DE3426410A1 - Schweissbrenner zum plasma-mig-schweissen - Google Patents
Schweissbrenner zum plasma-mig-schweissenInfo
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Description
Schweißbrenner zum Plasma-MIG-Schweißen
Die Erfindung betrifft einen Schweißbrenner zum Plasma-MIG-Schweißen
mit einer in einem Führungs- und Kontaktrohr geführten abschmelzenden Elektrode, zwischen der und dem Werkstück
ein MIG-Bogen unterhalten werden kann, und einer die abschmelzende
Elektrode wenigstens teilweise umgebenden, elektrisch leitfähigen Plasmadüse, durch welche Plasmagas austreten kann und
in deren Öffnung eine nicht abschmelzende Plasmaanode eingesetzt ist, zwischen der und dem Werkstück ein die abschmelzende Elektrode
im wesentlichen einhüllender Plasmabogen unterhalten werden kann.
Zum Schweißen von Leichtmetall, insbesondere Aluminium und Aluminiumleg
Jerungen, wird bevorzugt das Metall-Inertgasverfahren (MIG-Verfahren)
eingesetzt. Dieses Verfahren ist ein Schutzgas-Schweißverfahren, bei dem ein Lichtbogen (MIG-Bogen) von einer abschmelzenden
Elektrode zum Werkstück geführt wird. Um den Zutritt von Sauerstoff zum Schmelzbad zu verhindern, wird ein Schutzgas, beispielsweise
Argon oder ein Argongemisch, zugeführt.
Das MIG-Verfahren gewährleistet eine hohe Energiedichte, und die
Oxidhaut des Leichtmetalls wird befriedigend aufgerissen. Nachteilig beim MIG-Verfahren ist indes, daß die Wärmezufuhr und damit
auch die Einbrandtiefe von der Zufuhr des Zusatzwerkstoffs (abschmelzende
Elektrode) abhängig sind. Dadurch kann der MIG-Bogen nicht zum Vorwärmen des Nahtbeginns verwendet werden. Am Nahtbeginn kann
daher der ganze zu verschweißende Querschnitt nicht erfasst werden. Außerdem kann die Einbrandform nicht beliebig an vorgegebene Werkstückkonturen
angepasst werden. Schließlich hat das reine MIG-Verfahren
auch den Nachteil eines relativ hohen Spritzerauswurfs.
Die genannten Nachteile werden weitgehend vermieden, wenn anstelle
eines reinen MIG-Verfahrens ein kombiniertes Plasma-MIG-Schweißverfahren
eingesetzt wird. Bei diesem Verfahren sind/Lichtbögen vorhanden, nämlich ein MIG-Lichtbogen und ein Plasmalichtbogen. Der
Plasmalichtbogen hüllt den MIG-Lichtbogen mehr oder weniger ein
und kann zum Vorwärmen der Naht beim Beginn einer Schweißung eingesetzt
werden. Die Kombination der beiden Lichtbogen hat noch weitere Vorteile; beispielsweise kann der Plasmabogen zum Teil
das Abschmelzen der abschmelzenden Elektrode übernehmen, so daß .verschiedene Verfahrenszustände erreichbar sind, je nach-dem,
ob der Plasmalichtbogen oder der MIG-Lichtbogen dominiert. Die
Kombination der beiden Lichtbogen ergibt überdies eine noch bessere
Beseitigung der Oxidhaut auf der Oberfläche des Werkstücks und eine bessere ^Reinigung derselben.-Schließlich ist auch Spritzerhäufigkeit
sehr viel geringer als beim reinen MIG-Verfahren. Bei
modernen Schweißbrennern zum Plasma-MIG-Schweißen ist eine die
abschmelzende Elektrode umgebende, vorzugsweise ringförmige Plasmadüse vorgesehen, durch welche das Plasmagas austreten kann und
in deren Öffnung eine nicht abschmelzende Plasmaanode eingesetzt ist. An dieser Plasmaanode setzt der zum Werkstück führende und
den MIG-Bogen einhüllende Plasmabogen an. Die Stromzuführung zur
Plasmaanode erfolgt über die Plasmadüse, d.h. die Plasmadüse muß aus elektrisch leitfähigem Material hergestellt sein.
Ein derartiger Schweißbrenner isi^in dem Aufsatz "Plasma-MIG welding a
new torch and arc starting method" in der Zeitschrift "Metal Construction", Januar 1981, Seite 36 ff. beschrieben. Dieser Schweißbrenner
weist eine abschmelzende Drahtelektrode auf, von der ein MIG-Lichtbogen zum Werkstück gezogen wird. Die Drahtelektrode ist
von einer nicht abschmelzenden Plasmaanode umgeben, von der der Plasma-Lichtbogen ausgeht und den MIG-Lichtbogen einhüllt. Hinter
der Plasmaanode wird dem. Plasmalichtbogen ein Zwischen- oder Fokussiergas
zugeführt, welches für eine Einschnürung und Bündelung des Plasmabogens sorgt. Die Führung des Fokussiergases wird von
einer Fokussierdüse übernommen. Hinter dieser Fckussierdüse wird über eine Schutzgasdüse Schutzgas zugeführt, welches den Zutritt
von Luftsauerstoff zum Schmelzbad verhindert. Die Fokussiergasführung
und die Schutzgasführung sind miteinander über Kanäle verbunden.
Ein Problem bei einen derartigen Plasma-MIG-Schweißbrenner besteht
darin, daß der Brennerkopf aufgrund der einander konzentrisch umgebenden Düsen (Plasmadüse, Fokussierdüse, Schutzgasdüse) relativ
groß baut. Insbesondere der große Durchmesser des Brennerkopfes
schließt seine Verwendung in vielen Anwendungsfällen (z.B. beim
Schweißen von K ehlnähten) aus. Außerdem hat die Bohrung der riasmaanode
einen relativ großen Durchmesser in der Größenordnung von 14 rrm, was einen sehr breiten Plasmabogen mit geringer Energiedichte
ergibt, so daß der Schweißbrenner nur für vergleichsweise breite Nähte eingesetzt werden kann.
Dieser große Durchmesser der PlaBmaanode ist dadurch bedingt, daß
sie ein anderes elektrisches Potential führt.als die abschmelzende
Elektrode bzw. das diese Elektrode führende Führungs- oder Kontakt-.rohr,
so daß bei Unterschreitung eines bestimmten Mindestabstandes die Gefahr besteht, daß Funken- oder Ionisierungsstrecken entstehen,
die zu einer Entladung führen. Der große Durchmesser der Plasmaanode ist aber auch dadurch bedingt, daß beim Schweißvorgang die abschmelzende
Elektrode verbogen werden kann und daß somit bei zu geringem Abstand zwischen diser abschmelzenden Elektrode und der Plasmaanode
die Gefahr besteht, daß sich diese beiden Teile berühren, was eine irreversible Beschädigung der Plasmaanode zur Folge hat.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen Schweißbrenner der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Durchmesser der
Plasmaanode wesentlich geringer gewählt werden kann als bei den bekannten Ausführungsformen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß
die innere, der abschmelzenden Elektrode zugewandte Oberfläche der Plasmadüse mit einer hochtemperaturbeständigen Isolierung versehen
ist. Die Isolierung verhindert das Entstehen von Ionisierungs- oder Funkenstrecken und erlaubt es daher, die Plasmaanode und die Plasmadüse
bezüglich ihres inneren Durchmessers wesentlich schlanker auszubilden, als dies bisher möglich war. Beispielsweise kann der Durchmesser
der Plasmaanode auf etwa 6 mm reduziert werden. Zugleich wird es damit möglich, das die abschmelzende Elektrode führende Führungsoder Kontaktrohr wesentlich weiter in die Plasmadüse einzuführen, da
auch Überschläge oder Entladungen zwischen diesem Führungs- oder Kontaktrohr und der Plasmadüse durch die Isolierung der letzteren
sicher verhindert werden.
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Der Plasma-Lichtbogen hat somit ebenfalls einen sehr geringen Durchmesser, was das Schweißen auch von schmalen Nähten oder
von räumlich schlecht zugängigen ..Nähten erlaubt. Durch den geringen
Durchmesser des Plasma-Lichtbogens ist dieser überdies besser in der Lage, das Abschmelzen der abschmelzenden Elektrode
mit zu übernehmen. Der geringere Durchmesser der Plasmaanode ermöglicht schließlich auch eine schlankere Bauform der verschiedenen
Düsen und damit eine insgesamt schlankere Ausbildung des Brennerkopfes.
Da das Führungs- oder Kontaktrohr mit einem geringeren Abstand zur Plasmaanode angeordnet werden kann als bei den bekannten
Ausführungsformen, kann die Drahtelektrode trotz des geringeren ; Durchmessers der Plasmaanode um denselben Winkel abgebogen werden,
ohne daß sich ein Kontakt zwischen Drahtelektrode und Plasmaanode ■ ergibt. Dies ist jedoch nur möglich, weil aufgrund der Isolierung
> der Plasmadüse das Führungs- und Kontaktrohr ein geringen Abstand zur Plasmaanode aufweisen kann.
Der erfindungsgemäße Schweißbrenner eignet sich insbesondere zum
Schweißen von Aluminium und wird bevorzugt bei Schweißrobotern eingesetzt. Die auf die innere Oberfläche der Plasmadüse aufge- '
brachte Isolierung besteht bevorzugt aus einer Schicht hochtemperaturbeständigen
Lacks. Dieser Lack verursacht nahezu keine zusatz- ;
liehen Kosten bei der Herstellung des Schweißbrenners und weist ausreichende Isolationseigenschaften auf. Vorteilhaft ist dieser
Lack mit Keramikstaubanteilen versetzt. :
Unter Umständen kann allerdings die Aufbringung der Lackschicht im
Inneren der Plasmadüse aufgrund des geringen Durchmessers derselben etwas problematisch sein. Es ist daher auch möglich, anstelle der
hochtemperaturbeständigen Lackschicht eine Keramikhülse einzusetzen. Diese Keramikhülse ist in der Herstellung etwas teuerer als die
Lackschicht, jedoch entfällt in diesem Fall das Aufbringen des Lacks.
Wenn die Plasmadüse aus Aluminiumwerkstoff besteht, ist es schließlich
auch möglich, als Isolierung eine Harteloxalschicht vorzusehen.
Wie bereits ausgeführt, besteht bei einem Plasma-MIG-Brenner die
Gefahr, daß die abschmelzende Elektrode (Drahtelektrode) abgebogen
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wird und hierbei in Kontakt mit der Plasmaanode kommt. Dieser
Gefahr kann dadurch begegnet werden, daß das die abschmelzende Elektrode führende Führungs- und Kontaktrohr möglichst nahe bis
an die Plasmaanode geführt wird. Dies wird durch die erfindungsgemäße Isolierung ermöglicht. Eine noch weitergehende Verlängerung
des Führungs- und Kontaktrohrs ist jedoch möglich, wenn sich dieses Führungs- und Kontaktrohr in Richtung der Plasmaanode konisch
verjüngt. Hierdurch wird eine noch größere Sicherheit gegen einen unbeabsichtigten Kontakt zwischen der Drahtelektrode und
der Plasmaanode erreicht.
In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform ist in der Plasmadüse
wenigstens ein Kühlkanal für Kühlflüssigkeit vorgesehen, wobei dieser Kühlkanal bis unmittelbar vor die Plasmaanode geführt ist.
Die hierdurch sich ergebenden optimalen Kühleigenschaften ermöglichen
eine weitere Verringerung des Durchmessers der Plasmaanode.
Wenn die Plasmadüse ringförmig ausgebildet ist, so ist dieser Kühlkanal bevorzugt als im Inneren der Plasmadüse angeordneter
ringförmig umlaufender Hohlraum ausgebildet. Zweckmäßig laufen die Plasmadüse und der ringförmige Kühlkanal hierbei in Richtung
der Plasmaanode konisch zu, so daß eine Plasmaanode mit dem gewünschten geringen Durchmesser verwendet werden kann.
Bei einem im Inneren einer ringförmigen Plasmadüse angeordneten ringförmigen Kühlkanal ist es sehr vorteilhaft, wenn in diesem
Kühlkanal eine ringförmige Trennwand angeordnet ist, die den Kühlkanal in einen Zufluß- und einen Abflußkanal aufteilt.
Die Kühlwasserumlenkung erfolgt hierbei in unmittelbarer Nähe der
Plasmaanode, so daß eine optimale Kühlwirkung gewährleistet ist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht eine ringförmige
Plasmaanode vor, die mit einem die Plasmadüse auf der Austrittsseite für das Plasmagas umgreifenden Bund versehen ist.
An diesem Bund kann der Plasmalichtbogen relativ breit ansetzen, so daß die Ausbildung eines unregelmäßigen Plasmalichtbogens, wie
sie bei den bekannten Ausführungsformen des öfteren auftrat, verhindert wird. Die durch den Bund geschaffene größere Fläche, an
der Plasmalichtbogen angesetzen kann, gewährleistet vielmehr, daß
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der Plasmalichtbogen exakt ringförmige Gestalt erhält und somit den MIG-Lichtbogen vollständig einhüllt.
An seiner Außenseite ist dieser Bund benachbart zu der das Fokussiergas
führenden Fokussierdüse. Bei entsprechender Ausbildung der Fokussierdüse
besteht daher die Gefahr, daß Überschläge zwischen diesem Bund und der Fokussierdüse auftreten. Eine vorteilhafte
Weiterbildung der Erfindung sieht daher vor, daß dieser Bund auf seiner Außenseite mit einer Anfasung versehen ist. Durch diese
Anfasung wird der Abstand zur FokusaLerdüse vergrößert, so daß
selbst bei sehr schlanker FokussLerdüse keine Überschläge mehr auftreten
können.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung besitzt die ringförmige
Plasmaanode die Form eines sich in Austrittsrichtung des Plasmagases aufweitenden Konus. Hierdurch läßt sich die die Plasmaanode
sehr leicht einsetzen und bei Bedarf auch auswechseln. Bevorzugt ist der Öffnungswinkel des Konus so gewählt, daß zwischen
der Plasmaanode und der Plasmadüse Selbsthemmung eintritt, so daß keine weiteren Befestigungselemente zur Fixierung der Läge der
Plasmaanode gegenüber der Plasmadüse vergesehen werden müssen. Als Öffnungswinkel wird insbesondere 1 gewählt.
Der erfindungsgemäße Plasma-MIG-Schweißbrenner ermöglicht die Erzeugung
eines Plasma-Lichtbogens von sehr geringem Durchmesser.
Um ein sauberes Arbeiten zu ermöglichen, muß der Plasma-Lichtbogen
daher gebündelt werden, so daß er eine zur abschmelzenden Elektrode genau konzentrische Form erhält. Es ist daher erwünscht, die die
Plasmadüse umgebende Fokussierdüse bis möglichst nahe an den Plasma-Lichtbogens zu führen, so daß das Fokussiergas unmittelbar an den
Plasma-Lichtbogen herangeführt wird. Die bekannten Fokussierdüsen genügen dieser Anforderung jedoch noch nicht in ausreichendem Maß.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht daher vor, daß die Fokussierdüse zumindest im Bereich des Düsenmunds mit einer
hochtemperaturbeständigen Isolierung, insbesondere einer Harteloxalschicht, versehen ist. Die Fokussierdüse wird hierdurch sehr temperaturbeständig
und kann bis kurz vor den Plasmalichtbogen geführt werden. Das Fokussiergas wird dem Plasmalichtbogen somit unmittelbar
zugeführt, so daß eine sehr gute Bündelung des Plasmalichtbogens
erreichbar ist. Die Temperaturbeständigkeit der Fokussierdüse kann weiter dadurch erhöht werden, daß in der Fokussierdüse ein
Kühlkanal für Kühlflüssigkeit, vorzugsweise ein mit einer ringförmigen
Trennwand versehener ringförmiger Hohlraum, vorgesehen ist und daß der Kühlkanal bis unmittelbar vor den Düsenmund geführt
ist.
Die die Plasmadüse umgebende Fokussierdüse ist ihrerseits von einer Schutzgasdüse umgeben, über die Schutzgas zugeführt wird,
welches den Zutritt von Luftsauerstoff zur Schweißstelle verhindert.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist die Schutzgasdüse
zumindest im Bereich des Düsenmunds mit einer hochtemperaturbeständigen
Isolierung, insbesondere einer Harteloxalschicht, versehen. Hierdurch wird die Temperaturbeständigkeit der Schutzgasdüse
erhöht, so daß sie ebenfalls nach vorne in Richtung des Plasmalichtbogens verlängert werden kann. Dies ergibt einerseits
eine sehr gute Schutzgaszuführung und ermöglicht andererseits
auch eine schlanke Ausbildung des Brennerkopfes.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Zuführungen für das Fokussieren
gas und das Schutzgas unabhängig voneinander regelbar sind. Hierdurch
kann das Schweißverfahren in seiner Charakteristik weitgehend variiert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen
sowie aus der Beschreibung zur Zeichnung, in der ein Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform des Brennerkopfes eines erfindungsgemäßen
Schweißbrenners gezeigt ist.
Der in der Zeichnung im Querschnitt gezeigte Brennerkopf des Plasma-MIG-Schweißbrenners
ist im Ganzen mit 1 bezeichnet. Ein Werkstück ist schematisch dargestellt und trägt das Bezugszeichen 2. In einem
Führungs- und Kontaktrohr 3 ist eine abschmelzende Elektrode geführt, hier eine Drahtelektrode 4. Diese Drahtelektrode schmilzt ab und
liefert hierbei den Zusatzwerkstoff für die Schweißnaht. Sie wird von einem hier nicht gezeigten Vorschubmechanismus nachgeführt.
Das Führungs- und Kontaktrohr 3 ist an an den positiven Pol
einer Gleichspannungsguelle 5 angeschlossen, deren negativer Pol mit dem Werkstück 2 verbunden ist. Zwischen der Drahtelektrode
4 und dem Werkstück 2 wird nach dem Zünden ein schematisch angedeuteter Lichtbogen 6 aufrechterhalten. Dieser Lichtbogen ist
der MIG-Lichtbogen.
Das in seinem vorderen Teil konisch zulaufende Führungs- und Kontaktrohr
3 ist von der Plasmadüse 7 umgeben. Diese Plasmadüse besteht aus einer Aluminiumlegierung und läuft in ihrem Frontbereich ebenfalls
konisch zu. Das Plasmagas wird im Inneren der Plasmadüse in Richtung des Pfeils 8 zugeführt. Als Plasmagas wird bevorzugt
Argon eingesetzt, da dieses aufgrund seiner geringen lonisationsenergie
und seiner relativ großen Dichte die besten Zündeigenschaften sowie die beste Lichtbogenstabilität bi±et.
In die werkstückseitige Öffnung der Plasmadüse 7 ist die Plasmaanode
9 eingesetzt. Diese Plasmaanode hat^Form eines Rings aus Kohle-Kupfer-Sinterwerkstoff,
der hoch .strombelastbar ist und mit eventuellen Spritzern keine Legierungsbildung eingeht. Die Stromzufuhr
zur Plasmaanode 9 erfolgt über die Plasmadüse 7, die an den
positven Pol einer Gleichspannungsguelle 10 angeschlossen ist. Der negative Pol dieser Gleichspannungsguelle liegt ebenfalls an
dem Werkstück 2. Die Stromzufuhr zur Plasmaanode 9 erfolgt damit indirekt über die Plasmadüse 7, ebenso die die Stromzufuhr zur
Drahtelektrode 4 indirekt über das Führungs- und Kontaktrohr 3 erfolgt.
Zwischen der Plasmaanode 9 und dem Werkstück 2 bildet sich ein Lichtbogen 11 aus, der sogenannte Plasma-Lichtbogen. Dieser Lichtbogen
umgibt ringförmig den MIG-Lichtbogen.
Die Plasmadüse 7 ist von der Fokussierdüse 12 umgeben. Auch diese
Fokussierdüse besteht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegisrung.
Zwischen der Fokussierdüse 12 und der Plasmadüse 7 wird in Richtung
des Pfeils 13 Fokussiergas zugeführt. Dieses Fokussiergas hüllt den
Plasma-Lichtbogen ein und sorgt für eine Zentrierung und Fokussierung
desselben. /-
Die Fokussierdüse 12 ihrerseits ist von der Schutzgasdüse 14
umgeben. Zwischen dieser Schutzgasdüse und der Fokussierdüse wird in Richtung des Pfeils 15 Schutzgas zugeführt. Dieses Schutzgas
hat dieselbe oder eine ähnliche Zusammensetzung wie das Fokussiergas, besteht also aus einem Argon-Helium-Gemisch. Das
Schutzgas hat die Aufgabe, den Zutritt von Luftsauerstoff zur
Schweißstelle zu verhindern.
Außen auf der Schutzgasdüse 14 sitzt eine Überwurfmutter 16, mit
der der Brennerkopf an dem hier nicht gezeigten Brennerkörper befestigt
werden kann.
Die dem Führungs- und Kontaktrohr 3 zugewandte innere Oberfläche der Plasmadüse 7 ist mit einer hochtemperaturbeständigen Isolierung
versehen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel besteht diese Isolierung
aus einer Schicht 17 von hochtemperaturbeständigem Lack,
dem Keramikstaubanteile beigemischt sind. Aufgrund dieser Isolierschicht
kann der Durchmesser der Plasmadüse 7 und auch der Plasmaanode 9 wesentlich kleiner gewählt werden, ohne daß Entladungen
zwischen der Plasmadüse und dem Führungs- und Kontaktrohr 3 über Funken- oder Ionisierungsstrecke^ zu befürchten sind. Der innere
Durchmesser der Plasmaanode 9 beträgt etwa 6 'mm. Dies führt zu einem
sehr engen und konzentrierten Plasmastrahl und ermöglicht auch eine im Durchmesser sehr kleine Bauform des gesamten Brennerkopfes. Zugleich
kann die sich konisch verjüngende Frontpartie des Führungsund Kontaktrohrs 3 bis in den Bereich der Plasmaanode verlängert
werden. Das freie Ende der Drahtelektrode 4 kann somit ohne Kontakt zur Plasmaanode um etwa denselben Winkel abgebogen werden wie bei
bekannten Ausführungsformen mit wesentlich größerem Durchmesser der
Plasmaanode. Der geringe Durchmesser des Plasma-Lichtbogens hat überdies den Vorteil, daß dieser Lichtbogen ganz oder teilweise
das Abschmelzen der Drahtelektrode übernehmen kann. Hierdurch lassen sich verschiedene Schweißcharakteristiken erzielen. Der
geringe Abstand zwischen MIG-Lichtbogen und Plasma-Lichtbogen hat
auch Vorteile beim Zünden der beiden Lichtbogen. Hierbei wird die Drahtelektrode 4 anfänglich sehr langsam vorgeschoben, bis sie das
aus Aluminium bestehende Werkstück 2 berührt. Sodann wird sie zurückgezogen und zündet dabei einen MIG-Lichtbogen geringer Leistung
der die Luftstrecke ionisiert, was zur spontanen Zündung des Plasma-Lichtbogens führt. Der Drahtvorschub schaltet ab, bis die
Vorwärmzeit abgelaufen ist und dann der MIG-Lichtbogen spritzerfrei
innerhalb des Plasma-Lichtbogens zündet. Hierbei wird die Schweißnaht auch beim Beginn des Schweißvorgangs sauber und vollständig
verschweißt. Der geringe Durchmesser der Plasmaanode wird auch dadurch ermöglicht, daß in der Plasmadüse 7 ein Kühlkanal
für Kühlflüssigkeit, insbesondere Wasser, vorgesehen ist. Der Kühlkanal
ist ringförmig in die Plasmadüse eingearbeitet und wird durch eine metallische Trennwand 18 in einen Kühlwasservorlauf 19
und einen Kühlwasserrücklauf 20 aufgeteilt. Die Kühlflüssigkeit
umströmt also die Trennwand 18, wobei sie bis in den Bereich der Plasmaanode gelangt und diese ausreichend kühlt. Der Kühlkanal und
die Trennwand 18 haben jeweils ringförmige, konisch zulaufende Gestalt. Die Plasmadüse 7 kann in der Praxis beispielsweise aus zwei
konzentrischen Rohren bestehen, die im Bereich des Düsenmundstücks
durch Elektronenstrahlschweißen verbunden sind.
Die Plasmaanode besitzt die Form eines sich in Austrittsrichtung des Plasmagases aufweitenden Konus mit einem öffnungswinkel von
etwa 1 . Hierdurch sitzt die Plasmaanode durch Selbsthemmung im Mundstück der Plasmadüse und kann leicht und ohne weitere Befestigungsmittel
eingesetzt bzw. ausgetauscht werden. Auf der Austrittsseite ist die ringförmige Plasmaanode 9 mit einem umlaufenden Bund
21 versehen, der ihre dem Werkstück 2 zugewandte Fläche vergrößert. Hierdurch wird erreicht, daß sich ein exakt ringförmiger Plasma-Lichtbogen
ohne Unregelmäßigkeiten ausbildet. An seiner Außenseite ist der Bund 21 mit einer Anfasung 22 versehen. Durch diese Anfasung
wird ein bestimmter Mindestabstand gegenüber der Fokussierdüse 12
eingehalten, so daß die Gefahr einer Entladung zwischen der Plasmaanode und der Fokussierdüse vermieden wird.
Die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehende Fokussierdüse
12 ist im Bereich des Düsenmunds mit einer Harteloxalschicht versehen. Diese Harteloxalschicht hat isolierende Wirkung und ermöglicht
es, daß das Mundstück der Fokussierdüse bis nahe an den Plasmar-Lichtbogen
geführt werden kann, ohne daß bei einem Abbiegen der Drahtelektrode 4 eine Beschädigung der Fokussierdüse zu befürchten
ist. Durch den geringen Innendurchmesser von 9 bis 10 mm der Fokussierdüse kann somit das Fokussiergas bis sehr nahe an den Plasma-Licht-
bogen herangeführt werden, wodurch eine sehr gute Bündelung und Fokussierung dieses Plasma-Lichtbogen ermöglicht wird.
Die Fokussierdüse 12 ist mit einer ähnlichen Kühlung wie die
Plasmardüse 7 versehen. Ein ringförmiger Kühlkanal wird durch
eine Trennwand 24 in einen Kühlwasservorlauf 25 und einen Kühlwasserrücklauf 26 aufgeteilt. Der Kühlkanal ist dabei bis in den
Frontbereich des Düsenmundsstücks der Fokussierdüse geführt, so daß diese trotz ihrer Nähe zum Plasma-Lichtbogen ausreichend
gekühlt werden kann. Auch die Fokussierdüse kann aus zwei konzentrischen und im Mundbereich durch Elektronenstrahlschweißung verbundenen
Rohren bestehen.
Die Schutzgas-düse 14 ist in ihrem Mundbereich ebenfalls mit
einer Harteloxalschicht 27 versehen. Diese Harteloxalschicht hat dieselben Funktionen wie die Eloxierung der Fokussierdüse 12.
Das Fokussiergas und das Schutzgas sind unabhängig voneinander regelbar, um die verschiedenen, mit dem kombinierten Plasma-MIG-Verfahren
möglichen Verfahrenszustände exakt einstellen zu können.
Durch die Trennung des Fokussiergases vom Schutzgas wird außerdem eine bessere Bündelung des Plasmabogens, ein stärkeres Abschmelzen
der Drahtelektrode und ein kleinerer Spritzeranteil erreicht.
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Claims (17)
1. Schweißbrenner zum Plasma-MIG-Schweißen mit einer in einem
- Führungs- und Kontaktrohr geführten abschmelzenden Elektrode,
zwischen der und dem Werkstück ein MTG-Bogen unterhalten werden
kann, und einer die abschmelzende Elektrode wenigstens teilweise umgebenden, elektrisch leitfähigen Plasmadüse, durch
welche' Plasmagas austreten kann und in deren-Öffnung eine
nicht abschmelzende Plasmaanode eingesetzt ist, zwischen der und dem Werkstück ein die abschmelzende Elektrode im wesentlichen'
einhüllender Plasmabogen unterhalten werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die innere, der "abschmelzenden Elektrode
(4) zugewandte Oberfläche der Plasmadüse (7) mit einer hochtemperaturbeständigen Isolierung versehen ist.
2. Schweißbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Isolierung aus einer Schicht (17) hochtemperaturbeständigen Lacks besteht.
3. Schweißbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Isolierung aus einer Keramikhülse besteht.
4. Schweißbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Isolierung aus einer Harteloxalschicht, insbesondere Aluminiumoxid , besteht.
---5. Schweißbrenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß sich das die abschmelzende Elektrode (4) führende Führungs- und Kontaktrohr (3) in Richtung der
Plasmaanode (9) konisch verjüngt.
6. Schweißbrenner nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Plasmadüse (7)
wenigstens ein Kühlkanal für Kühlflüssigkeit vorgesehen ist und daß dieser Kühlkanal bis unmittelbar vor die Plasmaanode (9)
geführt ist. " —
7. Schweißbrenner nach Anspruch 6 mit ringförmiger Plasmadüse, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkanal als im Inneren der
Plasmadüse (7) angeordneter ringförmig umlaufender Hohlraum ausgebildet ist.
8. Schweißbrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Plasmadüse (7) und der ringförmige Kühlkanal in Richtung der Plasmaanode (9) konisch zulaufen.
9. Schweißbrenner nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlkanal eine ringförmige Trennwand (18) angeordnet ist,
die den Kühlkanal in einen Zufluß (19)- und einen Abflußkanal (20)
aufteilt.
10. Schweißbrenner nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche
mit ringförmiger Plasmaanode, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmaanode (9) mit einem die Plasmadüse (7) auf der
Austrittsseite für das Plasmagas umgreifenden Bund (21) versehen ist.
11. Schweißbrenner nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der
Bund (21) der Plasmaanode (9) auf seiner Außenseite mit einer Anfasung (22) versehen ist.
12. Schweißbrenner nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche
mit ringförmiger Plasmaanode, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmaanode (9) die Form eines sich in Äustrittsrichtung
des Plasmagases aufweitenden Konus besitzt.
13. Schweißbrenner nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel des Konus so gewählt ist, daß zwischen der
Plasmaanode (9) und der Plasmadüse (7) Selbsthemmung eintritt, vorzugsweise 1 .
14. Schweißbrenner nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche
mit einer die Plasmadüse umgebenden Fokussierdüse, über die den Plasmabogen einhüllendes Fokussiergas zugeführt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß die Fokussierdüse (12) zumindest im Bereich des Düsenmunds mit einer hochtemperaturbeständigen Isolierung,
insbesondere einer Harteloxalschicht (23), versehen ist.
15. Schweißbrenner nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
in der der Fokussierdüse (12) ein Kühlkanal für Kühlflüssigkeit,
vorzugsweise ein mit einer ringförmigen Trennwand (24) versehener ringförmiger Hohlraum, vorgesehen ist und daß der Kühlkanal bis
unmittelbar vor den Düsenmund geführt ist.
16. Schweißbrenner nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche
mit einer die Plasmadüse umgebenden Fokussierdüse und einer die Fokussierdüse umgebenden Schutzgasdüse, über die Schutzgas zugeführt
wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzgasdüse (14) zumindest im Bereich des Düsenmunds mit einer hochtemperaturbeständigen
Isolierung, insbesondere einer Harteloxalschicht (27), versehen ist.
17. Schweißbrenner nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche
mit einer Fokussierdüse und einer Schutzgasdüse, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungen für das Fokussiergas und das Schutzgas
unabhängig voneinander regelbar sind.
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| DE19843426410 DE3426410A1 (de) | 1984-07-18 | 1984-07-18 | Schweissbrenner zum plasma-mig-schweissen |
| DE8585108880T DE3560938D1 (en) | 1984-07-18 | 1985-07-16 | Torch for plasma-mig welding |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19843426410 DE3426410A1 (de) | 1984-07-18 | 1984-07-18 | Schweissbrenner zum plasma-mig-schweissen |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3426410A1 true DE3426410A1 (de) | 1986-01-23 |
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ID=6240918
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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