DE2755213A1 - Nichtabschmelzende elektrode und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

• Beschreibung:
• Die Erfindung bezieht sich auf Elektroden gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf Verfahren zu ihrer Herstellung.
• Zum Lichtbogenschweißen unter Schutzgas, insbesondere beim WIG- bzw. TIG-Schweißen und beim Plasma-Schweißen werden zumeist Elektroden verwendet, die ganz oder überwiegend aus Wolfram bestehen. Als sonstiger hochwarmfester Elektrodenwerkstoff kommt such Rhenium oder Hafnium infrage. Um die Elektronenemissionsfähigkeit des Wolframs und damit die Zündwilligkeit der Elektrode zu erhöhen, ist es bekannt, dem Wolfram Zusätze wie Thorium, Zirkon, Lanthan, Rhenium, Caesium, Barium und/oder deren Oxide, vorzugsweise aber Thoriumdioxid zuzusetzen. Es wuB jedoch verhindert werden, daß solche Zusätze an die Mantelfläche des Elektrodenschaftes gelangen, weil sie denn auch Zündungen des Lichtbogens vom Mantel aus begünstigen und dadurch die Einsatzmöglichkeit der Elektrode einschränken.
• Um Zündungen des Lichtbogens vom Schaft der Elektrode aus entgegenzuwirken, ist es aus der DT-OS 23 31 558 bekannt, eine Elektrode aus Reinwolfram an der Spitze durch Elektroerosion auszuhöhlen und in der Höhlung einen Stopfen aus einem zündwilligen Material einzubetten und durch Schmelzsintern zu verfestigen. In der DT-OS 23 31 558 sind zugleich auch die Nachteile dieses Verfahrens angesprochen, denn durch das Schmelzaintern des Stopfens gelingt es nicht, diesen hinreichend fest mit dem Wolframkörper der Elektrode zu verbinden.
• Der Stopfen wird in der Höhlung im wesentlichen rein mechanisch durch eine gewisse Verzahnung mit der rauhen, erosiv erzeugten Wand der Höhlung gehalten. Bei den häufigen und starken Temperaturwechseln, die beim abwechselnden Zünden und Brennen des Lichtbogens und beim Erkalten nach der Lichtbogenlöschung auftreten, wird der mechanische Verbund zwischen dem Stopfen und dem Wolframkörper der Elektrode gelockert und schließlich ganz aufgehoben, so daß der Stopfen aus der Höhlung herausfallen kann. Um dies zu verhindern, ist in der DT-OS 23 31 558 vorgeschlagen worden, die Höhlung hinten weiter als vorn auszubilden, zu hinterschneiden, Jedoch erreicht man auch hierdurch keine hinreichende Betriebssicherheit bzw. Lebensdauer der Elektrode.
• Die aus der DT-OS 23 31 558 bekannte Elektrode vermeidet zwar vom Schaft ausgehende Zündungen des Lichtbogens, erkauft dies jedoch mit den Nachteilen eines außerordentlich aufwendigen Herstellverfahrens und einer mangelhaften Betriebssicherheit bzw. Lebensdauer der Elektrode. Außerdem kann der Spitzenwinkel der Elektrode nicht nach Belieben geformt werden.
• Aus W. Wuich "Grundlagen und Anwendung des Schutzgasschweißens'#, Werkstatt und Betrieb 102, 1969, Heft 8, S. 575, 576 ist eine Wolframelektrode bekannt, in welcher Thorium streifenförmig eingelagert ist. Diese sogenannte Streifenelektrode darf an der Spitze nicht nachbearbeitet, z.B. nach Gebrauch angespitzt werden, weil dadurch die Lage der Streifen zur Außenseite der Elektrode verändert wird und unerwünschte seitliche Lichtbogen auftreten können.
• Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Elektrode der eingangs genannten Art zu schaffen, die die Elektronenemission fördernden Zusätze nur im Bereich der Elektrodenspitze enthält, einfacher herzustellen ist als die vergleihbaren bekannten Elektroden, eine lange Lebensdauer besitzt und deren Spitzenwinkel schon bei der Herstellung nach 3sieben geformt werden kann.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Elektrode mit den im Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen.
• Die Schäfte und Spitzen der Elektroden können nach üblichen pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt werden; die Verschweißung von Spitze und Schaft kann maschinell erfolgen. Durch das Verschweißen wird ein sicherer Verbund zwischen der Spitze und dem Schaft erreicht, wodurch eine lange Lebensdauer gewährleistet wird. Wenn man an beiden Enden des Schaftes eine Spitze vorsieht, ist der Nutzwert der Elektrode besonders hoch. Es ist ferner ausgeschlossen, daß vom Schaft der Elektrode Lichtbogensündungen ausgehen, weil sich das elektronene'missionsfördernde Material nur im Bereich der Spitze befindet. Hieran ändert sich auch nichts, wenn die Elektrodenspitze umgeformt oder nachgeschliffen wird. Außerdem kann der Spitzenwinkel schon bei der Herstellung nach Belieben geformt werden. Dadurch erübrigt sich das für Präzisionsaufgaben beim Anwender erforderliche exakte Anspitzen mit Spezialmaschinen.
• Bei der erfindungsgemäßen Elektrode besteht der Schaft vorzugsweise aus Wolfram, während die Spitze vorzugsweise aus Wolfram mit Zusätzen zur Erhöhung der Elektronenemission,bevorzugt Thoriundioxid (ThO2), besteht.
• Bei auf der ganzen Länge thorierten Elektroden hält man wegen der zunehmenden Versprödung durch das beigemengte Oxid, wegen des hohen Preises der Thoriumverbindungen und der durch die Radioaktivität des Thoriums bedingten Schwierigkeiten dessen Anteil gering, nämlich im allgemeinen unter 2 %, in seltenen Fällen bis höchstens 4 * ThO2. Da bei der erfindungsgemäßen Elektrode das dotierte Material auf die Spitze beschränkt wird, können zusätzlich seltene und daher meist sehr teure Stoffe eingebaut werden, die das Elektronenemissionsvermögen und damit die Zündfreudigkeit weiter erhöhen. Die zur Herstellung der Spitzen erforderlichen geringeren Materialchargen ermöglichen modifizierte Dotierungsverfahren, die auch bei einlagerung größerer Prozentsätze von Dotierungsstoffen, z.B. mit Vorteil bis zu 10 % ThO2>noch günstige Werkstoffeigenschaften gewähren.
• Die Herstellung der neuen Elektrode kann erfindungsgemäß dadurch geschehen, dass zunächst der Schaft und die Spitze getrennt auf pulvermetallurgischem Weg hergestellt werden, der Schaft z.B. durch Pressen von Wolframpulver zu einem Stab, der anschließend gesintert, auf den gewünschten Durchmesser gebracht und in Abschnitte unterteilt wird, und die Spitze z.B.
• durch Pressen einer Mischung aus Wolframpulver und horiumdioxidpulver zu einem Stab, der anschließend gesintert, auf den gewünschten Durchmesser gebracht und in Abschnitte unterteilt wird. Danach wird die Spitze gegebenenfalls durch Warmverformung in die erforderliche Form wie z.B.
• Kegel, Kegel mit balliger Spitze, ballige Form oder Kugelkalotte gebracht. Die fertig geformte Spitze wird danach durch Elektronenstrahlschweißen mit dem Schaft verbunden.
• Statt durch Elektronenstrahlschweißen können die Spitze und der Schaft auch durch eine Lichtbogen-Impulsschweißung mit unmittelbar darauffolgender Anwendung von kurzzeitigem,hohem Druck miteinander verbunden werden.
• Es hat sich gezeigt, daß sich bei Anwendung dieser Schweißverfahren ein fester Verbund zwischen der Spitze und dem Schaft erzielen läßt, der während des Betriebs der Elektrode nicht gelöst wird.
• Ein an der Nahtstelle zwischen Schaft und Spitze evtl. entstehender Schweißgrat läßt sich bei runden Elektroden mit Vorteil durch spitzenloses Rtmdschleifen entfernen. Durch spitzenloses Rundschleifen kann man die Elektroden zugleich auf ihr vorgeschriebenes Fertigmaß bringen und ihrem Mantel die für einen guten Strom- und Wärmeübergang zur gekühlten, stromführenden Spannhülse erforderliche Oberflächengüte geben.
• Die beigefügte Zeichnung zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Elektrode in der Seitenansicht. Der Schaft 1 der Elektrode besteht aus Wolfram, während die Spitze 2 in Gestalt eines Kegels mit balliger Spitze aus Wolfram mit Zusätzen eines elektronenemissionsfördernden Stoffes besteht.

Claims (7)

1. Nichtabschmelzende Elektrode und Verfahren zu ihrer Herstellung Ansprüche : 1. Nichtabschmelzende Elektrode aus hochwarmfestem Werkstoff, insbesondere Wolfram, zum Lichtbogenschweißen unter Schutzgas, deren Spitze Zusätze zur Erhöhung der Elektronenemission enthält, sekennzeichnet durch einen von solchen Zusätzen freien Schaft, dem an einem oder an beiden Enden eine Spitze aus einem Werkstoff angeschweißt ist, dessen Elektronenemissionsfähigkeit größer ist als die des Schaftwerkstoffs.
2. 2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch Rekennzeichnet, daß der Schaft aus Wolfram besteht.
3. 3. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet.

   daß die Spitze aus Wolfram mit Zusätzen zur Erhöhung der Elektz#nenemission, vorzugsweise Thoriumdioxid (ThO2), besteht.
4. 4. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet. daß die Spitze 0,2 - 10 Gew.-% Thoriumdioxid (oho2) enthält.
5. 5. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet.

   daß der Schaft und die Spitze getrennt auf pulvermetallurgischem Wege hergestellt, die Spitze ggfs. durch Warmverformung nachverformt wird und durch Elektronenstrahlschweißen der Schaft und die Spitze miteinander verbunden werden.
6. 6. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode nach einem der Anspruche 1-4, dadurch gekennzeichnet. daß der Schaft und die Spitze getrennt auf pulvermetallugischem Weg hergestellt, die Spitze ggfs. durch Warmverformung nachverformt wird und der Schaft und die Spitze durch eine Lichtbogen-Impuisschweißung mit unmittelbar darauffolgender Anwendung von kurzzeitigem, hohem Druck miteinander verbunden werden.
7. 7. Verfahren zur Herstellung von runden Elektroden nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennseichnet, daß die Elektroden nach dem Verschweißen von Schaft und Spitze rundgeschliffen werden.