DE3711989A1

DE3711989A1 - Gas nozzle, preferably a ceramic gas nozzle, for an arc torch

Info

Publication number: DE3711989A1
Application number: DE19873711989
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dick
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: MESSER LINCOLN GMBH, 6230 FRANKFURT, DE
Priority date: 1987-04-09
Filing date: 1987-04-09
Publication date: 1988-10-27

Abstract

To simplify the manufacture and obtain a homogeneous metal covering on a gas nozzle, which metal covering is a good electrical conductor and is especially resistive, the metal covering is formed as a thin metal coating, preferably as a titanium-nitride coating.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasdüse mit einem Isoliermantel, vorzugsweise Keramikdüse, für einen Lichtbogenbrenner nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a gas nozzle with an insulating jacket, preferably ceramic nozzle, for an arc torch the preamble of claim 1.

Die an der Gasdüse vorgesehene Metallbelegung bewirkt eine Ver besserung des Zündverhaltens. Beim bekannten Stand der Technik (DE-OS 22 50 288) wird vorgeschlagen, den Metallbelag aufzusprit zen. Dieses Spritzverfahren ist bei den zu behandelnden kleinen Gasdüsen (⌀ ca. 25 mm, L ca. 50 mm) herstellkostenintensiv, da spezielle Schweißvorrichtungen erforderlich sind. Zum anderen sind die mit einem Spritzverfahren erzeugten Schichten nicht dicht und damit inhomogen, was eine Nachbehandlung, wie nach schmelzen, erfordert, oder durch das sogenannte Dickspritzen vermieden werden kann. Darüber hinaus wird die Haftung von Spritz schichten auf dem Grundwerkstoff überwiegend nur durch Valenz kräfte erreicht. Es findet also keine Verschweißung statt. Aus diesem Grund werden Spritzschichten leicht bei Kantenpressung und Schlagbeanspruchung beschädigt. Ferner sind beim Aufsprit zen von Metallen nur Schichtdicken erreichbar, die in einem Bereich von zehntel mm liegen.The metal coating provided on the gas nozzle causes a Ver improvement in ignition behavior. In the known prior art (DE-OS 22 50 288) it is proposed to spray the metal covering Zen. This spraying process is for the small ones to be treated Gas nozzles (⌀ approx. 25 mm, L approx. 50 mm) costly to manufacture because special welding devices are required. On the other hand are not the layers created with a spray process dense and therefore inhomogeneous, what a post-treatment, like after melt, requires, or by so-called thick spraying can be avoided. In addition, the liability of Spritz layers on the base material predominantly only through valence forces reached. So there is no welding. Out Because of this, spray coatings become easy with edge pressure and impact stress damaged. Furthermore, when sprinkling metal layers can only be achieved in one layer Range of tenths of a mm.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, Gasdüsen mit einer Metallbelegung zur Verfügung zu stellen, bei der die Me tallbelegung in einfachster Art und kostengünstig herstellbar ist und eine homogene, elektrisch leitfähige Schicht in einem Dicken bereich von wenigen tausendstel mm (µm) aufweist, die außerdem fest (materialschlüssig) mit der Gasdüse verbunden ist. Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Gasdüse durch die kenn zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dabei wird unter dünnen Metallschichten Schichten verstanden, die in definier ten Dicken bis zu höchstens einigen tausendstel mm auf der Düsenmantelfläche erzeugt werden, um eine hochschmelzbare, homo gene, elektrisch leitfähige, konzentrisch zur Elektrode des Schweißbrenners angeordnete Ringschicht zu erzielen. Bevorzugt wird dabei die dünne Metallschicht, als Titan-Nitrid (TiN)-Schicht ausgebildet, wobei die Schichterzeugung durch Vakuumbeschichtung, Beschichtung durch Reaktion in der Gasphase oder durch das PVD-Verfahren erfolgt. Durch die Erfindung wird eine Gasdüse, vorzugsweise Keramikdüse, zur Verfügung gestellt, bei der die Metallbelegung in besonders einfacher und kostengünstiger Weise herstellbar ist, ohne daß Nacharbeiten bzw. Nachbehandlungen erforderlich sind und die materialschlüssig mit der Gasdüse verbunden sowie besonders widerstandsfähig ist.The object of the present invention is therefore to use gas nozzles to provide a metal assignment in which the Me tall assignment is simple and inexpensive to produce and a homogeneous, electrically conductive layer in one thickness has a range of a few thousandths of a mm (µm), which also is firmly (materially) connected to the gas nozzle. These Task is in a generic gas nozzle by the kenn Drawing features of claim 1 solved. It is under thin metal layers understood layers that are defined in thicknesses up to a maximum of a few thousandths of a millimeter on the Nozzle jacket surface are generated to a highly fusible, homo gene, electrically conductive, concentric to the electrode of the To achieve welding torch arranged ring layer. Prefers becomes the thin metal layer, as a titanium nitride (TiN) layer formed, the layer generation by vacuum coating, Coating by reaction in the gas phase or by the PVD procedure takes place. The invention provides a gas nozzle, preferably ceramic nozzle, provided in which the Metal allocation in a particularly simple and inexpensive way can be produced without rework or aftertreatments are necessary and the material fit with the gas nozzle connected and particularly resistant.

Ein besonders gutes Zündverhalten wird dadurch erreicht, daß die TiN-Schicht auf einem der Befestigungsseite der Gasdüse zugeordneten oberen Isoliermantelbereich angeordnet ist und der untere Isoliermantelbereich unbeschichtet bleibt. Dadurch werden vorteilhaft Überschläge zwischen Elektrode und Gasdüsen mantel im Gasaustrittsbereich vermieden. A particularly good ignition behavior is achieved in that the TiN layer on one of the mounting side of the gas nozzle assigned upper insulating jacket area is arranged and the lower insulating jacket area remains uncoated. Thereby are advantageous flashovers between the electrode and gas nozzles jacket in the gas outlet area avoided.

Eine besonders einfache konstruktive Ausbildung einer Gasdüse mit der dünnen TiN-Schicht und deren elektrischen Verbindung mit dem Werkstückpotential wird durch die in den Ansprüchen 3 und 4 gekennzeichnete Ausgestaltung erzielt. Dabei hat der in der Stromquelle angeordnete Widerstand die Aufgabe, zu hohe Ströme z. B. bei einer Berührung der TiN-Schicht mit dem Werk stück, zu vermeiden. Durch die vorgesehene Ausbildung wird es ferner möglich, die Gasdüse mit der dünnen Metallschicht in einfachster Art und Weise auszuwechseln, wobei lediglich ein Aus- bzw. Einschrauben erforderlich ist und dabei selbsttätig eine Kontaktierung bzw. ein Lösen der elektrischen Verbindung zwischen der Metallschicht und dem Werkstückpotential erfolgt.A particularly simple design of a gas nozzle with the thin TiN layer and its electrical connection with the workpiece potential is given in the claims 3 and 4 marked design achieved. The Resistance arranged in the current source the task of being too high Currents e.g. B. when the TiN layer touches the factory piece, to avoid. Through the intended training it is also possible to use the gas nozzle with the thin metal layer in the simplest way to replace, whereby only unscrewing or screwing in is necessary and automatic a contact or a loosening of the electrical connection between the metal layer and the workpiece potential.

Ein ausführliches Beispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. In der Zeichnung ist eine an sich bekannte Schweißstromquelle, wie sie beispielsweise von der Anmelderin unter der Bezeichnung Euromatig vertrieben wird, mit 10 bezeichnet. Über ein Schlauch paket 11 ist die Stromquelle 10 mit einem Lichtbogenschweiß brenner 12 verbunden, in dem unter anderem eine nicht abschmel zende Elektrode 13 sowie eine Gasdüse 14 befestigt sind. Die Gasdüse 14 ist vorzugsweise als Keramik-Gasdüse aus Silizium Nitrit (S i ₃ N ₄) ausgebildet und über ein Gewinde 15 im Brenner 12 befestigt. Die Gasdüse 14 weist im oberen, dem Gewinde 15 zugeordneten Mantelbereich, eine TiN-Schicht 19 auf, die kon zentrisch zur Elektrode 13 als Ringbeschichtung aufgebracht ist. Der untere, der Gasaustrittsöffnung 16, zugeordnete Mantel bereich 17 sowie die Austrittsstirnfläche 25 und der Innen mantel 26 der Gasdüse 14 sind unbeschichtet. Die der Gasaus trittsöffnung 16 gegenüberliegende Stirnfläche 18 ist eben falls mit einer TiN-Schicht 20 versehen, die mit der Mantel- TiN-Schicht 19 verbunden ist.A detailed example of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. In the drawing, a welding current source known per se, as it is sold, for example, by the applicant under the name Euromatig, is designated by 10 . About a hose package 11 , the power source 10 is connected to an arc welding torch 12 in which, among other things, a non-melting electrode 13 and a gas nozzle 14 are attached. The gas nozzle 14 is preferably designed as a ceramic gas nozzle made of silicon nitrite ( S i ₃ N ₄ ) and fastened in the burner 12 via a thread 15 . The gas nozzle 14 has in the upper, the thread 15 associated jacket area, a TiN layer 19 , which is applied con centrically to the electrode 13 as a ring coating. The lower, the gas outlet opening 16 , associated jacket area 17 and the outlet end face 25 and the inner jacket 26 of the gas nozzle 14 are uncoated. The gas outlet opening 16 opposite end face 18 is just in case provided with a TiN layer 20 which is connected to the cladding TiN layer 19 .

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, liegt bei eingeschraubter Gasdüse 14 die TiN-beschichtete Stirnfläche 18/20 an einem Metallring 21 an. Dieser Metallring 21 ist über eine innerhalb von Brenner 12 und Schlauchpaket 11 geführten Leitung 22 und einem Widerstand 23 mit dem Werkstückpotentialanschluß 24 der Stromquelle 10 verbunden. Bei einem Schweißbrenner mit biegbarem Rüssel ist bevorzugt die Leitung 22 spiralförmig und konzentrisch zur Rüsselachse oder meanderförmig auf einem Mantelteil des Rüssels geführt.As can be seen from the drawing, when the gas nozzle 14 is screwed in, the TiN-coated end face 18/20 bears against a metal ring 21 . This metal ring 21 is connected to the workpiece potential connection 24 of the current source 10 via a line 22 and a resistor 23 guided inside the burner 12 and the hose package 11 . In the case of a welding torch with a flexible trunk, the line 22 is preferably guided spirally and concentrically to the trunk axis or in a meandering manner on a jacket part of the trunk.

Durch die Erfindung wird eine Gasdüse mit einer auf dem Werkstück potential liegenden TiN-Schicht geschaffen, durch die bei einer Zündung des Lichtbogens mit einem in der Stromquelle 10 angeord neten und nicht näher dargestellten Zündgerät (z. B. Impulsge nerator AIG 5 der Anmelderin) eine Vorionisierung zwischen Elektrode und Werkstück erzeugt und eine nahezu 100%ige Zünd sicherheit erreicht wird. Diese Vorionisation wird auch bei längerem Betrieb der Gasdüse erreicht, da selbst bei einem Rotglühen der Gasdüse während des Schweißens die TiN-Schicht nicht beschädigt wird.The invention provides a gas nozzle with a TiN layer lying on the workpiece potential, by means of which, when the arc is ignited, with an igniter arranged in the power source 10 and not shown in detail (e.g. pulse generator AIG 5 from the applicant) pre-ionization between the electrode and workpiece is achieved and almost 100% ignition reliability is achieved. This pre-ionization is also achieved when the gas nozzle is operated for a long time, since even if the gas nozzle glows red during welding, the TiN layer is not damaged.

Claims

1. Gas nozzle with an insulating jacket, preferably a ceramic nozzle, for an arc burner with a melting electrode, the insulating jacket to improve ignition behavior on the outer circumference has a concentrically provided to the electrode metal coating, which is electrically connected to the workpiece potential, characterized in that the Metal coating is a thin metal layer, preferably as titanium nitride layer (TiN layer) ( 19 ).

2. Gas nozzle according to claim 1, characterized gekennzeichent that the TiN layer ( 19 ) on one of the fastening thread ( 15 ) of the gas nozzle ( 14 ) associated with the upper Isoliermantelbe rich and the gas outlet opening ( 16 ) assigned lower insulating jacket area ( 17 ) is uncoated .

3. Gas nozzle according to one of claims 1 or 2, characterized in that the gas outlet opening ( 16 ) opposite end face ( 18 ) is provided with a thin metal layer, preferably a TiN layer ( 20 ), which layer with the metal jacket ( 19 ) communicates.

4. Gas nozzle according to claim 3, characterized in that the metal-coated end face ( 18 , 20 ) by con tact contact on a in the arc torch ( 12 ) fastened th metal ring ( 21 ) and one on the metal ring ( 21 ) connected within the burner ( 12 ) and hose assembly ( 11 ) guided line ( 22 ) and with the interposition of a resistor ( 23 ) with the workpiece potential connection ( 24 ) of the power source ( 10 ) in electrical connection.