DE2840054A1

DE2840054A1 - Bogenschweissvorrichtung

Info

Publication number: DE2840054A1
Application number: DE19782840054
Authority: DE
Inventors: Brian Morgan High; Stephen Francis Mongan
Original assignee: RUSSELL FOSTER HOLDINGS Ltd
Current assignee: RUSSELL FOSTER HOLDINGS Ltd
Priority date: 1977-09-14
Filing date: 1978-09-14
Publication date: 1979-03-29
Also published as: FR2403152A1; ES473359A1; IT7851079A0; GB2004488A; NL7809326A; JPS5493656A; AU3988578A; SE7809670L

Description

PATENTANWALT D \ P L. - I N Q. J. MEINKE

46OO DORTMUND 1, 28.11.1978 WESTENHELLWEQ 67

D/0

TELEFON C02313 145810

TELEGRAMM DOPAT Dortmund TELEX 8227328 pat d

AKTEN-NR.: 60/3227

Anmelder : Rüssel Poster Holdings Ltd., Pipe Guard House₃

Sunderland, Tyne & Wear, England

Bezeichnung : "Bogenschweißvorrichtung"

Aktenzeichen : P 28 40 05^.6

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Eine Abschmelz-Elektroden-Bogenschweißvorrichtung mit einer Eh richtung zur Rauchabscheidung und die vereinbar ist mit dem Gebrauch einer Schutzgasatmosphäre, die das Schweiß-Schmelzbad abschirmt, umfaßt ein elektrisch leitendes Kontaktrohr 22, durch welches ein Abschmelz-Elektrodendraht 12 zugeführt wird. Eine Düse 27 am vor<ö?en Ende .der Vorrichtung (Schweißpistole) umgibt einen hervorstehenden Teil 43 des Elektrodendrahtes. Ein Rauchgasextraktionsrohr 51, das Kontaktrohr 22 umgebend, ist mit einem nach außen sich erweiternden Mund 53 an seinem vorderen Ende ausgerüstet, der zusammen mit einem komplimentären Teil 47 an der Düse zusammenwirkt, um einen umlaufenden Rauchgaseinlaßschlitz zu definieren, derat eingerichtet, um ein periphere? Feld von Unterdruck, im allgemeinen radial ausgerichtet, zu produzieren, wobei ein vorderer Winkel von ungefähr 26 vorgezogen wird. Mittel sind vorgesehen, um einen Sog in dem Spalt zwischen dem Abgasextraktorrohr 51 und dem Kontaktrohr 22 zu erzeugen, vorzugsweise wird Schutzgas durch das Kontaktrohr 22 durch einen Strömungsdurchgang 37 in einer Hülse aus Zirkonium-Nitrit oder einem anderen, gegen plötzliche Temperaturveränderungen resistenten Isolator, einem Hohlraum in der Düse unterhalb des vorderen Endes der Büchse 25 zugeführt.

Die Erfindung richtet sich auf eine Bogenschweißvorrichtung, wenn eine Abschmelz-Elektroden-Bogenschweißung durchgeführt wird, steigt eine Wolke von Schweißrauch von dem Werkstück auf. Solcher Schweißrauch besteht aus Teilchen überwiegend aus Eisen, Kupfer und Zink, von Teilchen, die typischerweise eine Größe von 0,1-2 Mikron aufweisen, was im Bereich des

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Arbeitsplatzes ein Umgebungsproblem darstellt und auch die Sicht des Schweißers auf das Werkstück störend beeinflußt.

Eine Zahl von Schweißbrennern ist schon entwickelt worden, bei denen Rauchextrationsmittel vorgesehen sind, die den Schweißrauch nahe an seiner Quelle absaugen. Solche Brenner sind beispielsweise in den britischen Patentschriften Nr. 1 433 905, 1 463 ?4l und 1 393 5£>1 beschrieben. Dennoeh erreichen derartige Schweißvorrichtungen bzw. Schweißpistolen mit einer Rauchgasabsaugvorrichtung, die allgemein verfügbar/sind, nicht mehr als ungefähr 50 % von Rauchextraktion in Hochleistungs-Schweißanmeldungen und selbst dieser Grad von Rauchextraktion wird von den Benutzern derartiger Einrichtungen als beträchtliche Erleichterung betrachtet.

Bei Schutzgas-Schweißverfahren ist eine Gaszufuhrbohrung in einer Richtung mit der Drahtelektrode ausgerichtet und richtet einen Strom von Schutzgas, beispielsweise von Argon oder Karbondioxyd, von der Spitze der Schweißvorrichtung auf den Schweißbogen, um das Werkstück gegen atmosphärische Oxydation zu schützen. Eine Schwierigkeit bei Schützgasbogenschweißen liegt darin, eine wirksame Rückführung des Schweißrauches zu erreichen, in einer Gegend in der Nähe'des Schweißbogens, ohne gleichartig den Mantel des Schutzgases zu entfernen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schweißvorrichtung zu schaffen, die die Rückführung des größten Teiles des Schweißrauches vorsieht, der durch eine Schweißoperation entsteht, ohne die Schweißung zu stören.

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Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Schweißvorrichtung vorzusehen für Schutzgasbogenschweißung, die es ermöglicht, eine größere Proportion von Schweißrauch abzuziehen, während ein adäquater Mantel von Schutzgas um den Schweißbogen aufrechterhalten wird.

Allgemein gesagt, schafft die Erfindung die Schweißvorrichtung mit folgenden Elementen: Ein elektrisch leitendes Kontaktrohr zur Leitung eines Abschmelz-Elektrodendrahtes, eine Düse an dem vorderen Ende der Vorrichtung oder Pistole, durch die ein herausragendes Ende des Elektrodendrahtes vorsteht, ein Rauchabzugsrohr, das das Kontaktrohr umgibt und an seinem vorderen Ende einen nach außen gerichteten, sich erweiternden Mund aufweist, der zusammen mit einem komplementären Teil der Düse einen umlaufenden Raucheinlaßschlitz definiert, begrenzt rückwärtig von dem Prontende der Düse, der Mund und der komplimentäre Teil der Düse sind dabei derart abgepaßt j daß sie ein peripheres Feld von Unterdruck ausrichten, welches, von dem Raucheinlaßschlitz erzeugt wird, so daß das Feld von Unterdruck sich nach außen von der Vorrichtung in einem Winkel von weniger als 45° in radialer Richtung erstreckt und mit Mitteln, die einen Sog in dem Spalt zwischen dem Rauchauszugsrohr und dem Kontaktrohr erzeugen, wobei der Schweißrauch in den Rauchgaseinlaßschlitz gezogen wird.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert, diese zeigt eine Ansicht in axialem

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Schnitt des vorderen Endes der Bogenschweißlafette mit der Möglichkeit des Gasschutzes der Schweißschmelzstelle und der Extraktion der Schmelzgase bzw. des Schmelzrauches.

Ein Abschmelzelektrodendraht 12 ist vorgeschoben durch einen Griff 21 von einer Drahtzufuhreinheit (nicht gezeigt) durch ein Drahtzuführstück (nicht gezeigt), was koaxial innerhalb eines Schutzgaszufuhrrohres 22 eingepaßt ist. Der Griff 21 ist hergestellt aus zwei Hälften aus GRP oder einem ähnlichen Isolationsmaterial. Das Gaszufuhrrohr 22 ist aus Kupfer und zusätzlich zur Zufuhr der Schutzgasatmosphäre zur Schweißzone trägt es auch den elektrischen Strom von einem Schweißumformer (nicht dargestellt). Das vordere Ende 23 des Rohres 22 ist außen mit einem Gewinde versehen. Befestigt an dem vorderen Ende 23 des Gaszufuhrrohres 22 ist eine Elektrodenführung und Kontakteinrichtung, aufgebaut von einer Hülle 25 aus Silikonnitrit oder einem anderen isolierenden, plötzliche Temperaturveränderungen aushaltenden Material, einer äußeren Düse 27, einer Kontakthülse 29 und einem Leiter 31 für das Drahtaußenstück'. Die Hülse 25 umfaßt eine mit Innengewinde versehene rückwärtige Bohrung 33, die auf das Ende 23 des Gaszufuhrrohres 22 aufgeschraubt ist und mit der schmaleren vorderen Bohrung 35 zusammenwirkt, in der der Auslaßleiter 31 einpaßt. Die Gasflußdurchgangsöffnung 37 wird zusammen mit dem vorderen Ende der Bohrung 33 in radialer Position nach außen von dem Mund der vorderen Bohrung 35 mit der Frontfläche der Hülse in radialer Postition dort herum befestigt.

Die Kontakthülle 29 hat ein rohrförmiges vorderes Ende, das mit der Drahtelektrode 12 in Kontakt steht und das gegen das rück-

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wärtige Ende der Bohrung 35 gelegen ist und an seinem rückwärtigen Ende einen geriffelten Kopf 39 aufweist, der gegen die Frontfläche des Gaszufuhrrohres 22 anliegt. Die Wellung oder Riffelung im geriffelten Kopf 39 bildet Durchgänge für das Gas von dem Zufuhrrohr 22, um in die Durchströmöffnungen 37 zu fließen. Der Auslaßleiter 31, der aus einem nichtmetallenen Material ist, paßt in die vordere Bohrung 35 und steht von der Frontfläche der Hülse 25 vor, um die angeführte Länge des Elektrodendrahtes auf ein Minimum zu begrenzen. Der vorstehende Teil des Drahtes 12 bildet die vorstehende Projektion von der Kontakthülle 29 und wird Widerstandsmäßig erhitzt und dadurch erweicht als Vorbereitung, wenri es die Schmelzlache 41 erreicht. _o

Das Vorsehen des Leitelementes 31 zwischen der Kontakthülse und dem Schweißschmelzbad 41 ermöglicht es, die Entfernung des ungeführten Drahtes 43 kleiner als ungefähr 2 cm zu halten. Es erlaubt dem Draht 12 unter Kontrolle direkt in das Schmelzbad 4l geführt zu werden, ungeachtet der Tatsache, daß die Spitze des Drahtes sich während des Schweißens dreht, während der Draht abgewickelt und von der Drahtzuführeinrichtung vorgetrieben wird. Die äußere Düse 27 ist aus einem Nichteisenmaterial und paßt über das die äußere Oberläehe der Hülse 25 mit seinem vorderen Ende vor der Frontfläche der Hülse 25 und schließt mit dem Ende des Ausstoßführungsmittels 31 ab. Me innere Fläche des vorderen Endes der Düse 27 und der Auslaßführungseinrichtung 31 definieren zusammen eine ringförmige Kammer, in die das Schutzgas von den Flußdurchgängen 37 strömt. Von dieser Kammer fließt das Schutzgas in die

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Richtung der Pfeile (a), um eine Zone (b) von Schutzgas zu definieren, das Schweißschmelzbad 4l umgebend. Es sei bemerkt, daß die Durchgänge 37 Schutzgas in der Nähe der äußeren Wand der Kammer zuführen und dies ist-wünschenswert, v/eil die Schutzgasatmosphäre kontrolliert werden kann und Turbulenzen vermieden werden.' Die äußere Oberfläche der Düse 27 hat ein rückwärtig divergierendes kegeistumpfförmiges vorderes Ende 45, begrenzt von einem nach innen mit Radius versehenen Bereich 47, welches in einen im allgemeinen zylindrischen rückwärtigen Bereich 49 übergeht.

Eine Aluminiumhülse 51 ist in Gleitpassung über das vordere Ende des Griffes 21 eingepaßt und hat ein äußeres abgerundetes oder kelchförmiges Ende 53 mit dem die mit Radius versehene Region 47 zusammenpaßt und dessen äußeres Ende mit dem rückwärtigen umlaufenden Ende der Region 45 einen ringförmigen Raucheinlaßschlitz definiert, durch den der Schweißrauch in den Handgriff 21 eingezogen werden kann. Die normale Weite des Raucheinlaßschlitzes, axial zur Vorrichtung gemessen, ist ungefähr 0,5 cm, aber sie kann innerhalb einer Variationsbreite von ungefähr 0,25 - 0,75 cm variieren, durch die relative axiale Bewegung zwischen der Hülse 51 und · der Handhabe 21.

In der Figur repräsentiert (griechischer Buchstabe Theta) den Winkel gegenüberliegend dem Schweißbad 4l von dem ringförmigen Raucheinlaßschlitz. Es hat sich herausgestellt, daß das beste Ergebnis dann erreicht wird, wenn (Theta) der. Winkel in einem Bereich zwischen 25° und 35°, vorzugsweise ungefähr 26°, liegt.

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Vi!

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Das vorausberechnete Feld des Unterdruckes für den Raucheinlaßschlitz, definiert von dem auswärtigen kegelstumpfförmigen Ende 53 und der mit Radius versehenen Oberfläche 47, wird durch die Linien (c) bezeichnet, die gleiche Durchflußraten bezeichnen und es ist erkennbar, daß der Sog durch die öffnung einen peripheren Bereich von vermindertem Druck erzeugt, dessen Hauptrichtung in einem Winkel von 25° bis 35 geneigt ist, vorzugsweise ungefähr 26 im Bezug auf die radiale Richtung. Darüber hinaus, wie aus der Figur erkennbar ist, verbunden mit den Linien (c), die typische Durchflußraten in Litern pro Sekunde bezeichnen (litres per second), kann die hohe radiale Gaseinflußrate durch eine entsprechend gestaltete Flußöffnung erreicht werden. Es hat sich herausgestellt, daß bei diesen Winkeln das Feld des Unterdruckes genügend weit von dem Edelgas entfernt ist, das das Schweißschmelzbad schützt, um eine zufriedenstellende Schweißung zu gewährleisten, während es einer hohen Rate von Schweißgasen oder Schweißrauch erlaubt, in die ringförmige öffnung eingesaugt zu werden.

Durch die Erfindung wird eine sehr viel höhere Effektivität in der Rauchgas ab saugung erreicht alsfmit dem Stand der Technik, da die Winkel des Unterdruckfeldes ein kritischer Faktor sind bei der Erreichung einer hohen prozentualen Aufsaugrate von Schweißgasen oder Dämpfen, ohne daß der Schutzgasschild um das Schweißschmelzbad zerstört wird. Die Mittel nach dem Stand der Technik sind nicht geeignet, ein Feld von Unterdruck in passendem Winkel und Größe zu erzeugen. Der geeignete Winkel und die Richtung können nur durch eine vorsichtige Getaltung des Mundes der ringförmigen öffnung erreicht

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werden. Der Grund dafür liegt darin,, daß der gegenüber einer planaren oder zylindrischen Oberfläche aufgebrachte Sog nicht ein Feld von Unterdruck erzeugt, welches gleichförmig von der Oberfläche sich erstreckt. Im Gegenteil, das Feld von. Unterdruck folgt derjenigen Oberfläche, die gegenüber der öffnung liegt. Bei der vorliegenden Erfindung wird durch die Gestaltung der Schweißpistole oder der Schweißvorrichtung erreicht, daß die divergierende kegeistumpfförmige Oberfläche 45 in Verbindung mit der mit dem krummlinigen Profil der Regionen ή7 und 53 die Zone von reduziertem Druck nach außen von dem ringförmigen Raucheinlaßschlitz in einer Richtung, normal zu der Ebene des Schlitzes und in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in einem Winkel von ungefähr 26° in Bezug auf die radiale Richtung leitet.

Das Vorsehen von komplimentären, mit Radius versehenen Oberflächen 47 und 51 in dem Mund des Raucheinlaßschlitzes ermöglicht eine große Gaseinflußrate, die sich mit relativ geringem Druckabfall erreichen "läßt. Der ringförmige Flußdurchgang zwischen dem rückwärtigen Teil 49 und der Düse 27 und der rückwärtige Teil der Hülse 51 kommuniziert mit einer größeren ringförmigen Durchflußpassage zwischen der Handhabe 21 und der Gaszufuhrleitung. Dieser Flußdurchgang ist aerodynamisch ausgebildet, um den gegenüber dem Gasdurchfluß durch die Vorrichtung aufgebrachten Widerstand auf ein Minimum zu reduzieren. In einer Vorrichtung gemäß der Figur hat sich herausgestellt, das ein Ventilator, getrieben von einem 3 H.P.-Motor, ein Saugvolumen von 83 Kubikfuß pro Minute bei einem gesamten Druckabfall von 14 Inches Standardwassersäule erreichen kann. Keine bekannte Sehweißrauchabsauglafette ist in der Lage, diese Leistung zu er-

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reichen, was wichtig ist, da es dem Unterdruckfeld erlaubt, einen geeigneten Abstand von der Lafette einzunehmen und für eine gsügend hohe Gaseinflußrate zu sorgen, um einen hohen Prozentsatz von Schweißrauch zu erreichen, der eingefangen wird. Der schnelle Gasdurchfluß durch die Handhabe 51 kühlt das Kupferrohr 22 und ermöglicht der Vorrichtung, bei relativ niedrigen Temperaturen zu arbeiten.

In einem Schwanenhalsbereich der Schweißlafette ist eine Auslöse- und Kontaktvorrichtung 55 vorgesehen, die, wenn ausgelöst,

(a) ein elektrisches Potential durch das Rohr 22 und die Kontakthülse 25 zu dem herausschauenden Teil des Drahtes 22 führt,

(b) bewirkt, daß die Drahtzuführeinheit irjeiner vorbestimmten Weise den Elektrodendraht durch die Pistole durchführt, (c) Schutzgas durch das Rohr 22 und die Durchgänge 37 in der Hülse 35 zu einer Zone (b) und um das Schweißblatt 41 zuführt und (d) einen Sog von einer Ventilatoreinheit aufbringt und passend rohrförmig verbunden ist mit einem Zwischenraum zwischen der Handhabe 21 und dem Rohr 22, wobei die Schweißgase oder der Schweißschlauch in einen Rauchgasexnlaßschlitz gesogen werden.

Natürlich ist das beschriebene Ausführungsbeispiel noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen, so können Art und Querschnittsform der Einlaßöffnung ebenso entsprechend der Erfindung variiert werden wie die aufgebrachten Unterdrücke, die Ventilatorleistung od.·dgl.

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Claims

284005* , _λέ

/hifi»·, fit Ansprüche :

ί 1.J Bogenschweißvorrichtung mit einer Abschmelzelektrode mit einem elektrisch leitenden Kontaktrohr (22), eingerichtet zur Leitung eines Abschmelzelektrodendrahtes (12), und einer Düse (27) am vorderen Ende der Vorrichtung, durch welches ein vorstehender Teil des Elektrodendrahtes (12) vorschaut, einer Rauchgasabzugsleitung (51), die das Kontaktrohr (22) umgibt, Mitteln zur Aufbringung eines Soges innerhalb des Zwischenraumes zwischen dem Eauchgasabzugsrohr (51) und dem Kontaktrohr (22), wobei Schweißrauchgase in diesen Rauchgaseinschlitz eingesogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Rauchgasabzugsrohr an seinem vorderen Ende einen nach außen kelchförmigen Mund (53) aufweist, der mit einem komplimentären Teil (47) der Düse einen umlaufenden Rauchgaseinlaßschlitz definiert, rückwärtig unterteilt von dem Frontbereich der Düse, die Mundöffnung und der komplimentäre Teil der Düse sind so abgestimmt, um ein peripheres Feld von Unterdruck (c) auszurichten, welches von dem Rauchgaseinlaßschlitz produziert wird, so daß das Feld des Unterdruckes sich nach außen von der Vorrichtung erstreckt in einem Winkel von weniger als 45 ° zur radialen Richtung.·
2. Bogenschweißvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Ende (23) des Kontaktrohres in einer Hülse (25) aus einem elektrisch isolierenden, feuerfesten Material befestigt ist, dessen äußere Oberfläche die Düse (27) trägt.

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3. Bogenschweißvorrichtung nach Anspruch 2, bei der das vordere Ende der Düse (27) über das vordere Ende der Hülse (25) hinausragt, um eine Höhlung zu definieren, durch die der nach außen vorstehende Teil des Elektrodendrahtes vom Kontaktrohr her hindurchtritt, wobei Mittel zur Zufuhr von Schutzgas zu dem Kontaktrohr (22) vorgesehen sind und Gasdurchgänge (37) in der Hülse angeordnet sind^ um das Schutzgas (a) von dem Kontaktrohr zu der Höhlung zu leiten.
4. Bogenschweißvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine axiale Bohrung in der Frontfläche der Hülse (25) geformt ist und Drahtleitmittel in der Bohrung durch die Höhlung gerichtet sind, um den nach außen weisenden Teil des Elektrodendrahtes zu tragen.
5. Bogenschweißvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche ₃ dadurch gekennzeichnet, daß die Mundöffnung des Rauchgaseinzugrohres (53) und des komplimentären Teiles der Düse so angeordnet sind, um das Feld des Unterdruckes in einem Kippwinkel von ungefähr 26 zu der radialen Richtung zu orientieren;
6. Bogenschweißvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Düse, nach vorn gerichtet zu dem Rauchgasexträifcionsschlitz, eine rückwärtige, divergierende, kegelstumpfförmige äußere Oberfläche (45) aufweist.

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