsweise aus Wolfram besteht. Mittels einer Schraubverbindung 1^3 sind das Gehäuse, die Düse und das Kontaktrohr auf einfache Weise mechanisch miteinander verbunden, wobei zugleich eine gute thermische und elektrische Kopplung zwischen Düse und Kontaktrohr gewährleistet isi;. In der Bohrung 119 befinden sich zwei konzentrische Rohre 155', 155'·. Anschlüsse 157', 157' ' für die Zu- und Abfuhr von Kühlwasser sind über diese Rohre 155't 155'' mit der Bohrung II9 in der Düse verbunden, welche Bohrung.als Kühlkammer wirksam ist. Ein OrRing I59 sorgt für die Abdichtung der Kühlkammer 119. Ein Anschluss I6I für die Zufuhr eines Schutzgases ist über Kanäle I63 und einen Ringkanal I65 mit einem Ringraum 167 verbunden, der zwischen dem Innenumfang eines Schirms 137 einerseits und dem Aussenumfang des Gehäuses 105 und der Düse 111 andererseits gebildet ist. Die Vorrichtung 101 enthält weiter noch eine erste Speisequelle 1^5 mit einem. Hochfrequenzgenerator

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sowie eine zweite Speisequelle 1^9· Mit 151 ist ein zu bearbeitendes Werkstück bezeichnet. Ein Schweissdraht 153 kann mittels Transportrollen 1?3> die von einem Elektromotor 175 mit regelbarer Geschwindigkeit angetrieben werden, zugeführt werden. Die nicht-abschmelzende Elektrode 125 ist mit einer Anschlussklemme 177 und das Kontaktrohr 115 mit einer Anschlussklemme 179 versehen.

Zum Schweissen des Werkstückes I5I wird durch den Anschluss 139 ein Plasmagas P, vorzugsweise ein Inertgas wie Argon, zugeführt, das durch die Kanäle 151 und die Kammer 107 in Richtung der Plasmaöffnung 113 strömt. Der von den Transportrollen 173 zugeführte Schweissdraht 153 wird durch das Kontaktrohr II5 zugeführt und durch die Bohrung 121 in der Düse und durch die Plasmaöffnung 113 in Richtung des Werkstücks I5I geführt. Zwischen der Wolframelektrode 126 und dem Werkstück 151 wird ein Plasmabogen gezündet, wobei die Elektrode 125 mittels des Anschlusskontaktes I77 und über den Hochfrequenzgenerator 147 an den einen Pol der Speisequelle 1^5 angeschlossen ist, deren anderer Pol mit dem Werkstück I5I verbunden ist.

Zwischen dem Werkstück 151 und den Schveissdraht 153 wird mittels der Speisequelle 1^9, deren einer Pol an das Werkstück I5I und deren anderer Pol an den Schweissdraht 153 über die Anschlussklemme

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auf dem Kontaktrohr 115 angeschlossen ist, ein MIG-Bogen unterhalten. Über den Anschluss 161 kann ein Schutzgas S, beispielsweise ein Argon-Kohlensäuregemischj zum Schütze der Schweisstelle vor Oxydation zugeführt werden. Die nicht-abschmelzende Elektrode 125 wird durch die Zirkulation von Kühlwasser W über die Anschlüsse 120' and 12O¹¹ gekühlt. Durch Umlaufen von Kühlwasser W in der Kühlkammer 119 über die Anschlüsse 157», 157'· wird die Düse 111 gekühlt. Durch die mechanische und thermische Kupplung der Düse und des Kontaktrohres 115 wird dadurch zugleich die Kühlung des Kontaktrohres gewährleistet.

Durch die gedrängte Konstruktion, die durch die erfindungsgemässen Massnahmen ermöglicht wird, konnte mit einer freien Länge L des Schweissdrahtes von lh mm geschweisst werden; dies im Gegensatz zu den bisher üblichen Schweissbrennern für Plasma-MIG-Schweissen, wobei nur mit einer minimalen freien Länge des Schweissdrahtes von etwa 26 mm geschweisst werden kann.

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Claims

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1. Vorrichtung zum Plasma-MIG-Schweissen,

welche Vorrichtung mit einem Schweissbrenner versehen ist, der ein Gehäuse mit einer Düse, einer niclit-abschmelzenden Elektrode, einem Kontaktrohr zum Zuführen und Führen einer abschmelzenden Elektrode und mit Mitteln zum Zuführen eines Plasmagases aufweist, sowie Mittel zum Transport der abschmelzenden Elektrode, wobei die nicht-abschmelzende Elektrode an eine erste Speisequelle und das Kontaktrohr an eine zweite Spoisequelle angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktrohr (115)und die Düse (ill) elektrisch miteinander verbunden sind, an denselben Pol der zweiten Speisequelle (1^9) angeschlossen sind und dasselbe elektrische Potential aufweisen.

2. Schweissbrenner zum Plasma-MIG- Schweissen mit einem Gehäuse mit einer Düse, einer nicht abschmelzenden Elektrode im Gehäuse, einem Kontaktrohr, einer Gaszufuhr und Mitteln zum elektrischen Anschluss der nicht-abschmelzenden Elektrode und des Kontaktrohres, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (ill) und das Kontaktrohr (115) thermisch, elektrisch und mechanisch ein Ganzes bilden.

3. Schweissbrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (ill) aus einem Kupfer-

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ORIGINAL INSPECTED

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block hergestellt ist, wobei das Kontaktrohr (115) als Einsatz ausgebildet ist.

4. Schweissbrenner nach Anspruch 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (105) aus einem elektrisch isolierenden Material besteht.

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