DE2711852A1 - METHOD AND DEVICE FOR WELDING IN A THERMAL IONIZED GAS - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR WELDING IN A THERMAL IONIZED GASInfo
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Description
PHN. 83*12 JW/AVDV PHN. 83 * 12 JW / AVDV
"Verfahren und Vorrichtung zum Schweissen in einem thermisch ionisierten Gas"."Process and device for welding in one thermally ionized gas ".
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schweissen in einem thermisch ionisierten Gas, wobei zwischen einer kontinuierlich zugeführten abschmelzenden Elektrode und einem Werkstück ein MIG-Bogen unterhalten wird und zwar in einem Gasplasma, das von einem Plasmabogen erzeugt wird, der zwischen einer nicht-abschmelzenden Plasmaelektrode und einer zweiten Elektrode in einem Gasstrom unterhalten wird.The invention relates to a method for welding in a thermally ionized gas, a MIG arc between a continuously fed consumable electrode and a workpiece is entertained in a gas plasma that is generated by a plasma arc between a non-consumable plasma electrode and a second electrode is maintained in a gas stream.
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Ein derartiges Verfahren, das als Plasma-MIG-Schweissverfahren bezeichnet wird, ist bereits aus der britischen Patentschrift 1.338.866 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird der Schweisstrom auf » die abschmelzende Elektrode stromaufwärts der Düse über ein Kontaktrohr übertragen, wobei derjenige Teil der abschmelzenden Elektrode, der sich in Höhe der Plasmaelektrode befindet, stromführend ist, wodurch eine elektromagnetische Wechselwirkung zwischen dem Gasplasma und der stromführenden abschmelzenden Elektrode auftritt. Diese Wechselwirkung kann zu Unstabilität des Plasmabogens führen. Diese Unstabilität kann zwei Aspekte haben und zwar:Such a process, known as a plasma MIG welding process is already known from British Patent 1,338,866. In this known method, the welding current is applied to the melting electrode upstream of the nozzle a contact tube transferred, with that part of the consumable electrode which is at the level of the plasma electrode is energized, creating an electromagnetic interaction between the gas plasma and the current-carrying consumable electrode occurs. This interaction can cause plasma arc instability to lead. This instability can have two aspects, namely:
a) eine Kontraktion des Gasplasmas um die abschmelzende Elektrode, wodurch die Spannung über dem Plasmabogen erhöht wird, was dadurch nachteilig ist, dass dann im allgemeinen über einen weniger steilen Teil der Kennlinie der Speisequelle für den Plasmabogen gearbeitet wird. Dies macht die kontinuierliche Aufrechterhaltung des Plasmabogens weniger zuverlässig.a) a contraction of the gas plasma around the consumable electrode, reducing the voltage across the plasma arc is increased, which is disadvantageous in that then generally over a less steep part of the characteristic curve the supply source for the plasma arc is being worked. This makes continuous maintenance of the plasma arc less reliable.
b) Das Hochkriechen des kontrahierten Gasplasmas längs der abschmelzenden Elektrode, was bei positiver Polarität der abschmelzenden Elektrode (gegenüber dem Werkstück) eine zusätzliche und unerwünschteb) The crawling up of the contracted gas plasma along the melting electrode, which occurs with positive Polarity of the consumable electrode (compared to the workpiece) is an additional and undesirable one
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PHN.8jΗ 2 7-1-77PHN.8 jΗ 2 7-1-77
Wärmeerzeugung bewirkt und Anlass sowie Einleitung sein kann zur Bildung einer Kathode (gegenüber der Plasmaelektrode) auf der abschmelzenden Elektrode, so dass der Plasmabogen dann vom Werkstück zur näherliegenden abschmelzenden Elektrode überspringen kann. Letzteres ist äusserst unerwünscht, da der normale Prozess dann nicht zufriedenstellend verläuft und meistens eine Störung in der Kontinuität des Prozesses auftritt.Generates heat and can be the cause and initiation of the formation of a cathode (opposite the Plasma electrode) on the melting electrode, so that the plasma arc then moves from the workpiece to the can skip closer melting electrode. The latter is extremely undesirable because the normal process then does not proceed satisfactorily and mostly a disturbance in the continuity of the Process occurs.
•jQ Bei dem bekannten Verfahren hat sich eine• jQ In the known method, a
Stabilität des Plasmabogens als durchaus möglich erwiesen bei negativer Polarität der Plasmaelektrode und der abschmelzenden Elektrode, insbesondere wenn eine Kathodenbildung auf der abschmelzenden Elektrode dadurch gefördert wird, dass dem Plasmagas etwas Sauerstoff beziehungsweise CO2, zugefügt wird. Der Plasmabogen ist aber nicht stabil, wenn die Potentiale des Kontaktröhres und der Plasmaelektrode nicht innerhalb relativ enger Grenzen aufeinander abgestimmt sind. Auch hier tritt leicht völliger oder teilweiser Stromübergang von der Plasmaelektrode zur abschmelzenden Elektrode statt zum Werkstück auf, was unerwünscht ist und meistens dadurch zu Störungen führt, dass der Plasmaboger) getrieben durch die elektromagnetischen Kräfte,The stability of the plasma arc has proven to be entirely possible with negative polarity of the plasma electrode and the consumable electrode, especially if cathode formation on the consumable electrode is promoted by adding some oxygen or CO 2 to the plasma gas. However, the plasma arc is not stable if the potentials of the contact tube and the plasma electrode are not matched to one another within relatively narrow limits. Here too, full or partial current transfer from the plasma electrode to the melting electrode instead of to the workpiece occurs, which is undesirable and usually leads to interference because the plasma arc, driven by the electromagnetic forces,
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-Λ- FlIN. 83*4 2-Λ- FlIN. 83 * 4 2
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sich weiter aufwärts begibt, und zwar zwischen die Plasmaelektrode und das Kontaktrohr, oder sogar soweit hochkriecht, dass diese Teile beschädigt werden, so dass meistens undichtigkeit entsteht.moves further up, between the plasma electrode and the contact tube, or even so far creeps up that these parts are damaged, so that mostly leaks occur.
Beim bekannten Verfahren mit Stromübertragung über ein Kontaktrohr befindet dieses sich über der Düse ausserhalb der Wirkungssphäre des Bogenplasmas und ist im allgemeinen sogar über-dem Ende der Plasmaelektrode angeordnet. Dies hat zur Folge, dass die frei herausragende Länge der abschmelzenden Elektrode, d.h. deren stromführender Teil zwischen dem Kontaktrohr und dem freien Ende, verhältnismässig gross ist, was in bestimmten Fällen nachteilig ist.In the known method with power transmission via a contact tube, this is located above the nozzle outside the sphere of action of the arc plasma and is generally even above the end of the plasma electrode arranged. This has the consequence that the freely protruding length of the consumable electrode, i.e. its current-carrying part between the contact tube and the free end, is relatively large, which is in disadvantageous in certain cases.
Die Erfindung bezweckt nun, diese NachteileThe invention now aims to address these disadvantages
1_ auszuschalten, das Plasma-MIG-Schweissverfahren zu 1 _ to switch off the plasma MIG welding process
verbessern und dessen Anwendungsbereich zu vergrössern.improve and enlarge its scope.
Dies wird nach der Erfindung im wesentlichen dadurch erreicht, dass der Schweissstrom stromabwärts der Plasmaelektrode auf die abschmelzende Elektrode übertragen wird.According to the invention, this is achieved essentially in that the welding current is downstream the plasma electrode is transferred to the consumable electrode.
Überraschenderweise hat es sich herausgestellt, dass die im Gasplasma erfolgende Stromübertragung aufdie abschmelzende Elektrode keinen nachteiligen Einfluss auf den Schweissvorgang ausübt.Surprisingly, it has been found that the current transfer taking place in the gas plasma does not have any adverse effect on the welding process on the consumable electrode.
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Im Gegenteil, sowohl bei positiver als bei negativer Polarität der Plasmaelektrode und der abschmelzenden Elektrode sind die erzielten Vorteile evident. Durch die erfindungsgemässe Massnähme wird erreicht, dass der Teil der abschmelzenden Elektrode im Bereich der Plasmaelektrode nicht stromführend ist und somit eine !Instabilität des Plasmabogens infolge der magnetischen Wechselwirkung zwischen dem Gasplasma und der abschmelzenden Elektrode vermieden wird. Dadurch ist es möglich,sowohl die Plasmaelektrode als die Führung für die abschmelzende Elektrode näher an der Düse anzuordnen und die frei herausragende Länge, d..h. den stromführenden Teil der abschmelzenden Elektrode, zu verkürzen.On the contrary, both with positive and negative polarity of the plasma electrode and the melting point Electrode, the advantages achieved are evident. The measure according to the invention ensures that the Part of the consumable electrode in the area of the plasma electrode is not current-carrying and is therefore a ! Instability of the plasma arc due to the magnetic interaction between the gas plasma and the melting point Electrode is avoided. This makes it possible to use both the plasma electrode and the guide for to arrange the consumable electrode closer to the nozzle and the freely protruding length, d..h. the live ones Part of the consumable electrode, to shorten.
Ein weiterer Vorteil tritt sehr deutlich in den Vordergrund, wenn mit negativer Polarität der Plasmaelektrode und der abschmelzenden Elektrode geschweisst wird. Sollte zwischen der Plasmaelektrode und der abschmelzenden Elektrode eine Entladung erfolgen, so hat diese Entladung nicht die Neigung, sich aufwärts zu bewegen. Im Gegenteil, die Entladung wird sich eher in Richtung des Werkstücks bewegen. Es ist nun sogar so, dass eine völlige oder teilweise Entladung zwischen der Plasmaelektrode und der abschmelzenden Elektrode auf stabile Weise erfolgt, wenn sich die SchweissverhaltnisseAnother advantage comes very clearly to the fore when using the negative polarity Plasma electrode and the consumable electrode is welded. Should be between the plasma electrode and the consumable electrode is discharged, this discharge does not tend to move upwards to move. On the contrary, the discharge will tend to move towards the workpiece. It is now even so that a total or partial discharge occurs between the plasma electrode and the consumable electrode stable way occurs when the welding conditions
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-ff- PHW. 83^*2 7.1.77 -ff- PHW. 83 ^ * 2 7.1.77
zufälligerweise oder absichtlich derart ändern, dass der Plasmabogen zwischen der Plasmaelektrode und dem Werkstück schwierig oder überhaupt nicht aufrechterhalten werden kann, während die Entladung zwischen deraccidentally or deliberately so that the plasma arc between the plasma electrode and the Workpiece difficult or impossible to maintain while discharging between the
\ abschmelzenden Elektrode und dem Werkstück beibehalten \ Melting electrode and the workpiece retained
wird. Dies kann beispielsweise dann auftreten, wenn der Arbeitsabstand zwischen dem Schweissbrenner und dem Werkstück bestimmte Grenzen überschreitet. Wenn der Arbeitsabstand wieder zur normale Länge zurückgebracht wird, wird der Plasmabogen zum Werkstück wieder spontan zünden. Dies ist ein grosser Vorteil, der insbesondere dann, wenn der Schweissbrenner von Jland geführt wird, von wesentlicher Bedeutung ist. Es ist möglich, weil eine Anodenbildung des Plasmabogens an der abschmelzenden Elektrode oder am Werkstück sehr leicht verläuft. Beim erfindungsgemässen Verfahren kann man dies voll ausnutzen, da die Entladung zwischen der Plasmaelektrode und der abschmelzenden Elektrode stabil ist. Es ist ein grosser Vorteil, dass der Plasmabogen beim Schweissen nicht durch irgendeine Störung abreissen kann, was beim bekannten Verfahren manchmal auftreten kann. Ausserdem hat sich herausgestellt, dass es beim erfindungsgemässen Verfahren nicht mehr notwendig ist, die Potentiale der abschmelzenden Elektrode und der Plasmaelektrode so genau aufeinanderwill. This can occur, for example, when the working distance between the welding torch and the Workpiece exceeds certain limits. When the working distance is brought back to normal length the plasma arc to the workpiece will spontaneously ignite again. This is a great advantage in particular when the welding torch is supplied by Jland, is essential. It is possible because the plasma arc forms an anode at the melting point Electrode or on the workpiece runs very easily. At the according to the invention one can take full advantage of this, since the discharge between the plasma electrode and the consumable electrode is stable. It's a big one The advantage that the plasma arc cannot be torn off due to any disturbance during welding, which is the case with the known Procedures can sometimes occur. Also has found that it is no longer necessary in the process according to the invention, the potentials of the melting Electrode and the plasma electrode so exactly on each other
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abzustimmen, dass. Störungen vermieden bzw. ein befriedigend verlaufender Schweissvorgang erhalten wird. Der Kennliniebereich, in dem eine befriedigende Materialübergang erfolgt, ist grosser. Wahrscheinlich ist dies der nun möglichen kurzen frei herausragenden Länge der abschmelzenden Elektrode zuzuschreiben, wodurch ein Spannungsgradient an der abschmelzenden Elektrode in geringerem Masse auftritt.to agree that. Disturbances are avoided or a satisfactory welding process is obtained. The range of characteristics in which a satisfactory material transition occurs is larger. Probably is this attributable to the now possible short freely protruding length of the consumable electrode, whereby a voltage gradient at the consumable electrode occurs to a lesser extent.
Bei positiver Polarität der Plasmaelektrode und der abschmelzenden Elektrode kann die kurze herausragende Länge des Schweissdrahtes von Bedeutung sein, weil damit grössere Einbrandtiefen 'fles Werkstücks möglich sind als bei grosser herausragender Länge des Drahtes. Die beim bekannten Verfahren auftretende Rotation des MIG-Bogens erfolgt nun ab einer höheren Uebergangsstromstärke des Schweissstromes, wobei unterhalb dieser Uebergangsstromstärke auch höhere Schweissströme bei gleicher Abschmelzgeschwindigkeit möglich sind und zwar durch die verringerte Widerstandserhitzung der abschmelzenden Elektrode und durch eine geringere Erhitzung im Gasplasma. Eine derartige Stabilisierung des Plasmabogens, wie sie bei negativer Polarität auftritt, erfolgt nicht bei positiver Polarität, aber es ist oft möglich, die Lage der Plasmaelektrode gegenüberWith positive polarity of the plasma electrode and the consumable electrode, the short protruding The length of the welding wire can be important because it means greater penetration depths of the workpiece are possible than with a large protruding length of the wire. The one occurring in the known method Rotation of the MIG arc now takes place from a higher transition current strength of the welding current, whereby below With this transition amperage, higher welding currents are also possible with the same melting rate are due to the reduced resistance heating the melting electrode and less heating in the gas plasma. Such a stabilization of the plasma arc, as it occurs with negative polarity, does not occur with positive polarity, but it is often possible to position the plasma electrode opposite
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der Plasmaöffnung günstiger zu wählen, wobei ein kleinerer Abstand zwischen der Plasmaelektrode und der abschmelzenden Tlektrode nicht zu Störungen führt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemassen Verfahrens wird der Schweissstrom auf die abschmelzende Elektrode über eine Kontaktstelle tibertragen, welche sich in einer thermisch ionisierten Gasatmosphäre befindet. Eine solche offene Kontaktstelle, die von einem Gasplasma umspült wird, weist bessere Stromübertragungseigenschaften auf als eine geschlossene Kontaktstelle, wie dies bei einem Kontaktrohr oder einem Kontaktring der Fall ist.to choose the plasma opening more favorable, wherein a smaller distance between the plasma electrode and the melting electrode does not lead to interference. In a preferred embodiment of the erf indungsgemassen method of the welding current is discharged to the tiber consumable electrode via a contact point, which is located in a thermally ionized gas atmosphere. Such an open contact point, which is surrounded by a gas plasma, has better current transmission properties than a closed contact point, as is the case with a contact tube or a contact ring.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, wobei der Gasstrom durch die Plasmaöffnung einer Düse geführt wird, wird die abschmelzende Elektrode mit der Düse in Berührung gebracht und der Schweissstrom über die Düse auf die abschmelzende Elektrode übertragen. In a preferred embodiment, wherein the gas stream is passed through the plasma port of a die, the consumable electrode is brought into contact with the nozzle and transfer of welding current through the nozzle to the consumable electrode.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf The invention also relates to
einen Schweissbrenner zum Durchführen des Verfahrens. a welding torch to carry out the process.
Dieser Schweissbrenner weist auf an sich bekannte Weise ein Gehäuse auf mit einer nicht-abschmelzenden Plasmaelektrode, mit einer Drahtführung und mit einem Anschluss zum Zuführen eines Plasmagases; dieser Schweissbrenner ist nach der Erfindung gekennzeichnet durch einIn a manner known per se, this welding torch has a housing with a non-melting plasma electrode, with a wire guide and with a connection for supplying a plasma gas; this welding torch is characterized according to the invention by a
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Kontaktelement mit einer Kontaktfläche, die stromabwärts der Plasmaelektrode liegt, sich mindestens teilweise parallel zur Mittellinie der Drahtführung erstreckt und diese Mittellinie nahezu berührt.Contact element with a contact surface that is downstream of the plasma electrode, extends at least partially parallel to the center line of the wire guide and almost touches this center line.
Als Kontaktelement kann jedes Element wirksam sein, sofern es gut gekühlt ist, so dass es die Kombination der Wärmeerzeugung durch den Stromübergang und durch Wärmeübertragung aus dem Gasplasma ertragen kann.As a contact element, any element can be effective, provided it is well cooled so that it the Combination of heat generation by current transfer and by heat transfer from the gas plasma can.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungs-A preferred embodiment of the invention
gemässen Schweissbrenners ist gekennzeichnet durch eine Düse mit einer Plasmaöffnung, die aj.s Kontaktelement ausgebildet ist, wobei die Drahtführung gegenüber der Plasmaöffnung exzentrisch angeordnet ist und die Mittellinie der Drahtführung sich nahezu tangential zum Umfang der Plasmaöffnung erstreckt. Die Düse eignet sich durchaus als Kontaktelement, weil sie meistens gut gekühlt ist. Bei dieser Ausfuhrungsform kann die Plasmaöffnung kreisförmig oder oval ausgebildet sein. *" Es hat sich herausgestellt, dass dieaccording to the welding torch is marked by a Nozzle with a plasma opening, the aj.s contact element is formed, wherein the wire guide is arranged eccentrically with respect to the plasma opening and the The center line of the wire guide extends almost tangentially to the circumference of the plasma opening. The nozzle is suitable as a contact element because it is usually well cooled. In this embodiment, the plasma opening be circular or oval. * "It turned out that the
asymmetrische Anordnung der Drahtführung gegenüber der Düse keinen nachteiligen Einfluss auf den Verlauf des SchweissVorgangs hat.Das Gasplasma wird durch das elektromagnetische Feld des stromführenden Teils der abschmelzenden Elektrode ausserhalb der Düse um diesen frei herausragenden Teil symmetrisch verteilt.asymmetrical arrangement of the wire guide opposite the nozzle has no adverse effect on the welding process electromagnetic field of the current-carrying part of the consumable electrode outside the nozzle around this freely protruding part symmetrically distributed.
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Ein weiterer Vorteil der Verwendung der Düse als Kontaktelement ist, dass die Zufuhr des Schweissstromes zur Kontaktstelle auf der Düse über die Wand des Gehäuses des Brenners erfolgt. Dadurch wird kein oder > ein nur schwaches magnetisches Feld infolge der ZufuhrAnother advantage of using the nozzle as a contact element is that the welding current is supplied to the point of contact on the nozzle via the wall of the burner housing. This results in no or > only a weak magnetic field as a result of the supply
des Stromes zur abschmelzenden Elektrode im Innern des Gehäuses herrschen, wo sich die Plasmaelektrode befindet, so dass derjenige Teil des Plasmabogens, der sich in dem Brenner befindet, auf minimale Weise von dem Strom durch die abschmelzende Elektrode beeinflusst wird.of the current to the melting electrode prevail inside the housing, where the plasma electrode is located, so that that part of the plasma arc that is in the torch is exposed to the current in a minimal way is influenced by the melting electrode.
Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemässen Schweissbrenners ist gekennzeichnet durch eine Düse mit einer Plasmaöffnung, welche Düse als Plasmaelektrode ausgebildet ist, wobei das Kontakt element stromabwärts der Düse angeordnet ist. Durch diese Massnahme liegt das Kontaktelement verhältnismässig nahe beim Werkstück, wodurch der stromführende Teil der abschmelzenden Elektrode und folglich die herausragende Länge äusserst kurz sind.Another embodiment of the invention Welding torch is characterized by a nozzle with a plasma opening, which nozzle acts as a plasma electrode is formed, wherein the contact element is arranged downstream of the nozzle. Through this measure the contact element is relatively close to the workpiece, whereby the current-carrying part of the melting point Electrode and consequently the protruding length are extremely short.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemässen Verfahrens, welche Vorrichtung eine nicht-abschmelzende Plasmaelektrode, eine Drahtführung, Mittel zum Zuführen eines Plasmagases und eine Speisequolle aufweist, an die die Plasmaelektrode angeschlossen ist. Diese VorrichtungThe invention also relates to a device for carrying out the inventive Method, which device is a non-consumable Plasma electrode, a wire guide, means for supplying a plasma gas and a feed source to which the plasma electrode is connected. This device
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ist nach der Erfindung gekennzeichnet durch ein Kontaktelement mit einer Kontaktfläche, die stromabwärts der Plasmaelektrode liegt, wobei das Kontaktelement an eine zweite Speisequelle angeschlossen ist und wobei die Kontaktfläche sich mindestens teilweise parallel zur Mittellinie der Drahtführung erstreckt und diese Mittellinie nahezu berührt.is characterized according to the invention by a contact element with a contact surface which is downstream of the plasma electrode, the contact element being connected to a second supply source is and wherein the contact surface is at least partially parallel to the center line of the Wire guide extends and this center line almost touches.
Bei einer bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung, die mit einer Düse mit einer Plasmaöffnung versehen ist, ist die Düse an die zweite Speisequelle angeschlossen, wobei die Mittellinie der Drahtführung sich nahezu tangential zum Umfang der Plasmaöffnung erstreckt. Durch Verwendung der Düse als Kontaktelement ist das Anordnen gesonderter Kontaktraittel nicht notwendig. Mit dieser Vorrichtung kann mit einem übertragenen sowie einem nichtübertragenen Plasmabogen geschweisst werden; der übertragene Plasmabogen wird zwischen der Plasmaelektrode und einem Werkstück unterhalten; der nichtübertragene Plasmabogen wird zwischen der Plasmaelektrode und einer komplementären Elektrode, anders als das Werkstück, unterhalten; dabei kann als komplementäre Elektrode beispielsweise die Düse, eine Ringelektrode stromaufwärts oder stromabwärts der Düse oder aber eine Stabelektrode im Gehäuse dienen.In a preferred embodiment of the device according to the invention, which has a nozzle is provided with a plasma opening, the nozzle is connected to the second supply source, the The center line of the wire guide extends almost tangentially to the circumference of the plasma opening. By using With the nozzle as a contact element, it is not necessary to arrange separate contact rails. With this device can be welded with a transferred as well as a non-transferred plasma arc; the transferred Plasma arc is maintained between the plasma electrode and a workpiece; the non-transmitted plasma arc is maintained between the plasma electrode and a complementary electrode other than the workpiece; included For example, the nozzle, a ring electrode upstream or downstream of the nozzle can be used as the complementary electrode or a stick electrode in the housing can be used.
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PHN.8342 7.1.77PHN.8342 7.1.77
Bei einer bevorzugten Ausführungsforra der erfindungsgemässen Vorrichtung sind die beiden Speisequellen in Reihe geschaltet, wobei die Düse zugleich mit der ersten Speisequelle verbunden ist, während an die zweite Speisequelle ein Schalter angeschlossen ist. Durch diese Massnahme ist es möglich, den Schweissprozess auf einfache Weise dadurch zu starten, dass zunächst ein nicht übertragener Plasmabogen gezündet wird, und dass danach, nach dem spontanen Zünden des MIG-Bogens, mit einem übertragenen Plasmabogen geschweisst wird. In a preferred embodiment of the device according to the invention, the two supply sources are connected in series, the nozzle being connected at the same time to the first supply source, while a switch is connected to the second supply source. By this measure it is possible to start the welding process in a simple manner in that first a non-transferred plasma arc is ignited, and that thereafter, according to the spontaneous ignition of the MIG arc, is welded with a transferred plasma arc.
Eine einfachere und preisgünstigere A simpler and cheaper one
Vorrichtung wird bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform dadurch erhalten, dass die erste Speisequelle durch einen Transformator gebildet wird, wobei die Düse mit einer Hilfselektrode versehen ist. In another preferred embodiment, the device is obtained in that the first supply source is formed by a transformer, the nozzle being provided with an auxiliary electrode.
Eine weitere bevorzugte AusführungsformAnother preferred embodiment
der erfindungsgemässen Vorrichtung, die mit einer Düse mit einer Plasmaöffnung versehen ist, weist das Kennzeichen auf, dass das Kontaktelement stromabwärts der Düse angeordnet ist. Durch die Tatsache, dass das Kontaktelement einfach zwischen Düse und Werkstück vorgesehen ist, kann mit extrem kurzen herausragenden Langen des Schweissdrahtes geschweisst werden. the device according to the invention, which is provided with a nozzle with a plasma opening, is characterized in that the contact element is arranged downstream of the nozzle. Due to the fact that the contact element is simply provided between the nozzle and the workpiece, welding can be carried out with extremely short, protruding lengths of the welding wire.
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AiAi
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Eine selir gedrängte und einfache Vorrichtung wird dadurch erhalton,dass bei einer weiteren Ausführungsform die Düse an die erste Speisequelle angeschlossen und folglich als nichtabschmelzende Plasmaelektrode wirksam ist; eine gesonderte Plasmaelektrode kann dadurch entfallen.A compact and simple device is obtained in that in a further embodiment the nozzle is connected to the first supply source and consequently acts as a non-melting plasma electrode is; a separate plasma electrode can thus be omitted.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sindEmbodiments of the invention are
in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:shown in the drawings and are described in more detail below. Show it:
IQ Figure 1 eine praktische AusführungsformIQ Figure 1 a practical embodiment
der erfindungsgemässen Vorrichtung,the device according to the invention,
Figuren 2 bis 5 schematisph weitere Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung.FIGS. 2 to 5 schematically show further embodiments of the device according to the invention.
In den Figuren sind entsprechende Elemente mit dengleichen Bezugszeichen angegegeben.Corresponding elements are shown in the figures given with the same reference numerals.
Figure 1 zeigt eine Vorrichtung 1 mit einem Schweissbrenner 3, wobei eine nicht-abschmelzende Plasmaelektrode 5 und eine Drahtftihrung 15 auf beiden Seiten der Mittellinie T im Gehäuse 21 des Schweissbrenners angeordnet sind. Das Gehäuse 21 ist mit einer Düse 11 mit einer Plasraaöffnung 13 und mit Anschlüssen zum Zuführen eines inerten Gases A versehen. Durch Anschlüsse 27 in einem Schirm 25 kann ein Schutzgas S zugeführt werden. Die Plasmaelektrode 5» die imFigure 1 shows a device 1 with a welding torch 3, with a non-consumable Plasma electrode 5 and a wire guide 15 on both sides of the center line T in the housing 21 of the welding torch are arranged. The housing 21 is provided with a nozzle 11 with a plasma opening 13 and with connections for supplying an inert gas A is provided. A protective gas S are fed. The plasma electrode 5 »the im
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betreffenden Ausführungsbeispiel aus Wolfram besteht, ist an einem kupfernen Halter 29 angeordnet, der durch Kühlwasseranschlüsse 31 und 33 und weiter nicht dargestellte Kühlkanäle gekühlt wird. Auf herkömmliche ) Weise sind die Düse 11 und das Gehäuse 21 mit Kühlkanälen versehen. Der Elektrodenhalter 29 kann mittels einer Anschlussklemme 35 über einen HF-Generator 7 mit einem der Pole einer ersten Speisequelle 9 verbunden werden, wobei der andere Pol mit einem Werkstück V verbunden ist. Mittels einer Anschlussklemme 37 kann die Düse 11 mit einem der Pole einer zweiten Speisequelle 19 verbunden werden, deren anderer Pol an das Werkstück W angeschlossen ist. Der Halter 29 ist gegenüber dem Gehäuse 21 isoliert und zwar mittels eines Einsatzes aus Kunststoff. Der Transport eines abzuschmelzenden Schweissdrahts 17 erfolgt durch Rollen 41, die mit regelbarer Geschwindigkeit von einem Motor Ό angetrieben werden. Die Drahtführung 15 ist derart gegenüber der Düse 11 angeordnet, dass die Mittellinie Y der Drahtführung den Innenumfang 4 5 der Düse 11, die die Plasmaöffnung 13 begrenzt, nahezu berührt, so dass der Schweissdraht 17 am Innenumfang kj der Düse entlanggleitet, die als Kontaktelement zum Uebertragen des Schweissstromes auf den Schweissdraht dient.The relevant embodiment consists of tungsten, is arranged on a copper holder 29, which is cooled by cooling water connections 31 and 33 and cooling channels, not shown further. In a conventional) manner, the nozzle 11 and the housing 21 are provided with cooling channels. The electrode holder 29 can be connected to one of the poles of a first supply source 9 by means of a connection terminal 35 via an HF generator 7, the other pole being connected to a workpiece V. The nozzle 11 can be connected to one of the poles of a second supply source 19, the other pole of which is connected to the workpiece W, by means of a connecting terminal 37. The holder 29 is isolated from the housing 21 by means of an insert made of plastic. A welding wire 17 to be melted is transported by rollers 41 which are driven by a motor Ό at a controllable speed. The wire guide 15 is arranged opposite the nozzle 11 in such a way that the center line Y of the wire guide almost touches the inner circumference 4 5 of the nozzle 11, which delimits the plasma opening 13, so that the welding wire 17 slides along the inner circumference kj of the nozzle, which acts as a contact element for The welding current is transmitted to the welding wire.
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PIIN. 82l 7.1.77PIIN. 82 l 7.1.77
Es lässt sich mit positiver oder negativer Polarität des Schweissdrahtes, der Düse und der Plasmaelektrode schweissen, wenn nur die Polarität dieselbe ist. Ein übertragener Plasrnabogen P zwischen der Plasmaelektrode 5 und dem Werkstück W wird mit Hilfe einer Hochf requoiizent ladung gezündet und durch die Speisequelle 9 unterhalten. Danach kann der Schweissdraht 17 zugeführt werden. Nach dem Zünden eines MIG-Bogens M zwischen dem Schweissdraht und dem Werkstück wird der Schweissdraht von der Speisequelle 19 auf einem geeigneten Potential gehalten.It can be done with positive or negative polarity of the welding wire, the nozzle and the plasma electrode weld if only the polarity is the same. A transferred plasma arc P between the plasma electrode 5 and the workpiece W is ignited with the aid of a high-frequency charge and through maintain the source of supply 9. The welding wire 17 can then be fed. After ignition A MIG arc M between the welding wire and the workpiece is the welding wire from the supply source 19 held at a suitable potential.
Ein Vorteil der positiven Polarität gegenüber der negativen Polarität ist, dass der Schweissprozess in einem hohen Stromgebiet, beispielsweise über 225 A ruhiger verlauft.Vorteil der negativen Polarität gegenüber der positiven Polarität ist, dass die Stabilität des Plasmabogens gewährleistet ist, solange die elektrische Entladung des Schweissdrahtes zum Werkstück hin erfolgt; ein weiterer Vorteil für bestimmte Fälle ist, dass der Materialübergang das Schmelzbad weniger stört und dass der kombinierte Bogen auf dem Schmelzbad gleichmässiger verteilt ist und dadurch auch weniger störend auf die Oberfläche der Schweissstelle einwirkt.One advantage of the positive polarity over the negative polarity is that the welding process runs quieter in a high current area, for example above 225 A. Advantage of the negative polarity compared to the positive polarity is that the stability of the plasma arc is guaranteed as long as the welding wire is electrically discharged towards the workpiece; another benefit for certain cases is that the material transition disturbs the weld pool less and that the combined arc is more evenly distributed on the weld pool and therefore less disruptive to the surface of the The welding point.
709840/0778709840/0778
-\β- ΡΗΝ.83Ί2 - \ β- ΡΗΝ.83Ί2
7.1.777.1.77
Bei beiden Polaritäten ist es möglich, mit einem nichtübertragenen Plasinabogen zwischen der Plasmaelektrode
5 und der Düse 11 zu schweissen. Dazu reicht es aus, die Speisequelle 9 für den Plasmabogen mittels
• einer Anschlussklemme ^7 mit der Düse 11 statt mit dem
Anschluss auf dem Werkstück W zu verbinden, so dass die beiden Speisequellen 9 und I9 in Reihe geschaltet sind.
Es kann vorteilhaft sein, dass der Plasmabogen völlig unabhängig vom Werkstück ist.
Bei dieser letzten Ausführungsform mit einem nichtübertragenen Plasmabogen zwischen der Plasmaelektrode
und der Düse liefert das einfache Anbringen eines Schalters ^9 zwischen dem Werkstück W und der
zweiten Speisequelle 19 für den MIG-Bogen M wesentliche
Vorteile. Bei geöffneten Schalter ^9 wird ein nicht zum Verkstück W übertragener Plasmabogen zwischen der
Plasmaelektrode 5 und der Düse 11 gezündet. Zu Beginn der Schweissdrahtzufuhr wird der Schalter ^9 geschlossen,
um die Verbindung Werkstück-Speisequelle 19-Düse-Schweissdraht herzustellen und den Schweissdraht auf
das geeignete Potential gegenüber dem Werkstück zu bringen, Dadurch ist nun auch die Plasmaelektrode auf ein höheres
Potential gegenüber dem Werkstück gebracht. Die Folge des letzteren ist, dass der von der'Plasmaelektrode 5With both polarities it is possible to weld with a non-transferred plasma arc between the plasma electrode 5 and the nozzle 11. For this purpose, it is sufficient to connect the supply source 9 for the plasma arc using a connection terminal ^ 7 with the nozzle 11 instead of with the connection on the workpiece W, so that the two supply sources 9 and I9 are connected in series. It can be advantageous that the plasma arc is completely independent of the workpiece.
In this last embodiment with a non-transmitted plasma arc between the plasma electrode and the nozzle, the simple attachment of a switch ^ 9 between the workpiece W and the second supply source 19 for the MIG arc M provides significant advantages. When the switch ^ 9 is open, a plasma arc not transmitted to the wedge W is ignited between the plasma electrode 5 and the nozzle 11. At the beginning of the welding wire feed, the switch ^ 9 is closed in order to establish the connection between the workpiece and the supply source 19-nozzle-welding wire and to bring the welding wire to the appropriate potential in relation to the workpiece. This brings the plasma electrode to a higher potential in relation to the workpiece . The consequence of the latter is that the 'plasma electrode 5
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PHN. 83^2 7.1.77PHN. 83 ^ 2 7.1.77
ausgehende Plasinabogen von der Düse 1 1 zum Werkstück W überspringt und dass die Entladung des Schweissdrahtes 17 zum Werkstück W unmittelbar eingeleitet wird. Bei Beeindigung der Drahtzufuhr und Unterbrechung des Schalters ^9 geht der Plasmabogen zwangsläufig in die nichtübertragene Form zwischen der Plasmaelektrode und der Düse 11 zurück. Die Vorrichtung ist dann wieder zum neuen Starten des Schweissprozesses bereit, so dass ein Zünden des Plasmas mit Hilfe einer Hochfrequenzentladung dann weiter nicht mehr notwendig ist.outgoing plasma arc from the nozzle 1 1 to the workpiece W skips and that the discharge of the welding wire 17 to the workpiece W is initiated immediately will. When the wire feed is terminated and the switch ^ 9 is interrupted, the plasma arc inevitably switches to returns the untransferred shape between the plasma electrode and the nozzle 11. The device is then again ready to restart the welding process, so that the plasma is ignited with the aid of a high-frequency discharge then it is no longer necessary.
Wie in Figur 2 dargestellt, kann bei der bereits beschriebenen Ausführungsfoxm mit einem nichtübertragenen Plasmabogen zwischen der Plasmaelektrode und der Düse 11 über die Anschlussklemme ^7 die Düse auf an sich bekannte Weise auch durch eine zweite Plasmaelektrode 51 im Gehäuse 21 ersetzt werden, wobei der nichtübertragene Plasmabogen dann zwischen den beiden Plasmaelektroden 5 und 51 unterhalten wird. Wenn die beiden Plasmaelektroden 5 und 5I aus Wolfram bestehen, kann die Speisequelle 9 aus einem Transformator bestehen. Wenn eine dritte Speisequelle 53 mit einer der beiden Plasmaelektroden verbunden und über einen Schalter 55 an das Werkstück W angeschlossen wird, wird die Stabilität des Plasmabogens zwischen derAs shown in FIG. 2, in the case of the embodiment already described, a non-transmitted plasma arc can be used between the plasma electrode and the nozzle 11 via the connection terminal ^ 7 the nozzle can also be replaced in a manner known per se by a second plasma electrode 51 in the housing 21, with the non-transmitted plasma arc is then maintained between the two plasma electrodes 5 and 51. If the two plasma electrodes 5 and 5I made of tungsten consist, the supply source 9 can consist of a transformer exist. If a third supply source 53 is connected to one of the two plasma electrodes and via a Switch 55 is connected to the workpiece W, the stability of the plasma arc between the
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-λ/r- ?iiN. 03'< 2 -λ / r- ? iiN. 03 '<2
7.1.777.1.77
Plasmaelektrode 5 und dem Werkstück W durch gleichzeitiges Vorhandensein des nicht zum Werkstück übertragenen Plasmabogens zwischen den beiden Plasma- elektroden 5 und 51 im Gehäuse 21 gewährleistet. Plasma electrode 5 and the workpiece W ensured by the simultaneous presence of the plasma arc not transferred to the workpiece between the two plasma electrodes 5 and 51 in the housing 21.
Wenn nämlich infolge einer Störung beim Schweissen der Plasmabogen zum Werkstück erlöschen würde, würde er unmittelbar wieder gezündet werden und zwar von dem thermisch ionisierten Gasstrom, der vom Plasmabogen zwischen den beiden Plasmaelektroden erzeugt wird, welcher Plasmabogen vom Werkstück unabhängig ist. If the plasma arc to the workpiece were to be extinguished as a result of a disturbance during welding, it would be re-ignited immediately by the thermally ionized gas flow generated by the plasma arc between the two plasma electrodes, which plasma arc is independent of the workpiece.
Normalerweise wird mit Gleichstrom sowohlUsually DC is used with both
für den Schweissdraht als für den Plasmastrom geschweisst. welded for the welding wire than for the plasma flow.
·. Die in Figur 1 gestrichelt dargestellte Ausführungsform ·. The embodiment shown in dashed lines in FIG
mit den zwei Speisequellen 9 und 19» die in Reihe geschaltet sind, und mit dem Schalter *»9· » kann einfacher und billiger dadurch ausgebildet werden, dass der Gleichrichter der ersten Speisequelle 9 durch einen billigeren Transformator 57 ersetzt wird; dabei ist auf der Innenseite der Düse 11 eine Hilfselektrode aus Wolfram vorgesehen. Diese in Figur 3 dargestellte Ausführungsform funktioniert wie folgt: with the two supply sources 9 and 19 », which are connected in series, and with the switch *» 9 · »can be designed more simply and cheaply by replacing the rectifier of the first supply source 9 with a cheaper transformer 57; an auxiliary electrode made of tungsten is provided on the inside of the nozzle 11. This embodiment shown in Figure 3 works as follows:
Mit Hilfe einer kurzen Hochfrequenzentladung wird ein nichtübertragener Wechselstrombogen zwischen der Plasmaelektrode 5 und der Hilfselektrode 59 gezündet. A non-transmitted alternating current arc between the plasma electrode 5 and the auxiliary electrode 59 is ignited with the aid of a brief high-frequency discharge.
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PHN.83^2 7.1 .77PHN.83 ^ 2 7.1 .77
27Π85227Π852
Da von zwei VoIframelektroden die Rede ist, kann der Wechselstrombogen weiter ohne Hochfrequenzentladung vom Transformator 57 unterhalten werden. Durch den Argongasstrom, der in das Gehäuse 21 geführt wird, wird das Bogenplasma von der Düse 11 zum Werkstück W geblasen. Die Vorrichtung ist dann zum Starten des Plasma-MIG-Prozesses ohne weitere HF-Entladung bereit. Dazu wird der Vorschub des Schweissdrahtes 17 gestaret, der an der Düse entlang streift, und gleichzeitig wird der Schalter J»9 geschlossen. Der Schwei ssdraht 17 ist dann über die Düse 11 mit dem positiven Pol der Gleichstromquelle 19 verbunden, deren negativer Pol mit dem Werkstück W verbunden ist. Es hat sich herausgestellt, dass unmittelbar nach dem Schliessen des Schalters k') zwischen der Elektrode 5 und dem Werkstück W ein'übertragener Plasmabogen gebildet wird und dass die Entladung des Schweissdrahtes 17 darin unmittelbar zündet und weiter unterhalten wird. Wenn die Gleichstromentladung des Schweissdrahtes 17 einmel gezündet ist, ist auf dem Werkstück W ständig eine Kathode vorhanden, wodurch die Entladung der Plasmaelektrode 5 zum Werkstück W in der positiven Periode immer leicht zündet.Since we are talking about two full-frame electrodes, the alternating current arc can continue to be maintained by the transformer 57 without high-frequency discharge. The arc plasma is blown from the nozzle 11 to the workpiece W by the argon gas flow which is fed into the housing 21. The device is then ready to start the plasma MIG process without further RF discharge. For this purpose, the advance of the welding wire 17 is started, which brushes along the nozzle, and at the same time the switch J »9 is closed. The welding wire 17 is then connected via the nozzle 11 to the positive pole of the direct current source 19, the negative pole of which is connected to the workpiece W. It has been found that immediately after the switch k ') is closed, a transferred plasma arc is formed between the electrode 5 and the workpiece W and that the discharge of the welding wire 17 immediately ignites and continues to be maintained. When the direct current discharge of the welding wire 17 is ignited, a cathode is always present on the workpiece W, whereby the discharge of the plasma electrode 5 to the workpiece W always ignites slightly in the positive period.
In der negativen Periodd der Plasmaelektrode steht der Plasmabogen immer zwischen der PlasmaelektrodeIn the negative period of the plasma electrode, the plasma arc is always between the plasma electrode
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PHN. 83'42 T. 1 -77PHN. 83'42 T. 1 -77
und der Düse. Es ist überraschend, dass die Zündung des übertragenen Plasmabogens zu Beginn so einwandfrei verläuft, da dabei ein Kathodeflecken auf dem Werkstück gebildet werden muss. Das Vorhandensein des thermisch » ionisierten Gases des nichtübertragenen Plasmabogens and the nozzle. It is surprising that the ignition of the transferred plasma arc proceeds so perfectly at the beginning, since a cathode spot has to be formed on the workpiece. The presence of the thermally ionized gas of the non-transmitted plasma arc
und die Erhöhung des Potentials der Plasmaelektrode in der positiven Periode mit der Spannung der Gleichstromquelle 19 reicht dazu offenbar aus. Trotz der Tatsache, dass nur die Hälfte des Plasmastromes zum Werkstück geht, so dass die Erhitzung der Schweissstelle geringer ist als bei einem Gleichstromplasmabogen ist der Unterschied im Schweissresultat gering. Beim Beenden des Drahtvorschubes und beim Oeffnen des Schalters k9 gibt es nachwie vor einen nicht übertragenen Wechselstromplasmabogen, in dem ohne weiteres neu gestartet werden kann, and the increase in the potential of the plasma electrode in the positive period with the voltage of the direct current source 19 is obviously sufficient for this. Despite the fact that only half of the plasma current goes to the workpiece, so that the heating of the weld zone is less than in a DC plasma arc welding, the difference in the result is low. When the wire feed is ended and the switch k9 is opened, there is still a non-transmitted alternating current plasma arc, in which it is possible to restart without further ado,
Mit all diesen Schaltungsanordnungen sind With all of these circuit arrangements are
erfolgreiche Schweissversuche mit Drahtströmen zwischen 50 A und 500 A und Plasmaströmen zwischen 50 A und 300 A durchgeführt worden. Schweissdrähte aus weichem Stahl, rostfrestem Stahl, Kupfer und Aluminium wurden mit Durchmessern zwischen 1,6 bis 0,9 mm verschweisst. successful welding tests with wire currents between 50 A and 500 A and plasma currents between 50 A and 300 A have been carried out. Welding wires made of soft steel, stainless steel, copper and aluminum were welded with diameters between 1.6 and 0.9 mm.
Figur h zeigt eine Ausführungsform, wobeiFigure h shows an embodiment, wherein
zwischen der Düse 11 und dem Werkstück W ein gesondertes Kontaktelement 61 vorgesehen ist, das an die zweitea separate contact element 61 is provided between the nozzle 11 and the workpiece W , which is connected to the second
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7.1.777.1.77
Speisequellc 19 angeschlossen ist. Das Kontaktelemeiit ist mit einer Kontaktfläche 63 versehen, die sich parallel zur Mittellinie Y der Dralitführung I5 erstreckt; das Kontaktel emctit ist derart angeordnet, dass die Kontaktfläche 63 die Mittellinie Y nahezu berührt.Feed source 19 is connected. The contact element is provided with a contact surface 63, which extends parallel to the center line Y of the twist guide I5; the contact emctit is arranged such that the Contact surface 63 almost touches the center line Y.
Dei dieser Ausführungsform ist die frei herausragende Länge L des Schweissdrahtes, d.h. der stromführende Teil zwischen dem Kontaktelement 63 und dem freien Ende des Schweissdrahtes 17, äusserst kurz. Das Kontaktelement Ί0 soll gut gekühlt werden und kann dazu mit weiter nicht dargestellten Kühlkaiiälen versehen werden.This embodiment is the freely protruding one Length L of the welding wire, i.e. the live part between the contact element 63 and the free end of the welding wire 17, extremely short. The contact element Ί0 should be well cooled and can be provided with cooling channels, not shown.
Die in Figur 5 dargestellte Ausführungsform ist mit einem Kontaktelement 71 verseilen, das aus einem wassergekühlten kupfernen Halter 75 und einem Wolf rarnt ei 1 „ 77 mit einer Kontaktfläche 73 besteht. Die Düse 11 ist an die erste Speisequelle 9 angeschlossen und ist als Plasmaelektrode wirksam. Dadurch kann eine gesonderte Plasmaelektrode im Gehäuse 21 entfallen. Auch ein Hochfrequenzgenerator ist bei dieser Ausführungsform nicht mehr erforderlich, weil der Plasmabogen vom MIG-Bogen spontan zur Zündung gebracht wird, welcher seinerseits dadurch gezündet wird, dass der Schweissdraht mit dem Werkstück in Berührung gebracht wirdThe embodiment shown in FIG is stranded with a contact element 71, which consists of a water-cooled copper holder 75 and a wolf rarnt a 1 "77 with a contact surface 73 consists. The nozzle 11 is connected to the first supply source 9 and acts as a plasma electrode. This allows a there is no need for a separate plasma electrode in the housing 21. A high frequency generator is also included in this embodiment no longer necessary because the plasma arc is spontaneously ignited by the MIG arc, which in turn is ignited by the welding wire being brought into contact with the workpiece
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