-
Die
vorliegende Erfindung betrifft Schweißen und insbesondere Schweißen von
Metallen mit einer zähen
Oberflächenoxidschicht,
wie zum Beispiel Aluminiumlegierungen.
-
Die
hochfeste und leichtgewichtige Aluminiumlegierung hat traditionell
zu ihrer Anwendung in Bereichen geführt, wo solche Faktoren kritisch
sind, zum Beispiel in der Luft- und Raumfahrtindustrie. In jüngerer Zeit
wurde auch begonnen, sie in der Automobilindustrie als Material
für Fahrzeugkarosserien zu
verwenden.
-
Es
gibt Schwierigkeiten beim Schweißen von Aluminiumlegierungen
aufgrund ihrer inhärenten
Eigenschaften. Die hohe thermische Leitfähigkeit von Aluminiumlegierungen
liegt beim drei- bis fünf-fachen der
von Stahl, mit der Folge, dass signifikant höhere Energiezufuhr erforderlich
ist, um eine Fusion zu erreichen. Zum Schweißen von dicken Abschnitten kann
ein Vorwärmen
der Werkstücke
notwendig sein. Aluminium und seine Legierungen weisen eine Oberflächenschicht
aus Aluminiumoxid auf, die sich schnell bildet, wenn das Aluminium
der Atmosphäre ausgesetzt
ist. Es war notwendig, diese Oxidschicht vor dem Verschweißen zu entfernen,
da es die Fusion zwischen den Werkstücken verhindert. Arbeitsschritte
zur Oxidentfernung sind zeitaufwändig
und erfordern, dass ein hohes Maß an Reinheit der Werkstücke eingehalten
wird, wenn anschließende Schweißvorgänge erfolgreich
sein sollen. Magnesium und seine Legierungen werden nun auch für Automobilanwendungen
in Betracht gezogen. Wie Aluminium bildet auch Magnesium eine Oberflächenoxidschicht,
wenn es der Atmosphäre
ausgesetzt wird.
-
Diese
inhärenten
Probleme beim Schweißen von
Aluminium, Magnesium und ihren Legierungen haben bisher ihre Verwendung
in der Au tomobilindustrie auf Oberklassenfahrzeuge beschränkt und machten
die Verwendung von weniger wünschenswerten
alternativen Fügemethoden
wie Nieten oder Kleben notwendig.
-
GB-A-793835
offenbart eine Vorrichtung zum Schweißen von Metallen mit einer
Oberflächenoxidschicht
umfassend einen Vibrator zum Unterbrechen und Dispergieren des Oxidfilms.
-
DE 3535212 beschreibt ein
Schweißgerät mit einem
Drahtzufuhrmechanismus, der eine Sprungkupplung aufweist. WO99/03634
beschreibt ein Buckelschweißsystem
zur Verwendung bei dünnen
Aluminiumblechen.
-
Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Schweißen von
zwei oder mehr überlappenden
Elementen mit einer zähen
Oberflächenoxidschicht
zur Verfügung
gestellt, wobei das Verfahren den Schritt umfasst:
Schmelzen
der Elemente an einer bestimmten Stelle zur Ausbildung eines Schweißbades;
dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner einen Schritt
zum Stören
des Schweißbades
durch Einführen
eines Störglieds
in das Schweißbad
umfasst.
-
Der
Schritt zum Stören
des Schweißbades ermöglicht ausreichendes
Vermischen des geschmolzenen Metalls der Werkstücke, um ihre Fusion zu gewährleisten.
Insbesondere dient der Schritt zum Stören des Schweißbades zum
Zerstören
jeglicher Oxidschicht im Schweißbad,
der Fusion verhindern kann, wenn er unbeeinflusst gelassen wird.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird der Schritt zum Schmelzen der Elemente zum Ausbilden eines
Schweißbades
unter Verwendung einer Plasmabogenlampe erreicht. Das Verfahren
kann den Schritt zum Einspannen der überlappenden Elemente vor dem
Ausbilden des Schweißbades
umfassen.
-
Ein
Stören
des Schweißbades
kann durch Einführen
eines Störglieds
in das Schweißbad
erreicht werden. In einer Ausführungsform
kann das Störglied
verzehrbar sein, zum Beispiel ein Draht mit einer Zusammensetzung,
die gleich oder ähnlich
der des Metalls ist, das die beiden oder mehreren Elemente bildet.
In einer solchen Ausführungsform
kann der Schritt zum Stören
des Schweißbades
die Schritte zum Vorschieben des Störgliedes in das Schweißbad mit
einer bestimmten Rate und in eine bestimmte Tiefe und dann Herausziehen
des Störgliedes
mit einer bestimmten Rate umfassen. Das Verfahren kann den Zwischenschritt
zum Halten des Störgliedes
im Schweißbad über eine
bestimmte Zeitdauer umfassen.
-
Bevorzugt
sind die Geschwindigkeit des Vorschubs und des Herausziehens des
Störgliedes
variabel und in einer bevorzugten Ausführungsform ist die Geschwindigkeit
des Zurückziehens
gleich oder schneller als die Geschwindigkeit des Vorschubs.
-
In
einer alternativen Ausführungsform
kann das Störglied
nicht verzehrbar sein, zum Beispiel eine Lanze aus einem Material,
das vom geschmolzenen Metall im Schweißbad nicht benetzt wird. Die Lanze
kann zum Beispiel aus Platin oder einem Keramikmaterial gebildet
sein. In einer solchen alternativen Ausführungsform kann der Schritt
zum Stören des
Schweißbades
den Schritt zum Vorschieben der Lanze in das Schweißbad mit
einer bestimmten Rate und in eine bestimmte Tiefe und dann Herausziehen der
Lanze umfassen. Wiederum kann das Verfahren den Zwischenschritt
zum Halten der Lanze im Schweißbad über eine
bestimmte Zeitdauer umfassen.
-
Das
Stören
des Schweißbades
kann durch die Wirkung von Plasmagas und/oder Schutzgas ausgelöst oder
gefördert
werden. Das Gas kann zum Beispiel auf das Schweißbad in einem Winkel in einer Weise
auf treffen, dass Verwirbeln gefördert
wird. Das Plasma- und/oder Schutzgas selbst kann eine Rotationskomponente
aufweisen, zum Beispiel durch Drall in einem Gasaustrittsstrahl.
-
Das
Schweißbad
wird bevorzugt von unten gestützt,
so dass ein Absinken vermieden wird. Eine solche Anordnung ist in
dem Fall wünschenswert,
wo einseitiges Punktschweißen
durchgeführt
wird, und weist den weiteren Vorteil auf, dass die Form und das Aussehen
der verfestigten Schweißung
beeinflusst werden können.
Dieser letztere Aspekt kann ein bedeutender Gesichtspunkt in Fällen sein,
wo das kosmetische Aussehen der Schweißung von Bedeutung ist, oder
wo eine glatte Oberflächenendbearbeitung wünschenswert
ist.
-
In
einer alternativen Ausführungsform
kann die Stütze
mit einer Ausnehmung versehen sein, in der das Schweißbad gestützt wird.
Die Verwendung einer solchen Ausnehmung führt dazu, das die Seite des
Werkstücks,
die beim Schweißen
dagegen anliegt, mit erhabenen Buckeln versehen wird, die der Form
der Ausnehmung entsprechen. In einem Durchgang mit mehreren Schweißungen wird
die zuvor genannte Seite des Werkstücks auf diese Weise mit einer
wiederholten Abfolge von im Wesentlichen identischen Buckeln versehen.
Die Ausnehmung kann so konfiguriert sein, dass sie einen ästhetisch ansprechenden
Schweißbuckel
ergibt, zum Beispiel eine glatte Wölbung. In einer alternativen
Ausführungsform
kann die Ausnehmung so konfiguriert sein, dass sie einen Buckel
ergibt, der später
verwendbar ist, um eine Komponente in Bezug auf das Werkstück anzulegen
oder auszurichten.
-
Wenn
jedoch das Schweißen
unter sorgfältig geregelten
Bedingungen durchgeführt
wird, kann eine Stütze
unnötig
sein. Eine präzise
Regulierung des Plasmagases und Schweißstroms kann eine obere Schicht
des Materials schmelzen, während
die untere Schicht nur erwärmt
wird. In diesem Fall kann die Oxidschicht die untere Schicht etwas
isolieren.
-
Wenn
das Schweißbad
der oberen Schicht gestört
wird, wird die Oxidschicht ausreichend zerstört, um momentanes Schmelzen
der unteren Schicht und Bildung eines einheitlichen Schmelzbades
zu ermöglichen.
Unmittelbare Reduzierung des Stroms, Plasmagasstroms und/oder Abkühlen bewirken
ein Erstarren der Schweißung
ohne Absinken.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
erfolgt die Bewegung des Störgliedes
in einem relativ flachen Winkel in der Ebene der Schweißung, bevorzugt über 30° und besonders
bevorzugt bis zu 45°.
-
Das
Störglied
wird bevorzugt auf einer Seite des Schweißbades eingeführt, was
auf diese Weise einen Rühreffekt
fördert,
der ein Vermischen im Schweißbad
effektiv fördert.
Es können
zwei oder mehr Störglieder
vorgesehen sein, um ein solches Rühren zu fördern.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
erfordert eine einseitige Punktschweißung zwischen zwei Streifen
von 5754 Aluminiumlegierung eine Plasmagasströmungsrate (Argon) von 1,5 bis
1,8 Liter pro Minute und ein Störglied
umfassend einen einzelnen Fülldraht
aus 5554 Aluminiumlegierung und einem Durchmesser von 1,6 mm. Eine
solche Schweißung zeigte
ein glattes Aussehen mit einem ungefähren Gesamtdurchmesser von
8 mm auf der Blindseite und 10 mm auf der Vorderseite. Es erübrigt sich
darauf hinzuweisen, dass ein dünnerer
Draht eine schnellere Zufuhrrate erfordert und eine größere Wahrscheinlichkeit
von Verwerfungen aufweist. Ein dickerer Draht kann, wegen der Krümmung des
Zufuhrweges schwieriger zum Schweißbad zuzuführen sein. Typischerweise sind
im obigen Beispiel eine Zufuhrgeschwindigkeit von 4 m/min und eine
Abzugsgeschwindigkeit von 5 m/min geeignet. Diese Faktoren sind
für den
Fachmann veränderbar,
um eine optimale Schweißung
zu erhalten.
-
Im
Falle eines gestützten
Schweißbades kann
die zähe
Oxidschicht durch Absinken des Schweißbades in eine Stützenvertiefung
geeigneter Größe gebrochen
oder zerstört
werden. Die Oxidschicht besitzt keine Nachgiebigkeit und folglich
keinen Widerstand gegen Deformation. Das Vermischen kann zum Beispiel
durch einen Verwirbelungseffekt gefördert werden, der durch das
Plasma- und/oder Schutzgas eingeführt wird.
-
Pulsieren
eines Schweißstroms
kann das Schweißbad
auch stören,
zum Beispiel durch Herauf- und Herunterschalten eines Wechselstroms.
-
Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schweißvorrichtung
zur Verfügung
gestellt zum Schweißen
von zwei oder mehr überlappenden
Elementen mit einer zähen
Oberflächenoxidschicht,
wobei die Vorrichtung eine Plasmabogenlampe umfasst, die zum Ausbilden
eines Schweißbads
in zwei oder mehr überlappenden
Elementen mit einer zähen
Oxidschicht betreibbar ist, wobei ein Schweißbadstörmittel ein Störglied umfasst,
das in das Schweißbad
in eine ausreichende Tiefe beweglich ist, dass es in im Schweißbad vorhandene überlappende
Oxidschichten eindringt, und ein Schweißbad-Trägerelement.
-
Die
Schweißbadstörmittel
umfassen bevorzugt ein Störglied,
das in das Schweißbad
beweglich ist. In einer Ausführungsform
kann das Störglied
verzehrbar sein und einen Draht oder ein Filament umfassen, dessen
Zusammensetzung gleich oder ähnlich
der des Werkstücks
ist. In einer solchen Ausführungsform
kann der Draht oder das Filament durch einen Zufuhrmechanismus beweglich
sein. Der Zufuhrmechanismus kann so betätigbar sein, dass er den Draht
oder das Filament mit einer oder mehreren bestimmten Zufuhrraten
relativ zum Schweißbad
bewegt. Bevorzugt weist der Zufuhrmechanismus Führungsmittel zum Führen des
Drahts oder Filaments zu einer bestimmten Stelle im Schweißbad auf.
In einer alternativen Ausführungsform
kann das Störmittel
nicht verzehrbar sein und eine Lanze oder dergleichen Vorrichtung
umfassen. Die Lanze ist bevorzugt aus einem Material, das vom geschmolzenen
Metall im Schweißbad
nicht benetzt wird. Es kann mehr als ein Draht, Filament oder Lanze
vorgesehen sein.
-
Das
Trägerelement
umfasst eine Trägeroberfläche mit
einer Ausnehmung, die geeignet ist, das Schweißbad zu stützen. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Trägerelement
geeignet, eine Entlüftung
der Ausnehmung zu ermöglichen, wenn
das Schweißbad
sich bildet. Die Trägeroberfläche kann
mit einem oder mehreren offenen Kanälen versehen sein, die sich
von der Ausnehmung erstrecken. Bevorzugt ist das Trägerelement
mit einem Kühlsystem
versehen. Das Trägerelement
kann ein im Wesentlichen hohles Inneres aufweisen, durch das Kühlmittel
zirkulieren kann.
-
Das
Trägerelement
kann einen erhaben Umfangsrand aufweisen, gegen den das Werkstück anliegt.
Eine solche Kante, die unterbrochen sein kann, reduziert Wärmeleitung
vom Werkstück
zum Träger und
ermöglicht
ein relativ leicht einstellbares Mittel zur Veränderung der Wärmetransporteigenschaften der
Schweißung.
Die Erhebung der Kante kann sehr gering sein und in der Größenordnung
von 0,05 mm liegen.
-
In
einer alternativen Ausführungsform
kann das Trägerelement
einen Körper
mit einem Einsatz umfassen, wobei der Einsatz die Trägeroberfläche definiert,
worin der Einsatz aus einem Material gefertigt ist, das eine geringere
thermische Leitfähigkeit aufweist
als das Material des Körpers.
Die Verwendung eines solchen Einsatzes reduziert die Menge an Wärmeenergie,
die beim Schweißen
zum Träger übertragen
wird und reduziert damit die erforderliche Energiezufuhr vom Plasmabrenner.
Der Einsatz kann aus einem Keramikmaterial gefertigt sein, zum Beispiel
reaktionsgebundenes Siliciumnitrid. Alternativ kann der Einsatz
aus ei nem elektrisch leitfähigen
Material gefertigt sein, zum Beispiel einem Material auf Graphitbasis.
-
Die
Plasmabogenlampe und das Trägerelement
können
relativ zu einander beweglich sein, um zu ermöglichen, dass das Werkstück dazwischen eingespannt
wird.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
kann ein elektrischer Schweißstrom
beim Schweißen
gepulst werden, um die Oxidschicht zu stören und/oder den Wärmeeintrag
in die Schweißung
zu regulieren. Eine solche Anordnung kann beim Vermeiden eines Absinkens
von nicht horizontalen Schweißungen
besonders geeignet sein.
-
Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen
beschrieben, in denen:
-
1 eine
Querschnittsseitenansicht eines Schweißgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
2a bis 2c ein
Seitenansicht eines Schweißvorgangs
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigen;
-
3 eine
Perspektivansicht eines Trägerelements
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
-
4 eine
Querschnittsseitenansicht eines ersten alternativen Trägerelements
zeigt; und
-
5 eine
Querschnittsseitenansicht eines zweiten alternativen Trägerelements
zeigt.
-
Zunächst mit
Bezug zu 1 ist ein Schweißgerät gezeigt,
das allgemein mit 10 bezeichnet ist, das zur Ausbildung
von Punktschweißungen geeignet
ist. Das Schweißgerät umfasst
eine Plasmabogenlampe 12, die auf einem beweglichen Schlitten 14 angebracht
ist. Der Schlitten 14 ist in einem Zylinder 16 beweglich
und ein äußerer Teil
des Schlittens 14 trägt
eine umlaufende Dichtung 18, die ermöglicht, dass der Schlitten 14 als
Kolben wirkt. Der Zylinder 16 ist über einen Vibration dämpfenden Ring 22 mit
einer Montagehalterung 20 verbunden. Der Schlitten 14 ist
durch die selektive Anwendung von Fluiddruck, zum Beispiel pneumatischen
Druck, auf den Zylinder 16 über Öffnungen 24, 26,
die in seiner Wand vorgesehen sind, relativ zum Zylinder 16 beweglich.
Wie leicht erkennbar ist, sind die Öffnungen 24, 26 über und
unter der umlaufenden Dichtung 18 vorgesehen. Neben den Öffnung 24, 26 ist
ein Anschlussblock 28 vorgesehen, um Verbindung mit einer
geeigneten Fluiddruckquelle zu ermöglichen.
-
Die
verengte Öffnung 30 des
Plasmabrenners 12 steht vom Schlitten 14 hervor
und ist von einer auf dem Schlitten 14 getragenen Schutzhülle 32 umgeben.
Die Schutzhülle 32 ist
mit dem Schlitten 14 durch einen Haltering 78 gehalten.
Die Schutzhülle 32 dient
im Einsatz sowohl dazu, ein Werkstück 34 einzuspannen
und geeignete Gasabschirmung der Schweißstelle zu gewährleisten.
Beide Funktionen der Schutzhülle 32 werden
unten ausführlicher
beschrieben. Der Schlitten 14 ist mit Kühlkanälen 36 versehen, um
die Zirkulation von Kühlmittel
zum Kühlen
des Plasmabrenners 12 bei ihrem Betrieb zu ermöglichen.
Der Plasmabrenner 12 ist im Schlitten 14 durch
eine rohrförmige
Haltehülse 38 gehalten.
Die Hülse 38 nimmt
auch das Gas auf und Energieanschlüsse 40, 42 des
Plasmabrenners 12.
-
Eine
Fülldrahtführung, allgemein
mit 44 bezeichnet, ist mit dem Schlitten 14 durch
eine Trägerhalterung 46 verbunden.
Die Drahtführung 44 umfasst
eine gewölbtes
Führungsrohr 48,
das eine Auskleidung 50 und eine verjüngte Spitze 52 umfasst.
In der gezeigten Ausführungsform
verläuft
das Führungsrohr 48 durch
die Montagehalterung 20. Da das Führungsrohr 48 mit
dem beweglichen Schlitten 14 durch die Trägerhalterung 46 verbunden
ist, ist eine isolierte Führungsbüchse 54 in
der Montagehalterung 20 vorgesehen, um relative Bewegung
des Führungsrohrs 48 zu
ermöglichen.
Der Fülldraht 56 ist durch
die Drahtführung 44 mit
einem geeigneten Zufuhrmechanismus (nicht gezeigt) beweglich. Typischerweise
ist der Fülldraht
im Zufuhrmechanismus auf einer Trommel gelagert. Die Spitze 52 der
Drahtführung 44 ist
so positioniert, dass im Betrieb, der Fülldraht 56 durch eine Öffnung 49 in
der Schutzhülse 32 zugeführt wird.
-
Ein
Trägerelement 58 ist
in 1 gezeigt und ebenso im Detail in 3.
Das Trägerelement 58 weist
eine Trägerfläche 60 auf,
gegen die im Betrieb das Werkstück 34 anliegt.
Das Trägerelement 58 weist
ein im Wesentlichen hohles Inneres auf, in dem Kühlmittel über einen Einlass 62 und
einen Auslass 63 zirkulieren kann. Eine Ausnehmung 64 ist
in der Trägerfläche 60 vorgesehen
und zwei Kanäle 66, 68 erstrecken
sich in entgegengesetzte Richtungen von der Ausnehmung 64 zur
Kante 70 der Trägerfläche 60.
-
Nun
wird der Betrieb des Schweißgeräts 10 mit
Bezug zu allen Figuren beschrieben. In der gezeigten Ausführungsform
umfasst das Werkstück 34 zwei überlappende
Bleche 72, 74 aus Aluminiumlegierung. Die Bleche 72, 74 sind
derart positioniert, dass die gewünschte Position der Schweißung mit
einer Nominalachse 76 ausgerichtet ist, die durch den Plasmabrenner 12 und
die Ausnehmung 64 im Trägerelement 58 verläuft, wie
in 1 gezeigt. Der Schlitten 14 wird abgesenkt,
bis die Schutzhülse 32 am
Werkstück 34 anschlägt und das
Werkstück 34 wird
gegen das Trägerelement 58 gespannt.
Diese Spannwirkung reduziert die Möglichkeit, dass die Bleche 72, 74 sich
beim anschließenden
Schweißvorgang
relativ zueinander bewegen.
-
Der
Schweißbrenner 12 wird
dann betätigt, um örtliches
Schmelzen des Werkstücks 34 zur
Ausbildung eines Scheißbades 80 zu
erzeugen. Das Schweißbad 80 wird
von der Ausnehmung 64 des Trägerelements 58 umfasst,
wie in 2b gezeigt. Wenn sich das Schweißbad 80 bildet,
entweicht in der Ausnehmung 64 vorhandene Luft, die sich
aufgrund des Erwärmens
des Werkstücks 34 ausdehnt, über die
Kanäle 66, 68.
Ohne die Kanäle 66, 68 wäre das einzige
Mittel zum Entweichen von sich ausdehnender Luft durch das geschmolzene
Schweißbad 80,
was dazu führen
könnte,
dass das Schweißbad 80 aus
der Ausnehmung 64 getrieben wird. Die Kanäle 66, 68 sehen
auch ein Mittel zum Entweichen von Oberflächenbeschichtungen vor, die
auf der Unterseite des Werkstücks 34 vorhanden
sind, wobei sich die Beschichtungen als Folge der Bildung des Schweißbades 80 verflüssigen.
Zum Beispiel kann das Werkstück 34 mit
einem Oberflächenschutzüberzug aus
Wachs versehen sein.
-
Sobald
das Schweißbad 80 sich
gebildet hat, verbleiben dünne
Schichten von Aluminiumoxid, die in 2b in
unterbrochenen Linien gezeigt sind, zwischen dem geschmolzenen Metall
der jeweiligen Bleche 72, 74. Diese Oxidschichten 82 umfassen
das auf den Oberflächen
jedes Bleches 72, 74 vorhandene Oxid. Dies verhindert
das Vermischen des geschmolzenen Metalls der Bleche 72, 74 und
verhindert damit die Fusion. Um dies zu überwinden wird der Fülldraht 56 in
das Schweißbad 80 vorgeschoben,
um die Oxidschichten 82 zu stören, wie es in 2c gezeigt
ist. Sobald die Oxidschichten 82 vom Fülldraht 56 durchdrungen
werden, gewährleisten Konvektionskräfte im Schweißbad 80 ausreichendes Vermischen
des geschmolzenen Blechmetalls, um eine Fusion zu erreichen. Der
Fülldraht 56 weist
typischerweise eine Zusammensetzung auf, die die selbe ist wie die
der Legierungsbleche 72, 74, zum Beispiel eine
Mischung aus Aluminium und Magnesium oder Silicium. Sobald der Fülldraht 45 in
das Schweißbad 80 vorgeschoben
wurde, wird es über eine
bestimmte Zeitdauer darin gehalten, um zu ermöglichen, dass ein Teil davon
schmilzt und in die Schweißung
eingebracht wird. Nachdem diese bestimmte Zeitdauer abgelaufen ist,
wird der Fülldraht 56 herausgezogen.
Das Werkstück 34 kann
dann ausgespannt und aus dem Gerät 10 entnommen
werden.
-
4 zeigt
ein alternatives Trägerelement 58 mit
einer erhabenen Umfangskante 84, die eine im Wesentlichen
kreisförmige
Trägeroberfläche 60 definiert.
-
Die
Ausnehmung 64, in der das Schweißbad gestützt ist, ist in der Mitte der
kreisförmigen
Trägerfläche 60 vorgesehen.
Im Betrieb ermöglicht
die erhabene Kante 84, dass ein Luftspalt 86 zwischen dem
Trägerelement 58 und
dem Werkstück 34 im
Bereich der Schweißstelle
vorhanden ist. Der Luftspalt 86 reduziert die Übertragung
von Wärme
vom Werkstück 34 zum
Trägerelement 58 beim
Schweißen.
-
5 zeigt
ein weiteres Trägerelement 58 mit
einem Einsatz 88 darin. Der Einsatz 88 ist so
konfiguriert, dass er die oben beschriebene Ausnehmung 64 und
Entlüftungskanäle 66 definiert.
Der Einsatz ist aus einem Material gefertigt, das eine geringere
thermische Leitfähigkeit
aufweist als der Hauptkörper
des Trägerelements 58.
Der Einsatz kann ein nicht metallisches Hochtemperaturmaterial sein,
das im Betrieb nicht vom geschmolzenen Metall des Schweißbades benetzt
wird. Der Einsatz kann aus einem keramischen Material sein, wie
zum Beispiel ein reaktionsgebundenes Siliciumnitrid.
-
Die
Verwendung eines Einsatzes aus einem Material mit einer geringeren
Wärmeleitfähigkeit kann
die Notwendigkeit, das Trägerelement 58 zu kühlen, vorteilhaft
eliminieren, da beim Schweißen weniger
Wärmeenergie
darauf übertragen
wird. Es ist erkennbar, dass die zum Träger 58 übertragene Wärmeenergie
in der Tat verloren ist, da sie nicht zum Erwärmen des Werkstücks und
der Bildung des Schweißbades
verwendet wird. Daher führt
die Reduzierung des Energietransports zum Träger 58 in der Folge
zu einer Reduktion der zum Ausbilden einer Schweißung notwendigen
Energie. Am Beispiel des Verschweißens von zwei überlappenden
Aluminiumlegierungsblechen, deren jedes eine Dicke von 1 mm aufweist,
und unter Verwendung eines mit Wasser gekühlten Trä gers wurde beobachtet, dass ein
Schweißstrom
von etwa 150 amps über
eine Dauer von ungefähr
3 Sekunden erforderlich ist. Im Gegensatz dazu konnte bei Ersetzen
eines ungekühlten Kupferträgers mit
einem Keramikeinsatz eine ähnliche
Schweißung
unter Verwendung eines Schweißstroms
von 105 amps über
eine Dauer von ungefähr 2
Sekunden erreicht werden.
-
Alternativ
kann der Einsatz aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt sein,
das eine geringere thermische Leitfähigkeit als der Hauptkörper des
Trägers 58 aufweist.
Ein solcher Einsatz gewährleistet,
dass der Träger
insgesamt elektrisch leitfähig ist
und eliminiert auf diese Weise die Möglichkeit, das der im Betrieb
zwischen dem Werkstück
und dem Plasmabrenner ausgebildete elektrische Kreis beim Schweißen unterbrochen
werden kann.