DE4211223A1

DE4211223A1 - Arc-welding of dental prosthesis - with arc formation and position controlled by alternatively connecting positive pole of supply to work-piece and consumable electrode

Info

Publication number: DE4211223A1
Application number: DE4211223A
Authority: DE
Inventors: Josef Hintersehr
Original assignee: ALLDENT AG RUGGELL
Current assignee: ALLDENT AG RUGGELL
Priority date: 1992-04-03
Filing date: 1992-04-03
Publication date: 1993-10-07
Anticipated expiration: 2012-04-04
Also published as: DE4211223C2

Abstract

Method of arc welding in which the negative pole of the electric supply is connected to a non-consumable metal electrode while the positive pole is selectively and in alternating fashion connected to the workpiece and/or an electrode feeding the additive material. USE/ADVANTAGE - Esp. in the dental field for making dental prosthesis. The formation and positioning of the arc is better controlled leading to better weld scans esp. in positions which are difficult to reach.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrischen Lichtbogenschweißen von metallischen Werkstücken unter Verwendung einer nicht abschmelzenden Metallelektrode und einer Zusatzmaterial zuführenden Schweißelektrode, wobei der erste Pol der Schweißstrom quelle mit der nicht abschmelzenden Metallelektrode und der zweite Pol der Schweißstromquelle mit dem metallisch en Werkstück verbunden sind und Werkstück und Metallelek trode sowie Schweißelektrode gegeneinander beweglich ge führt werden können, angewandt auf die Herstellung von Gegenständen auf dentaltechnischem Gebiet wie Zahn prothesen oder Zahnprothesenteilen.The invention relates to a method and a device for electric arc welding of metallic Workpieces using a non-melting Metal electrode and an additional material Welding electrode, the first pole of the welding current swell with the non-melting metal electrode and the second pole of the welding power source with the metallic en workpiece are connected and workpiece and metal elec trode and welding electrode are movable against each other can be applied to the production of Objects in the field of dental technology, such as teeth prostheses or denture parts.

Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens, welche die üb lichen Einrichtungen zum Lichtbogenschweißen, insbe sondere Plasmaschweißen, sowie wenigstens eine, Zusatz material zuführende Schweißelektrode umfaßt.The invention further relates to a device for Implementation of such a process, which the usual Lichen arc welding facilities, esp special plasma welding, as well as at least one, additive Material supplying welding electrode comprises.

Verfahren und Vorrichtungen zum elektrischen Lichtbogen schweißen sind wohlbekannt, beispielsweise das sogenannte Inertgas- oder Schutzgasschweißen oder das Plasmaschwei ßen, bei welchen der Lichtbogen durch einen Gleichstrom zwischen einer nicht abschmelzenden Metallelektrode als negativem Pol und dem metallischen Werkstück als positi vem Pol brennt und Material für eine aufzufüllende Schweißnaht durch eine sich verbrauchende, dieses Zusatz material zuführende Schweißelektrode angeliefert wird. Beim Plasmaschweißen wird zusätzlich zu dem meist mittels einer äußeren Ringdüse zugeführten Schutzgas, z. B. Argon, noch das Plasmagas, z. B. Wasserstoff, über einen Ring spalt rings um die nicht abschmelzende Metallelektrode, die üblicherweise aus Wolfram besteht, zugeführt. Außer dem umfaßt eine solche Schweißeinrichtung üblicherweise eine meist wassergekühlte Schutzgas und/oderPlasma gasdüse. Solche Schweißverfahren sind als WIG-Verfahren oder Plasmaschweißen bekannt.Electric arc methods and apparatus welding are well known, for example the so-called Inert gas or inert gas welding or plasma welding where the arc is caused by a direct current between a non-melting metal electrode as negative pole and the metallic workpiece as positi vem pole burns and material for a filling Weld seam by consuming this additive material supplying welding electrode is delivered. In addition to that, plasma welding is usually carried out using an outer ring nozzle supplied protective gas, for. B. argon, still the plasma gas, e.g. B. hydrogen, via a ring gap around the non-melting metal electrode, which usually consists of tungsten. Except such a welding device usually includes a mostly water-cooled protective gas and / or plasma gas nozzle. Such welding processes are called TIG processes or plasma welding.

Nachteilig bei diesen vorbekannten Verfahrensweisen ist, daß beispielsweise eine Schweißung im tiefsten Punkt der herzustellenden Schweißnaht nicht möglich ist, da die Ausbildung des Lichtbogens nur durch die geführte Be wegung der den Lichtbogen erzeugenden Metallelektrode gegenüber einem festliegenden Werkstück bzw. des metallischen Werkstückes gegenüber einer fest stehenden Metallelektrode möglich ist, so daß keine Beeinflussung der Ausbildung des Lichtbogens erfolgen kann. Der Lichtbogen bildet sich in der Regel zwischen der Metallelektrode und dem nächstliegenden Punkt des metallischen Werkstückes aus, d. h. den der Metallelek trode nächstliegenden Kanten des metallischen Werk stückes.A disadvantage of these previously known procedures is that, for example, a weld at the lowest point of the weld is not possible because the Formation of the arc only by the guided Be Movement of the metal electrode producing the arc compared to a fixed workpiece or metallic workpiece against a solid standing metal electrode is possible, so that none Influencing the formation of the arc can. The arc usually forms between the metal electrode and the closest point of the metallic workpiece, d. H. that of the metal elec trode nearest edges of the metallic work piece.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Verbesserung solcher vorbekannter Verfahrensweisen, bei denen die Aus bildung und Lage des Lichtbogens kontrolliert bzw. ge steuert werden kann, so daß auch an sonst kaum zu er reichenden Stellen eines Werkstückes die gewünschte Schweißnaht hergestellt werden kann.The object of the present invention is an improvement such previously known procedures in which the Aus formation and position of the arc checked or ge can be controlled, so that he hardly at other reaching parts of a workpiece the desired Weld can be made.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient das erfindungsgemäße Verfahren der angegebenen Art, welches dadurch gekenn zeichnet ist, daß der Strom wahlweise und schaltbar zu dem metallischen Werkstück und/oder der Schweißelektrode als zweitem Pol geführt wird.The object of the invention is used to achieve this object Process of the type specified, which thereby characterized is that the current is optional and switchable the metallic workpiece and / or the welding electrode is led as a second pole.

Durch die als zweite Elektrode schaltbare Schweißelek trode läßt sich der Lichtbogen an die durch die Lage dieser Schweißelektrode bestimmte Stelle ziehen, wobei gegebenenfalls und wahlweise das metallische Werkstück als zweiter Pol von der Stromquelle abgeschaltet oder zugeschaltet werden kann und diese Abschaltung oder Zuschaltung entweder für eine vorbestimmte Zeitdauer erfolgt oder auch beliebig variabel erfolgen kann, z. B. je nach visueller Beobachtung während des Schweißvor ganges und Schaltung mittels Hand- oder Fußschalters.Thanks to the welding electrode that can be switched as the second electrode The arc can be trode through the location this welding electrode pull certain point, whereby if necessary and optionally the metallic workpiece turned off as the second pole of the power source or can be switched on and this shutdown or Activation either for a predetermined period of time takes place or can be done variably, z. B. depending on visual observation during the welding process ganges and switching by means of hand or foot switches.

Ebenfalls ist es möglich mit dem Schweißvorgang zunächst bei von der Schweißelektrode abgeschaltetem Strom nur bei zugeschalteter Metallelektrode zu beginnen und dann, gegebenenfalls unter Abschaltung des Stromes von der Metallelektrode, die Stromzufuhr auf die Schweißelektrode umzuschalten.It is also possible to start with the welding process with current switched off by the welding electrode only at connected metal electrode and then, if necessary by switching off the current from the Metal electrode, the power supply to the welding electrode switch.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nicht nur eine das Zusatzmaterial zuführ ende Schweißelektrode eingesetzt, sondern noch eine zweite, ebenfalls Zusatzmaterial zuführende Schweißelek trode, die ebenfalls als zweiter Pol schaltbar ist, wobei diese Zuschaltung ebenso wie im Fall der ersten Schweißelektrode durchgeführt werden kann. Vorzugsweise wird als zweite, Zusatzmaterial zuführende Schweißelektrode ein Draht aus gleichem Material, d. h. Verschweißungswerkstoff, wie bei der ersten Schweißelek trode verwendet, der jedoch eine unterschiedliche Materialstärke, d. h. Durchmesser, besitzt. Auf diese Weise kann der Schweißvorgang besonders vorteilhaft bei unterschiedlicher Breite der herzustellenden Schweißnaht durchgeführt werden, wobei die Stromzufuhr zum zweiten Pol lediglich von der ersten Schweißelektrode auf die zweite Schweißelektrode umgeschaltet werden muß, damit nur die jeweils zugeschaltete Schweißelektrode für den Schweißvorgang verfügbar wird.In a further embodiment of the invention The method will not only feed the additional material welding electrode, but another second welding electrode, also supplying additional material trode, which is also switchable as a second pole, this connection as in the case of the first Welding electrode can be carried out. Preferably, the second is to supply additional material Welding electrode a wire of the same material, d. H. Welding material, like the first welding elec trode used, but a different one Material thickness, d. H. Diameter. To this The welding process can be particularly advantageous different width of the weld seam to be produced be performed, the power supply to the second Pole only from the first welding electrode to the second welding electrode must be switched so that only the connected welding electrode for the Welding process becomes available.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt die üblichen Einrichtungen zum Licht bogenschweißen, d. h. Gleichstromgenerator, Regelung, Gaszufuhr für Schutzgas und eventuell Plasmagas, Kühl wasserversorgung, nicht abschmelzende Metallelektrode sowie die Halterung hierfür, gegebenenfalls Einrichtun gen für einen an sich bekannten Hilfs- oder Pilotlicht bogen zur kontinuierlichen Beleuchtung des Schweißpunktes auf dem Werkstück, wenigstens eine Zuführung für die als Zusatzmaterial bzw. Schweißnahtfüllmaterial dienende Schweißelektrode sowie diese Schweißelektrode, üblicher weise in Form eines auf einer Spule befindlichen und ab spulbaren Schweißdrahtes.The device for performing the invention The process includes the usual facilities for light arc welding, d. H. DC generator, regulation, Gas supply for protective gas and possibly plasma gas, cooling water supply, non-melting metal electrode as well as the holder for this, if necessary furnishing conditions for an auxiliary or pilot light known per se arc for continuous illumination of the welding spot on the workpiece, at least one feeder for the as Additional material or weld filler material Welding electrode and this welding electrode, more common example in the form of a on a coil and from spoolable welding wire.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Vor richtung sind zum Verschweißen von Gegenständen auf dentaltechnischem Gebiet wie Zahnprothesen oder Zahn prothesenteilen bestimmt, insbesondere Gegenständen aus Titan oder Legierungen mit hohem Titangehalt, ins besondere oberhalb 80 % Titananteil, da Titan in der Praxis der Herstellung solcher Gegenstände praktisch nur geschweißt werden kann. Bei Gegenständen auf dentaltech nischem Gebiet ist der Schweißvorgang wegen der geringen Größe bzw. Abmessungen der zu verschweißenden Einzelteile nur sehr diffizil durchzuführen und die Steuerung bzw. Lagebestimmung des Lichtbogens beim Schweißvorgang ist hier besonders wesentlich.The method according to the invention and the associated before direction are for welding objects dental technology field such as dentures or tooth prosthesis parts determined, especially objects made of titanium or alloys with a high titanium content, ins especially above 80% titanium, since titanium in the Practice of making such items practically only can be welded. For items on dentaltech The welding process is due to the small area Size or dimensions of the individual parts to be welded only very difficult to carry out and the control or Determination of the position of the arc during the welding process particularly important here.

Das Verfahren kann z. B. beim Verschweißen von Einzel kronen zu einer Zahnbrücke unter Einsetzen von Zwischen stegen oder Zwischengliedern angewandt werden oder auch zum Verschweißen von Einzelteilen bei der Herstellung von sogenannten Geschiebeprothesen oder dem Anschweißen von Bügeln bei größeren Metallprothesegerüsten. The method can e.g. B. when welding individual crown to a dental bridge with insertion of intermediate webs or pontics are used or also for welding individual parts during manufacture of so-called attachment prostheses or welding of brackets for larger metal prosthesis frames.

Selbstverständlich können die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gegenstände auf dentaltechnischem Gebiet wie Zahnprothesen oder Zahnprothesenteile, z. B. Brücken, dann noch dentaltechnisch weiterverarbeitet werden, z. B. mit Verblendungen aus Kunststoff oder Keramik versehen werden, da eventuell hierbei erforder liche Temperaturbehandlungen nicht die zur Zerstörung einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schweißnaht erforderliche Temperatur erreichen.Of course, according to the invention Processed articles on dental technology Area such as dentures or denture parts, e.g. B. Bridges, then further processed by dental technology be, e.g. B. with facings made of plastic or Ceramics are provided, as this may be necessary temperature treatments not those for destruction one produced by the process according to the invention Reach the required temperature.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in der Zeichnung sind:The invention will be described with reference to the drawing explained in more detail, in the drawing are:

Fig. 1 eine schematische Anordnung einer Vorrichtung zum Plasmaschweißen; Fig. 1 shows a schematic arrangement of a device for plasma welding;

Fig. 2 eine Schutzgasvorrichtung in Form einer Glove box zur Verwendung beim Schweißen von Gegen ständen aus Titan oder Titanlegierung; Fig. 2 is a protective gas device in the form of a glove box for use in welding objects from titanium or titanium alloy;

Fig. 3 eine aus Einzelkronen bestehende Brücke mit Zwischenstegen. Fig. 3 is a bridge consisting of individual crowns with intermediate webs.

Die in Fig. 1 gezeigte schematische Anordnung der Vorrich tung zur Ausführung der Erfindung umfaßt die nicht ab schmelzende Metallelektrode 1, welche an den negativen Pol der - nicht dargestellten - Gleichstromquelle ange schlossen ist. Die Metallelektrode 1 wird ringförmig von von der Düse 5 zur Zuführung des Plasmagases bei 11 umge ben, weiter ist hier noch die Schutzgaszuführung bei 11 über einen Außenring 4 dargestellt. Diese Schutzgaszu führung ist jedoch nicht in jedem Fall erforderlich, so fern eine Schutzgasatmosphäre auf eine andere Weise sichergestellt werden kann, wie dies im folgenden mit Bezug auf die Fig. 2 noch näher erläutert wird. Ferner umfaßt die Anordnung der Fig. 1 noch den Stromanschluß 9 für den wahlweise vorzusehenden Pilot- oder Hilfslicht bogen, der - falls vorhanden - dauernd zwischen Metall elektrode 1 und Düse 5 brennt und auf diese Weise die dauernde Beleuchtung des Schweißpunktes gewährleistet.The schematic arrangement shown in Fig. 1 of the device for carrying out the invention includes the non-melting metal electrode 1 , which is connected to the negative pole of the DC power source (not shown). The metal electrode 1 is in the form of a ring from the nozzle 5 for supplying the plasma gas at 11 , and the shielding gas supply at 11 via an outer ring 4 is also shown here. However, this inert gas supply is not necessary in every case, so long as an inert gas atmosphere can be ensured in a different way, as will be explained in more detail below with reference to FIG. 2. Furthermore, the arrangement of FIG. 1 still includes the power connector 9 for the optional pilot or auxiliary light, which - if present - burns continuously between metal electrode 1 and nozzle 5 and thus ensures the permanent illumination of the welding spot.

Das Werkstück 2, 3 ist in der Fig. 1 zweigeteilt darge stellt, so daß an jedes Teil 2 und 3 der zweite positive Pol der Gleichstromquelle angeschlossen werden kann. Die Gleichstromquelle für den Schweißvorgang ist mit 6 in Fig. 1 bezeichnet.The workpiece 2 , 3 is shown in two parts in FIG. 1, so that each part 2 and 3 can be connected to the second positive pole of the direct current source. The DC power source for the welding process is designated 6 in FIG. 1.

Mit 7 ist die sich verbrauchende und die Schweißnaht auffüllende Schweißelektrode bezeichnet, die hier durch den Halter 13 gehalten wird, wobei in diesem Halter die Einrichtung zum Zuführen bzw. zum Nachschieben der Schweißelektrode integriert sein kann. 7 designates the consumable welding electrode which fills the weld seam, which is held here by the holder 13 , it being possible for the device for feeding or for feeding the welding electrode to be integrated in this holder.

Der wesentliche neue Teil der Anordnung der Fig. 1 ist die Schalteinrichtung 12, in welcher die Schalter 14 und 15 wahlweise betätigt werden können, so daß der Schweiß strom entweder zwischen den Werkstücken 2 und 3 und der nicht abschmelzenden Metallelektrode 1 oder zwischender Schweißelektrode 7 und der nicht ab schmelzenden Metallelektrode 1 zugeführt werden kann und auf diese Weise den Lichtbogen ausbildet, der in der Fig. 1 mit 8 bezeichnet ist.The essential new part of the arrangement of FIG. 1 is the switching device 12 , in which the switches 14 and 15 can be operated selectively, so that the welding current either between the workpieces 2 and 3 and the non-melting metal electrode 1 or between the welding electrode 7 and which cannot be supplied from the melting metal electrode 1 and in this way forms the arc, which is denoted by 8 in FIG. 1.

Selbstverständlich ist es auch möglich, sowohl die Metallelektrode 1 als auch die Schweißelektrode 7 mit dem zweiten positiven Pol der Schweißstromquelle über die entsprechende Stellung der Schalter 14 und 15 zu ver binden.Of course, it is also possible to connect both the metal electrode 1 and the welding electrode 7 to the second positive pole of the welding current source via the corresponding position of the switches 14 and 15 .

Wie bereits ausgeführt, ist es auf diese Weise möglich, den Lichtbogen je nach Wunsch zu führen und das Ver schweißen in der Tiefe einer Schweißnaht ist sehr viel einfacher und sicherer durchzuführen.As already stated, it is possible in this way to lead the arc as desired and the ver welding in the depth of a weld is a lot easier and safer to carry out.

In der Fig. 2 ist eine Glove-Box 16 gezeigt, die bei der Anwendung der Erfindung zum Verschweißen von Werkstücken aus Titan oder Legierungen mit hohem Titangehalt vorteil hafterweise eingesetzt wird. Die Glove-Box 16 ist mit den Handschuhen 17 und 18 ausgerüstet, ferner mit einer Schutzgaseinleitung 20 sowie einem Anschluß 21 für eine Vakuumabsaugung von zu Beginn in der Glove-Box enthal tener Luft, so daß eine reine Schutzgasatmosphäre in der Glove-Box erreicht werden kann. In der Glove-Box 16 be finden sich ferner die Schweißelektroden 7 und 7′ mit ihren Haltern 13 und 13′ sowie den Stromzuführungen, die zu einer hier nicht dargestellten Schalteinrichtung führen, und der Schweißbrenner 19 mit der nicht abschmel zenden Metallelektrode 1, wobei hier nur Plasmagas zu dem Schweißbrenner zugeführt wird, da die Schutzgasatmosphäre durch die Glove-Box gewährleistet ist. Die Metallelek trode 1 ist über eine Stromzuführung ebenfalls mit der Schalteinrichtung verbunden.In FIG. 2, a glove box 16 is shown, which for welding of workpieces of titanium or alloys with a high titanium content in the advantageous application of the invention is by way of legally used. The glove box 16 is equipped with gloves 17 and 18 , also with a protective gas inlet 20 and a connection 21 for vacuum extraction of air initially contained in the glove box, so that a pure protective gas atmosphere can be achieved in the glove box can. In the glove box 16 there are also the welding electrodes 7 and 7 'with their holders 13 and 13 ' and the power leads that lead to a switching device, not shown here, and the welding torch 19 with the non-melting metal electrode 1 , here only plasma gas is fed to the welding torch, since the protective gas atmosphere is guaranteed by the glove box. The metal electrode 1 is also connected to the switching device via a power supply.

In der Fig. 3 ist eine aus zwei Einzelkronen 22 und 22′ sowie einem Zwischenglied 23 bestehende Zahnbrücke ge zeigt, bei der die Schweißnähte mit 24 bezeichnet sind. Insbesondere bei solchen Verschweißungen an Zahnprothesen oder Zahnprothesenteilen sind die durch Schweißung auszu bildenden Nähte, welche die vorgegebenen Spalten füllen müssen, nie von konstanter Tiefe oder Breite, so daß bei solchen Schweißvorgängen eine Führung des Lichtbogens be sonders wichtig und vorteilhaft zur Herstellung einwand freier Schweißnähte ist.In Fig. 3 is a two individual crowns 22 and 22 'and an intermediate link 23 existing dental bridge shows ge, in which the welds are designated 24 . Particularly in the case of such welds on dentures or denture parts, the seams to be formed by welding, which have to fill the specified gaps, are never of constant depth or width, so that in such welding processes, guiding the arc is particularly important and advantageous for producing perfect welds .

Claims

1. A method for electric arc welding of metallic workpieces using a non-melting metal electrode and an additional material supplying welding electrode, the first pole of the welding current source being connected to the non-melting metal electrode and the second pole of the welding current source being connected to the metallic workpiece and the workpiece and metal electrode as well as welding electrode can be guided to be movable relative to one another, applied to the production of objects in the dental field such as dental prostheses or dental prosthesis parts, characterized in that the current is selectively and switchably guided to the metallic workpiece and / or the welding electrode as the second pole.

2. The method according to claim 1, characterized in that the current alternately to the metallic workpiece and led to the welding electrode as a second pole becomes.

3. The method according to claim 1, characterized in that the current simultaneously to the metallic workpiece and led to the welding electrode as a second pole becomes.

4. The method according to claim 1, characterized in that the current for a preset first period of time the metallic workpiece and / or the welding elec trode is led as a second pole / s.

5. The method according to claim 2, characterized in that the current with alternating lead to metallic Workpiece and welding electrode for a specific one second period connected to both second poles remains.

6. The method according to claim 4 or 5, characterized in net that the first and / or the second period can be set variably.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in addition to the addition material supplying welding electrode another second, also supplying additional material and as second pole switchable welding electrode used becomes.

8. The method according to claim 7, characterized in that as a second welding electrode supplying additional material a wire made of the same material but from below different material thickness is used.

9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the welding of counter stands made of titanium or titanium alloys with high Titanium content in a glove box with a protective gas atmosphere with a welding torch that ver. only with plasma gas is taken care of, is carried out.

10.Device for performing the method according to a of the preceding claims, comprising the usual Devices for arc welding, in particular Plasma welding, as well as at least one, additive material feeding welding electrode, characterized in that switching devices for switching on and off or to switch the current to or between the metallic workpiece and to or between the / the Has welding electrode / s.