DE3233746C2 - - Google Patents

Description

Beim Schweißen, insbesondere beim Schweißen von Metallen, aber auch von anderen Werkstoffen, wird häufig eine Quelle hoher Tem­ peratur, wie beispielsweise ein elektrischer Bogen oder eine Gas­ flamme, verwendet.

Durch die große Hitze verdampft der Werkstoff des Werkstückes sowie der Werkstoff eines hinzugefügten Materia­ les, damit während einer nachfolgenden Kondensation Rauchpartikeln außerhalb der heißesten Zone gebildet werden.

Der Rauch besteht aus kleinen Partikeln, meistens aus Metall­ oxyden, aber auch aus SiO₂. Die Partikeln sind derart klein, daß sie in der Luft schweben, und zwar bei derart geringer Fallge­ schwindigkeit, daß sie der Bewegung des aufsteigenden heißen Luftstromes folgen, der über der Schweißstelle gebildet wird und sich in der Luft in Gestalt von Rauch ausbreitet.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren anzugeben, das das genannte Problem des giftigen und lästigen Rauches zu lösen vermag, ferner eine Vorrichtung anzuge­ ben, die zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ge­ eignet ist.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen wiederge­ gebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung ist im folgenden beschrieben. Durch die angegebenen Maßnahmen läßt sich das Ausbreiten von Rauchpartikeln, die beim Schweißen entstehen, verhindern. Dies ist insbesondere in Verbin­ dung mit dem elektrischen Lichtbogenschweißen der Fall durch elektrisches Aufladen der Partikeln, wodurch diese sich auf geerdeten Gegenständen ablagern und an diesen anhängen, beispielsweise an dem Werkstück.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt.

Fig. 1 zeigt die bei einer herkömmlichen Schweißeinrichtung verwirklichte Erfindung.

Fig. 2 zeigt ein elektrisches Schaltbild zur Anwendung bei der Erfindung. Die

Fig. 3 bis 7 zeigen alternative Ausführungsbeispiele von Hochspannungselektroden zum Unterdrücken von Dämpfen.

Das Aufladen von Rauchpartikeln findet dadurch statt, daß der Rauch mit den Ladungen einer Hochspannungsquelle bombardiert wird, die sich nahe an der Schweißstelle befindet. Die Hochspan­ nungselektrode kann in bezug auf die Erde entweder positiv oder negativ sein; sie sollte vorzugsweise eine Spannung zwischen 1000 und 100 000 Volt haben. Um den Fluß der elektrischen Ladung von der Hochspannungselektrode durch Anwendung eines mit einer Spitze versehenen Leiters zu erleichtern, wird die Elektrode am besten mit einem oder mehreren solcher Leiter ausgerüstet, der Spitzen oder Kanten hat. Zwischen der Hochspannungselektrode und einem geerdeten Gegenstand, beispielsweise dem Werkstück, werden ein elektrisches Feld und ein Strom elektrischer Ladungen erzeugt. Ein Teil dieser Ladungen wird von den Rauchpartikeln aufgenommen, so daß sie aufgeladen und demgemäß von dem geerdeten Gegenstand in Richtung nach unten angezogen werden.

Bei der in Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsform der Erfin­ dung wird eine beschichtete Elektrode bei einem Schweißvorgang herkömmlicher Art angewandt. Das Werkstück 1 ist mittels eines geerdeten Kabels 2 an Erdungsklemmen 2A einer herkömmlichen Schweißeinrichtung angeschlossen. Eine übliche Schweißelektrode 3 ist mittels eines Handgriffes 4 und eines Leiters 5 an die Span­ nungsklemme des Schweißsatzes angeschlossen. Der Schweißvorgang wird in üblicher Weise mit normaler Spannung und normalem Strom durchgeführt. Insoweit ist alles ganz herkömmliche Technik. Handgriff 4 ist jedoch mit einer Hochspannungselektrode 6 ausge­ rüstet, die über einen Hochspannungsleiter 7 an eine Hochspan­ nungsquelle angeschlossen ist, dessen Erdungsklemme vorzuugsweise über einen Zweig des geerdeten Kabels 2 an Werkstück 1 angeschlos­ sen ist. Ein Ladestrom fließt in Richtung nach unten zum Werk­ stück 1 und zur Schweißstelle hin, wodurch die Rauchpartikeln aufgeladen werden, so daß sie zu Werkstück 1 gelangen. Sie blei­ ben sodann an diesem haften, bis zu einem gewissen Grade auch an der Schweißelektrode. Das Trennen der Rauchpartikeln wird durch den Luftstrom (elektrischen Wind) erleichtert, der von der Schweiß­ elektrode 6 in Richtung zum Werkstück 1 aufsteigt. Dieser Luft­ strom wirkt dem Aufsteigen heißer Luft von der Schweißstelle entgegen. Deswegen sind nur sehr wenige Partikeln in der Luft verteilt. Die sonst beim Schweißen auftretende Rauchbildung wird fast völlig unterbunden. Durch Anwenden einer Mehrzahl von Hoch­ spannungselektroden rund um die Schweißstelle angeordnet ist es möglich, auch einen etwa verbleibenden Rauch zu beseitigen.

Die notwendige Stromstärke an der Hochspannungselektrode 6 beträgt vorzugsweise weniger als 1 mA in Verbindung mit dem nor­ malen, von Hand ausgeführten Schweißvorgang. Hierdurch ist die erforderliche ausgelegte Leistung des Hochspannungsgenerators gering, und zwar weniger als 100 W, was bedeutet, daß die Hoch­ spannungsquelle zu geringen Kosten hergestellt werden kann. Die Stromstärke von 1 mA ist für Personen ungefährlich. Die Hoch­ spannungsquelle ist derart aufgebaut, daß sie konstanten Strom liefern kann. Hierdurch wird die Bildung wilder Funken und Fun­ kenüberschläge dann verhindert, wenn die Hochspannungselektrode in den Bereich geerdeter Gegenstände gelangt. Ein Reihen-Rheostat 6A an der Anschlußstelle der Hochspannungselektrode und des Hoch­ spannungsleiter 7 kann ferner zu einem sanften Ausgangsstrom beitragen und die Bildung von Funken vermeiden. Bei geeignetem Aufbau der Hochspannungsquelle und des Reihen-Rheostates 6A läßt sich die Funkenunterdrückung sogar derart wirkungsvoll gestalten, daß man die Hochspannungselektrode 6 ohne weiteres berühren kann.

Ein Teil der Ladungen der Hochspannungselektrode 6 gelangt auf den Schweißer selbst. Solange sich der Schweißer in leitender Verbindung mit der Erde befindet und somit ständig entladen wird, bereitet dies keinerlei Unannehmlichkeiten. Wird er jedoch gegen die Erde isoliert, so wird er nach und nach aufgeladen. In diesem Falle könnten unangenehme Entladungsfunken dann auftreten, wenn er geerdete Gegenstände berührt. Um sicherzustellen, daß der Schweißer selbst geerdet ist, ist es zweckmäßig, einen Schweiß- Handgriff 4 mit einem geerdeten Kabel 9 vorzusehen, das über einen den Strom begrenzenden Widerstand an einer leitenden Fläche des Schweiß-Handgriffes angeschlossen ist. Übliche Schutzhand­ schuhe aus Leder sind nicht hinderlich, da sie normalerweise genügend Leitfähigkeit haben.

Bei dem elektrischen Schaltbild gemäß Fig. 2, das manuelle Schweißen darstellend, bedeuten die einzelnen Bezugszeichen folgendes:

1 Werkstück
2 geerdeter Anschluß an das Werkstück
2A Erdungsklemme
3 Schweißelektrode
4 Schweiß-Handgriff mit
9 geerdeter Anschluß für den Schweißer
5 Schweißkabel
6 Hochspannungselektrode
6A Reihen-Rheostat an der Hochspannungselektrode
7 Hochspannungsleiter
8 Schweißstromquelle
10 Hochspannungsgenerator
11 Widerstand zur Strombegrenzung
12 leitender Flächenteil

Werden Werkstücke geringer Größe geschweißt, so empfiehlt es sich, die geerdete Fläche zu vergrößern und demgemäß die Rauchabsorption dadurch zu steigern, daß das Werkstück 1 auf eine größere ge­ erdete Platte oder Unterlage aus leitendem Material aufgelegt wird. In manchen Fällen ist es auch vorteilhaft, einen Schirm oder ein Sieb aus leitendem Material zwischen die Schweißstelle und jene Gegenstände zu legen, die gegen Ablagerungen von Rauch­ partikeln geschützt werden sollten.

Hochspannungsgenerator 10 und Stromquelle 8 könnten natürlich auch in geeigneter Weise miteinander verbunden werden, um eine Einheit zu bilden. Hochspannungsgenerator 10 wird in einem solchen Falle zweckmäßigerweise durch den Schweißstrom geregelt, so daß er nur dann Hochspannung erzeugt, wenn geschweißt wird.

Bisher wurde die Rauchbeseitigung durch Laden des Rauches im Hin­ blick auf das Handschweißen beschrieben. Ähnliches läßt sich natürlich auch dann anwenden, um Rauchgase zu verringern oder zu beseitigen, die bei jeglichen anderen Schweißverfahren entstehen, beispielsweise beim Maschinenschweißen, Gasschweißen, Argon­ schweißen, Laserschweißen usw., ungeachtet dessen, ob Zuschlag­ stoffe verwendet werden oder nicht.

Es ist natürlich nicht notwendig, die Hochspannungselektrode 6 vom Schweiß-Handgriff 4 tragen zu lassen, da die genannte Elektrode auch an anderen Orten angeordnet sein kann. So läßt sie sich bei­ spielsweise an ein Verbindungsteil anhängen, das seinerseits am Werkstück oder an irgendeinem anderen geeigneten Ort im Bereich der Schweißstelle befestigt werden kann.

Der Ladestrom einer Punktelektrode (siehe Fig. 1 und 3) geht im wesentlichen von genau demselben Punkt aus und wird in dessen Richtung gerichtet. Die Ladungen nehmen Luftmoleküle mit sich und es steigt ein Luftstrom in Richtung des Punktes auf. Dieser elektrische Wind kann manchmal derart stark sein, daß er Teile der Rauchpartikeln der Schweißgase rein mechanisch wegbläst, bevor die genannten Partikeln genügend Zeit hatten, sich auf dem nächst­ liegenden geerdeten Element abzulagern.

Gemäß der Erfindung läßt sich ein solcher Wind in derartigen Fällen verringern, so daß ein abermals verbessertes Ergebnis des Unterdrückens der Rauchgase mittels der Hochspannungselektrode erzielt wird, die ihrerseits derart gestaltet wird, daß sie eine gleichzeitige Entladung in verschiedenen Richtungen schafft, um den elektrischen Wind zu verringern. Eine solche Elektrode läßt sich vorteilhafterweise dadurch schaffen, daß sie mit verschie­ denen Punkten ausgerüstet ist, die in einander entgegengerichtete Richtungen weisen, so daß die elektrischen Winde aus den verschie­ denen Punkten wenigstens bis zu einem gewissen Maße einander auf­ heben. Diese Verringerung des elektrischen Windes läßt sich vor­ teilhafterweise auch mittels einer solchen Elektrode erzielen, die eine quer angeordnete Scheibe mit einer scharfkantigen Umfangs­ linie aufweist, wobei die Entladungen in gleicher Weise in ver­ schiedenen Richtungen stattfinden.

Fig. 3 zeigt die Punktelektrode, die in Fig. 1 erscheint. Die Fig. 4 und 5 zeigen weitere Ausführungsformen einer solchen Punktelektrode gemäß der Erfindung, wobei die Stärke des elektri­ schen Windes mittels des elektrischen Entladens in einander ent­ gegengesetzten Richtungen vermindert wurde. Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform, die sich auf jede gemäß Fig. 4 bezieht, wobei die Winkel zwischen den Seiten der Elektrode, die zur Ent­ ladekante benachbart sind, unterschiedlich sind. Will man den elektrischen Wind soweit wie möglich vermeiden, und somit diesen Wind und die Wirbelbildung dämpfen, was in Verbindung mit der Ent­ ladung in einer Ebene stattfindet, so werden die Punkte und/oder Kanten vorzugsweise in anderen Ebenen angeordnet (viele Winkel im Raum), die durch gestrichelte Linien in den Fig. 4 und 5 dargestellt sind. Fig. 7 zeigt eine Bauart mit konischer Entla­ dung, wobei der elektrische Wind nicht so stark ist, als wenn eine einfache Punktelektrode verwendet wird; auch hier wird er jedoch eine gewisse Richtung einnehmen.

Wird die Hochspannungselektrode in unmittelbarer Nachbarschaft eines geerdeten Objektes angewandt, das eine asymmetrische An­ ordnung erfordert, mittels eines Ausführungsbeispiels einer Schweißelektrode, und wünscht man nicht, daß ein zu großer Teil des Entladestromes einen kürzeren Weg direkt zu dem geerdeten Objekt nimmt, so ist es zweckmäßig, eine Scheibe mit einer weniger scharfen Kante zu verwenden, die dem geerdeten Objekt zugewandt ist. Die weniger scharfe Kante führt zu einem Abbau der Stärke des Feldes und damit der Intensität der Entladung in dieser Richtung.

Claims (18)

1. Verfahren zum elektrischen oder Gasschweißen, wobei die Luft nahe der Schweißstelle einer stillen elektrischen Ent­ ladung zwischen einer Elektrode (6), vorzugsweise einer Punktelektrode, die eine hohe kontinuierliche Spannung ent­ hält, und einer geerdeten Elektrode (1) zum elektrischen Aufladen der Rauchpartikeln unterworfen wird, die während des Schweißens gebildet werden, so daß sich diese auf der geerdeten Elektrode ablagern.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung wenigstens eine Elektrode (6), vorzugsweise eine Punktelektrode aufweist, eine entfernbare Einrichtung (4) zum Tragen der Elektrode im Bereich der Schweißstelle, eine Stromquelle (10) zum Erzeugen eines hoch­ gespannten Gleichstromes, das eine Klemme der genannten Strom­ quelle an die Elektrode (6) angeschlossen ist, und daß Mittel zum Anschließen der zweiten Klemme der Hochspannungsquelle (10) an ein Werkstück vorgesehen sind, das seinerseits zu schweißen ist, oder an irgendein anderes geerdetes Objekt, das auf die Schweiß­ stelle aufgelegt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (6) in einem Halter (4) für die Schweißelektroden ge­ lagert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (6) als Punktelektrode ausgebildet und im wesentlichen parallel zur Schweißelektrode (3) gerichtet ist und am Halter (4) der Schweißelektroden angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4 mit einem Halter für die Schweißelektroden und mit einem Handgriff, dadurch gekennzeich­ net, daß der Handgriff eine leitende Fläche (12) aufweist, mit Mitteln (9) zum Erden, vorzugsweise über einen Widerstand (11) zum Begrenzen des Stromes.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode in einer Trageinrichtung angeordnet ist, die ihrerseits nahe beim Werkstück angeordnet oder befestigt werden kann.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hochspannungsstromquelle geerdet ist, um die Stärke des Stromes zu erzeugen, der höchstens 1 mA, vorzugsweise eine geringere Stärke aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Hochspannungsgenerator (10) eine Gleich­ stromquelle ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein strombegrenzender Reihenwiderstand (6A) zwischen dem Hochspannungsgenerator (10) und der Elek­ trode (6) geschaltet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reihen-Rheostat (6A) im Bereich der Elektrode (6) ange­ ordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hochspannungsquelle derart geschaltet ist, daß sie vom Schweißstromkreis derart geregelt wird, daß sie nur dann arbeitet, wenn geschweißt wird.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hochspannungselektrode derart gestaltet ist, daß sie gleichzeitig in verschiedenen Richtungen eine Ladung abgibt, um den elektrischen Wind zu verringern.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungselektrode mit zahlreichen Punkten oder Spitzen ausgerüstet ist, die in verschiedene Richtungen weisen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungselektrode die Form einer Scheibe mit wenigstens einer scharfen Kante aufweist, an welcher die Entladung statt­ findet.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladepunkt oder die Entladespitze der Hochspannungselek­ trode eine Kante der Mantelfläche ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hochspannungselektrode asymmetrisch ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungselektrode mit einer oder mehreren Kanten ver­ sehen ist, an denen das Entladen stattfindet, und daß diese Kanten verschiedene Richtungen aufweisen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungselektrode mit mehreren Punkten oder Spitzen versehen ist, deren scharfe oder spitze Winkel in verschiedenen Richtungen des Raumes und in unterschiedlichen gegenseitigen Abständen angeordnet sind.