NO121388B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og apparat for lysbuebearbeiding av arbeidsstykker.

Denne oppfinnelse vedrører lysbuebearbeiding av arbeidsstykker, innbefattet sveising og skjæring av metallgjenstander,

og spesielt angår den en fremgangsmåte og et apparat for lysbuebearbeiding ved hjelp av en lysbueflamme av høy varmeintensitet, retningsstabilitet og forutbestemt form.

Det er kjent at en lysbue som er dannet mellom to elektroder kan utvides og for-sterkes ved hjelp av en luftstrøm eller an-

nen gasstrøm, og at den således frembrakte lysbueflamme fordelaktig kan anvendes for å smelte en begrenset del av et metallege-

me. For mange anvendelser, spesielt for lysbuesveising og -skjæring, kreves det imidlertid en mere stabil og konsentrert varmekilde enn den lysbueflamme som er frembrakt på den ovenfor angitte måte. Formålet med foreliggende oppfinnelse er derfor å skaffe en fremgangsmåte og appa-

rat for metallbearbeiding ved hjelp av en lysbueflamme med høy varmeintensitet, hvilken flamme kan gis den retning og den form som er best egnet for den anvendelse for hvilken flammen skal brukes.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse er en fremgangsmåte til lysbuebearbeiding av et arbeidsstykke hvor en lys-

bue frembragt mellom enden av en ikke konsumerbar stavelektrode og arbeidsstyk-

ket som den annen elektrode, passerer en med stavelektroden koaksial passasje som er anordnet mellom elektrodene og som er innsnevret i retning av arbeidsstykket, og hvor man leder en strøm av gass sammen med lysbuedampene gjennom passasjen,

slik at det dannes en lysbueflamme som rettes mot arbeidsstykket, kjennetegnet ved at den sammensatte lysbue og gass-strøm blir sammensnevret av veggene i passasjen og det på en slik måte at tverrsnittet i passasjen i en hvilken som helst avstand fra enden av stavelektroden er mindre enn tverrsnittet i de samme avstan-

der fra enden av elektroden av en vanlig, ikke sammensnevret lysbue av samme strømstyrke.

Oppfinnelsen angår også forskjellige utførelsesformer av apparater for å utføre ovennevnte fremgangsmåte.

Arbeidsstykket kan danne en del av lysbuestrømkretsen, eller lysbuen kan dan-

nes mellom stavelektroden og en smeltbar tråd, som i smeltet tilstand skal avsettes på overflaten av et arbeidsstykke, hvilket siste også kan være innkoplet i lysbuestrømkret-

sen, hvis det ønskes. Ved kontinuerlig inn-føring av tråden i lysbuen kan beleggings-eller sveiseoperasjoner utføres tilfredsstillende.

Fremgangsmåten kan således brukes

til lysbuebearbeiding av såvel metalliske som ikke-metalliske artikler. Enn videre kan gasstrømmen inneholde bare vannstoff eller vannstoff i blanding med andre gas-

ser, når det trenges en ennå mere konsentrert varmekilde. Hvis utstrømningen skal anvendes til sveising eller belegging, kan lysbuen dannes mellom stavelektroden og en smeltbar trådelektrode som kontinuer-

lig mates i den utstrømmende gass.

Oppfinnelsen kan forklares ved å be-trakte først en vanlig sveiseanordning, omfattende en ikke-forbrukbar wolfram-elektrode anbragt over et som elektrode tjen-ende metallisk arbeidsstykke, og en gass innført rundt elektroden og lysbuen for å skjerme elektroden fra luften. Med en slik anordning brukes det ifølge oppfinnelsen en vannkjølt muffe eller dyse, for eksempel av metall, som omgir og begrenser på sidene en del av lysbuesøylen, ved eller rett under, wolframelektroden på en måte som inn-snevrer denne del av lysbuen på den ovenfor angitte måte. Det må fremheves at for å virke effektivt må den maksimale åp-ningsdiameter av dysen være så liten at den del av lysbuen som den inneslutter ikke i vesentlig grad forandrer retning på grunn av forstyrrende innflytelser, slik som f. eks. tilfeldige magnetiske felter, gassbevegelser og uregelmessigheter ved elektrodene. Den minimale lengde av den del av lysbuen som er omgitt av dysen synes ikke å være kri-tisk, idet denne lengde selvfølgelig ikke kan være mindre enn den som er nødvendig for å kjøle dysen mot den intense varme.

Den del av lysbuen som ligger mellom munningen av den lysbuestabiliserende dyse og arbeidsstykket har en fast begyn-nelsesretning og en stivhet og vedholden-het av denne retning. Denne varighet av retningen av en slik del av lysbuen representerer en vesentlig forbedring overfor det som er kjent tidligere. Denne stivhet av lysbuen er imidlertid også avhengig av gasstrømmen som trer inn i brenneren ved dysens elektrodeende. Det er å foretrekke at en regulerbar mengde av gass innføres i dyseåpningen og at denne mengde reguleres med hensyn til stivheten og drivkraf-ten av utstrømningen. Denne gasstrøm-men medvirker også i vesentlig grad til at arbeidsstykket tilføres varme som ellers ville gå til dysen. Dette minsker problemet med å kjøle dysen.

Selv om det finnes en maksimal stør-relse av dyseåpningen for en bestemt del av lysbuen, kan denne åpning gjøres betraktelig mindre med utmerkede resultater. Det er funnet at en kjølt metalldyse ifølge oppfinnelsen ikke bare kan brukes til å styre og forme lysbuene som brukes for metallbearbeiding og materialopphetning, men ved å gjøre dyseåpningen mindre kan den også brukes til å innsnevre lysbuen og derved til å øke lysbuespenningen og den totale lysbueeffekt ved en gitt strøm. Under disse betingelser forårsaker gasstrømmen gjennom dysen en ekstra økning av lysbuespenning og effekten fordi en stor del av den strømmende gass forblir i lysbuen og må opphetes til lysbuetemperatur (8000° K til 20 000° K, beregnet for argon).

Også, fordi lysbuestrømmen og gass-strømmen, når de trer ut av dysen danner i det vesentlige den samme varme gass, svarer den av dysen fremtvungne tverr-snittsoverflate og form av utstrømningen til lysbuen. På grunn av stabiliteten kan det også ofte brukes lengre og derfor mere høyspente lysbuer enn dette inntil nå var mulig. Den høyere lysbuespenning og -effekt og den minskete tverrsnittsflate av lysbuen resulterer i en ualminnelig høy energistrømning pr. tverrsnittsflateenhet for hver strøm.

Fordi hastigheten av den av dysen uttredende gass ved et bestemt trykk (den kritiske eller lydhastighet innbefattet) øker med temperaturen, også fordi lysbue-gasstemperaturer er de høyeste som kan oppnås, kan gasshastigheten gjennom en dyse ifølge oppfinnelsen gjøres ualminnelig stor ved et gitt trykk. Ualminnelig store gasshastigheter er ofte meget ønsket på grunn av den høye drivkraft og kinetiske energi som utstrømningen derved får.

Den ønskede drivkraft og rettete kinetiske energi av utstrømningen fåes ved oppfinnelsen med stor gassbesparelse. Ved konstant trykk er volumet av en bestemt gass-vekt, ideelt, proporsjonalt til gasstempera-turen. Gasshastigheten for en bestemt massestrømhastighet gjennom en åpning vil således bli høyere desto høyere gasstem-peraturen er. Da størsteparten, hvis ikke hele gassen i brenneren ifølge oppfinnelsen, går gjennom, eller danner en del av lysbuen, er det opplagt at der kan oppnås meget høye hastigheter med et.minimalt gass-forbruk på grunn av de meget høye gass-temperaturer.

Det må fremheves at lysbuestrømmen ifølge oppfinnelsen og strømmen av varme gasser som trer ut av dysen representerer en og samme utstrømning. Gasstrømmen er den strømbærende lysbuestrømning og den fortsetter å få elektrisk energi inntil den når arbeidsstykket. Den kombinasjon i hvilken en gasstrøm med høy hastighet og en elektrisk-strømbærende lysbuestrøm med høy energikonsentrasjon faktisk danner en og den samme utstrømning gir helt enestående resultater ved forskjellige anvendelser av oppfinnelsen. Skjæring av visse metaller kan f. eks. utføres med hastigheter, skjæringskvalitet og materialbe-sparelse som ikke kan fås med de inntil nå kjente lysbueskjæringsprosesser. Ved å regulere utformningen av dysen kan den fra dysen uttredende utstrømning bringes til å beholde bevegelsesretningen i form av en rettet energistrømning med en energiinten-sitet som er forholdsvis uavhengig av lysbuelengden.

Apparatet ifølge oppfinnelsen består av en brenner som omfatter en primær elektrode anordnet ved innløpet for en vann-kjølt dyse for å skaffe plass for en ende av en lysbue. Den annen ende av lysbuen bæres av en annen primær elektrode, slik som et arbeidsstykke. En gasstrøm innføres i dysen og den kommer ut av dysen sammen med lysbuen i retning av arbeidsstykket. Selv om det ikke er nødvendig å innføre gasstrømmen i innløpet av dysen under trykk, er dette av og til meget fordelaktig og letter prosessen. Som gass kan man bruke hver passende enkel gass eller blanding av gasser. Brenneren kan også modifiseres for å utføre forskjellige ønskede arbeider, ved å regulere utstrømningen, ved å bruke en eller flere dyseåpninger i brenneren, eller ved å anvende forskjellige tverrsnitts-flater, retninger og former.

Oppfinnelsen har vist seg å være særlig egnet for skjæring av metaller idet den primære brennerelektrode består av toriumisert wolfram, gassen er argon, og den elektriske strøm er en likestrøm med rett polaritet (arbeidspositiv).

Oppfinnelsen innbefatter bruk av vek-selstrøm med eller uten overlagret høy-frekvens og bruk av likestrøm med rett eller reversert polaritet for å energisere lysbuen. Et fordelaktig hjelpemiddel ved oppfinnelsen er anvendelse av en start-lysbue (pilot-arc) mellom brennerelektroden og dysen, for å holde elektrodens ende varm og for å lette igangsettingen og virkningen av hovedlysbuen. Oppfinnelsen kan brukes til opphetning og smelting av hvilket som helst metall.

På tegningen viser:

Fig. 1 et perspektivriss av en elemen-tær utførelsesform av oppfinnelsen hvor de primære elektroder er et arbeidsstykke og en stav. Fig. 2 er et snitt gjennom en modifikasjon av oppfinnelsen. Fig. 3 er et sideriss av en tidligere kjent, vanlig ikke innsnevret inert gasskjermet lysbue. Fig. 4 er et diagram som viser tre kurver tatt i forskjellig avstand fra elektroden 3, hvor lysbuediameteren er angitt i forhold til lysbuestrømmen. Fig. 5 er et riss til dels i form av et strømdiagram, som viser en buttsveising ved hjelp av lysbuebrenneren, idet deler av brenneren er vist i et vertikallengde-snitt. Fig. 6 er et lignende riss som viser skjæringen ved hjelp av en annen form av lysbuebrenneren. Fig. 7 er et lignende riss som viser opp-hengningen av en vannkjølt elektrode i en modifisert utførelsesform av lysbuebrenneren som arbeider med likestrøm med reversert polaritet. Fig. 8 er et lignende riss som viser en vifteformet lysbuemodifikasjon ifølge oppfinnelsen. Fig. 9 er et snitt etter linjen 9—9 av

fig. 8.

Fig. 10 er et delvis vertikal-lengdesnitt

av en modifikasjon med delt lysbue.

Fig. 11 er et snitt etter linjen II—II

av fig. 10.

Fig. 12—15 er diagrammer som viser

driftsbetingelser.

Fig. 16 viser skjematisk et apparat iføl-ge oppfinnelsen forsynt med midler for å innføre en forbrukbar elektrode i den fra lysbuebrenneren kommende utstrømning. Fig. 17 er et vertikalsnitt gjennom en lysbuebrenner ifølge en foretrukket utførel-sesform av oppfinnelsen. Fig. 18 er et sideriss av en plateskjæ-rende innretning som anvendes ifølge oppfinnelsen. Fig. 19 er et grunnriss av veggen av et innsitt som er frembragt under anvendelsen av en argoninneholdende gasstrøm i lysbuen. Fig. 20 viser et lignende innsnitt frembragt under anvendelse av en vannstoff-holdig gasstrøm.

Det vil forståes at de elementære bren-nermodifikasjoner av oppfinnelsen vist i fig. 1 og 2 er forsynt med en passende gass, slik som argon, helium, vannstoff, kvelstoff eller med blandinger av disse gasser, hvilken gass passerer fortrinnsvis aksialt i en ringformet strøm omkring en passende primær elektrode 10 og deretter gjennom en dyse 12 forsynt med en innvendig passasje

13, i hvilken passasje strømningen foregår enten ved den sugende virkning av selve lysbuen eller ved at gassen innføres under trykk. Elektroden 10 er av stavtypen og er forsynt med en lysbuespiss som er aksial i flukt med og ligger an mot en ende av dysen 12. Den annen primære elektrode kan f. eks. bestå av et metallisk arbeidsstykke, slik som platen 14. Dysen 12 kan også tjene som sekundær elektrode, som forklart nedenfor. I hvert tilfelle er de primære elektroder ved hjelp av ledere 20 og 22 forbundet med en passende likestrøm-eller vekselstrømkilde av elektrisk energi.

En ytterst varm, elektrisk ledende utstrøm-ning 24 trer ut av munningen av brennerens dyse.

I hvert tilfelle bevirker dysepassasjen 13 at lysbuesøylen får en bestemt form og retning og at den blir i en viss grad innsnevret. Ved en slik innsnevring og forming av lysbuesøylen ved hjelp av dysepassasjer 13 kan oppnåes betydelige fordeler. Spenning av lysbuesøylen kan betydelig økes, og derved kan det ved en gitt elektrisk strøm utvikles mere kraft i lysbuestrømmen. Det er f. eks. funnet at mens det ved en kjent, ikke innsnevret lysbue, kan fåes en spenning av 3,15—7,9 Volt pr. cm i argon ved 200 ampere lysbuestrøm, idet de høyere ver-dier fåes i den del av søylen som ligger meget nær elektrodene, fåes det ved en innsnevret argon-lysbue ifølge oppfinnelsen en spenning av ikke mindre enn ca. 11,8 Volt pr. cm i en dyse med 6,3 mm indre diameter, 39,4 Volt pr. cm i en dyse med 3,2mm indre diameter og 69,0 til 79,0 Volt pr. cm i en dyse med 2,0 mm indre diameter.

Den høyere spenning og effekt og den bedre styring av energistrømmen som fåes ved hjelp av oppfinnelsen fremgår av tabell 1 som sammenligner sveisedråper dannet ifølge tidligere kjent praksis og ifølge foreliggende oppfinnelse (under anvendelse av en sylindrisk formet dyse slik som vist i fig. 5 og beskrevet nedenfor) på rustfritt stål med 19 % Cr—10 % Ni, under bruk av likestrøm med rett polaritet av 175 ampere, ved 25,4 cm pr. minutt sveisehastighet og med argon som er tilført brenneren.

Dysen 12 kan lages av hvilket som helst passende fast materiale og — hvis nødvendig — kan den kjøles på hvilken som helst passende måte, f. eks. kopper med vannkjøling, wolfram med strålekjøling, keramikk med eller uten vannkjøling, eller lignende.

Dysens størrelse kan vesentlig variere avhengig av anvendelsen. Den aksiale lengde av hvilken som helst elektrisk uavbrutt del av dysen er begrenset på grunn av ten-densen til å danne to lysbuer i serie (elektrode-dyse og dyse-arbeidsstykke), når det bare ønskes å få en lysbue (elektrode-arbeidsstykke). Et empirisk kjennetegn for uavbrutt, stabil drift er at spenningsfallet langs en gitt lengde av lysbuesøylen innenfor en elektrisk uavbrutt del av dysen skal være fortrinnsvis mindre enn den spenning som kreves for dannelse av slike dobbelte lysbuer. Hvis det antas for eksempel at for et visst tilfelle er den sistnevnte spenning, under bruk av argongass og av en vann-kjølt kopperdyse, ca. 20 volt, så har en dyse med 3,2 mm indre diameter (31,4 volt/cm buesøyle gradient i argon ved 160 ampere) fortrinnsvis en mindre lengde enn 0,64 cm (ekvivalent av 20 volt lengde).Lengre dyser kan brukes, men er da fortrinnsvis laget av ikke-ledende materiale, eller hvis de er laget av elektrisk ledende materiale omfatter de elektrisk isolerte deler.

Som vist i fig. 3 har en tidligere kjent, vanlig inert gasskjermet lysbue 26 mellom en stavkatode 10 og en smeltet flat anode 28 en form av en avrundet kjegle som, når den er skjermet av en ringformet strøm av argon, har den i fig. 3 og 4 viste størrelse for lysbuestrømmer mellom 100 og 400 ampere. De karakteristiske kurver X, Y og Z illustrerer hvordan buediametrer ved 2,5, 7,6 og 15,2 mm fra katoden 10 øker når strømmen i hvert tilfelle øker. Ved å be-trakte fig. 3 og 4 finner man f. eks. at en dyse med 6,4 mm diameter ifølge oppfinnelsen kan innsnevre den del av buen som er vist ved 200 ampere, kurve X, fig. 4, og ved å styre utstrømningen kan man slynge ut en slik diameter på arbeidsstykket. Ved 15,2 mm fra elektrodespissen f. eks. resulterer dette i en tverrsnittsflate av omtrent en .tredjedel av lysbuen i fig. 3.

En lysbuebrenner T, fig. 5, som er egnet for å sveise metall, består av en kopperdyse 30 med en sentral muffe 32 i hvilken den nedre del av elektroden 10 er anbragt i avstand fra den indre vegg og bunn av muffen, hvorved der dannes en passasje for lysbuegassen. Denne gass strømmer gjennom en avlang buepassasje eller åpning 34 som er aksialt i flukt med elektroden. Denne passasje 34 er avlang og bærer en startbue (pilot are) som kontinuerlig virker mellom dysen og elektroden når en strømkilde S tilsluttes dertil ved hjelp av ledninger 20, 22 og 38 gjennom en motstand 40, slik som en lampe eller et lampesett.

Dysen 30 er også forsynt i bunnen med en ringformet rille 36, som er konsentrisk med åpningen 34 for å lede en ytre ringformet strøm eller innhylling 44 av passende skjermende gass, slik som f. eks. argon eller C02, omkring utstrømningen 24 og en sone som skal smeltes på arbeidsstykket 14. En hoved-lysbue 42 startes ved hjelp av en slik startbue (pilot are) mellom enden av elektroden 10 og arbeidsstykket 14, når sistnevnte er forbundet med en elektrisk strømkilde ved en ledning 48. I slikt tilfelle kjøles dysen ved hjelp av vann som sirku-lerer gjennom en ringformet passasje 50 omgivende muffen 32.

Brenneren ifølge fig. 5 virker meget godt, når den negative side av en like-strømkilde S er forbundet med elektroden 10, og den positive side gjennom en leder 22 er forbundet med ledningene 38 og 48. En slik brenner vil også virke riktig når den er forbundet med en vekselstrømkilde. I slikt tilfelle er ledningen 48 direkte forbundet med en polklemme av en sveise-veksel-strømkilde og elektroden 10 er forbundet med den annen polklemme. En uavbrutt virkende 30 amp. likestrømstartlysbue vil f. eks. effektivt starte, stabilisere og opprettholde en hovedsveisebue med veksel-strøm. En slik startbue (pilot are) kan drives uavbrutt, selv når hovedlysbuen er i drift.

Under driften beveges brenneren T i retning av en bane som skal buttsveises på arbeidsstykket 14, og utstrømningen 24, som er avskjermet fra luften ved hjelp av en ringformet skjermende gasstrøm 44, smelter en søm 51 i arbeidsstykket, som når utstrømningen 24 fjerner seg, avkjøles og størknes. Et viktig trekk ved brenneren T består i at utstrømningen 24 er godt styrt og bevirker meget små variasjoner i størrel-sen av sveisedråper over et vidt område av brennerens høydeinnstilling i forhold til arbeidsstykket som vist i tabell 1. Brenneren T er også godt egnet for flenssveising med stor hastighet av blikkplater.

En liten lysbuebrenner som den som er vist i fig. 5 er brukt til å sveise 0,18 mm tykke rustfrie blikkplater med 63,5 cm pr. minutt, under anvendelse av 15 ampere likestrøm med rett polaritet, 21,2 l/time argon gjennom en åpning av 1,6 mm diameter, og ca. 710 l/time argon i den omgivende omhylling. Utstrømningen 24 var stabil, lett regulerbar, og hadde ingen tendens til å flyttes selv ved så lave strømstyrker som 8 ampere.

Som vist i fig. 6 er det anordnet en brenner Tl ifølge oppfinnelsen, omfattende en primær elektrode 10 som er montert aksialt innenfor en sylindrisk trommel 52, ved enden av hvilken trommel er festet en dyse 54 forsynt med en sentral passasje 55 i hvilken rager inn den nedre ende av elektroden 10. Utstrømningsdel av passasjen 55 smalner av til en utløpsåpning med liten diameter. Den ringformede vegg av dysen 54 er anordnet i avstand fra den indre vegg av trommelen 52 for å skaffe en ringformet passasje 56, tettet ved O-ringer 57,57, for kjølevannet som innføres i passasjen gjennom et innløp 58 og som føres ut gjennom et utløp 60.

Dysen 54 består fortrinnsvis av kopper og elektroden 10 av toriumisert wolfram.

Elektroden 10 er forbundet med den negative side av en likestrømkilde S ved hjelp av ledningen 20, mens den positive side av strømkilden er forbundet med arbeidsstykket 14 ved hjelp av ledninger 22 og 48. Dysen er også forbundet med den positive side av strømkilden ved hjelp av en forgrening 38 omfattende en motstand 40, som begrenser strømmengden til den som er nød-vendig for å opprettholde en startbue (pilot are) mellom den primære elektrode 10 og dyse 54, hvilken dyse i dette tilfelle danner den sekundære elektrode (anode). En passende gass innføres i det indre av trommelen 52. På en lignende måte som den som ■ er beskrevet for brenneren i fig. 5, vil brenneren i fig. 6 også virke riktig når den til-føres sveisestrøm fra en vekselstrømkilde.

Utstrømningen 24 som trer ut av brenneren Tl er godt styrt, og med en lengde av f. eks. inntil 3,8 cm er den meget stabil. Typiske ytelsestall for brenneren Tl er som følger: med en 200 ampere lysbue, 1,27 cm lang, en dyse med 4 mm indre diameter, og 566 l/time argon, er lysbuepotensial 38 volt, den beregnede utstrømningshastighet er ca. 305 meter i sekundet, og den varme som tilføres arbeidsstykket er 5,2 KW. Til sammenligning kan det angis at ved en vanlig ikke innsnevret lysbue av den samme lengde med argonskjerming er potentialet 19 volt og varmen som tilføres arbeidsstykket 2,7 KW. En tilnærmet beregning av de rela-tive kraftintensiteter ved arbeidsstykket viser at det fåes et ca. tidobbelt resultat med brenneren ifølge oppfinnelsen. Hvilken som helst passende gass som ikke virker skade-lig på elektroden kan brukes.

Ved høyere strømningshastigheter for gassen (849 l/time eller mere for en dyse med 3,2 mm indre diameter) gir utstrøm-ningen 24 en kraftig metallskj ærende virkning. Med en dyse av 3,2 mm indre diameter, 2264 l/time argon og 200 ampere lys-buestrøm f. eks., kan utstrømningen ved innsnitt-smeltning skjære over en 9,6 mm tykk aluminiumplate ved en skjærings-hastighet av ca. 203 cm pr. minutt. Andre eksempler vist i tabellen 2 angir skjære-hastigheter for plater som ifølge oppfinnelsen fåes for forskjellige metaller under anvendelse av likestrøm med rett polaritet og en dyse med en indre diameter av 3,2 mm.

Fig. 7 viser en modifikasjon av oppfinnelsen, hvor en lysbuebrenner T2 har en væske-kjølt anode 76 som ved en ledning 78 er forbundet med den positive pol av en likestrømkilde S. En kombinert klokke og dyse 80 av brenneren danner en sekundær katode ved at den er forbundet med den negative pol av strømkilden ved hjelp av forgreningen 82 omfattende en motstands-anordning 84. Arbeidsstykket W er likeledes forbundet med den negative pol ved hjelp av en ledning 86. Anoden 76 består av passende metall, slik som kopper, og er forsynt med en avlang aksial muffe 88 i hvilken er montert et innløpsrør for kjølevannet 90 som ender rett over bunnen av muffen og er anordnet i avstand fra den indre vegg av muffen for å danne en ringformet passasje for kjølevannet.

Bueenden av anoden 76 er avrundet og anordnet i avstand fra en på lignende måte utformet indre overflate av klokke-dysen 80, hvorved der dannes en gasspassasje 92, gjennom hvilken en gass, f. eks. argon, fø-res til en passasje 94 anordnet i bunnen av klokken i flukt med anodespissen. Klokke-dysen 80 er forsynt med en ringformet ut-sparing 96 som er tettet ved hjelp av en

bøssing 98 og «0»-ringer 100, hvorved det

dannes en ringformet kjølevæske-passasje

i hvilken vann innføres ved 102 og føres ut ved 104.

Utstrømningen 24 frembragt av brenneren T2, når likestrøm med 240 ampere tilføres ledningen 86 med et potensial av 50 volt mellom anoden 76 og arbeidsstykket W, ble brukt til å skjære en 2,54 cm tykk aluminiumplate W med en hastighet av 12,7 cm/min., idet det ble dannet et innsnitt med en bredde av 9,5 mm. I dette tilfelle er 849 l/time argon innført til klokken 80 og anoden 76 satte kontinuerlig i gang en startbue (pilot are) mellom den primære anode og den sekundære klokkekatode som virket utmerket i å danne en hovedlysbue mellom de primære elektroder 76 og W. Klokken 80 og anoden 76 er fortrinnsvis laget av kopper, men der kan brukes wolfram eller et annet passende metall.

Et vesentlig trekk ved oppfinnelsen består i at lysbuen kan reguleres til å frem-bringe en lysbue som er formet eller delt etter ønske, som f. eks. vist i fig. 8 og 10. Fig. 8 og 9 viser tilfellet hvor det dannes en vifteformet utstrømning V i overens-stemmelse med tverrsnittsformen av pas-sas jen 115 i en vannkjølt dyse 116 når gass-hastigheten er tilstrekkelig stor, f. eks. 238 l/time av argon, og gassen strømmer gjennom et slisset dyseutløp med en størrelse av 2,5 x 9,5 mm. Utstrømningen er i dette tilfelle stabil, idet argon innføres i det ringformede rom 118 mellom elektroden 10 og veggen av en aksial passasje 120 i dysen.

I det i fig. 10 viste tilfelle, kan en lysbue spaltes i to deler ved hjelp av en dyse 125 som har to divergerende buepassasjer 126, 128, som begynner i en felles passasje 130 inneholdende elektroden 10. Dette er helt enestående og frembringer stabile ut-strømninger 122, 124 som kan brukes til mange formål, slik som sveising og skjæring, da de kan gis den ønskede form og retning. Hvilket som helst antall av ut-strømninger kan frembringes på denne måte.

I den foreliggende oppfinnelse kommer den totale varmemengde, som arbeidsstykket får fra utstrømningen, fra lysbueplasmaet i dysen, fra lysbuesøylen mellom arbeidsstykket og dysen og fra forskjellige elektrodeprosesser. En analyse av varme-overføring for argongass-prosessen viser at ved en gass-strømning lik null ikke noe av den av lysbuen i dysen frembrakte varme forlater dysen, men varme mistes ved overføring til kjølevannet i dysen. Største-delen av den varme som i et slikt tilfelle tilføres arbeidsstykket kommer fra elektrodeprosesser, slik som elektronkondensa-sjon. (Opphetning ved kondensasjon er lik elektronstrøm multiplisert med materia-lets arbeidsfunksjon pluss anodefall.)

Når det f. eks. brukes likestrøm med rett polaritet og en dyse med 6,4 mm indre diameter og 9,5 mm lengde, faller den varmemengde som mistes i dysen kontinuerlig til et minimum av ca. 40 % av varmen som utvikles i dysen ved argon-gass-strømning av opptil 566 l/time. Dette betyr at ved 566 l/time omtrent 60 % av varmen er frembrakt i lysbueplasmaet i dysen beholdes i dysen og føres ut med den varme argongass som trer ut av dysen. Denne varme er så til-ført arbeidsstykket av utstrømningen med en større virkningsgrad enn 70 % for avstander mellom dysen og arbeidsstykket som ligger mellom 3,2 mm og 6,4 mm.

Et kvantitativt bilde av disse fenome-ner er vist i tabell 3, hvor volt brukes som passende energimål ved et strømnivå av 200 ampere (likestrøm, rett polaritet). Det er brukt en sylindrisk dyse med 6,4 mm indre diameter og 9,5 mm lengde og en lysbue med en ytre lengde av 6,4 mm.

Det kan således sees at ved en argon-strømning av 566 l/time tilføres energien i vesentlig grad fra lysbueplasmaet innenfor dysen.

I de i fig. 12—15 viste diagrammer, viser kurve B, fig. 12, spenningsgradienten i dysen mot dysediameteren for sylindrisk ut-formede dyser. Den vertikale henvisnings-linje C på venstre side av diagrammet viser spenningsgradienter i en åpen argonlysbue 26, fig. 3. Som vist når dysediameteren blir større (og innsnevring av lysbuesøylen min-

dre) nærmer seg og forener seg kurven B

som viser spennings-gradienten av lysbuebrenneren ved karakteristikken C for den

vanlige tungtsmeltelige elektrodebue skjermet med inert gass. For de mindre dyse-diametre er spenningsgradienten flere ganger større enn buegradienten C for en slik vanlig kjent lysbue. I fig. 12 vil åpningen med en diameter av 9,5 mm bare i meget liten utstrekning innsnevre lysbuen, hvilket kan sees av den lille økning av spenningsgradienten over det av linjen C repre-

senterte minimum. Lysbuedelen innenfor dysen er imidlertid vesentlig modifisert ved tilstedeværelse av gassen, Begynnende innsnevring som kan sees av spenningskurver som ligner kurven i fig. 12 er et kjennetegn for riktig konstruksjon.

Fig. 13 viser effektfordelingen mot gass-strømningen gjennom dysen i buebrenneren ved en bestemt strømart, like-strøm, med rett polaritet (dysen er sylindrisk og er 9,5 mm lang). Den totale til-førte elektriske effekt (volt x ampere), kurve E, øker nesten lineært med gass-strøm-men, nemlig med 40—50 watt for en gass-strømøkning av 28,3 l/time. Den samme dyse, når den drives med svakere strøm gir en forholdsvis flatere karakteristikk for spenningen mot gass-strømmen. Kurve F som viser effekten som tilføres arbeidsstykket økes hurtig opptil 566—849 l/time. Kurve G som. viser den i dysen tapte effekt faller inntil 566 l/time og forblir ved en nesten konstant minimal verdi ved større gass-strømmer. For sammenligning er der vist en linje H som angir den totale tilførte effekt og en linje I som angir den til arbeidsstykket tilførte effekt, for en tidligere kjent ikke innsnevret argonskj ermet lysbue av samme lengde (15,9 mm) og samme strøm-styrke (200 ampere). Lysbuebrenneren iføl-ge oppfinnelsen ved 1132 l/time gjennom dysen tilfører således 75 % mere energi til arbeidsstykket enn den vanlige, kjente argonskj ermede lysbue. (Effektfordeling i en vanlig, kjent, med inert gass skjermet lysbue er ikke angitt som en funksjon av gass-strømningen, fordi en tvungen be-vegelse av atmosfæren i et slikt tilfelle bare har mindre, sekundære virkninger.)

I fig. 14 viser kurvene J og K lysbue-brennerens karakteristikk for spenningen mot strømstyrken (for en dyse med en diameter av 6,4 mm) og den respektive karakteristikk for en åpen eller ikke innsnevret argonskj ermet lysbue ifølge tidligere praksis. Der kan sees at økningen av spenningen med strømstyrken, kurve J, er meget større i lysbuebrenneren. En praktisk følge derav er, at i motsetning til den kjente brenner med ikke forbrukbar elektrode, er det ikke nødvendig for å opprettholde en regulerbar variasjonsgrad i lysbuestrømmen at hoved-energitilførselen ved brenneren ifølge oppfinnelsen har en fallende volt-ampere-karakteristikk. For eksempel, med en dyse med en indre diameter av 3,4 mm og en buepassasje med 4,8 mm-lengde, under anvendelse av 849 l/time argongass og 35 volt konstant spenning, likestrøm med rett polaritet, var lysbuelengden utenfor dysen forandret fra 6,4 mm til 3,2 mm med en led-

sagende strømstyrkeforandring fra 100 til

130 ampere. Strømstyrken i den tidligere

kjente ikke forbrukbare argonskj ermede lysbue ville med en energikilde av samme art vise en flere ganger større forandring.

Lysbuebrennere ifølge oppfinnelsen kan drives med He, N2 og H,-gassene og med' blandinger av disse gasser med argon. De karakteristiske kurver L, M, N, fig. 15 viser for likestrøm med rett polaritet hvordan lyesbuespenningen forandrer seg med vo-lumprosent-innholdet av disse gasser i argon. Oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til disse gasser, da hvilken som helst passende gass eller gassblanding kan brukes.

De vesentlige trekk ved oppfinnelsen

er:

1. I de tilfelle som angår en startbue (pilot are) er dysen ikke en primær elektrode, men bare en sekundær elektrode. 2. Da den større lysbueeffekt som er frembrakt ved innsnevring av lysbuen bare delvis går tapt i den bueformede dyse, går uventet høye mengder av tilleggsenergi til arbeidsstykket i form av varme. 3. Da dysen som styrer utstrømningen er i det vesentlige ikke forbrukbar, får man minimale forurensninger og dysens levetid forlenges. 4. Det er verd å legge merke til at en dyse bestående av elektrisk ledende materiale, slik som metall, kan drives uten «dob-belt buedannelse» i serie med dysen, dvs. uten at det dannes en lysbue mellom den primære brennerelektrode og dysen og en annen lysbue mellom dysen og arbeidsstykket. 5. Det er også verd å legge merke til at hovedlysbuen ikke slukkes ved gass-hastigheter i lysbuesøylen opp til flere tusen meter pr. sekund. 6. Den tidligere kjente lysbue har hit-til vært betraktet som den mest intense kjente varmekilde for å opphete metaller. Oppfinnelsen frembringer en varmekilde med en flere ganger større intensitet, fordi: (a) tverrsnittsflaten av lysbuen kan minskes. For eksempel, en lysbue med 11,5 mm tverrsnittsflate redusert til 3,2 mm har bare på grunn av innsnevring en 12 ganger større intensitet. (b) Spenningen og dermed effekten av den lysbuen ved en bestemt strømstyrke og lengde frembrakte varme økes, idet denne økning skyldes innsnevringen og gass-strømmen som til en stor del må opphetes til lysbuetemperaturen. For eksempel, ved 200 ampere og en lysbuelengde av 12,7 mm og med 2264 l/time argon gjennom en dyse

med en indre diameter av 3,2 mm er den i brenneren ifølge oppfinnelsen utviklede energi mere enn to ganger større enn den som frembringes ved tidligere kjent praksis. (c) Det beregnede netto resultat av de to effekter i siste eksempel er at den effektive effektintensitet øker med omtrent 20 ganger. 7. Under forutsetning av at gass-hastigheten er tilstrekkelig stor, svarer tverrsnittsformen av den fra dysen uttredende utstrømning til tverrsnittsformen av den innsnevrende passasje, selv om det ikke anvendes dyser med sylindrisk form. 8. Et annet verdifullt trekk er at lysbuen spontant kan oppdeles i flere utstrøm-ninger som svarer til de for dette formål anordnede, disponible dysepassasjer. 9. Sammenlignet med karakteristikken av den tidligere kjente ikke innsnevrede lysbue med en med inert gass skjermet tungtsmeltelig elektrode, har lysbuen ifølge oppfinnelsen en volt-ampere karakteristikk med sterkere stigning. I tillegg til de kjente energikilder med «fallende» karakteristikk kan således lysbuebrenneren ifølge oppfinnelsen brukes med energikilder som har en mer eller mindre flat volt-ampere karakteristikk.

Utskilling av sveisemetall i sveise- og loddeoperasjoner skjer ifølge oppfinnelsen ved å danne den jetlignende utstrømning mellom en stavelektrode og en smeltbar trådelektrode. Utstrømningen slynger ut det smeltede metall som leveres av tråden mot arbeidsstykket, som dessuten er opp-hetet av utstrømningen til hvilken som helst ønsket grad. Den faste metalloverfla-te på hvilken det sprøytede metall faller, kan hvis den er elektrisk ledende, også forbindes med strømkilden og ytterligere opphetes ved at det formes en lysbuekrets til arbeidsstykket.

Fig. 16 viser en lysbuebrenner 301 omfattende en stavelektrode 302 og en vann-kjølt dyse 303 med en åpning 304 gjennom hvilken en elektrisk lysbue 305 dannes til enden av en metalltråd 306 som skal smeltes. Tråden 306 som er en elektrode av ho-vedbuen, mates kontinuerlig inn i lysbuen gjennom en innføringsinnretning 307 ved hjelp av en kjent trådmatningsanordning 308. En elektrisk energikilde 309 er ved hjelp av ledere 310, resp. 311 forbundet med brennerelektroden 302 og den smeltbare tråd. Denne energikilde 309 kan være enten likestrøm eller vekselstrøm og det kan være hvilken som helst passende sveiseenergi-kilde. I tegningen er vist en likestrøm-energikilde tilknyttet for å levere rett polaritet

(brennerelektrode negativ). Om ønsket, kan en startbue (pilot are) opprettholdes mellom brennerelektroden 302 og veggen av åpningen ved at dysen 303 forbindes med energikilden 308 ved hjelp av en passende impedans, slik som motstand 312. I tillegg hertil når det påsprøytede materiale 313 avsettes på en elektrisk leder, kan det dannes en annen lysbuekrets 314 til arbeidsstykket 315. En slik anordning med en separat energikilde 316 er vist med prik-kede linjer.

Brennerelektroden 302 er av en ikke-forbrukbar type og kan enten være en vanlig wolframtråd eller en kopperelektrode, hvis indre avkjøles med vann. Den først-nevnte type er egnet for likestrøm med begge polariteter for vekselstrøm. Den vannkjølte type er mest egnet for likestrøm med reversert polaritet (brennerelektrode positiv) og kan brukes med mere aktive gasser enn dette er mulig for wolframtypen.

Materialet som skal sprøytes anvendes fortrinnsvis i tråd- eller båndform, slik at det kontinuerlig kan innmates i lysbuen og det må selvfølgelig være en elektrisk ledende når det skal danne en av byens hovedelektroder, hvilket er å foretrekke. Aluminium, rustfritt stål eller vanlig stål, eller andre metaller slik som kopper og dets legeringer kan brukes. Også andre materialer eller flussmidler kan tilsettes som et belegg eller som en bestanddel av tråden. På denne måte kan det anvendes slitesterke materialer, slik som karbider.

En passende gass innføres i brenneren i det ringformede rom mellom elektroden 302 og den aksiale passasje 317 i dysen 303 som fører til åpningen 304. Som brenner-gass kan der brukes hvilken som helst kjent skjermende gass (argon, helium, vannstoff etc.) anvendt i sveiseprosesser, innbefattet slike aktive gasser som klorosilaner, når dette er ønsket. En ytterligere gass-skjerm-ing kan lett skaffes ved hjelp av en ytre konsentrisk gass-klokke 318 rundt brennerdysen eller ved å utføre hele prosessen i et lukket kammer.

En dobbeltgenerator som vist var brukt på følgende måte: Energikilden 309 leverte

195 ampere likestrøm med rett polaritet, gasstrømmen var 283l/time argon gjennom

en åpning 304 av 3,2 mm. En 1,6 mm-tråd av rustfritt stål var ført inn med en hastighet av 381 cm/min. og en strøm av 285

ampere var målt i lederen 311. Strømmen

i kretsen 314 fra tråden til den bearbeidede plate var 90 ampere likestrøm med rett polaritet. Arbeidsstykket 315 var en 6,4 mm tykk kaldvalset stålplate som beveget seg horisontalt med en hastighet av 25,4 cm/

min. Det var ikke nødvendig med noen spesiell forberedende behandling av arbeidsstykket. Anordningen hadde følgende dimensjoner: brennerlysbue fra dysen til tråden 6,4 mm 4- 4,8 mm elektrodened-gang = 11,2 mm totale buelengde, lysbue fra tråden til platen 32 mm. Det resulte-rende avsetningstverrsnitt hadde meget svak inntrengning. Det ble dannet et tungt belegg av omtrent 5,1 mm tykkelse og be-legget var godt festet til underlagsplaten 315 med en inntrengning av mindre enn 0,8 mm i basisplaten. Dråpen hadde en bredde av 8,0 mm. Det var ikke mulig å få den avsatte dråpe vekk fra underlagsplaten.

Tråder av aluminium, rustfritt stål og vanlig stål var også innført i buebrenneren som vist i tegningen uten noen krets 314 fra tråden til arbeidsstykket. Det ble brukt for brenneren og tråden en strøm med 120—200 ampere likestrøm, rett polaritet og 283 til 1115 l/time argon gjennom en åpning av 3,2 mm smeltet metall ble slynget ut fra tråden. Faste overflater, slik som teglsten, kaldvalset stål og aluminium, på hvilke det utslyngede metall satte seg av, var anordnet i passende avstand. Den korte avstand mellom tråden og arbeidsstykket, nemlig 6,4 til 12,7 mm, resulterte i at un-derlagsmaterialet, teglsten innbefattet, ble gjennomhullet. Når det ble slynget ut fritt i rommet, ble metallet slynget ut horisontalt over 3 meter. Dette er et bevis på at belegging kan foretas i hvilken som helst stilling.

Beleggingsprosessen er også godt egnet til å skjøte metaller. Lysbuekretser kan således reguleres at underlagsmetallet kan smeltes i hvilken som helst grad. Utspeing av sveisemetallet kan derved reguleres. Utspeing er et vesentlig trekk ved fabrikasjon av slike metaller som støpejern, aluminium og visse høylegerte stålsorter for spesielle formål. En 6,4 mm tykk plate av bløtt stål med en 60° V-kant var sveiset i henhold til oppfinnelsen med en desoksydert ståltråd. Undersøkelse av et etset tverrsnitt av svei-sen viste nesten ingen inntrengning av sveisemetall inn i underlagsplaten.

En foretrukket konstruksjon av brenneren ifølge oppfinnelsen er vist i fig. 17.

Brenneren omfatter et legeme B med en boring, hvis nedre ende er gjenget for å oppta en elektrodeholder H. En spennhylse C i holderen H ligger an mot et vederlag ved toppen av brennerlegemet B, og holderen H har en konisk indre bunnflate for å innsnevre spennhylsen C når holderen H er skrudd inn i legemet B. En isolasjonsring I er skrudd på yttersiden av bunnen av brennerlegemet B og en dyse N er skrudd på yttersiden av isolasjonen I.

Brennerlegemet B har et innløp 410 for skjermegassen, som åpnes i et ringformet kammer mellom spennhylsens topp og toppen av elektrodeholderen H, og gassen strømmer ned innenfor holderen og utenfor spennhylsen, gjennom åpninger i spennhylsen og gjennom bunnen av holderen. Brennerlegemet B har også et innløp 412 for kjølevann og ikke viste passasjer leder fra innløpet til en ringformet rille 414 i brennerlegemet. Innføringsledningen for sveisestrøm er på vanlig måte ført gjennom vannutløps-slangen.

Elektrodeholderen H omfatter en øvre rørformet del 416, en mellomliggende muf-fedel 418 under bunnen av brennerlegemet B og bredere enn boringen i legemet, og en avstigningsplate 420 anbrakt under muffedelen 418. Langsgående riller 22 dannet i den rørformede del 416 og i muffedelen 418 forbinder rillen 414 i brennerlegemet med rommet under brennerlegemet B.

Dysen N omfatter en øvre ytre hylse 424 som er skrudd på isolasjonsringen I og strekker seg derfra ut like dypt som muffen 418 for å inneslutte en vannkappe 426. Under vannkappen omfatter dysen en tykkvegget del 428 med en sentral boring med en større øvre diameter og en mindre nedre diameter for å oppta en ildfast kera-misk isolerende foring 430. Foringen 430 omfatter en øvre kant 432 som omgir holderens avstivningsplate 420 og en nedre hylse 434 med vesentlig den samme indre og ytre diameter som avstivningsplaten 420 og i flukt med denne plate.

Vannkappen 426 er tettet ved hjelp av en sammentrykkbar pakning 436 anbrakt i en ringformet brysting dannet av toppen av den tykkveggede del 428 og pakningen 436 strekker seg ut innover på toppen av den keramiske kant 428. Pakningen 436 trykkes mot bunnen av muffen 426 når hyl-sen 424 i dysen skrues på isolasjonsringen I.

Delen 428 omfatter en pakningsholder 438 forsynt med en boring som er i flukt med boringene i holderens avstivningsplate 20 og i den keramiske hylse 34. Denne boring i holderen 438 er utvidet for å motta et utskiftbart elektrisk ledende innlegg 440. Dette innlegg 440 har en øvre rørformet del og en nedre avsmalnende del som ender i en kant 442.

Den tykkveggede del 428 av dysen er gjennomboret for å danne passasjer 444 som fører fra vannkappen 426 og innleggs-del 438 av holderen er gjennomboret for å danne passasjer 446 som passer til passasjer 444 når holderdelen 438 er festet til den tykkveggede del 428 f. eks. ved hjelp av sølvloddemiddel, Disse passasjer 446 står i forbindelse med vannkappen 448 dannet mellom den avsmalnende del av innlegget 440 og den indre side av boringen i innleggsholderen.

En kapselmutter 450 låser innlegget, er skrudd på yttersiden av innleggsholderen 438 og har en innadvendt kant som ligger under toppen av innlegget 442. Boringen i innleggsholderen 438 er forsynt med en rille som opptar en «0»-ring 451 gjennom hvilken passerer den øvre rør-formede del av innlegget 440 når innlegget trer inn i boringen. En pakning 452 presses mot bunnen av innleggsholderen 438 av innleggstoppen 442 når mutteren 450 trek-kes til. Den ytre kant av mutteren 444 er forsynt med en ring 454 av isolerende materiale for å hindre lysbuedannelse fra mutteren til arbeidsstykket.

En innføringsring 456 av ledende materiale er klemt fast mellom dysehylsen 424 og den isolerende ring I, og bærer en for-bindelsessøyle for tilknytning av en ledning 458 for høyfrekvent startstrøm. Ved hjelp av den keramiske foring 430 er dyse-delene 424 og 428 isolert fra elektrodeholderen H, og en startbue (pilot are) dannes mellom innlegget 440 og spissen av stavelektroden E, idet hovedlysbuen dannes mellom stavelektroden E og arbeidsstykket.

Alternativt, kan forbindelsessøylen som er forbundet med innlegget tilknyttes ho-vedkretsen av lysbuen som ikke omfatter arbeidsstykket hvorved lysbuen dannes mellom stavelektroden E og innlegget 440. Selv om under disse betingelser lysbuen passerer gjennom den innsnevreds passasje i innlegget bare på grunn av gass-strømmen, dannes allikevel den jetlignende utstrømning av høy intensitet.

Yttersiden av dysen N er dekket av en bøyelig gummihylse 460 som dekker inn-føringsringen 456 og kan rulles opp for å gi adgang til kapselmutteren 450 for å skifte innlegget 440.

For slike formål som lysbue-skjæring, -gjennomhulling, eller -skjøting er det særlig fordelaktig i henhold til en modifikasjon av oppfinnelsen å danne utstrømnin-gen ved hjelp av en gass-strøm som inneholder minst 1 % vannstoff.

Om ønsket kan arbeidsstykket være anordnet i samme krets med lysbuen, og ut-strømningen kan fremskyves i forhold til arbeidsstykket for å smelte metallet pro-gressivt og å danne i metallet et hakk langs en ønsket bane. Vannstoffet har den virkning at den vesentlig minsker avgangen

forbedrer kvaliteten av skjæringen og øker

virkningsgraden og hastigheten av skjæ-ringsoperasjonen.

Fjernelse av metallet kan også foregå termokjemisk ved å innføre på det for formålet mest effektive sted en separat strøm av fluidum som inneholder hjelpepulver. Resterende avgang som ellers kunne danne seg, kan også fjernes ved hjelp av en ekstra stråle av passende fluidum, flamme eller lysbue rettet mot avgangen mens den ennå er smeltet.

Som vist i fig. 18 innføres en utvalgt gass som skal brukes sammen med vannstoffet under trykk fra en kilde 510 gjennom et matningsrør 511 omfattende en ventil 512 og en trykkregulator 514 til gassledningen 515 som fører til buebrenneren 516. Vannstoffgass innføres likedan fra en kilde 510' til gassledningen 515 gjennom et matningsrør 517 omfattende en ventil 518 og en trykkregulator 519. Buebrenneren 516 er i hovedsaken av samme art som den allerede beskrevne skjære-brenner, idet lysbuen og gassen er innsnevret før de trer ut og sammen danner en utstrømning 509 med høy hastighet. Utstrømningen 509 rettes på et arbeidsstykke 520, f. eks. en me-tallplate, som er tilknyttet til en side av en elektrisk energikilde, slik som en gene-rator, ved hjelp av ledningen 522. Den annen side av kilden 521 er forbundet med brennerelektroden ved en ledning 523. Brenneren 516 bæres av vognen 524 med hastighetsregulering og egen fremdrift, hvilken vogn beveger seg på et spor i skjæ-reretningen parallelt til toppen av platen.

Under driften trer utstrømningen 509 ut av brenneren 516 og vognen beveges i den ønskede retning hvorved utstrømnin-gen skjærer opp platen ved å smelte et innsnitt i platen, som vist i fig. 18.

For å få en skjæring av god kvalitet ved hjelp av skjæreprosessen ifølge oppfinnelsen, er det av betydning at vannstoff tilsettes til skjermeatmosfæren. Tilsetning av så lite som 1 % vannstoff til argon eller helium forbedrer kvaliteten av innsnittsvegger i forhold til den som fåes ved å bruke argon eller helium. Forbedring i kvaliteten øker inntil det tilsettes ca. 535 % vannstoff til argonet. Ved høyere prosent forblir kvaliteten i det vesentlige konstant, under forutsetning av at strøm-ningshastigheten av gassen som innføres i brenneren økes i forhold til forandringen av vannstoff konsentrasjonen i lysbuegassen, fordi vannstoff er en meget lett gass. For å få skjæringer med god kvalitet under anvendelse av større vannstoffkonsen-trasjoner er det derfor å foretrekke at det brukes minst den dobbelte strømningshas-tighet for gassen enn den som brukes ved lavere vannstoff konsentrasjoner, f. eks. 35 % vannstoff. Denne forbedring av kvaliteten kan sees av fig. 19 og 20. Fig. 19 viser en innsnittsvegg av en aluminiumsplate med 19 mm, som har et ujevnt oksydert ut-seende med festet avgang 527 fått ved å bruke bare argon som lysbuegass. Fig. 20 viser en plate 528 av likt materiale som oppviser en glatt, glinsende overflate med skarpe hjørner og uten avgang, fått ved å bruke en blanding av 65 % argon og 35 % vannstoff som lysbuegass. Forbedring i kvaliteten av innsittet er antagelig å til-skrive at vannstoff er en reduserende gass og derfor hindrer at surstoff kan komme i kontakt med den smeltede overflate. Til-setninger av 1 % til 100 % av vannstoff til den inerte gass forbedrer således betydelig kvaliteten av innsnittet, idet den beste kvalitet fåes ved å bruke ca. 35 % vannstoff.

En ytterligere fordel ved å bruke vannstoff er at der fåes en lysbue med en forholdsvis høy spenning. Årsaken til dette er at vannstoff har en høy elektrisk motstand. Høy spenning er ønsket i prosessen, særlig ved oppskjæring av tunge plater, for at den skjærende virkning kan trenge gjennom den tykke plate og samtidig gi innsnitt av god kvalitet. Anvendelse av høye spen-ninger gjør det også mulig at det kan brukes lavere strømstyrker for å få den nød-vendige varme. Da den foreliggende appa-ratur er begrenset av den strømbærende kapasitet av dyser, er det fordelaktig å kunne ha en høy varme ved så lave strøm-styrker som mulig. Lysbuens spenning øker med økningen av vannstoffinnholdet av bueatmosfa;ren. Spenningen er derfor desto høyere, desto høyere vannstoffkonsen-trasjonen er. Ved en konstant strømstyrke er det også mulig å skjære med høye hastigheter når det brukes vannstofftilset-ning, da varmetilførsel til arbeidsstykket øker proporsjonalt med økningen av spenningen.

På grunn av den høyere lysbuespenning som fåes ved å bruke vannstoff eller vannstoffholdige blandinger som strømmer gjennom den trange åpning, er det av vesentlig betydning at det anvendes en forholdsvis høy spenningskilde med åpen krets. For eksempel når det brukes en tilsetning av 35 % vannstoff til den inerte gass er en åpen krets strømkilde med 80 volt tilstrekkelig, mens når det brukes 100 % vannstoff er det nødvendig med i det minste en åpen krets strømkilde av 160 volt. Den nødvendige åpne krets spenning er omtrent direkte proporsjonal til vannstoffinnholdet i atmosfæren. Hvis den nød-vendige åpne krets spenning ikke er til stede kan lysbuen ikke startes, fordi lysbuens amperespennings karakterististiske kurve ikke skjærer energikildens amperespennings karakteristiske kurve.

En annen fordel med å tilsette vannstoff er at dobbeltlysbue dannelse, dvs. dannelse av to uavhengige lysbuer gjennom dysen, hindres. Dobbeltlysbuedannelse be-skadiger eller ødelegger dysen. Da vannstoff har en meget høy elektrisk motstand, danner den antagelig et isolerende lag mellom den uttredende lysbue og dyseåpningen. Dette isolerende lag forsinker lysbuens tilbøyelighet til å gå fra wolfram- eller kop-perelektroden til dysen og deretter til underlagsplaten.

En fordel ved prosessen er også at vannstoffmolekyl spaltes til vannstoffato-mer. Der dannes således to volumer av gass for hvert volum av tilført gass som dissosie-res, 2H. Denne spaltning frembringer en ytterligere høy hastighet mens det brukes lave tilførselsmengder av gass. Denne «jet»-effekt er vesentlig ved prosessen for å fjerne det smeltede metall og avgangen fra veggene av innsnittet. I tillegg dertil, re-kombinering av vannstoffmolekyler ved underlagsplaten bevirker en høy konsen-trasjon og overføringsgrad av varmen nøy-aktig på det ønskede sted.

Jo lettere gass brukes, dess høyere hastighet oppnåes. Fordi atomisk vannstoff er den letteste kjente gass, bevirker den dannelse av en strømning med ytterst høy hastighet og høy varmeintensitet som smelter og fjerner metallet i innsnittet og mekanisk skurer dets vegger.

Den foretrukne gassatmosfære er en blanding av 80 % argon og 20 % vannstoff for håndskj æring og en blanding av 65 % argon og 35 % vannstoff for maskinell skjæring. Disse blandinger brukes under forutsetning av at åpen kretsspenning er begrenset til maksimum 100 volt. Tilsetning av den lavere prosentmengde vannstoff er å anbefale når man ikke vil være så nøye med lysbuelengden og vil ta hensyn til de av arbeideren forårsakede variasjoner i lysbuelengden. Når det brukes en åpen kretsspenning av minst 160 volt kan det med fordel anvendes rent vannstoff.

Det følgende eksempel viser forbed-ringen i varmeoverføring til arbeidsstykket når vannstoffgass tilsettes i betraktelig mengde til argongassen. En lysbuebrenner med en wolframelektrode med en diameter av 3,2 mm anordnet i en avstand av 9,6 mm fra kanten av en 12° konus, og en vannkjølt kopperdyse med en åpning av 3,2 mm var brukt som følger: Strømmer av argongass av 0,28, 0,57, 1,14 og 1,70 m-ytime ble anvendt med en likestrøm med rett polaritet av 140, 260, 185 og 170 ampere ved en spenning av 30—50 volt fra wolframelektroden gjennom brennerdysen til en 1,9 cm tykk, kald kopperplate. Man fikk en liten avfarging og en minimal smelting av kopperoverflaten.

Prøvene ble foretatt med tilsetning av vannstoffgass til argongassen i brenneren. Det er funnet at en brenner tilført 100 volt åpen krets elektrisk energi ikke kunne startes og opprettholdes hvis lysbuen ikke først var dannet i argon med i det høyeste en liten tilblanding av vannstoff. Deretter var det mulig å øke vannstofftilsetningen til 25—30 % og. opprettholde lysbuen. Disse prøver viser at rent vannstoff i en slik brenner krever omtrent 150 volt. Når vannstoffinnholdet økte, økte også smeltings-dybden av kopperet. Med et vannstoffinn-hold av 25 % i argon og en total strømning av 2,12 my time gjennom brenneren og med en likestrøm av 200 ampere, 78 volt, kunne man danne en 2,5 mm dyp og 3,8 mm bred rille i kopperet ved en bevegelseshastighet av 76,2 cm/min. Det fjernede metall ble av den store «jet»-hastighet blåst bort fra banen.

En brenner med en stavelektrode av wolfram med en diameter av 4,8 mm anordnet i en avstand av 8,0 mm fra en vann-kjølt kopperdyse passasje med en diameter av 3,2 mm og en lengde av 1,6 mm, var også anvendt med 1,92 m-ytime av en blanding av 40 % vannstoff i argon ved likestrøm med rett polaritet av 165 ampere og 102 volt, til å skjære en 2,54 cm tykk plate av rustfritt stål med en hastighet av 59,7 cm/ min.

En annen brenner omfattende en stavelektrode av wolfram med en diameter av 3,2 mm, anordnet i en avstand av 6,4 mm fra brennerflaten og en åpning bestående av vannkjølt kopper med wolframinnlegg med en lengde av ca. 2,4 mm og en aksial åpning av 2 mm, var brukt med 4,02 m-'1/ time vannstoff, trykk i kammeret 1,09 kg/ cm<2> over atmosfæretrykk med likestrøm med 215 ampere og 93 volt mellom wol-framstav-katoden og dysen. Vannstoffstrå-len som var dannet av lysbuen gjennom dysen kunne skjære aluminium som var 2,54

cm tykk ved en hastighet av 63,5 cm/min.

og det dannet seg en skjæring av høy kvalitet med rette vegger.

Den samme brenner som beskrevet ovenfor, unntatt at innlegget av wolfram-dysen var 6,4 cm lang og hadde en diameter av 1,6 mm, var brukt med 2,83 mV time vannstoff, kammertrykk 1,62 kg/cm<2 >over atmosfæretrykket og likestrøm med 170 ampere og 84 volt, og frembrakte en utstrømning som kunne skjære rustfritt stål med 2,54 cm tykkelse ved en hastighet av 15,2 cm/min. Kuttet var firkantet og overflatene av innsnittet var meget glatte.

Den følgende tabell viser de typiske hastigheter og betingelser ved maskin-skjæring, fått ved å bruke fremgangsmåten for aluminiumplater av forskjellige tykkelser under anvendelse av en strømkil-de som tilførte en åpen kretsspenning av 100 volt.

+ Den brukte gass var i alle tilfelle en blanding av argon og vannstoff med 65 % argon og 35 % vannstoff.

Hastigheten og kvaliteten ved manuell skjæring varierer avhengig av arbeiderens dyktighet med en gjennomsnittshastighet av ca. 152 cm/min. på en aluminiumplate med 1,27 cm tykkelse. Ved manuell skjæring brukes en gassblanding med 20 % vannstoff og 80 % argon.

Det viste lysbuebrenner-skjæringsap-parat var brukt ved de følgende forsøk. Forskjell i behandlingsmåten fra skjæringen bestod bare i at brenneren i stedet for å være anbrakt i en rett vinkel til arbeidsstykket inntok en vinkel av ca. 45°. Apparatet var brukt for å gjennomhulle, skjøte, smelte opp skjøten og kondisjonere metallet. Dybden av skjøten eller gjennom-hullingen er avhengig i første rekke av hastigheten, brennervinkelen, strømstyrken og gass-strømhastigheten. En økning av hastigheten, når de andre faktorer forblir uforandret, bevirker en økning i hulldybden. Brennervinkelen og gass-hastigheten bestemmer kvaliteten og hulldybden. Bred-den av rillen er i første rekke avhengig av utformingen av åpningen. I dette tilfelle har han anvendt runde åpninger. Imidlertid kan også eliptiske åpninger med fordel anvendes.

Forskjellige gasser kan anvendes i forbindelse med vannstoffet i prosessen, slik som argon, helium, kvelstoff, surstoff og forskjellige kombinasjoner av disse gasser. Riller av beste kvalitet fikk man med en blanding av 35 % vannstoff og 65 % argon. Gassenes strømningshastighet var holdt konstant med 1,98 m-ytime ved et trykk av 1,41 kg/cm<2> over atmosfære-trykket. Høy-ere hastigheter og dypere hull kunne man antagelig oppnå ved å bruke høyere trykk og større strømningshastigheter. Anvendelse av gassen bevirker at avgangen fjernes fra rillen.

Det kan arbeides såvel manuelt som mekanisk med like gode resultater. Prosessen virker tilfredsstillende såvel med varme som med kalde materialer, idet ved å bruke varme materialer oppnås høyere hastigheter. Da det gjelder en smelteprosess kan hvilket som helst metall skjøtes eller gjennomhulles. Hastigheten av prosessen er avhengig av smeltepunktet og den termiske ledeevne av det behandlede metall.

Ekstra gasstråler var brukt for å fjerne metall, fra de gjennomhullede steder. Disse gasser kan være luft, surstoff, kvelstoff, vannstoff, argon eller helium avhengig av den ønskede kvalitet.

Forskjellige eksempler for hull som kan fåes ved hjelp av oppfinnelsen er vist i den følgende tabell, idet gass-strømmen er 1,98 mytime og brenneren inntar en vinkel av 50° til horisontalen.

En variasjon av skjæreprosessen er boring av hull. Der brukes da en fast brenner i stedet for en brenner som er bevegelig. Formen av hullet er i første rekke avhengig av utformingen av åpningen.

Betingelsene for hullboring er de samme som for skjæring med unntagelse av at det brukes en faststående brenner. Plate av hvilken som helst tykkelse som kan skjæres kan også gjennombores. Det er klart at strømstyrke, gasshastighet og åp-ningsdiameter må være så store at der fåes en fullstendig adskillelse av platen. Diame-teren av det dannede hull er i første rekke avhengig av størrelsen og formen av åpningen og av strømmen.

Følgende gasser kan anvendes ved prosessen i tillegg til vannstoff, argon, helium, kvelstoff og kombinasjoner av disse. Imidlertid gir kombinasjoner av argon og vannstoff de beste resultater. Hvilket som helst metall kan gjennombores og skjæres da dette er en smelteprosess.

Flere eksempler av gjennomborede hull som var dannet under de i den følgende tabell angitte betingelser under anvendelse av en gass-strøm av 1,98 mytime gis i det følgende:

Claims (10)

1. Fremgangsmåte til lysbuebearbeiding av et arbeidsstykke hvor en lysbue frembragt mellom enden av en ikke konsumerbar stavelektrode og arbeidsstykket som den annen elektrode, passerer en med stavelektroden koaksial passasje som er anordnet mellom elektrodene og som er innsnevret i retning av arbeidsstykket, og hvor man leder en strøm av gass sammen med lysbuedampene gjennom passasjen, slik at det dannes en lysbueflamme som rettes mot arbeidsstykket, karakterisert ved at den sammensatte lysbue og gasstrøm blir sammensnevret av veggene i passasjen og det på en slik måte at tverrsnittet i passasjen i en hvilken som helst avstand fra enden av stavelektroden er mindre enn tverrsnittet i de samme avstander fra enden av elektroden av en vanlig, ikke sammensnevret lysbue av samme strømstyrke.

2. Modifikasjon av den fremgangsmåte som er angitt i påstand 1, karakterisert ved at den annen elektrode dannes av en smeltbar elektrode som mates kontinuerlig inn i bueflammen og av denne slynges i smeltet tilstand mot et bakenforliggende arbeidsstykke.

3. Fremgangsmåte som angitt i påstand 1, der en styrelysbue dannes mellom stavelektroden og en tilstøtende hjelpe-elektrode, karakterisert ved at styrelys-buen tilføres lavfrekvent strøm eller like-strøm.

4. Fremgangsmåte som angitt i de fore-gående påstander, karakterisert ved at en elektrisk strøm fra en annen kilde enn den som mater bueflammen, ledes gjennom den ioniserte gass som strømmer forbi den smeltbare elektrode og hen mot arbeidsstykket.

5. Fremgangsmåte som angitt i påstand 1 eller 3 for lysbueskj æring av et metall-arbeidsstykke, karakterisert ved at lysbue-flammen opprettholdes med en strøm av gass som er i og for seg kjent og som for-uten inert gass inneholder minst 1 % vannstoff, og at det frembringes en flamme-stråle som har tilstrekkelig hastighet til å fjerne smeltet metall og glødeskall fra skåret.

6. Fremgangsmåte som angitt i påstand 5, karakterisert ved at flammen dannes under anvendelse av gass som består av argon (fortrinnsvis 65 %) og vannstoff (fortrinnsvis 35 %).

7. Fremgangsmåte som angitt i påstand 5 eller 6, karakterisert ved at vannstoffet først tilføres etter at lysbueflam-men er blitt dannet.

8. Apparat for utførelse av den fremgangsmåte som er angitt i påstandene 1—7, omfattende en brenner som har et munn-stykke med en gasspassasje samt et innsnevret endeparti og en stavelektrode festet elektrisk isolert inne i munnstykket, hvilken elektrode ender i nærheten av inn-løpet til det innsnevrete parti av gasspassasjen og i lysbuedannende avstand fra et veggparti av denne, karakterisert ved at det innsnevrete endeparti av gasspassasjen gjennom munnstykket er anordnet i et sær-skilt innlegg (440) som er uttakbart fast-holdt i en elektrisk ledende del (428) som er skrudd inn på en isolert ring (I) på munnstykkelegemet (B), hvilken del (428) er utstyrt med tilkoplingsanordninger for forbindelse med en kilde til høyfrekvent startstrøm.

9. Apparat som angitt i påstand 8, karakterisert ved at innlegget (440) fasthol-des ved hjelp av pakningsringer (451, 452) som samvirker med motsatte endepartier av innlegget, og at et ytre veggparti mellom pakningsringene omgis av et ringformet rom (448) som kommuniserer med passasjer (444, 446) for kjølefluidum i delen (428).

10. Apparat som angitt i påstand 9, karakterisert ved at delen (428) har en kera-misk foring (430) hvis endeflate sammen med den omgivende endeflate av delen (428) samvirker med en ettergivende pak-ningsring (436) på en elektroholder (H) som er fluidumtett festet inne i brennerlegemet (B), og at et veggparti av elektrodeholderen mellom pakningene i brenner legemet og pakningsringen (436) er omgitt av en kjølekappe (426) som kommuniserer med innløps- og utløpsledninger (410, 412) for kjølefluidum og med passasjene (444, 446) i delen (428).