NL1014770C2 - Laskop, mondstuk en werkwijze voor het poeder plasma booglassen (PPAW lassen). - Google Patents

Description

Titel: Laskop, mondstuk en werkwijze voor het poeder plasma booglassen (PPAW lassen)

De uitvinding heeft betrekking op een laskop voor het poeder plasma booglassen (PPAW lassen), omvattende een elektrode en een onder insluiting van een eerste toevoerkanaal coaxiaal om de elektrode aangebrachte draagmantel waarin een binnenmondstuk is opgenomen, 5 zodanig dat het eerste toevoerkanaal zich in een axiale stroomrichting langs de elektrode via een boring in het binnenmondstuk uitstrekt tot aan een in een kopvlak van het binnenmondstuk gelegen eerste uitstroomopening, voorts omvattende een coaxiaal om de draagmantel aangebracht buitenmondstuk dat de draagmantel onder insluiting van een tweede 10 toevoerkanaal omgeeft, zodanig dat het tweede toevoerkanaal zich in stroomrichting axiaal convergerend uitstrekt tot aan een tweede uitstroomopening.

Een dergelijke laskop is bekend en wordt toegepast voor het poeder plasma booglassen, ook wel PPAW lassen of Plasma Powder Arc Welding 15 genoemd.

Bij het PPAW lassen wordt tussen een elektrode en een werkstuk een potentiaalverschil opgewekt en wordt langs de elektrode een inerte gasstroom geleid, zodat een plasmaboog wordt gevormd tussen het werkstuk en de elektrode. Om de eerste gasstroom wordt voorts een mantelvormige 20 tweede gasstroom toegevoegd waarin metaalpoeder is opgenomen, zodanig dat de tweede gasstroom de eerste gasstroom snijdt. Hierdoor kan het metaalpoeder via de plasmaboog op het werkstuk worden gesmolten.

Het toevoegen van metaalpoeder is met name van belang wanneer op het werkstuk een lasrups moet worden aangebracht of wanneer 25 verdamping van werkstukmateriaal ten gevolge van het lassen moet worden gecompenseerd. Voorts is het toevoegen van poeder van belang om de lasbaarheid van bepaalde gelegeerde metalen te vergroten. Tevens kan door middel van het toevoegen van poeder worden bereikt dat de las een gewenste breedte kan bereiken. Dit is vooral van belang bij hoeklassen die, 30 in verband met de sterkte, een voorgeschreven breedte moeten hebben.

Ten opzichte van meer traditionele lasprocessen, waarbij bijvoorbeeld een lasdraad wordt toegevoegd, heeft het PPAW lassen het I Π 1 A 77 n 2 voordeel dat, juist door het ontbreken van de draad, de oriëntatie van de laskop ten opzichte van het werkstuk vrijer kan zijn. Hierdoor leent het PPAW lasproces zich goed voor automatisering door middel van een industriële manipulator of lasrobot. Voorts kan, wanneer het lassen met de 5 hand wordt uitgevoerd, de lasser een hand vrij hebben en kan de lasser een beter zicht op het werkstuk hebben. Daarnaast kunnen tijdens het lassen materialen worden toegevoegd die niet als stafmateriaal verkrijgbaar zijn.

Bij de bekende laskop wordt de eerste gasstroom door het eerste toevoerkanaal geleid en wordt de tweede gasstroom door het tweede, axiaal 10 convergerende toevoerkanaal geleid zodanig dat de tweede gasstroom de eerste gasstroom snijdt. Om verstoring van de tweede gasstroom tegen te gaan is bij de bekende laskop het kopvlak van het binnenmondstuk bol uitgevoerd en reikt het kopvlak van het binnenmondstuk tot voorbij de draagmantel. Het kopvlak reikt daarbij door een opening in het kopvlak van 15 de draagmantel naar buiten.

Een probleem dat zich voordoet bij het PPAW lassen is dat deeltjes van het (metaal-)poeder uit de tweede gasstroom zich tijdens het toevoeren aan het kopvlak van het binnenmondstuk hechten. Met name is dit het geval wanneer metaalpoeder wordt toegevoerd dat een laag smeltpunt heeft 20 zoals zink of aluminium. Dit effect wordt nog versterkt wanneer het binnenmondstuk zoals gebruikelijk van metaal is, bijvoorbeeld koper, en wanneer het binnenmondstuk wordt verhoogd in temperatuur door de warmte van de plasmaboog.

Door aanhechting van de poederdeeltjes ontstaan oneffenheden op 25 het kopvlak van het binnenmondstuk, waardoor de tweede gasstroom wordt verstoord. Voorts wordt, wanneer de deeltjes zich nabij de eerste uitstroomopening aanhechten, ook de eerste gasstroom bij het uittreden verstoord.

Verstoring van de gasstromen kan tot instabiliteit van de 30 plasmaboog leiden en zelfs tot kortsluiting.

Bovengenoemde nadelen leiden ertoe dat het PPAW proces voor (metaal-)poeders met een relatief laag smeltpunt, dat wil zeggen een smeltpunt lager dan 850°C, in het bijzonder gelegen in het interval van 500° - 800°C, onvoldoende stabiel is, hetgeen resulteert in een las van 1014770 3 onvoorspelbare kwaliteit en een relatief korte standtijd van het binnenmondstuk.

De uitvinding beoogt een laskop van de in de aanhef genoemde soort, waarbij bovengenoemde problemen worden vermeden. Daartoe heeft 5 de laskop volgens de uitvinding het kenmerk dat de draagmantel zich in stroomrichting uitstrekt tot voorbij het binnenmondstuk, zodanig dat het kopvlak van het binnenmondstuk ten opzichte van het kopvlak van de draagmantel stroomopwaarts is gelegen. Hierdoor wordt bereikt dat het kopvlak van het binnenmondstuk ten opzichte van het kopvlak van de 10 draagmantel binnenwaarts is gelegen, zodat het kopvlak van het binnenmondstuk wordt afgeschermd en aanhechting van poederdeeltjes aan het kopvlak wordt tegengegaan. Verrassenderwijs wordt door een binnenmondstuk met een dergelijk teruggesprongen kopvlak geen nadelige turbulentie veroorzaakt. De tweede gasstroom wordt daarbij zodanig van 15 het binnenmondstuk afgeschermd dat de tweede gasstroom met het poeder de eerste gasstroom pas stroomafwaarts van het kopvlak van het binnenmondstuk snijdt.

Door toepassing van bovengenoemde maatregelen wordt bereikt dat, wanneer (metaal-)poeder met een relatief laag smeltpunt, zoals 20 aluminium of zink, aan de laskop wordt toegevoerd, aanhechting van het poeder aan het kopvlak van het binnenmondstuk wordt tegengegaan. Hierdoor kan een las worden gemaakt van een voorspelbare kwaliteit en kan de standtijd van het binnenmondstuk aanzienlijk kan worden verlengd. In het bijzonder kan het PPAW proces, zelfs wanneer (metaal-)poeder wordt 25 toegevoerd met een laag smeltpunt, worden uitgevoerd met een manipulator of industriële robot.

Om aanhechting van poederdeeltjes aan het kopvlak van het binnenmondstuk verder te vermijden, kan het kopvlak in hoofdzaak plat of zelfs hol worden uitgevoerd.

30 Verdere voordelige uitvoeringsvormen van de uitvinding zijn beschreven in de volgconclusies.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een binnenmondstuk voor een laskop en op een werkwijze voor het poeder plasma booglassen.

1 n 1 Λ 7 7 <> 4

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld dat in een tekening is weergegeven. In de tekening toont: fig. 1 een schematische doorsnede van een eerste uitvoeringsvorm 5 van de laskop volgens de uitvinding; fig. 2 een schematische doorsnede van een tweede uitvoeringsvorm van de laskop volgens de uitvinding.

In de figuren zijn gelijke of overeenkomstige onderdelen met dezelfde verwijzingscijfers weergegeven. De figuren zijn slechts 10 schematische weergaven van voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding.

Fig. 1 toont een laskop 1 voor het poeder plasma booglassen (PPAW lassen). De laskop 1 omvat een elektrode 2 en een onder insluiting van een eerste toevoerkanaal 5 coaxiaal ten opzichte van de hartlijn A van 15 de laskop om de elektrode 2 aangebrachte draagmantel 4. In de draagmantel 4 is een binnenmondstuk 3 opgenomen, zodanig dat het eerste toevoerkanaal 5 zich in een axiale stroomrichting S langs de elektrode 2, via een boring 15 in het binnenmondstuk 3 uitstrekt tot aan een in het kopvlak 6 van het binnenmondstuk 3 gelegen eerste uitstroomopening 7. De laskop 1 20 omvat voorts een coaxiaal om de draagmantel 4 aangebracht buitenmondstuk 9 dat de draagmantel 4 onder insluiting van een tweede toevoerkanaal 10 omgeeft. Het tweede toevoerkanaal 10 strekt zich in stroomrichting axiaal convergerend uit tot aan een voorbij het kopvlak 14 van de draagmantel gelegen tweede uitstroomopening 11. Het 25 buitenmondstuk 9 is uitgevoerd als een taps toelopende, cilindrische huls.

Het binnenmondstuk 3 is uitgevoerd als een taps toelopende cilinder. Het binnenmondstuk 3 is losneembaar opgenomen in de draagmantel 4, bijvoorbeeld door inklemming. De draagmantel 4 en het binnenmondstuk zijn vervaardigd uit koper. De draagmantel 4 en het 30 buitenmondstuk 9 zijn verbonden met een warmtewisselaar, bijvoorbeeld een watergekoelde spiraal, om door middel van geleiding warmte uit het binnenmondstuk 3 af te voeren en oververhitting van het binnenmondstuk 3 door de plasmaboog 13 tegen te gaan.

De elektrode 2, de draagmantel 4 en het buitenmondstuk 9 zijn 35 bevestigd aan een niet-weergegeven centrale draagkop. Bij voorkeur zijn het 1 n 1 if 77 n 5 buitenmondstuk 9 en de elektrode 2 losneembaar verbonden met de draagkop, zodanig dat niet alleen het binnenmondstuk 3 maar ook de elektrode 2 en het buitenmondstuk 9 kunnen worden vervangen.

De draagmantel 4 strekt zich in stroomrichting S uit tot voorbij het 5 binnenmondstuk 3, zodanig dat het kopvlak 6 van het binnenmondstuk 3 ten opzichte van het kopvlak 14 van de draagmantel 4 stroomopwaarts is gelegen. In figuur 1 is dit getoond aan de hand van het vlak V' door het kopvlak 6 van het binnenmondstuk 3 dat ten opzichte van het vlak V door het kopvlak 14 van de draagmantel 4 over een afstand d stroomopwaarts is 10 gelegen.

Refererend aan fig. 2 is een tweede uitvoeringsvorm van de laskop 1 getoond waarin het kopvlak 6 van het buitenmondstuk 3 in hoofdzaak hol is en stroomopwaarts terugloopt tot aan de eerste uitstroomopening 7. Opgemerkt wordt dat het kopvlak 14 eveneens bol kan zijn uitgevoerd.

15 Op de globale constructie van de laskop voor het PPAW lassen zal niet nader worden ingegaan, daar deze de vakman bekend is. Een geschikte laskop voor het PPAW lassen is de PPAW torch die op de markt wordt gebracht door de firma Plasma Modules OY uit Finland.

Tijdens gebruik van de laskop 1 wordt tussen de elektrode 2 en een 20 werkstuk 12 een potentiaalverschil opgewekt. Een eerste inerte gasstroom G, bijvoorbeeld argon, wordt door het eerste toevoerkanaal 5 geleid, zodat een vanuit de eerste uitstroomopening 7 uittredende plasmaboog 13 wordt gevormd tussen het werkstuk 12 en de elektrode 2. Om de eerste gasstroom G wordt een mantelvormige tweede, inerte gasstroom G' toegevoegd via het 25 tweede toevoerkanaal 10. De tweede gasstroom G' treedt uit via de tweede uitstroomopening 11 en is voorzien van toegevoegd metaalpoeder. De tweede gasstroom G' omvat bijvoorbeeld argon waaraan deeltjes aluminiumpoeder zijn toegevoegd. De grootte van de deeltjes metaalpoeder ligt daarbij bij voorkeur tussen 100 - 250 μιη. Het smeltpunt van de deeltjes 30 (metaal-)poeder kan relatief laag zijn, bij voorkeur lager dan 850°C, in het bijzonder gelegen in het interval 500°C - 800°C.

Doordat het kopvlak 6 van het binnenmondstuk 3 ten opzichte van het kopvlak 14 van de draagmantel 4 axiaal stroomopwaarts is gelegen kan de tweede gasstroom G' van het kopvlak 6 van het binnenmondstuk 3 35 worden afgeschermd, zodanig dat de tweede gasstroom G' de eerste 1014770 6 gasstroom G stroomafwaarts van het kopvlak 6 van het binnenmondstuk snijdt. Hierdoor wordt vermeden dat de tweede gasstroom G' in contact komt met het kopvlak 6 van het binnenmondstuk 3, zodat aanhechting van poederdeeltjes aan het kopvlak 6 van het binnenmondstuk 3 wordt 5 vermeden.

Doordat het kopvlak 6 zich in hoofdzaak dwars op de hartlijn van de laskop uitstrekt wordt bereikt dat de afstand d tussen de kopvlakken van het binnenmondstuk en de draagmantel, vergeleken met een bol kopvlak 6 relatief groot kan zijn.

10 Op de details van het PPAW proces, zoals de instelling van de procesparameters, wordt niet nader ingegaan aangezien deze de vakman bekend zijn, in het bijzonder uit de handleiding van Plasma Modules OY te Finland met betrekking tot bovengenoemde PPAW torch.

Het zal duidelijk zijn dat de uitvinding niet beperkt is tot de hier 15 besproken uitvoeringsvoorbeelden. In het bijzonder kunnen de eerste en de tweede toevoerkanalen uit afzonderlijke delen bestaan en kan het eerste toevoerkanaal axiaal een constante diameter hebben en/of een zich verwijdende diameter hebben. Voorts kan de vorm van het binnenmondstuk en het kopvlak daarvan anders zijn, en kan het binnenmondstuk zijn 20 vervaardigd uit niet-metaal zoals keramiek.

Dergelijke varianten zullen de vakman duidelijk zijn en worden geacht te liggen binnen het bereik van de uitvinding zoals verwoord in de hierna volgende conclusies.

1014770

Claims (6)

1. Laskop voor het poeder plasma booglassen (PPAW lassen), omvattende een elektrode en een onder insluiting van een eerste toevoerkanaal coaxiaal om de elektrode aangebrachte draagmantel waarin een binnenmondstuk is opgenomen, zodanig dat het eerste toevoerkanaal 5 zich in een axiale stroomrichting langs de elektrode via een boring in het binnenmondstuk uitstrekt tot aan een in een kopvlak van het binnenmondstuk gelegen eerste uitstroomopening, voorts omvattende een coaxiaal om de draagmantel aangebracht buitenmondstuk dat de draagmantel onder insluiting van een tweede toevoerkanaal omgeeft, 10 zodanig dat het tweede toevoerkanaal zich in stroomrichting axiaal convergerend uitstrekt tot aan een tweede uitstroomopening, met het kenmerk, dat de draagmantel zich in stroomrichting uitstrekt tot voorbij het binnenmondstuk, zodanig dat het kopvlak van het binnenmondstuk ten opzichte van het kopvlak van de draagmantel stroomopwaarts is gelegen.

2. Laskop volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het kopvlak van het binnenmondstuk in hoofdzaak plat is en zich in hoofdzaak dwars op de asrichting uitstrekt.

3. Laskop volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het kopvlak van het binnenmonstuk in hoofdzaak hol is en stroomopwaarts terugloopt tot 20 aan de eerste uitstroomopening.

4. Laskop volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het binnenmondstuk losneembaar verbonden is met de draagmantel.

5. Binnenmonstuk voor een laskop volgens een der voorgaande conclusies, omvattende een aan een tot een vlak of concaaf kopvlak, bij 25 voorkeur taps toelopende cilinder met een tot aan een in het kopvlak gelegen uitstroomopening langs de hartlijn verlopende boring.

6. Werkwijze voor het poeder plasma booglassen (PPAW lassen) waarbij tussen een elektrode en een werkstuk een potentiaalverschil wordt opgewekt en waarbij langs de elektrode een inerte gasstroom wordt geleid 30 zodat een vanuit een in een kopvlak van een binnenmondstuk gelegen uitstroomopening uittredende plasmaboog wordt gevormd tussen het werkstuk en de elektrode, waarbij voorts om de eerste gasstroom een 1014770 mantelvormige tweede, inerte gasstroom wordt toegevoegd waarin poeder is opgenomen, zodanig dat de tweede gasstroom de eerste gasstroom snijdt, met het kenmerk, dat de tweede gasstroom van het binnenmondstuk wordt afgeschermd, zodanig dat de tweede gasstroom met het poeder de eerste 5 gasstroom stroomafwaarts van het kopvlak van het binnenmondstuk snijdt. 1014770