DE2721099C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Plasma-MIG-Schweißen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Plasma-MIG-Schweißen, wobei zwischen einer abschmelzenden Elektrode und einem Werkstück ein MIG-Bogen unterhalten wird in einem von einem Schutzgas umhüllten Gasplasma, das von einem Plasmabogen zwischen einer Düse und dem Werkstück erzeugt wird.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 24 49 79ä bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird das Schutzgas, das das Gasplasma umhüllt, durch eine ringförmige Kammer, die durch eine das Gehäuse des Schweißbrenners umgebende Kappe begrenzt ist, gesondert zugeführt. Das Plasmagas wird unmittelbar über das Gehäuse durch die Plasmaöffnung der Düse geführt, wobei die Düse als nicht abschmelzende Elektrode für den Plasmabogen wirksam ist.

Die Qualität des Gasschirms, d. h. Ausschluß von Luft, ist für die Stabilität des Schweißvorganges und die Qualität der Schweißverbindung bestimmend. Luftkontamination führt zu starker Unstabilität des Plasmabogens und zu schlechten, gegebenenfalls porösen Schweißverbindungen. Aus diesem Grunde ist es notwendig, der Zufuhr des Schutzgases große Sorgfalt zu widmen, was oft zu verwickelten Konstruktionen führt.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, ein Verfahren zu schaffen, bei dem einerseits ein zuverlässiger Schutz des Plasmabogens gegen Zutritt von Luft sowie eine Verbesserung des Schweißvorganges erhalten werden und das andererseits eine einfache und gedrängte Schweißbrennerkonstruktion ermöglicht.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst, daß als Plasmagas und als Schutzgas ein Gas derselben Zusammensetzung verwendet wird, das als gemeinsamer Gasstrom zugeführt wird, der in Höhe der Düse in eine zentrale Säule Plasma bildenden Gases und in einen Schutzgasmantel aufgeteilt wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein reiner und ununterbrochener Schutzgasmantel erhalten. Im Gegensatz zum bekannten Verfahren ist dazu keine verwickelte Konstruktion erforderlich und der Schutzgasmantel wird parallel zur Plasmagassäule zugeführt, was zu einem besseren Schutz gegen Luftkontamination führt. Außerdem hat es sich herausgestellt, daß durch die Zufuhr des Schutzgases und des Plasmagases in einem gemeinsamen Gasstrom Druckschwankungen des Plasmagases besser gedämpft werden und eine stabilere Haftung des Plasmabogens an der nichtabschmelzenden Elektrode erhalten wird.

Zum Schweißen von Aluminium kann Argon als Schutzgas und als Plasmagas verwendet werden. Zum Schweißen von Stahl muß ein oxydierendes Gas, beispielsweise ein Gemisch aus Argon und Kohlensäuregas oder ein Gemisch aus Argon, Kohlensäuregas und Sauerstoff verwendet werden.

Zum Durchführen des Verfahrens wird der aus der bereits erwähnten DE-OS 24 49 795 an sich bekannte Schweißbrenner verwendet, der ein Gehäuse mit einer Düse, die mit einer Plasmaöffnung versehen ist, und mit einer Gaszufuhr sowie ein Kontaktrohr in dem Gehäuse aufweist. Nach der Erfindung weist dieser Schweißbrenner das Kennzeichen auf, daß die Düse aus einem zentralen Elektrodenring besteht, der durch radiale Rippen mit einem auf dem Gehäuse befestigten Träger verbunden ist.

In der Düse wird der Gasstrom aufgeteilt in eine Säule Plasma bildenden Gases, das durch den Elektrodenring strömt, und in einen Mantel von Schutzgas, das durch die zwischen den Rippen vorhandenen Öffnungen strömt. Die Rippen dienen zur Stromzufuhr zum sowie zur Abfuhr der Wärme von Elektrodenring. Die Rippen und der Elektrodenring müssen einerseits möglichst dünn sein, damit eine gleichmäßige luftfreie Strömung des Schutzgases um die PlasinasäuW gewährleistet ist. Andererseits muß der Elektrodenring genügend stark ausgebildet sein, daß eine ausreichende Wärmekapazität verfügbar ist, um bei örtlicher Haftung des Plasmabogens den Wärmestrom ausreichend aufnehmen zu können. Der Querschnitt der Rippen soll groß genug sein, um die im Elektrodenring erzeugte Wärme derart abführen zu können, daß die Temperatur des Elektrodenringes einen zulässigen Wert nicht überschreitet. Die ganze Düse ist vorzugsweise aus Kupfer ausgebildet.

Der erfindungsgemäße Schweißbrenner eignet sich durch die gedrängte Konstruktion insbesondere zur Verwendung als Leichtgewicht-Handbrenner.

Vorzugsweise werden die Rippen und der Elektrodenring aerodynamisch profiliert, damit Wirbelströmungen des Schutzgasmantels vermieden werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schweißbrenners wird eine gegebenenfalls durch die Rippen verursachte Wirbelströmung aufgehoben und die Homogenität des Schutzgasmantels verbessert durch ein Gasführungselement in Höhe der Düse. Das Gasführungselement ist gegenüber dem Gehäuse isoliert und besteht vorzugsweise ebenfalls aus Kupfer.

Die über die Rippen des Elektrodenringes abgeführte Wärme wird vom Träger zum meistens wassergekühlten Gehäuse abgeführt. Die Kühlung des Elektrodenringes wird bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schweißbrenners durch einen Kühlwassermantel zwischen dem Gasführungs-

element und dem Träger weiter verbessert Dabei ist der Träger als Wärmesenke wirksam und sorgt für eine schnelle Wärmeabfuhr.

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

F i g. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Schweißbrenner,

F i g. 2 einen Schnitt durch den Schweißbrenner gemäß der Linie II-II in Fig. 1.

Der in F i g. 1 und 2 dargestellte Schweißbrenner 1 weist ein Gehäuse 3 mit einer Düse 5 und einer Gaszufuhr 7 auf. In dem Gehäuse 3 ist ein Kontaktrohr 9 angeordnet, das zur Stromübertragung zu einem abzuschmelzenden Schweißdraht ti und zu dessen Führung dient. Das Kontaktrohr 9 ist mittels eines Isolierringes 13 gegenüber dem Gehäuse 3 isoliert. Die Düse 5 besteht aus einem zentralen Elektrodenring 15, der als nichtabschmelzende Elektrode für einen Plasmabogen wirksam ist, einem Träger 17, der als Wärmesenke wirksam ist und einer Vieizahi radialer gegebenenfal's gleichmäßig über den Umfang des Elektrode .--ringes 15 sternförmig verteilter Rippen 19, die den Elektrodenring 15 mit dem Träger 17 verbinden.

Der Träger 17 ist mittels einer Schraubverbindung 21 mechanisch, thermisch und elektrisch mit dem Gehäuse 3 verbunden. Die Düse 5 ist von einem im wesentlichen zylinderförmigen Gasführungselement 23 umgeben, das mittels eines Ringes 25 aus Kunststoff gegenüber dem Gehäuse 3 isoliert ist und das den Träger 17 mit Abstand umgibt. Zwischen dem Gasführungselement 23 und dem Träger 17 ist ein Kühlwassermantel 27 gebildet, der mittels Dichtungsringe 29, die zugleich für die elektrische Isolierung des Gasführungselementes 23 sorgen, abgedichtet ist. Der Kühlwassermantel 27 ist mit nicht dargestellten Anschlüssen zum Zu- und Abführen von Kühlwasser verbunden. Das Gasführungselement 23 weist ein kegelförmiges Ende 31 auf, das sich, in axialer Richtung gesehen, über den Elektrodenring 15 hinaus erstreckt. Der Schweißdraht 11 wird mittels Transportroilen 33, die von einem Motor 35 mit veränderlicher Geschwindigkeit angetrieben werden, zugeführt Das Kontaktrohr 9 ist mit einer Anschlußklemme 37 zum elektrischen Anschluß an einen der Pole einer ersten Speisequelle 39 versehen, deren anderer Pol an ein Werkstück W angeschlossen ist. Der Elektrodenring 15 ist mittels einer Anschlußklemme 41 auf dem Gehäuse 3 an einen der Pole einer zweiten Speisequelle 43 angeschlossen, deren anderer Pol ebenfalls an das Werkstück Wangeschlossen ist.

Zum Schweißen des Werkstücks W wird über die Gaszufuhr 7 ein Gasstrom C zugeführt, der durch das Gehäuse 3 in Richtung der Düse 5 strömt. Danach wird der Schweißdraht 11 zugeführt und ein MIG-Bogen zwischen dem Schweißdraht 11 und dem Werkstück W gezündet, beispielsweise durch den Schweißdraht mit dem Werkstück in Berührung zu bringen. Ein Plasmabogen zwischen dem Elektrodenring 15 und dem Werkstück W wird vom MIG-Bogen spontan zum Zünden gebracht. In der Düse 5 wird der Gasstrom G durch den Elektrodenring 15 und die Rippen 19 in zwei Teilströme aufgeteilt, und zwar eine zentrale Gassäule, die nach Zündung des Plasmabogens zwischen dem Elektrodenring 15 und dem Werkstück W ionisiert wird und das Gasplasma P bildet, und einen durch die zwischen den Rippen 19 vorhandenen Öffnungen 20 strömenden, das Gasplasma Pumgebenü-ι,η Mantel Saus kaltem, nichtionisiertem Schutzgas. Das Gasführungselement 23 gleicht gegebenenfalls durch die Rippen 19 hervorgerufene Wirbelströmungen im Schutzgas Saus und vermeidet das Ansaugen von Luft

Die Rippen 19, über die der Strom dem Elektrodenring 15 zugeführt wird, führen zugleich die Wärme vom Elektrodenring 15 zum Träger 17 ab, der als Wärmesenke wirksam ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Plasma-MIG-Schweißen, wobei zwischen einer abschmelzenden Elektrode und einem Werkstück ein MIG-Bogen unterhalten wird in einem von einem Schutzgas umhüllten Gasplasma, das von einem Plasmabogen zwischen einer Düse und einem Werkstück erzeugt wird, dadurchgekennzeichnet, daß als Plasmagas und als Schutzgas ein Gas derselben Zusammensetzung verwendet wird, das als gemeinsamer Gasstrom zugeführt wird, der in Höhe der Düse in eine zentrale Säule Plasma bildenden Gases und in einen Schutzgasmantel aufgeteilt wird.

2. Schweißbrenner zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, der ein Gehäuse mit einer Düse, die mit einer Plasmaöffnung versehen ist und mit einer Gaszufuhr sowie ein Kontaktrohr in dem Gehäuse aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (5) aus einem zentralen Elektrodenring (15) besteht, der durch radiale Rippen (19) mit einem auf dem Gehäuse (3) befestigten Träger (17) verbunden ist.

3. Schweißbrenner nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Gasführungseletnent (23) in Höhe der Düse (5).

4. Schweißbrenner nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Kühlwassermantel (27) zwischen dem Gasführungselement (23) und dem Träger (17).