NL8602381A

NL8602381A - Van een kern voorziene buisvormige elektrode en werkwijze voor het snijden of uitsteken van metalen met een elektrische boog.

Info

Publication number: NL8602381A
Application number: NL8602381A
Authority: NL
Original assignee: Eutectic Corp
Priority date: 1985-09-25
Filing date: 1986-09-22
Publication date: 1987-04-16
Also published as: AU586027B2; BR8604785A; CH668019A5; GB8622936D0; FR2594368A1; AU6263886A; ATA256586A; IT1195172B; BE905490A; SE8604002L; CN86106356A; SE8604002D0; SE462957B; CA1262376A; AT388893B; GB2180786A; IT8667722A0; DE3632466A1; AR241692A1; US4689461A

Description

- 1 - ' f· \

Van een kern voorziene buisvormige elektrode en werkwijze voor het snijden of uitsteken van metalen met een elektrische boog.

De uitvinding heeft betrekking op van een kern voorziene buisvormige elektroden en op een werkwijze voor het met behulp van een elektrische boog snijden of insteken van metalen.

5 Stand van de techniek

Het is bekend stalen platen en dergelijke te snijden, insteken en af te schuinen met betrekkelijk hoge snelheden onder gebruik making van de warmte van een elektrische boog. Een werkwijze is het koolstofboog snijden 10 van metalen, waarbij een luchtstroom wordt gebruikt voor het verwijderen van het gesmolten metaal.

Bij het koolstofboog snijden wordt een boog getrokken tussen een koolstof-grafietelektrode en het metalen werkstuk, dat gesmolten moet worden. Een straal 15 of stralen perslucht worden continu op het punt gericht waar smelten optreedt voor het uitwerpen van het gesmolten metaal.

Metaalverwij dering bij gebruik van de lucht-kool-stofboogprocedure is continu wanneer de koolstofboog in de 20 snede vooruit bewogen wordt. De werkwijze wordt gebruikt voor het afsnijden en insteken waarbij het insteken soms wordt gebruikt voor de voorbereiding van een lasgroef en voor het verwijderen van een lasresidu of een foutieve laszóne.

25 Het werkeinde of de punt. van de elektrode wordt tot een hoge temperatuur verhit door de boogstroom en smelt niet. De elektrode wordt gedurende het snijden verbruikt, waarbij koolstof verloren gaat door oxydatie of sublimatie van de punt. Lucht-koolstofboog snijden vergt 30 een elektrodehouder, snijelektroden, een energiebron en een luchtroevoer. De werkwijze kan hetzij met de hand hetzij mechanisch worden uitgevoerd.

Het metalen werkstuk of de ondergrond wordt continu verhit en gesmolten onder het geforceerd wegblazen 35 van het gesmolten metaal uit de snede door een vrije snelle luchtstroom langs een zijde van het blootgestelde 8602381 « * - 2 - oppervlak van het werkeinde van de elektrode te richten. Onder juiste werkomstandigheden zwaait de luchtstroom onder de elektrodepunt langs. De booglengte moet een voldoende vrije ruimte geven om een continue luchtstroom de snede 5 in te verschaffen. De luchtstroming · is; bij voorkeur evenwijdig aan de as van de elektrode. Op deze wijze is, wanneer de luchtstroom tussen de elektrode en de metalen ondergrond doorgaat, de kracht van de luchtstroom met hoge snelheid voldoende groot om op doelmatige wijze het ge-10 smolten metaal van beneden de boog weg te bewegen en een gelijkmatige insteekwerking te verkrijgen, wanneer de elektrode wordt verbruikt.

De boog wordt getrokken door met de elektrode het werkstuk aan te tikken en hem dan terug te trekken 15 tot op de juiste afstand in overeenstemming met boogspan-ningsvereisten. De insteektechniek verschilt van die van booglassen doordat metaal wordt verwijderd in plaats van afgezet. De juiste booglengte wordt gehandhaafd door de elektrode in de richting van de snede te bewegen met 20 voldoende snelheid om de metaalverwijdering bij te houden.

De conventionele door lucht ondersteunde koolstof-boog insteek- en snijprocédê-ls hebben de volgende inherente nadelen: (1) de koolstofboog heeft de neiging onstabiel te worden en kan dikwijls een ontoelaatbaar geluidsniveau 25 veroorzaken; (2) onder sommige omstandigheden kunnen koolstofafzettingen in de groef optreden, waardoor een deel van de ondergrond bij de groef gecarboniseerd wordt, hetgeen niet gewenst is; (3) koolstofelektroden zijn breekbaar en breken gemakkeli.jk gedurende hun hantering; en (4) 30 er bestaat een grote neiging dat rookvorming zal optreden, hetgeen ongemak veroorzaakt voor de werker en de omgevende ruimte. Ten opzichte van het koper beklede koolelektroden wordt opgemerkt dat koperafzettingen een nadelige invloed kunnen uitoefenen op daarop volgende bewerkingen.

35 Het zou gewenst zijn een elektrische boogelektrode voor uitsnijden van metaal te verschaffen, die is ontworpen om een stabiele boog te verschaffen, zichzelf van vloei-middel voorziet als ondersteuning van het verkrijgen van een schone snede, die dampvormers, desoxydanten, gasvormers 40 en dergelijke kan bevatten, die in staat is warmte op te 8602381 r -* - 3 - wekken gedurende het snijden of insteken voor het verhogen van de warmte, die door de elektrische boog geleverd wordt? en die niet de nadelen heeft die behoren bij de koolelektrode.

Doeleinden van de uitvinding 5 Het is een doel van de uitvinding te voorzien in een luchtmetaalboogelektrode voor gebruik bij het snijden en insteken van metaal.

Een ander doel is te voorzien in een werkwijze voor het snijden of insteken van metaal onder gebruik making XO van een luchtmetaalboogelektrode die daardoor wordt gekenmerkt dat hij een stabiele boog verschaft, die zichzelf van vloeimiddel vóórziet gedurende het snijden en die op inherente wijze warmte ontwikkelt gedurende het snijden of insteken met een boog.

X5 Deze en andere doeleinden zullen duidelijker blijken aan de hand van de volgende beschrijving, de toegevoegde conclusies en de bijgaande tekening, waarin:

Fig. 1 een drie-dimensioneel aanzicht is van een uitvoeringsvorm van de elektrode in de vorm' van een spoel; 20 Fig. 2 een toelichting is van een elektrode in de vorm van een staaf'? en

Fig. 3 een dwarsdoorsnede is van fig. 2, genomen over de lijn III-III.

25 Aanduiding van de uitvinding .

Een uitvoeringsvorm van de uitvinding is gericht . op een van een kern voorziene buisvormig metalen boogelek-trode te gebruiken bij met gas. (bijvoorbeeld lucht) ondersteund snijden en insteken van metalen ondergronden, 30 voorzien van een metalen buis en een kemsamenstelling die in wezen uit deeltjesvormig, reagerend metaal bestaat, gemengd met een exotherm reagerend metaaloxyde en eventueel 0 tot ongeveer 30 gew.% materiaal (toeslagstof) gebaseerd op het totale gewicht van de kernsamenstelling, waarbij 35 de toeslagstof is uitgekozen uit de groep die bestaat uit boogstabilisatoren, vloeimiddelen, deoxydanten en gasvormers. Het deeltjesvormige reagerende metaal wordt gekenmerkt door een vrije energie voor het vormen van zijn oxyde betrokken op 25°C (298,16°K) van tenminste 100.000 8602331 9 '*» - 4-

V

calorieën per gram-atoom zuurstof, waarbij het exotherm reagerende metaaloxyde dat daarmede gemengd is wordt gekenmerkt door een vrije energie van de vorming, die niet hoger is dan ongeveer 90.000 calorieën per gram-atoom zuur-5 stof, betrokken op 25°C.

De kemsamenstelling maakt bij voorkeur 5 tot 30 gew.% van de totale elektrode uit, waarbij de kemsamenstelling zelf in wezen bestaat uit ongeveer 10 tot 70 gew.% van het reagerende metaal en ongeveer 90 tot 30 gew.% van 10 het metaaloxyde met 0 tot ongeveer 20 , bijvoorbeeld ongeveer 1/2 tot 10 gew.% van een toeslagstof, die is uitgekozen uit de groep die bestaat uit boogstabilisatoren, vloeiraiddelen, deoxydanten en gasvormers.

Een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding 15 wordt gevormd door een werkwijze voor het met een elektrische boog snijden of insteken van een metalen ondergrond. De werkwijze omvat het voorzien in tenminste één van een kern voorziene buisvormige metalen boogelektrode, die gevormd is uit een metalen buis en een kemsamenstelling, die in 20 wezen bestaat uit deeltjesvormig reagerend metaal, gemengd met een exotherm reagerend metaaloxyde en die tot ongeveer 30 gew.% van het deeltjesvormige materiaal bevat, gebaseerd op het totale gewicht van de kemsamenstelling, waarbij het materiaal is gekozen uit de groep die bestaat 25 uit boogstabilisatoren, vloeimiddelen, deoxydanten en gasvormers. Zoals in het bovenstaande is aangegeven wordt het deeltjesvormige reagerende metaal gekenmerkt door een vrije energie van de vorming van zijn oxyde, betrokken op 25°C, van tenminste ongeveer 100.000 calorieën per gram-atoom 30 zuurstof, waarbij hét exotherm reagerende metaaloxyde, dat daarmede gemengd is, wordt gekenmerkt door een vrije vormings-energie daarvan, die niet groter is dan ongeveer 90.0QQ calorieën per gram-atoom zuurstof, betrokken op 25°C.

De werkwijze omvat het vormen van een elektrische 35 boog tussen het einde van de elektrode en de metalen ondergrond om het snijden of uitsteken daarvan tot stand te brengen, het toevoeren van een gasstroom van bijvoorbeeld lucht, onder druk aan het gebied, dat gesneden of uitgestoken wordt en het voortzetten van het snijden of uitsteken onder het 40 continu toevoeren van de stroom van gas onder druk aan het 8602381 - 5 - gebied dat gesneden of uitgestoken wordt.

De van een kern voorziene buisvormige metalen elektrode wordt gekenmerkt door opmerkelijk verbeterde met gas ondersteuning verkregen uitstekend snijeigenschappen 5 in vergelijking met conventionele met gas ondersteunde kool-elektroden. In tegenstelling tot de koolelektrode kan de metalen elektrode gemakkelijk gehanteerd worden en wordt hij niet verhit op de wijze van de koolelektrode.

De draadelektrode is in staat een nauwkeurig 10 beheerste ele&rische boog te verschaffen onder gebruik making van gelijkstroom, bij voorkeur met positieve polariteit en een constante spanning. De warmte, die door de boog wordt opgewekt, laat het basismetaal en de draad plaatselijk smelten voor het vormen van een poel van gesmolten metaal, 15 die praktisch ogenblikkelijk verwijderd wordt door de bijgaande luchtstroom, welke luchtstroom op de juiste wijze op het gebied wordt gefocusseerd, dat gesneden of uitgestoken wordt.

Door de nieuwe draadelektrode volgens de uitvinding 20 te gebruiken wordt een schone glanzende kwaliteit van snede in het algemeen verkrijgbaar op een betrouwbare en reproduceerbare wij ze op de gewenste plaats, die de operateur beoogt. De draadelektrode is in staat bij zeer hoge bewegings-snelheden met zeer hoge nauwkeurigheid te werken. Een voor-25 deel van de uitvinding is dat minimale behandeling na het uitsteken nodig is voor het voorbereiden van de snede voor daaropvolgende bewerkingen, zoals lassen, verven, metaal-spuiten en dergelijke.

Een ander voordeel van de draadelektrode ten op-30 zichte van de koolelektrode is dat de draadelektrode indien dat gewenst wordt een zeer hoge stroom kan voeren. Draad van een middellijn kan een bereik van stromen omvatten, dat tenminste drie of vier afmetingen van koolelektroden zou vergen om hetzelfde bereik van werkstromen te verkrijgen.

35 De draadelektrode volgens de uitvinding is in staat tot nauwkeurige uitsteek- en snijbewerkingen, zoals het verwijderen van klinknagels, puntlassen, insnijden van handvatten of toegangspanelen in dunne platen, het verwijderen van strook en groeflassen3uitsnijden van blik en plaat, 40 het verwijderen van aanhechtingen, het verwijderen van be-

86023SI

- 6 - ι kledingen en harde oppervlakken, het verwijderen van barsten en defecten onder andere gebruiken.

Bijzonderheden van,, de uitvinding

De uitvinding is in het bijzonder nuttig in de _ vorm van continue elektroden. Aangezien een metalen buis 5 wordt gebruikt van bijvoorbeeld zacht staal in vergelijking met de breekbare koole lekt rode kan continue metaalsni jding af uitsteking worden uitgevoerd met minimale onderbrekings-tijden. Bovendien kan door het eventueel gebruiken van Q boogstabilisatoren/ vloeimiddelen, gasvormers en derge-lijke een stabiele boog gedurende een aanmerkelijke tijdsduur worden gehandhaafd, totdat de continue elektrode is gebruikt of onderbroken wordt na beëindiging van het snijden of uitsteken.

._ Een uitvoeringsvorm van een continue elektrode 15 is weergegeven in fig. 1, die een spoel 10 toont van een buisvormige boogelektrode 12 voor semi of volledig automatische procédé1s. Een dergelijke elektrode kan bijvoorbeeld een uitwendige middellijn hebben van ongeveer . 0,62 tot 9,6 ram of bij voorkeur van ongeveer 1,6-tot 3,2 mm.

mt V

De wanddikte kan variëren in afhankelijkheid van de uitwendige middellijn. Een uitvoeringsvorm van een van een kern voorziene buis is degene met een uitwendige middellijn van ongeveer 1,25 mm en een wanddikte van ongeveer __ 0,2 tot Q,38 mm of 0,25 tot 0,5 mm.

25

De buis 13 van de elektrode kan van zacht staal zijn, zoals staal 1030, hoewel andere smeedmetalen gebruikt kunnen worden. Aan stalen met laag koolstofgehalte wordt evenwel de voorkeur gegeven.

De elektrode 12 kan vervaardigd zijn voor het vormen van een strook van een staal 1030 met een dikte van ongeveer 0,3 mm en een breedte van ongeveer 12 mm tot een U-vormige trog door hem door opeenvolgende vorm-rollen te voeren. Het kernmateriaal 14 wordt aan de trog toege- 22 voerd en latere vormstations sluiten de strook geleidelijk tot een ronde buis. Vervolgens wordt de buis 12 op maat getrokken' met het kernmateriaal erin, dat geconsolideerd en samengedrukt wordt door de verkleining van de afmeting van de buis gedurende het trekken. Fig, 2 is een doorsnede 8602381 β" ί, - 7 - van de voleindigde buis.

Fig. 3 toont een weergave van de van een kern voorziene buisvormige elektrode van van tevoren bepaalde lengte, voorzien van een buis 12A,die analoog is aan de 5 continue buiselektrode 12 van fig. 1 met uitzondering dat hij met de hand wordt gebruikt in de vorm van een staaf of stok, waarbij het open einde van de buis is samengedrukt en gesloten bij 15.

Zoals in het bovenstaande is aangegeven bevat het 10 kernmateriaal in wezen deeltjesvormig reagerend metaal, gemengd met een exotherm reagerend metaaloxyde en eventueel voorzien van 0 tot 30 gew.% van materiaal (toeslagstof) gebaseerd op het totale gewicht van de kernsamenstelling, waarbij het materiaal van de toeslagstof wordt gekozen 15 uit de groep die bestaat uit boogstabilisatoren, vloei-middelen,desoxydanten en gasvormers. Bij voorkeur kan het reagerende metaal in het kernmengsel in gewicht variëren van ongeveer 10% tot 70% (bijvoorbeeld ongeveer 20% tot 50% of ongeveer 25% tot 35%) gemengd met ongeveer 20 30% tot 90% metaaloxyde (bijvoorbeeld ongeveer 50% tot 80% of ongeveer 65% tot 75%) en eventueel 0 tot ongeveer 20 gew.% van de genoemde toeslagstof.

%

Het reagerende metaal en metaaloxyde

Zoals eerder is aangegeven is het reagerende 25 metaal er één dat gekenmerkt wordt voor hun vrije vormings-energie van zijn oxyde, betrokken op 25°C, van tenminste ongeveer ÏQQ.QQG calorieën per gram-atooigzuurstof. Het reagerende metaal omvat degene die gekozen zijn uit de groep die bestaat uit magnesium, aluminiunirzirkoon, titaan 30 en legeringen van tenminste twee van deze metalen. Het metaaloxyde kan bijvoorbeeld een oxyde van een metaal van de ijzergroep zijn, bijvoorbeeld ijzeroxyde, nikkeloxyde enz.

Een voorkeursreactiemetaai is een legering van 35 Mg-Al, welke legering bij voorkeur ongeveer 20 tot 50 gew.% van de kernsamenstelling vormt. Het metaaloxyde kan ijzeroxyde zijn, bijvoorbeeld Fe203, Fe^O^, enz. Bij wijze van voorbeeld kan de reagerende Mg-Al legering bij benadering 50 gew.% Mg en 50 gew.% Al bevatten, waarbij het mengsel 8602381 - 8 - met ijzeroxyde bij benadering 30% Mg-Al legering en bij benadering 70% ijzeroxyde bevat. In dit geval worden de toeslagstoffen achterwege gelaten, waarbij ijzeroxyde in overmaat een goed vloeimiddel blijkt met de geoxydeerde 5 reagerende metalen.

De toeslagstof

Om optimale totale prestatie van de elektrode te waarborgen kan tenminste één toesl agstof eventueel worden opgenomen in de kernsamenstelling,welke toeslagstoffen 10 zi.jn uitgekozen uit de groep die bestaat uit boogstabili-satoren, vloeimiddelen, deoxydanten en gasvormers.

De boogstabilisatoren omvatten degene die gekozen zijn uit de groep die bestaat uit verbindingen van alkalimetalen en aardalkalimetalen, welke verbindingen 15 silicaten, oxyden, carbonaten, enz. omvatten. De carbonaten zijn voordelig doordat zij gasvormers zijn.

Vloeimiddelen omvatten, ijzeroxyde, ijzercarbonaat, TiO2> CaCOg, ZrC>2, en eveneens fluoriden en silicaten van alkali en aardalkalimetalen-20 Kenmerkende desoxydanten zijn Si, Mg, Al, Mn,

Ti en de ijzerlegeringen daarvan, bijvoorbeeld ferro-silicium, ferro-magnesium, férro-aluminium, en ferro-titaan.

De gasvormers kunnen ijzercarbonaat, organische 25 stoffen (bijvoorbeeld cellulose), gehydrateerde mineralen (Bentoniet, Puller's aarde, mica enz.) en anderen omvatten. Deze wekken gassen in de boog op, zoals C02 en stoom, die behulpzaam bij het wegblazen van het gesmolten metaal uit het uitgestoken gebied. Dampvormers kunnen eveneens als 30 toeslagstoffen worden gebruikt, zoals ZnO, laag smeltende fluoriden en dergelijke.

Zoals in het bovenstaande is aangegeven kan een overmaat aan ijzeroxyde in de kern nuttig zijn bij het van slakken zuiveren, van Al en Mg in de kern, wanneer deze 35 geoxydeerd worden tot hun bijbehorende oxyden (bijvoorbeeld A1202 en MgO) .

De van een kern voorziene buisvormige elektrode

Het buisvormige deel van de elektrode wordt bij 8602381 i- ' v.

- 9 - voorkeur vervaardigd uit vervormd zacht staal, zoals de staalsoorten die worden aangeduid als 1008, 1010, 1020, 1030, 1040, 1060, 1080, en die anders ook als koolstofstaal worden aangegeven. Aan staal met een laag koolstofgehalte wordt 5 de voorkeur gegeven. Het buisvormige deel van de elektrode kan vervaardigd zijn uit andere smeedmetalen, die in strook-vorm beschikbaar zijn en in staat zijn tot een buisvormige elektrode gevormd te worden van voldoende mechanische sterkte en in staat door gebruikelijke draadtoevoerinrichtingen 10 gehanteerd te worden.

De kernsamenstelling kan in gewicht variëren van ongeveer 5% tot ongeveer 30% (of ongeveer 8% tot 20%) van het totale gewicht van de elektrode, waarbij het reagerende metaal bij voorkeur ongeveer-20% tot 50% van de 15 kernsamenstelling vormt, het metaaloxyde ongeveer 20% tot 70% van de kernsamenstelling en de rest van de kemsamen-stelling eventueel 0 tot ongeveer 20 of 30 gew.% toeslagstoffen bevat, bijvoorbeeld ongeveer een 1/2% tot ongeveer 10%.

20 Het buisvormige deel van de elektrode kan, zoals hier is aangegeven, variëren van een uitwendige middellijn van ongeveer 0,6 mm tot 9,6 mm met een wanddikte van ongeveer 0,125 tot 1,25 mm. Bij voorkeur is de elektrode er êën met een uitwendige middellijn in het bereik van 25 ongeveer 1,6 tot ongeveer 1,3 mm met een wanddikte in het bereik van ongeveer 0,2 tot 0,38 mm of ongeveer Q,25 tot 0,5 mm.

Proe fres uitaten 30 Proefresultaten bij gebruik van een van een kern voorziene draadelektrode met een middellijn van 1,6 mm volgens de uitvinding hebben aangegeven, dat opmerkelijk verbeterde resultaten verkregen kunnen worden zoals die bepaald worden door de metaalverwijderingssnelheid als 35 functie van de ingangsstroom. In algemene termen is er een grens aan de grootte van stroom, die aan een elektrode kan worden toegevoerd, in het bijzonder een koolelektrode, doordat de gehele elektrode de neiging heeft oververhit te worden. Door de buisvormige elektrode volgens de uit-40 vinding te gebruiken in met gas ondersteunde uitsnijding 8602331 - 10 - kan de hoeveelheid stroom aanmerkelijk vergroot worden met de bijbehorende voordelen van opmerkelijk verbeterde metaalverwi j dering.

Proeven werden uitgevoerd met een van een kern 5 voorziene elektrod^met een middellijn van 1,6 mm met de volgende kernsamenstelling: (1) ongeveer 29 gew.% van een bij benadering 50/50 Mg/Al legering in de vorm van een poeder, gemengd met: 10 (2) ongeveer 71 gew.% Fe^O^ (ijzerhamerslag).

Het gebruikte Fe^O^ bevatte ongeveer 4% SiO^ van het gewicht van het ijzeroxyde. Het kemmengsel vormde ongeveer 20% van het totale gewicht van de elektrode, waarbij de stalen schede ongeveer 80% vormde, De schede 15 bestond uit staal 1008.

In êën groep van proeven werden de volgende resultaten verkregen.

TABEL 1

MET LUCHT ONDERSTEUNDE UITSNIJDING MET EEN 20 DRAADELEKTRODE VAN1 1,6' MM MIDDELLIJN MET KERN

Proef Stroom Spanning Luchtdruk Metaalverwijderings-no‘. A V kg/cm2 snelheid kg/h_ 1 150 30 6-6,3 2,2 2 250 35 6-6,3 3,3 25 3 350 40 6-6,3 6,0 4 380 42 6-6,3 8,0

Zoals men zal opmerken wordt een aanmerkelijke vergroting van de metaalverwijdering verkregen bij een toename van de stroom bij gebruik van een draadelektrode 30 met een kern volgens de uitvinding onder het vermijden van oververhitting van de draadelektrode.

Aanvullende proeven werden uitgevoerd met een van een kern voorziene draad (1,6 mm) met dezelfde kemsamen-stelling, met dit verschil dat de hoeveelheid kernsamen-35 stelling in de elektrode ongeveer 12 gew.% bedroeg waarbij dus de schede van zacht staal (staal 1Q08) de rest vormde of ongeveer 88%. Bij het uitvoeren van de proeven werden de volgende variabelen geëvalueerd: (a) luchtdruk, (b) boogspanning, (c) draadtoevoersnelheid, en (d) gewicht 40 van het per uur verwijderde metaal. De proeven werden uitgevoerd bij vier verschillende drukken, die in het bereik 8602381 - 11 - * 2 vallen van ongeveer 2,8 tot 7 kg/cm'. De resultaten worden gegeven in de tabellen 2, 2A, 2B en 2C in het onderstaande: TABEL 2-7 kq/cm^ - Luchtdruk

UITSTÉKEN UIT ZACHTE STAALPLAAT MET EEN DRAAD VAN 1,6 MM EN EEN KERN VOLGENS DE UITVINDING

Proef d.t.s.x I V kg/h Lucht- (cm/m) (ampere) (volt) verwijderd drukxx _ _ _ _ kq/ciri 1 1250 360 45 9,8 7 2 1125 330 45 10,5 7 3 1000 300 45 9,0 7 4 875 280 45 7,9 7 5 750 250 45 7,9 7 6 1250 340 40 8,6 7 7 1125 335 40 9,8 7 8 1000 355 40 9,0 7 9 875 340 40 8,2 7 10 750 300 40 7,2 7 11 1000 300 35 9,2 7 12 875 275 35 5,8 7 13 750 265 35 7,5 7 14 750 260 30 5,8 7 15 625 230 30 5,4 7 16 510 200 30. 4,7 7 x — d.t.s. = draadtoevoersnelheid cm/minuut XX — Druk in kg/cm2 overdruk TABEL 2A - 5,6 kg/cm2 - Luchtdruk UITSTEKEN UIT ZACHT STAAL PLAAT MET EEN DRAAD-KERN MET EEN MIDDELLIJN VAN 1,6 MM VOLGENS DE UITVINDING_ '

Proef d.t.s.K I V kg/h ___ (cm/m) (ampere) (volt) verwijderd 1 1250 350 45 9,6 2 1125 320 45 9,6 3 1000 300 45 8,2 4 875 275 45 6,7 5 750 250 45 5,4 6 1250 350 40 6,7 7 1125 320 40 9,0 8 1000 300 40 9,8 9 875 275 40 7,9 10 750 250 40 6,1 11 1000 300 35 8,2 12 875 275 35 8,2 13 750 250 35 5,8 14 625 225 35 5,0 15 500 200 35 4,0 8602381 < *·· - 12 - 16 750 250 30 5,0 17 625 225 30 4,7 18 500 200 30 4,7 TABEL 2B - 4,2 kg/cm2 - Luchtdruk UITSTEKEN UIT ZACHT STAALPLAAT MET EEN DRAAD KERN MET EEN MIDDELLIJN VAN 1,6 MM VOLGENS DE UITVINDING_

Proef d.t.s.x I V kg/h (cm/rn) (ampere) (volt) verwilderd 1 1250 .350 45 9,8 2 1125 320 45 7,4 3 1000 300 45 7,9 4 875 275 45 6,7 5 750 250 45 6,1 6 1250 350 40 9,0 7 1125 320 40 9,8 8 1000 300 40 9,0 9 875 275 40 7,5 10 750 250 40 5,4 11 1000 300 35 7,6 12 875 275 35 9,0 13 750 250 35 7,6 14 625 225 35 5,0 15 , 500 200 35 4,7 2 TABEL 2C - 2,8 kg/cm - Luchtdruk UITSTEKEN UIT ZACHT STAALPLAAT MET EEN DRAAD-KERN MET EEN MIDDELLIJN VAN 1,6 MM VOLGENS DE UITVINDING_

Proef d.t*s,x I V kg/h ___ (cm/m) (ampere) (volt) verwijderd 1 1250 350 45 10,5 2 1125 320 45 - 7,4 3 1000 300 45 6,1 4 875 275 45 5,4 5 750 250 45 5,4 6 1000 300 35 ' 7,9 7 875 275 35 5,4 8 750 250 35 6,1 9 625 225 35 4,0 10 500 200 35 3,3

De bovenstaande proeven geven aan dat wanneer de spanning varieert van ongeveer 35 tot 45, de stromen van ongeveer 200 tot 350 amperes, en de draadsnelheden van 500 tot 1125 cm/minuut optimale resultaten worden verkregen zoals bepaald door de hoeveelheid metaal die verwijderd wordt (d.w.z. de hoeveelheid metaal die uit de staalplaat is gestoken) wanneer de stroom in het gebied ligt van ongeveer 300 tot 350 amperes en de draadtoevoer- 8602381 - 13 - snelheid ongeveer 1000 tot 1125 cm/minuut bedraagt. Waargenomen werd, dat verhoging van de hoogspanning de metaal-verwijdering deed toenemen. Bij lage luchtdruk is het in het algemeen noodzakelijk langzamer te bewegen gedurende het 5 uitsnijden voor een effectieve metaalverwijdering.

Bij luchtdrukken voor de luchtondersteuning in het 2 gebied van ongeveer 2,8 tot 7 kg/cm worden optimale resultaten aangegeven bij draadtoevoersnelheden van bij benadering 1125 cm/minuut en bij een spanning van ongeveer 10 40 V, waarbij de hoeveelheid verwijderd metaal in de buurt ligt van ongeveer 9,3 tot 9,8 kg/h. Wanneer de spanning varieert van ongeveer 30 tot 45 V wordt ongeveer 6,8 tot 12 kg metaal per uur verwijderd. De luchtstroom moet gedurende het uitsnijden bij voorkeur gefocusseerd worden. 15 In een andere groep proeven.werden .zware in enkele door-voering aangebrachte strooklassen op heet gewalst staalplaat met een dikte van 19 mm in horizontale stand verwijderd onder gebruik making van een met lucht ondersteunde koolstofelektrode van 6,2 mm en een met lucht 20 ondersteunde staaielektrode met een kern volgens de uitvinding met een middellijn van 1,6 mm. De resultaten zijn in onderstaande tabel 3 aangegeven.

TABEL· 3 KOQLBOOGtflTSTEKEN (6,4 MM) 25 Proef Verwij- kg/h Volts Amps Bewe- Druk 2 Vermo-no. derde verwij- gings- kg/cm gen

lengte derd snel- KW

heid _ _ _ _ _ cm/min _ _ 1 10 cm N.B.X 45 350 47 4,2 15,8 30’ 2 15 cm 5,5 40 600 41 7 24,0 3 15 cm 1,6 40 250 28 7 10,0 4 15 cm 5,9 40 550 43 > 8,4 22,0 1,6 mm staaldraad met kern (uitvinding) 5 15 cm N.B.X 38 300 84 4,2 11,4 6 15 cm 7,8 39 300 81 4,2 11,7 __ 7 15 cm 3,4 45 350 34 4,2 15,3 35 8 15 cm 9,5 45 350 100 7,0 15,8 x — Niet bepaald

Bewegingssnelheid van de boog gedurende het snijden wordt uitgedrukt in cm/minuut (cm/m)

De van een kern voorziene stalen draad volgens 40 de uitvinding toonde opmerkelijk verbeterde resultaten 8602381 - 14 - in vergelijking met de koolelektrode, ondanks het feit dat de middellijn een kwart was van die van de koolelektrode. In het algemeen neemt, wanneer de hoogspanning toeneemt ook het geluidsniveau toe. Geluidspieken treden bij uit-5 snijden bij de koolboog op, wanneer de operateur een lange boog trekt. Bij de uitvinding is de booglengte (hoogspanning) betrekkelijk constant onafhankelijk van de tech-• niek van de operateur en bijgevolg is het geluidsniveau minimaal.

10 Zoals in tabel 3 is aangegeven was de hoeveelheid verwijderd metaal bij gebruik making van een stalen draad met een kern aanmerkelijk groter dan de hoeveelheid die verwijderd werd door de koolelektrode met een middellijn van Sr4 mm. Gemiddeld was de energie in KW die verbruikt 15 werd, lager voor de van een kern voorzien staaielektrode volgens de uitvinding.

Zeer goede resultaten werden verkregen bij het uitsnijden van verschillende legeringen onder gebruik making van een van een kern voorziene staaldraad volgens 20 de uitvinding (29% 50/50 Mg/Al legering en 71% Fe^O^), waarbij de uitgesneden metalen hard soldeermetaalneerslagen, roestvrij type 304, Hadfield staal (13% Mn) messing en aluminium waren.

Een onbeklede koolelektrode met een middellijn .

25 van 3,2 mm werd vergeleken met een met koper beklede koolelektrode met een middellijn van 4 mm bij een druk van 2 4,2 kg/cm . In het geval van een onbeklede elektrode bij een hoogtijd van ongeveer 20 tot 25 seconden, 62-63 volt en bij benadering 40 tot 55 ampère lag de metaalverwijdering 30 uit een stalen plaat in het gebied van 0,57 tot 1,29 kg/h.

De kool met een middellijn van 3,2 mm werd verhit tot helder oranje (gloeiend) en begon snel te oxyderen bij stromen van meer dan 6Q ampere. Om deze reden werd de stroom beneden deze waarde gehouden.

35 De met koper beklede koolstofelektrode met een middellijn van 4 mm was in staat meer stroom op te nemen dankzij het vergrote geleidingsvermogen dat afkomstig is van de koperbekleding. Op deze wijze was de elektrode in staat de spanningen van 45 tot 58 V bij veel hogere 40 amperages te werken van 80 tot 19Q. Bij amperages van 8Q tot 8502381 150 bedroeg de snelheid van metaalverwijdering uit de stalen plaat van 1,1 tot 4,1 kg/h terwijl bij een stroom van 160 tot 180 (58 volts) de metaalverwijdering in het bereik - 15 - lag van 5,0 tot 6,3 kg/h. Zoals eerder was de druk van 2 5 de luchtondersteuning van de koolelektrode 4,2 kg/cm .

De stalendraadelektrode met een kern volgens de uitvinding is superieur aan de met koper beklede koolelektrode doordat hogere insteek- en snijsnelheden verkrijgbaar zijn en eveneens doordat een ruimer.bereik van werk-10 parameters toelaatbaar en toepasbaar is.

Een vergelijking uitgevoerd tussen een koolelektrode met een middellijn van 6,2 mm en een van een kern voorziene draad met een middellijn van 1,6 mm volgens de uitvinding (29% 50/50 Mg/Al legering en 71% Fetoonde dat de 15 elektrode volgens de uitvinding aanmerkelijk beter is, hetgeen volgt uit de metaalverwijdering uit een stalen plaat.

TABEL 4

Met lucht onder- 2o steunde elektrode Energie Metaaluitsnijsnelheid

Kool 15Q A 3,6-4,1 kg/h

54 V

De uitvinding 150 A 4,7 kg/h

54 V

De uitvinding 200 A 6,8 kg/h

25 54 V

Zoals uit de tabel duidelijk zal zijn vertoonde de uitvinding een hogere metaalsnijsnelheid dan de koolelektrode.

Voorbeelden van andere elektrodesamenstellingen 30 volgens de uitvinding zijn als volgt: TABEL 6 i Kemsamenstelling ) De elektrode · ! ! j % Reagerend % Metaal- % Toeslag- i% Kern % Schede metaal__oxyde___stof___ 35 30% Mg70%Fe~O~" — '1090!

1 2 3 I

15% Al (75% Fe304 j 10% CaO 15 85 25% Ti ?70% NiO | 5% Na2Si03 30 70 50% Mg/Al(50/50jj50% Fe304 j 5% CaF2 8 92 10% Zr *90% NiO — . 20 80 40 20 Al 80 Fe.,0. — 5 95 _3 4 t_ 8502391 - 16 -

Zoals eerder aangegeven, wordt de schedevormende buisvormige elektrode bij voorkeur vervaardigd uit koolstof-staal of een ander ijzerhoudend metaal, hoewel andere typen van smeedmetaal gebruikt kunnen worden,die tot een 5 buisvormige elektrode gevormd kunnen worden van voldoende mechanische sterkte en in staat gebruikt te worden in conventionele draadtoevoerinrichtingen.

De van een kern voorziene elektrode volgens de uitvinding kan gebruikt worden voor het snijden of uitsteken -10 van een ruime variëteit van metalen, zoals ijzerhoudende metalen (bijvoorbeeld staalsoorten, gietijzers, ijzer-legeringen enz.) aluminium, aluminiumlegeringen, koper en koperlegeringen, titaan en titaanlegeringen, legeringen op basis van nikkel en legeringen op basis van cobalt.

15 Bij snijden en uitsteken van de metalen wordt lucht onder druk gericht op het gebied dat gesneden wordt om het gesmolten metaal weg te drijven. De lucht kan worden toegevoerd bij een druk die varieert van ongeveer 0,7 2 tot 10,5 kg/cm in de lengterichting van de elektrode of 20 als een schede die de elektrode omgeeft, of als een aantal stromen hetzij concentrisch om de elektrode aangebracht hetzij als afzonderlijke stromen. De luchtstromen behoeven niet hetzelfde brandpunt te hebben zolang luchtstroom of stromen bij voorkeur een stromingspatroon 25 hebben.

Hoewel de onderhavige uitvinding is beschreven in verband met de voorkeursuitvoeringsvormen, zal het duidelijk zijn dat wijzigingen en variaties daarvan afgeleid kunnen worden zonder buiten het kader van de uitvinding 30 te treden, zoals de vakman gemakkelijk zal begrijpen.

Dergelijke wijzigingen en variaties worden geacht binnen het doel en het kader van de uitvinding te vallen.

-conclusies- 8602381

Claims

1. Elektrode voor het met gasondersteuning snijden of uitsteken van metalen ondergronden, gekenmerkt door een buis van vervormd metaal en een samengeperste kernsamenstelling, die in wezen bestaat uit deeltjesvormig 5 reagerend metaal gemengd met een exotherm, reagerend metaaloxyde en die 0 tot ongeveer 30 gew.% van een toeslagstof bevat, gebaseerd op het totale gewicht van de kernsamenstelling, waarbij de toeslagstof is uitgekozen uit de groep die bestaat uit de boogstabilisatoren, vloeimiddelen, desoxydanten 10 en gasvormers, waarbij het deeltjesvormige reagerende metaal op kenmerkende wijze een vrije vormingsenergie van zijn oxyde heeft, betrokken op 25°C van tenminste 100.000 calorieën per gram atoom zuurstof en het exotherm reagerende metaaloxyde dat daarmede gemengd is op kenmerkende wijze 15 een vrije vormingsenergie heeft die niet hoger is dan ongeveer 90.000 calorieën per gram atoom zuurstof, betrokken op 25°C.

2. Van een kern voorziene elektrode volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de kernsamenstelling 20 ongeveer 5 tot 30 gew.% van de totale elektrode uitmaakt.

3. Van een kern voorziene elektrode volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de kernsamenstelling in wezen bestaat uit ongeveer 10 tot 70 gew.% van het reagerende metaal, ongeveer 30 tot 90 gew.% van het 25 genoemde metaaloxyde en 0 tot ongeveer 20 gew.% van de genoemde toeslagstof, uitgekozen uit de groep die bestaat uit boogstabilisatoren, vloeimiddelen, desoxydanten en gasvormers.

4. Van een kern voorziene elektrode, volgens conclusie 30 3,met het kenmerk, dat het reagerende metaal is uitgekozen uit de groep die bestaat uit magnesium, aluminium, zirkoon, titaan en legeringen van tenminste twee van deze metalen. 8602381 - 18 -

5. Van een kern voorziene elektrode volgens conclusie 4/ met het kenmerk, dat het reagerende metaal een legering is van Mg-Al en waarin het genoemde me.taal-oxyde een oxyde is van een metaal uit de ijzergroep.

6. Van een kern voorziene elektrode volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de Mg-Al legering ongeveer 20 tot 50 gew.%- van de kernsamenstelling vormt en dat het oxyde van een metaal van de ijzergroep ijzeroxyde is in een hoeveelheid van ongeveer 50 tot 80 gew.%.

7. Van een kern voorziene elektrode volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de Mg-Al legering bij benadering 50% Mg en 50% Al is, waarin de hoeveelheid legering in de kernsamenstelling bij benadering 30 gew.% en de hoeveelheid ijzeroxyde bij benadering 7Q gew.% van 15 de kernsamenstelling uitmaakt.

8. Van een kern voorziene elektrode volgens conclusie 5,met het kenmerk, dat de buisvormige elektrode een uitwendige middellijn hééft van ongeveer 6,25 tot 9,6 mm en een wanddikte van ongeveer 0,125 tot. 1,25 mm.

9. Elektrode volgens conclusie 8, m e t het kenmerk, dat de buisvormige elektrode een uitwendige middellijn heeft van ongeveer 1,6 tot 3,2 mm en een wanddikte van ongeveer 0,2 tot 0,38 mm.

10. Van een kern voorziene buisvormige metalen boog- 25 elektrode te gebruiken in lucht ondersteund snijden en uitsteken van metalen ondergronden gekenmerkt door een buis van vervormd metaal en een samengeperste kernsamenstelling, die in wezen bestaat uit deeltjesvormig reagerend metaal, gemengd met exotherm reagerend metaal-30 oxyde en die 0 tot ongeveer 30 gew.% van een toeslagstof bevat, gebaseerd op het totale gewicht van de kernsamenstelling, welke toeslagstof gekozen is uit de groep die bestaat uit boogstabilisatoren, vloeimiddelen, desoxydanten en gasvormers, waarbij het deeltjesvormige reagerende 35 metaal is uitgekozen uit de groep die bestaat uit magnesium, 3602381 Jgi. ¢5 - 19 - aluminium, zirkoon, titaan en legeringen van tenminste twee van deze metalen, en dat het exotherm reagerende metaal- oxyde is gekozen uit de metaaloxyden van de ijzergroep.

11. Van een kern voorziene elektrode volgens conclusie 5 10, met het kenmerk, dat de kemsamenstelling ongeveer 5 tot 30 gew.% van de totale elektrode vormt.

12. Van een kern voorziene elektrode volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de kemsamenstelling in wezen bestaat uit ongeveer 10 tot 70 gew.% van het 10 reagerende metaal, ongeveer 30 tot 90 gew.% van het oxyde van een metaal van de ijzergroep, en ongeveer een 1/2 tot ongeveer 20 gew.% van het genoemde materiaal dat gekozen is uit de groep die bestaat uit boogstabilisatoren, vloei-middelen, desoxydanten en gasvormers.

13. Van een kern voorziene elektrode volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat het reagerende metaal een legering van Mg-Al is en dat het metaaloxyde ijzeroxyde is.

14. Van een kern voorziene elektrode volgens conclusie 20 13, met het kenmerk, dat de Mg-Al legering ongeveer 2Q tot 50 gew.% van de kemsamenstelling vormt en dat het ijzeroxyde in het gebied ligt van ongeveer 50 tot 80 gew.%.

15. Van een kern voorziene elektrode volgens conclusie 25 14,met het kenmerk, dat de Mg-Al legering bij benadering 5Q%Mg en 5Q% Al is, waarbij de hoeveelheid legering in de kemsamenstelling bij benadering 30 gew.% en het ijzeroxyde bij benadering 70 gew.% van de kern-samenstelling vormt.

16. Van een kern voorziene elektrode volgens conclusie 13, i e t h et kenmerk, dat de buisvormige elektrode een uitwendige middellijn heeft van 0,62 tot 9,6 mm en een wanddikte van 0,125 tot 1,25 mm. 5302381 V- - 20 -

17. Werkwijze voor het met een elektrische boog snijden of uitsteken van een metalen ondergrond, gekenmerkt door: het gebruik van tenminste ëën van een kern voorziene buisvormige metalen elektrode die gevormd is uit een 5 metalen buis en een samengeperste kernsamenstelling die in wezen bestaat uit deeltjesvormig reagerend metaal gemengd met een exotherm reagerend metaaloxyde en 0 tot ongeveer 30 gew.% van een toeslagstof bevat, gebaseerd op het totale gewicht van de kernsamenstelling, welke toeslagstof wordt 10 uitgekozen uit de groep die bestaat uit boogstabilisatoren, vloeimiddelen, desoxydanten en gasvormers, waarbij het deeltjesvormige reagerende metaal op kenmerkende wijze een vrije vormingsenergie van zijn oxyde heeft, betrokken op 25°C, van tenminste ongeveer 100.0Q0 calorieën per gram-15 atoom zuurstof, het ex:)therm reagerende metaaloxyde dat daarmede gemengd; is op kenmerkende wijze een vrije vormingsenergie heeft van niet meer dan ongeveer 90.000 calorieën per gram-atoom zuurstof, betrokken op 25°C, het trekken van een elektrische boog tussen het einde van de genoemde 20 elektrode en de genoemde metalen ondergrond om het snijden of uitsteken daarvan te bewerkstelligen, het toevoeren van een stroom van gas onder druk aan het gebied, dat gesneden of uitgestoken wordt, en het voortzetten van snijden of uitsteken onder het continu toevoeren van de 25 genoemde gas onderdruk aan het'genoemde gebied.

18. Werkwijze volgens conclusie 17, m e t het kenmerk, dat de gasstroom onder druk wordt toegevoerd in de lengterichting van de elektrode naar het gebied, dat gesneden of uitgestoken wordt.

19. Werkwijze volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat de kernsamenstelling in wezen bestaat uit ongeveer 10 tot 7Q gew.% van het genoemde reagerende metaal, tenminste ongeveer 30 tot 90 gew.% van het metaai-oxyde en 0 tot ongeveer 20 gew.% van de toeslagstof, uit-35 gekozen uit de groep die bestaat uit boogstabilisatoren, vloeimiddelen, desoxydanten en gasvormers.

20. Werkwijze volgens conclusie 19, m e t het 8602381 - 21 - kenmerk/ dat het reagerende metaal is uitgekozen uit de groep die bestaat uit magnesium/ aluminium, zirkoon, titaan en legeringen van tenminste twee van deze metalen.

21. Werkwijze volgens conclusie 20, met het 5 kenmerk, dat het reagerende metaal een legering is van Mg-Al, en dat het metaaloxyde een oxyde van een metaal uit de ijzergroep is.

22. Werkwijze volgens conclusie 21, m et het kenmerk , dat de Mg-Al legering ongeveer 20 tot 50 10 gew.% van de kernsamenstelling vormt en dat het oxyde van het metaal uit de ijzergroep ijzeroxyde is in het bereik van ongeveer 50 tot 80 gew.%.

23. Werkwijze volgens conclusie 22, met het kenmerk, dat de Mg-Al legering bij benadering 15 50% Mg en 50% Al is, en dat de hoeveelheid legering in de kernsamenstelling bij benadering 30 gew.% bedraagt en de hoeveelheid ijzeroxyde bij benadering 70 gew.% van de kernsamenstelling.

24. Werkwijze volgens conclusie 21, met het 20 kenmerk, dat de. buisvormige elektrode een uitwendige middellijn heeft van ongeveer 0,62 tot 9,2 mm en een wanddikte van ongeveer 0,125 tot 1,25 mm.

25. Werkwijze volgens conclusie 17, m e t het kenmerk, dat het gas in de lengterichting van de 25 elektrode wordt toegevoerd met een hlaasmonddruk van 2 ongeveer 0,7 tot 10,5 kg/cm .

26. Werkwijze volgens conclusie 25, m e t het k e n m er k, dat het gas wordt toegevoerd als een ringvormige schede, die de elekerode omgeeft.

27. Werkwijze volgens conclusie 17, m e t h e t kenmerk, dat de kernsamenstelling ongeveer 5 tot 30 gew.% van de totale elektrode vormt. 8ö 0 2 38 1