DE899839C - Elektrodenhalter fuer Schutzgasschweissung - Google Patents

Elektrodenhalter fuer Schutzgasschweissung

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DE899839C
DE899839C DEG7500A DEG0007500A DE899839C DE 899839 C DE899839 C DE 899839C DE G7500 A DEG7500 A DE G7500A DE G0007500 A DEG0007500 A DE G0007500A DE 899839 C DE899839 C DE 899839C
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DE
Germany
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nozzle
electrode holder
electrode
welding
metal
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Expired
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DEG7500A
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Hans Ranke
Franz Tajbl
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Linde GmbH
Original Assignee
Gesellschaft fuer Lindes Eismaschinen AG
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/24Features related to electrodes
    • B23K9/28Supporting devices for electrodes
    • B23K9/29Supporting devices adapted for making use of shielding means
    • B23K9/291Supporting devices adapted for making use of shielding means the shielding means being a gas
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/06Arrangements or circuits for starting the arc, e.g. by generating ignition voltage, or for stabilising the arc
    • B23K9/067Starting the arc
    • B23K9/0672Starting the arc without direct contact between electrodes
    • B23K9/0673Ionisation of the arc gap by means of a tension with a step front (pulses or high frequency tensions)
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K9/073Stabilising the arc
    • B23K9/0738Stabilising of the arc by automatic re-ignition means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding Control (AREA)

Description

  • Elektrodenhalter für Schutzgasschweißung Bei der Schutzgasschweißung mit elektrischem Lichtbogen benutzt man zur Führung des Schutzgases zur Schweißstelle Düsen, die die Elektrode konzentrisch umgeben, so daß das aus dem ringförmigen Schlitz zwischen Elektrode und Düse austretende Gas einerseits das heiße Elektrodenende vollständig schützend umgibt, andererseits in gleichmäßig ruhigem Strom auf das Schweißbad trifft und es so vor der Einwirkung der umgebenden Luft schützt.
  • Bei kleinen Stromstärken wird die Düse meist aus einem keramischen Werkstoff hergestellt. Das hat zur Folge, daß eine zufällige Berührung zwischen Düse und Werkstück, wie sie sm praktischen Schweißbetrieb unvermeidbar ist, keinerlei Nachteile bringt.
  • Bei Anwendung größerer Stromstärken wird eine keramische Düse aber unzulässig heiß und nutzt sich zu rasch ab. Hier benutzt man daher besser wassergekühlte Metalldüsen, vorwiegend aus Metallen guter Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. Kupfer.
  • Die eigentliche Düse, die einer, wenn auch geringen Abnutzung unterliegt, ist dabei meist durch Gewinde an einem wassergekühlten rohrartigen Metallkörper, der .elektrisch isoliert auf den die Elektrode haltenden Metallkörper (Elektrodenhalter) aufgesetzt nst, befestigt. Diese einfache Bauart versagt aber, wenn zur Zündung und Stabilisierung des Schweißlichtbogens eine überlagerte Hochfrequenzspannung angewendet werden muß, wie das z. B. bei der Aluminiumschweißung mit Argon als Schutzgas der Fall ist.
  • Bei zufälliger Berührung zwischen Metalldüse und Werkstück liegt -die ganze Hochfrequenzspannung an der Isolation innerhalb des Elektrodenhalters. Die Überschlagstrecke der für .die Zündung nötigen HF-Spannung beträgt zwar in der Luft nur etwa i bis 2 mm. Im einatomigen Argon mit seiner niedrigen Ionisierungsspannung überspringt der HF-Funke aber 5 bis 6 mm. Es ist konstruktiv kaum möglich, die Überschlagstrecke im Elektrodenhalter so groß zu machen, daß ohne die unten beschriebenen Hilfsmittel mit Sicherheit ein Überschlag vermieden wird, ohne däß dabei der Elektrodenhalter unhandlich groß und schwer wird.
  • Noch störender ist es aber, daß in der Argonatmosphäre die Gleitfunken entlang dem Isolationsmaterial normalerweise bis zu 35 mm lang werden, während sie in der Luft 15 mm kaum überschreiten. Wie Versuche gezeigt haben, spielt dabei der Werkstoff des Isolierkörpers kaum eine Rolle.
  • Die Erfindung bringt eine Lösung des genannten Problems der sicheren Verhinderung eines HF-Überschlages zwischen dem die Elektrode und dem die Metalldüse tragenden Metallkörper bei zufälliger Berührung zwischen Düse und Werkstück. Jeder solche Überschlag bahnt den Weg für den eigentlichen Schweißlichtbogen und führt damit zur Zerstörung des ganzen Elektrodenhalters.
  • Es ist erfindungsgemäß gelungen, den Gleitfunken durch eine besondere Form des Weges auf der Oberfläche des Isolierkörpers zu verhindern. Dadurch, daß der Isolierkörper so geformt ist, daß der Gleitfunken auf ihm nach rückwärts springen müßte, entsteht eine Feldverteilung, die entlang der Oberfläche keinen Funken entstehen läßt, obwohl die Länge der Strecke weit unter der obenerwähnten Grenze von 35 mm liegt, die sonst im Argon als Gleitfunke durchschlagen wird.
  • Erfindungsgemäß weist das zwischen Metalldüse und Elektrodenhalter eingeschraubte Isolierstück eine in Richtung zur Schweißstelle vorspringende Manschette auf; derart, daß sich die äußere freie Oberfläche der Manschette, auf der .die Gefahr eines Gleitfunkens besteht, in Richtung Elektrode-Düse, von der Schweißstelle aus gesehen, rückwärts erstreckt, so daß die zur Vermeidung des Gleitfunkens nötige Strecke ein Minimum wird.
  • Gleichzeitig ist der Isolierkörper so angeordnet, daß die von Schweißbad und Elektrode ausgehende sehr intensive Wärmestrahlung ihn nicht oder nur unter einem ganz flachen Winkel erreichen kann, so daß die Temperatur des Isolierkörpers in den für ihn zulässigen Grenzen bleibt. Um dies zu erreichen, liegt erfindungsgemäß das Isolierstück in dem durch Düse und anschließendes Metallrohr gebildeten Gaskanal weit zurück und wird von der Düse und dem Elektrodenhalter gegenüber ,der Schweißstelle möglichst abgeschirmt. Ein dünner Überzug von Silikonlack auf dem aus Kunstharz bestehenden Isolierstoff erhöht überdies die für den gewählten Kunststoff zulässige Temperatur ganz bedeutend, wie Versuche gezeigt hatten, die durch das tatsächliche Verhalten des Kunststoffes im Elektrodenhalter bestätigt wurden.
  • Da die direkte Überschlagstrecke von Metall zu Metall, wie oben erwähnt, nicht so groß gemacht werden kann, daß bei zufälliger Berührung zwischen Düse und Werkstück eine absolute Sicherheit erhalten wird, wird erfindungsgemäß die HF-Spannung, die zwischen Elektrodenträger und Düsenhalter bei zufälliger Berührung zwischen Metalldüsen und Werkstück auftritt, künstlich herabgesetzt. Das ist durch Überbrückung zwischen Metalldüse und Elektrodenhalter durch einen passenden Parallelwiderstand Ohmscher oder noch besser kapaziitiver Art gelungen, besonders da das Zuleitungskabel zum Elektrodenhalter für den Hochfrequenzstrom einen induktiven Widerstand darstellt, der ein Absinken der Hochfrequenzspannung bei Belastung durch den als Nebenschluß wirkenden Widerstand zur Folge hat.
  • Die beiden Wassersäulen innerhalb der I#,'-ühlwasserschläuche sind als Überbrückungswiderstände nicht geeignet, da Wasser als Ionenleiter zwar den Schweißstrom, nicht aber die HF leitet.
  • Ein Kondensator passender Größe entsteht z. B. dadurch, daß um das den eigentlichen Elektrodenhalter mit dem Handgriff des Gerätes verbindende Metallrohr, das das gleiche Potential hat wie die Elektrode, unter Zwischenlage einer Isolierschicht aus Kunststoffolie eine Metallfolie gelegt wird, die durch eine kurze Leitung mit dem Düsenhalter verbunden ist. Natürlich kann statt dessen ein beliebiger Kondensator entsprechender Kapazität und Durchschlagsfestigkeit benutzt werden.
  • Ein Ohmscher Widerstand von 2ao bis 5oo Ohm ist ebenfalls geeignet, die Spannung auf das nötige Maß herabzusetzen. Er hat zwar den Nachteil, daß er auch den niederfrequenten Strom des Schweißwandlers leitet und dadurch erwärmt wird. Erfindungsgemäß wird der Widerstand daher in zwei parallel geschaltete Einzelwiderstände zerlegt, die zur Abführung der Wärme in das Innere der Kühlwasserschläuche verlegt sind.
  • Sowohl der Kondensator wie der Widerstand tritt nur in Funktion, wenn und solange die Metalldüse oder ihr metallischer Träger mit dem Werkstück leitend verbunden ist, wobei die HF-Spannung immer noch so hoch bleibt, daß der Lichtbogen zwischen Elektrode und Werkstück sicher gezündet und erhalten wird, besonders wenn die Elektrode noch heiß ist. Die teilweise Überbrückung der HF-Spannung stellt aber einen sicheren Schutz gegen Zerstörungen des Elektrodenhalters dar, da eine Zündung von der noch heißen Elektrode höchstens zur leicht ersetzbaren auswechselbaren Düse erfolgen kann.
  • Die Fig. i zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung. Der Elektrodenhalter i trägt in einer Spannzange 2 die Elektrode 3. Auf dem Elektrodenhalter ist das Isolierstück 4 aufgeschraubt. Auf diesem ist ein die Düse 5 tragendes Metallrohr 6, das mit der Düse stromleitend verbunden ist, aufgeschraubt. Durch das Metallrohr 7 des Elektrodenhalters wird ein Schutzgas, z. B. Argon, in den Elektrodenhalter eingeführt. Es strömt durch die Schlitze der Spannzange 2 in den Ringraum 8 zwischen Elektrode und Düse. Das Rohr 6 wird mit Kühlwasser gespeist, das durch Rohr 9 zufließt.
  • Erfindungsgemäß weist das Isolierstück 4 eine Manschette io auf, die im gezeichneten Beispiel am Elektrodenhalter nahezu anliegt und außen einen gehörigen Abstand gegenüber dem die Düse tragenden Metallrohr innehält. Der durch Gleitfunken gefährdete Außenmantel i i der Manschette verläuft auf dem Wege von der Elektrode zur Düse, von der Schweißstelle aus gesehen, nach rückwärts. Hierbei entsteht auf dem Außenmantel eine Feldverteilung, die das Auftreten von Gleitfunken längs seiner Oberfläche erschwert, so daß die Manschette bedeutend kürzer gemacht werden kann, als dem normalen Gleitfunkenweg entsprechen würde. Während derselbe nach obigen Ausführungen im Argon etwa 35 mm betragen würde, reicht hier eine Länge von etwa 15 mm aus.
  • Wie ersichtlich, liegt das Isolierstück so weit von der Schweißstelle ab und ist so gut abgeschirmt, daß es von der Wärme derselben kaum betroffen wird.
  • Um bei zufälliger Berührung zwischen Düse und Werkstück einen Überschlag des Hochfrequenzzündstromes zwischen Elektrode und Düse zu verhindern, ist ein Kondensator vorgesehen, dessen eine Belegung durch das Metallrohr 7 gebildet wird und dessen andere Belegung 12 mit dem Kühlwasserrohr 9 und so mit der Düse 5 leitend verbunden ist. Hierdurch sinkt bei zufälliger Berührung zwischen Düse und Werkstück die Zündspannung so weit ab, daß ein Überschlag schon bei einem geringen Abstand von etwa 4 mm zwischen Elektrode und Düse im Argon vermieden wird, während sonst, wie oben angeführt, ein Abstand von mindestens 6 bis 8 mm erforderlich wäre. Andererseits ist aber die Zündspannung durch geeignete Bemessung des Kondensators noch so hoch, daß eine Zündung zwischen Elektrode und Werkstück auch bei Vorhandensein des Nebenschlusses, besonders bei heißer Elektrode, noch möglich ist.
  • In Fig.2 sind die elektrischen Verhältnisse skizziert. Die Düse 5 ist über Kondensator 12 oder Widerstand 13 zum Elektrodenhalter i überbrückt, das Zuführungskabel 14 zum Elektrodenhalter stellt für den Hochfrequenzstromkreis einen induktiven Widerstand dar, der für das Absinken der Hochfrequenzspannung wichtig ist.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrodenhalter für Schutzgasschweißung mit einer gegenüber dem Elektrodenhalter elektrisch isolierten Metalldüse und einem dem Schweißstromkreis überlagerten Hochfrequenzzün.dstromkreis, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen Metalldüse und Elektrodenhalter eingeschraubte Isolierstück eine in Richtung zur Schweißstelle vorspringende Manschette aufweist, derart, daß sich die äußere freie Oberfläche der Manschette, auf der bei zufälliger Berührung zwischen Düse und Werkstück die Gefahr eines Gleitfunkens besteht, in Richtung Elektrode-Düse, von der Schweißstelle aus gesehen, rückwärts erstreckt, so daß eine solche Feldverteilung entsteht, daß die zur Vermeidung des Gleitfunkens nötige Strecke auf dem Isol erstück ein Minimum wird.
  2. 2. Elektrodenhalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, d-aß das Isolierstück in dem durch Düse und Metallrohr gebildeten Kanal so weit zurückliegt und durch die Düse und den Elektrodenhalter so weit abgedeckt wird, däß das Isolierstück der Wärmestrahlung der Schweißstelle nur wenig und unter einem flachen Einfallswinkel ausgesetzt ist.
  3. 3. Isolierstück für Elektrodenhalter nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es aus normaler Kunstharzpreßmasse besteht, deren Oberfläche durch einen Überzug aus Silikonlack wärmebeständig gemacht ist.
  4. 4. Elektrodenhalter nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenhalter und die Düse durch einen Kondensator oder durch einen Ohmschen Widerstand überbrückt werden, der von solcher Größe ist, daß der durch ihn entstehende Nebenschluß die bei zufälliger Berührung zwischen Düse und Werkstück für einen Überschlag gefährliche Hochfrequenzspannung so weit herabsetzt, daß ein direkter Überschlag zwischen Elektrode oder Elektrodenhalter und Düse vermieden wird und andererseits eine genügende Restspannung bleibt, um die Wiederzündung des Lichtbogens nach Nulldurchgang der Schweißspannung bei heißer Elektrode zu gewährleisten.
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