DE7323083U

DE7323083U - Non-consumable welding electrode

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Publication number: DE7323083U
Application number: DE7323083U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-06-20
Filing date: 1973-06-20
Publication date: 1976-10-07

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser ZeichenSIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Our mark

Berlin und MUnchen · VPA 73/7089Berlin and Munich VPA 73/7089

Non-consumable welding electrode

Die Neuerung bezieht sich auf eine nichtabschraelzende Elektrode aus Wolfram oder thoriertera Wolfram zum WIG- oder Plastoa-/ . schweißen, deren Elektrodenspitze zur Erhöhung der Elektronenemission eine aus einer Mischung aus einer Metall-Nichtmetall-Verbindung bestehende Masse trägt.The innovation relates to a non-abrasive electrode made of tungsten or thoriertera tungsten for TIG or plastoa / . welding, the electrode tip of which is made from a mixture of a metal-non-metal compound to increase the electron emission existing mass.

Zum WIG-Licbtbogenschweißen unter Schutzgas mit nichtabscbmelzenden Elektroden werden hauptsächlich Wolframelektroden verwendet. Zur Erhöhung der Emission3kraft der Elektrode und zur Einleitung eines stabilen Lichtbogens ist es bekannt, derartige Elektroden aus einem Gemisch von pulverförmigem Wolfram und einem Metalloxid, z.B. durch Sintern, herzustellen. Derart thorierte Wolframelektroden enthalten bis etwa 2$ Thoriumdioxid. Erhöht man die Beimengung über 2 ^, so nimmt die Emissions-V kraft der Elektrode noch langsam weiter zu, coch steigt gleichzeitig die Versprödung stark an. Außer der Zugabe von Thoriumdioxid sind auch Zugaben von Zirkon, Rhenium und anderen hochschmelzenden Metallen und deren Oxiden bekannt. Von den genannten Beimengungen wird Tboriumdioxid mit Vorzug verwendet, denn Thoriumdioxid ist bei hohen Temperaturen beständig; d.h. es besitzt eine geringe Neigung zum Ausdampfen.For TIG light arc welding under shielding gas with non-consumable Electrodes are mainly used with tungsten electrodes. To increase the emission power of the electrode and for initiation a stable arc, it is known, such electrodes made of a mixture of powdered tungsten and a metal oxide, e.g. by sintering. Such thoriated tungsten electrodes contain up to about 2 $ thorium dioxide. If the admixture is increased above 2 ^, the emission V increases by virtue of the electrode, slowly increasing, coch increasing at the same time the embrittlement strongly increases. In addition to the addition of thorium dioxide, there are also additions of zirconium, rhenium and other high-melting points Metals and their oxides known. Of the additions mentioned, borium dioxide is used with preference, because Thorium dioxide is stable at high temperatures; i.e. it has a low tendency to evaporate.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß derartige Elektroden zum automatischen Mikroschmelzschweißen, nämlich zum Schmelzschweißen von dünnen Blechen mit einer Dicke von wenigstens 1 mm nicht einwandfrei arbeiten. Bein) Mirkoschmelzschweißen beträgt die Schweißstromatärke weniger als 12 Ampere. Die Zündung muß auchHowever, it has been shown that such electrodes for automatic Micro fusion welding, namely not for fusion welding thin sheets with a thickness of at least 1 mm work flawlessly. In) microfusion welding, the welding current strength is less than 12 amperes. The ignition must also

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in einer Helium-Schutzatmosphäre über einen längeren Zeitraum sicher, d.b. zuverlässig berührungslos erfolgen. Eine Versuchsreihe ergab indessen, daß selbst thorierte Wolframelektroden keine exakte Zündfähigkeit besitzen und daß sie im Mittel nach etwa 60 Zündungen ihre Zündfähigkeit weitgehend verloren hatten. Genauere Beobachtungen zeigten, daß zu Beginn des Versuches die Zündung von der Spitze der Elektrode aus erfolgt und daß mit zunehmender Zahl der Zündungen ein immer größerer Teil der Elektrodenoberflache an der Zündung beteiligt war. Nach !ω Mittel 60 Zündungen - dieser Mittelwert wurde aus einem sehr weiten Streubereich errechnet - erfolgte eine Rückzündung von der Mantelfläche der Elektrode zur Brennerhülse des Schweißbrenners. Nach weiteren Zündversuchen konnte keine Zündung mehr prreicht werden. Die Zündfähigkeit läßt sich bei thorierten Wolfraraelektroden z.T. durch Nachschleifen der Elektrodenspitze wieder her stellen. Die starke Abnahme und das unterschiedliche Verhalten der Zündfähgikeit in Abhängigkeit von der Anzahl der Zündungen erschwert die Anwendung des Wolfram-Schutzgas-Schweißens und des Plasmaschweißens in einer mechanisierten Fertigung.in a protective helium atmosphere over a longer period of time sure, d.b. reliably and without contact. A series of experiments showed, however, that even thoriated tungsten electrodes do not have an exact ignitability and that they on average after around 60 ignitions had largely lost their ignitability. More precise observations showed that at the beginning of the experiment Ignition takes place from the tip of the electrode and that, with an increasing number of ignitions, an ever larger part of the electrode surface was involved in the ignition. After! Ω means 60 ignitions - this mean value became a very wide one Scatter range calculated - there was a flashback from the outer surface the electrode to the torch sleeve of the welding torch. After further ignition attempts, no more ignition could be tested will. The ignitability can be determined with thoriated tungsten electrodes Partly restore by regrinding the electrode tip. The strong decrease and the different behavior the ignitability as a function of the number of ignitions complicates the use of tungsten inert gas welding and Plasma welding in a mechanized production.

Es wurde schon vorgeschlagen (DT-BP 1 806 856) die Zündsicherheit der Elektrode durch eine in der Umgebung der Elektrodenspitze aufgebrachte Überzugsschicht, bestehend aus einer hocti- ί schmelzenden Metall-Nichtmetall-Verbindung, wie Metalloxid, Metallkarbid oder Metallnitrid oder einer Mischung mehrerer derartiger Stoffe zu verbessern. Mit einer solchen Elektrode läßt sich in exakter Folge ein stabiler Lichtbogen zünden. Darüber hinaus besitzt die Elektrode eine relativ hohe Standfestigkeit. Die hohe Standfestigkeit wird dadurch erreicht, daß man die aus pulverförmiger Thoriumdioxid bestehende Masse zunächst mit einem Binder auf die Elektrodenspitze aufbringt und sodann die Elektrode bis zum Schmelzen des Thoriumdioxides erhitzt, darauffolgend bei niedriger Stromstärke einen Lichtbogen zündet und dabei unter Vergrößerung des Elektrodenabstandes und starker Erhöhung der Stromstärke, und zwar über den normalen Arbeits-It has already been proposed (DT-BP 1806856) the ignition reliability of the electrode by a coating applied in the vicinity of the electrode tip coating layer consisting of a hocti- ί melting metal-non-metal compound such as metal oxide, metal carbide or metal nitride or a mixture of several such Improve fabrics. With such an electrode, a stable arc can be ignited in exact sequence. In addition, the electrode has a relatively high level of stability. The high stability is achieved by first applying the mass consisting of powdered thorium dioxide to the electrode tip with a binder and then heating the electrode until the thorium dioxide melts, then igniting an arc at a low current intensity and thereby increasing the electrode spacing and increasing it sharply the current strength, namely above the normal working

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bereich der Elektrode hinaus, das Thoriumdioxid schmelzsintert. Bei einer solchen, gemäss dem bekannten Verfahren hergestellten Elektrode erfolgt das Zünden gleichmässig von der Spitze der Elektrode aus.area of the electrode, which sintered thorium dioxide. In the case of one produced according to the known method The electrode is ignited evenly from the tip of the electrode.

Es wurde indessen beobachtet, dass bei längerer Brenndauer einer solchen Elektrode in einer, benachbart von der mit einer Uberzugsschicht versehenen Elektrodenspitze eine "Rückzündung" vom Schaft der Elektrode zum Brenner in Erscheinung tritt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die durch Schmelzsintern auf die Elektrodenspitze aufgebrachte Masse den Lichtbogen begünstigt von der Mantelfläche der Elektrode zu brennen, so dass nach einem Nachlassen der Emissionsfähigkeit der Überzugsmasse eine Rückzündung erfolgt.It has been observed, however, that if such an electrode is burned for a longer period of time, in one adjacent to that with a coating layer With the electrode tip provided, a "flashback" occurs from the shaft of the electrode to the torch. this is due to the fact that the mass applied to the electrode tip by melt sintering promotes the arc to burn from the outer surface of the electrode, so that after a decrease in the emissivity of the coating compound a Flashback takes place.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrode der vorstehend genannten Art zu verbessern, derart, dass sie auch bei längerer Brenndauer einen nur von der Elektrodenspitze ausgehenden, ruhig brennenden Lichtbogen zeigt. Diese Aufgabe wird gemäss der Neuerung dadurch gelöst, dassThe innovation is based on the task of improving an electrode of the type mentioned above in such a way that it also shows a steadily burning arc emanating only from the tip of the electrode in the event of a longer burning time. This task will solved according to the innovation in that

a) die schmelzgesinterte Masse in der Spitze der Elektrode in der Art eines Stopfens eingebettet ist unda) the sintered mass is embedded in the tip of the electrode in the manner of a plug is and

b) die Rauhtiefe der Wandung der die Masse aufnehmenden Bohrung in der Elektrode mindestens 10/um beträgt. b) the surface roughness of the wall of the hole in the electrode that receives the mass is at least 10 μm.

Diese so geschaffene Elektrode besitzt auch bei einer vergleichsweise wesentlich längeren Brenndauer sowie nach häufigem Zünden eine hohe Standfestigkeit des Lichtbogens, d.h. nach längerer Betriebszeit brennt und steht der Lichtbogen noch gleichmässig an der Spitze der Elektrode. Ein Nachlassen der Elektronenemission ist zwar auf die Dauer nicht zu vermeiden, jedoch tritt eine Rückzündung zum Schaft der Elektrode auch bei längerer BrenndauerThis electrode created in this way also has a comparatively Significantly longer burning time as well as a high stability of the arc after frequent ignition, i.e. after a longer period of time Operating time burns and the arc is still evenly at the tip of the electrode. A decrease in electron emission cannot be avoided in the long run, however, a backfire to the shaft of the electrode occurs even with longer burning times

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nicbt in Erscheinung; ibr gutes Brennverbalten v/ird bis zum völligen Ausfall der Elektrode nicht beeinträchtigt. Das Einbringen der Bohrung in die Elektrodenspitze ist schwierig» Aus Wolfram bestehende Elektroden werden durch Sintern hergestellt, sie besitzen eine hohe Harte und sind spröde, so daß sie mittels mechanisch arbeitender Werkzeuge schlecht zu bearbeiten sind.not appearing; Good firing behavior is not impaired until the electrode fails completely. Bringing in drilling into the electrode tip is difficult »Tungsten electrodes are made by sintering, they have a high hardness and are brittle, so that they are difficult to machine using mechanical tools are.

Ist die Bohrungswandung nicht hinreichend rauh, so findet die Masse sowohl beim Stopfen wie auch beira späteren Verfestigen durch Schmelzsintern,keinen hinreichenden Halt an der Bohrungswandung. Die Masse kann sich sodann bei einem unbeabsichtigten Stoß der Elektrode - wie es insbesondere beim Handschweißbetrieb während der Schweißarbeiten leicht vorkommt - aus der Bohrung lösen. Die Elektrode fällt dann aus. Eine Rauhtiefe von 10 /um ist indessen ausreichend, um eine feste Schme?.zsinterverbinäung zwischen der die Elektronenemission begünstigenden Masse einerseiis und der Wolframelektrode andererseits zu gewährleisten.If the bore wall is not sufficiently rough, the Mass both during plugging and later solidification by melt sintering, no sufficient hold on the bore wall. The mass can then be unintentional Impact of the electrode - as can easily happen in manual welding operation during welding work - out of the hole to solve. The electrode then fails. A surface roughness of 10 / µm is, however, sufficient to create a solid melt-sintered connection between the mass of one element that promotes electron emission and the tungsten electrode on the other hand.

Die Tiefe der in der Spitze der Elektrode eingebrachten Bohrung zur Aufnahme der die Elektronenemission begünstigenden Masse entspricht vorzugsweise dem Durchmesser der Elektrode. Iat die Bohrung zu tief, so können beim Stopfen der Bohrung mit der die Elektronenemission begünstigenden Masse Lunkerstellen entstehen; ist jedoch die Bohrung nicht hinreichend tief, so findet die Masse keinen Halt an der Wandung der Bohrung.The depth of the hole made in the tip of the electrode to accommodate the mass that promotes electron emission corresponds to preferably the diameter of the electrode. If the hole is too deep, when plugging the hole with the Electron emission favoring mass voids arise; however, if the hole is not deep enough, the mass will be found no hold on the wall of the bore.

Vorteilhaft ist es auch, die Bohrung innerhalb der Elektrodenspitze hintersetzt auszubilden. Durch diese konstruktive Ausbildung wird gewährleistet, daß die in der Elektrodenspitze enthaltene Mas&e nach Art einer Plombe gehalten und somit gegen ein Lösen durch Stoß u. dgl, während des Schweißbetriebes gesichert ist.It is also advantageous to have the bore inside the electrode tip to train behind. This structural design ensures that the contained in the electrode tip Dimensions held like a seal and thus secured against loosening by impact and the like during the welding operation is.

In den Zeichnungen Ιεΐ eine nach der Neuerung gebildete Elektrode nebst Einzelheiten hierzu schema tisch dargestellt.In the drawings Ιεΐ an electrode formed according to the innovation together with details on this are shown schematically.

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Gemäß Figur 1 ist in einem WIG-Schweißbrenner - von dem nur die Düse 1 dargestellt 13t - eine aus thoriertem Wolfram bestehende, nichtabschmelzende Elektrode 2 gebalten. -Während des Betriebes dee Brenners wird die Elektrode sowie der Schweißort 4 mit aus der Düse 1 austretendem Schutzgay 3 um-SDÜlt. Die etwa iw Maßstab 10 : 1 dargestellte Elektrode ist an ihrer Spitze 5 mit einer Höhlung 6 versehen, in welcher die die Elektronenemission begünstigende Masse 7 in Form eines Stopfens eingebettet ist. Während des Betriebes der Elektrode zündet der Lichtbogen 8 zuverlässig und stets zentrisch von der Spitze, nämlich von der Mitte der Fläche 9 der Schweißelektrode.According to FIG. 1, in a TIG welding torch - of which only the nozzle 1 is shown 13t - a non-melting electrode 2 made of thoriated tungsten is formed. -During the operation dee torch, the electrode and the welding site with 4 emerging from the nozzle 1 to 3 Schutzgay-SDÜlt. The electrode, shown approximately in a scale of 10: 1, is provided at its tip 5 with a cavity 6 in which the mass 7, which promotes electron emission, is embedded in the form of a plug. During operation of the electrode, the arc 8 ignites reliably and always centrally from the tip, namely from the center of the surface 9 of the welding electrode.

Anhand der Figur 2 wird im nachfolgenden das Verfahren zur Herstellung oar Elektrode erläutert. In dem sehr harten Elektrodenkörper 2 wird vorteilhaft durch Elektroerosion die Höhlung 6 eingebracht. Durch die Elektroerosion wird eine hinreichend große Rauhtiefe der Höhlungswandung 6' von mindestens 10 /Uu erzeugt. Die Höhlungstiefe t der Höhlung 6 soll vorzugsweise dem Durchmesser D der Elektrode entsprechen. Der stirnseitige Durchmesser d der Höhlung ist ebenfalls νου Durchmesser D derThe method for production is described below with reference to FIG oar electrode explained. The cavity 6 is advantageously formed in the very hard electrode body 2 by electrical discharge machining brought in. The electrical erosion creates a sufficiently large surface roughness of the cavity wall 6 'of at least 10 / Uu generated. The cavity depth t of the cavity 6 should preferably correspond to the diameter D of the electrode. The frontal Diameter d of the cavity is also νου diameter D of the

Elektrode abhängig, jedoch bei Elektroden mit einem Durchmesser von mehr als 2 mm unkritisch. Bei sehr kleinen Elektroden empfiehl es sich, den Durchmesser el nicht größer als 0,5 D zu wählen. Ist ( der Bohrungsdurchmesser d bei kleinen Elektroden su groß, so besteht die Gefahr, daß die zu dünne Wandung der Elektrode beim Stopfen der Bohrung mit der die Elektronenemission begünstigenden Masse oder später beim Schweißbetrieb ausbricht. Vorteilhaft ist es, die Höhlung 6 hintersetzt auszubilden, derart, daß die die Elektronenemission begünstigende Masse 7 nach Art einer Plombe in der Elektrodenspitze gehalten ist. Das Einbx-ingen der hintersetzten Höhlung in die Elektrodenspitze geschieht durch Erodiersenken eines VJoIframdrahte3, wobei raan entweder den Erodierdraht oder die Elektrode so bewegt» daß z.B. der Fußdurchmesser d¹ größer als der Stirndurchmesser d der Höhlung ist. Nach dem Erodieren erfolgt das Stopfen der Höhlung mit der vorbezeichneten Masse. Es wird sodann die Elektrodenspitze durch Widerstandserwärmung erhitzt. Darauffolgend w.'.rd ein Lichtbogen gezündetElectrode dependent, but not critical for electrodes with a diameter of more than 2 mm. In the case of very small electrodes, it is advisable not to choose a diameter el greater than 0.5 D. If ( the bore diameter d is large in the case of small electrodes, there is a risk that the too thin wall of the electrode will break out when the bore is plugged with the compound that promotes electron emission or later during welding that the mass 7, which promotes electron emission, is held like a seal in the tip of the electrode. The recess behind the electrode is embedded in the tip of the electrode by sinking a VJoIframdrahte3, whereby either the wire or the electrode is moved in such a way that, for example, the foot diameter d ^{1 is} larger than the face diameter d of the cavity. After the erosion, the cavity is plugged with the above-mentioned compound. The electrode tip is then heated by resistance heating. Subsequently an arc is ignited

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und unter einer Schutzgasatmosphäre sowie Vergrößerung des Elektrodenabstandes und starker Erhöhung der Stromstärke, und zwar bis weit über den normalen Arbeitsbereich der Elektrode hinaus, das Pulvergemisch in der Elektrodenspitze schmelzgesintert.and under a protective gas atmosphere as well as enlargement of the Electrode spacing and strong increase in current strength, the powder mixture in the electrode tip far beyond the normal working range of the electrode melt-sintered.

3 Schutzansprüche 2 Figuren3 claims for protection 2 figures

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Claims

CIl • VPA 73/7089 Our mark v, protection claims

1. Non-consumable pin-shaped electrode made of tungsten or thoriated tungsten for TIG or plasma welding, their Electrode tip to increase electron emission a a melt-sintered mass consisting of a mixture of a metal-non-metal compound, characterized in that

that

a) the melt-sintered mass (7) embedded in the tip (5) of the electrode (2) in the manner of a plug is and

b) the surface roughness of the wall (6 ') of the hole (6) receiving the mass is at least 10 μm.

2. Electrode according to claim 1, characterized in that that the depth (t) of the hole (6) in the electrode (2) receiving the mass (7) is at most the diameter (d) corresponds to the electrode.

3. Electrode according to claims 1 and 2, characterized in that the hole receiving the mass (7) (6) is behind.

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