WO2008083420A1 - VERFAHREN ZUM PLASMA-PUNKTSCHWEIßEN VON OBERFLÄCHENVERGÜTETEN WERKSTÜCKEN UND PLASMA-BRENNER - Google Patents

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WO2008083420A1
WO2008083420A1 PCT/AT2008/000006 AT2008000006W WO2008083420A1 WO 2008083420 A1 WO2008083420 A1 WO 2008083420A1 AT 2008000006 W AT2008000006 W AT 2008000006W WO 2008083420 A1 WO2008083420 A1 WO 2008083420A1
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WO
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plasma
phase
spot welding
support ring
current
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PCT/AT2008/000006
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French (fr)
Inventor
Reinhard Indraczek
Ferdinand Stempfer
Original Assignee
Sbi Produktion Techn. Anlagen Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K10/00—Welding or cutting by means of a plasma
    • B23K10/02—Plasma welding
    • B23K10/022—Spot welding

Definitions

  • the invention relates to a method for plasma spot welding of surface-treated workpieces using a plasma torch, according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a plasma torch for welding and cutting workpieces, according to the preamble of claim 12.
  • FIG. Fig. 1 shows a lap joint of two sheets 1, 2, which are provided on its two surfaces in each case with zinc layers Ia, 2a.
  • a plasma arc 4 of high temperature is generated, which causes the sheet 1 within a short time to melt through, wherein the zinc layers Ia evaporate.
  • the zinc vapor 5 exits through the through hole 9 formed in the first sheet, whereby it entrains melt 6 present in the through hole 9, inter alia. into the interior of the burner 3.
  • melt 6 present in the through hole 9, inter alia. into the interior of the burner 3.
  • the plasma nozzle 7 and the tungsten electrode 8 of the burner 3 thrown into the burner 3 splashes of melt 6, which requires a complex cleaning and repair of the burner do.
  • Protective gas welding processes are known from DE 41 29 247 A1 and DE 42 33 818 A1, in which electrodes are melted to produce the welded connection, or in other words, a material supply to the welding point takes place.
  • the current is supplied in accordance with a predetermined current profile.
  • the inventive method for plasma spot welding of surface-annealed workpieces using a plasma torch comprises supplying a plasma-generating gas to the plasma torch, connecting a first pole of a current source to an electrode of the plasma torch, connecting a second pole of the current source with a workpiece to be welded, and establishing at least one plasma arc from the electrode of the burner in the direction of the workpiece by applying an electric current from the current source to an anode-cathode path between the electrode and the workpiece.
  • the electric current is maintained in a phase I in a preprocessing current range.
  • the electric current is maintained at a main processing current value or range whose average value is higher than the average preprocessing current range.
  • the electric current is reduced in a subsequent phase III.
  • phase I is maintained at least until at least partial evaporation of surface-hardening layers of the workpieces in a joining zone between the two workpieces.
  • the solution according to the invention is based on a technology which, taking advantage of the temperature difference between the melting point of the workpiece, e.g. a sheet material (about 1450 ° C) and the evaporation temperature of the surface finish of the workpiece, e.g. a zinc coating (906 ° C), an evaporation of the microwavenvergütungs füren (zinc layers) in a joint zone between workpieces (sheets) allows without the workpiece (sheet) itself has already gone into the molten state.
  • the running processes are implemented in a multi-phase technology, in particular a three-phase technology.
  • the electric current is kept constant after switching on, wherein the current is at a relatively low value in order to pass through controlled heating of the top of a stack of workpieces by the plasma arc to evaporate located on the underside of the workpiece surface coating in the joint zone due to heat conduction, during the phase I, the sheet is not yet melted.
  • the difference between the melting temperature of the workpiece and the evaporation temperature of the surface coating is utilized.
  • the same effect can also be achieved by an alternative embodiment of the plasma spot welding method according to the invention, in which the electric current is ramped up in step I or until the current value at the transition to phase II reaches a value of the main processing current value. It is desirable that the workpiece is not heated too fast. To ensure this, in a preferred embodiment, the slope of the ramp-shaped current increase according to the inequality 0 ⁇ dl / dt ⁇ 1000 in [A / s] set.
  • phase II. Main processing
  • the phase II. should be maintained at least until the formation of a puncture hole in the workpiece facing the plasma torch by completely melting this workpiece.
  • phase III the electric current is reduced in a ramp (down-slope) or stepwise.
  • the gradient (-dl / dt) of the ramp-shaped current reduction is greater than 100.
  • phase III at least until the formation of a through all fauxzuhegenden workpieces stitch hole by completely melting all workpieces and subsequent reclosure of the stitch hole by solidification of the melt located in the taphole due to the reduced power supply is maintained.
  • the invention also provides a plasma torch which is suitable for carrying out the method according to the invention.
  • This plasma torch for welding and cutting workpieces is provided with an electrode for connection to a first pole of a current source, an electrically conductive plasma nozzle surrounding the electrode, wherein an inner flow channel for plasma-generating gas is formed between the electrode and the plasma nozzle, and providing a support ring surrounding the plasma nozzle for seating on the surface of a workpiece, the support ring having passage openings spaced around its circumference and spaced from an attachment area.
  • a gas guide sleeve between the plasma nozzle and the support ring is arranged, which projects axially beyond the front end of the plasma nozzle, but shorter than the support ring, wherein the gas guide sleeve of the plasma nozzle and the Support ring is spaced and thereby forms an outer flow channel for the plasma-generating gas between the plasma nozzle and the gas guide sleeve.
  • the support ring projects axially beyond the front end of the plasma nozzle and through-holes in the wall region of the support ring extend between the front end of the plasma nozzle and the attachment region of the support ring.
  • the through holes may advantageously be circular, elliptical or slot-shaped, as a result of which the burner can be produced easily and the gases and smoke can easily escape to the side.
  • the gas guide sleeve does not prevent the lateral escape of the smoke and gases of the vaporized surface treatment of the workpiece from the burner, it is further provided that through holes extend in the wall region of the support ring between the front end of the gas guide sleeve and the front end of the support ring.
  • an electrical insulator is provided between the gas guide sleeve and the support ring.
  • To increase the flow velocity of the plasma-generating gas in the outer flow channel may be formed on the inner surface of the gas guide sleeve, a web for reducing the cross-sectional area of the outer flow channel.
  • the plasma burner is formed essentially of metal or a metal alloy.
  • a pressure sensor is further provided in the welding chamber of the plasma torch.
  • Fig. 1 is a sectional view of the occurrence of defective welds in the plasma spot welding of galvanized sheets in the lap joint according to the prior art
  • Fig. 2A is a sectional view for explaining a first phase of the plasma spot welding method according to the present invention
  • 2B is a sectional view for explaining a second phase of the plasma spot welding method according to the present invention
  • 2C is a sectional view for explaining a third phase of the plasma spot welding method of the present invention
  • Fig. 3 is a graph of the course of plasma flow over time in one embodiment of the plasma spot welding method of the present invention
  • Fig. 5 is a longitudinal section of a plasma torch according to the present invention.
  • the plasma burner 3 is a plasma-generating gas 10 or inert gas, such as argon, fed.
  • An electrode 8 of the plasma torch 3 is connected to a first pole (-) of a current source 11, which is designed as a controlled DC current source.
  • a second pole (+) of the current source 11 is connected to the upper plate 1.
  • a plasma arc 4 from the electrode 8 of the burner in the direction of the plate 1 is constructed by applying an anode-cathode path between the electrode 8 and the upper plate 1 with electric current I (t) from the current source 11, wherein the current I (t) is controlled according to a three-phase process, as can be seen from the current-time diagrams of Figures 3 and 4.
  • a phase I which is a pre-processing and pre-heating and vaporization phase
  • the electric current is first held in a preprocessing current range Iy.
  • a ramp-up current course is provided which rises steadily from a switch-on value I E to a main processing current value I H which marks the start of phase II, as can be seen in FIG.
  • the pre-processing current may initially be maintained at a constant, low value I 5 after switching on, and raised to the main processing current value I H at the end of phase I, in which case a steep rise in the Current I (t) was selected.
  • a stepped startup of the current I (t) is possible, wherein within the phase I, depending on the application, any combinations of (sections) constant current and ramp-shaped or stepwise increasing current profile are selectable.
  • FIG. 2A The effect of the course of the current I (t) in the phase I or the plasma arc 4 controlled according to the current profile is shown in FIG. 2A.
  • the controlled by the plasma arc 4 heating of the upper sheet 1 is propagated by heat conduction to the underside of the sheet 1 and causes that in the joint zone 12 between the Plates 1 and 2, the lower zinc layer Ia of the upper plate 1 and the upper zinc layer 2a of the lower plate 2 evaporate, at which time the upper plate 1 and consequently also the lower plate 2 are not melted through.
  • the difference between the melting temperature of the material of the sheet 1 and the lower evaporation temperature of the zinc coatings Ia, 2a is utilized. Since both sheets 1, 2 have not yet melted in the joining zone 12, the zinc vapor 5 is displaced in a circle in the gap which always exists between the sheets 1, 2. In the region of the joining zone 12, a largely zinc-free region is formed.
  • the electric current I (t) is maintained at a main processing current value I H or in a main processing current range whose average value is higher than the average value of (ramped and As shown in the diagrams of FIGS. 3 and 4, a constant main processing current value I H has been set in these embodiments.
  • the upper sheet 1 melts completely, that is, it forms in the upper sheet 1, a through hole 9, see Fig. 2B.
  • Phase II is completed.
  • the plasma arc 4 penetrates both plates 1, 2 completely and there is a so-called stitch hole formed, which are through holes 9 through both sheets 1, 2 through.
  • phase III which is also referred to as seaming phase
  • the electric current I (t) and thus the energy of the plasma arc 4 is reduced, wherein, as seen in the diagrams of Figures 3 and 4, the Power reduction ramp (down-slope) with a strong gradient of well over 1 is going on.
  • the tap hole closes again by the melt contained therein solidifies 6, forming at the bottom of the lower plate 2, a characteristic seam root 14.
  • the spot welding connection has been created.
  • An advantage of this method according to the invention is that access to the plasma torch is required only from one side of the sheet stack 1, 2.
  • the required controlled heating of the upper sheet in phase I is achieved by the up-slope of the current I (t).
  • t the up-slope of the current I
  • adapted gradients in the up-slope of the current in phase I are necessary (FIGS. 3 and 4).
  • a novel plasma torch 20 has been developed which limits the contact of the welding gases 21 with the workpiece surface only to a minimum zone around the spot weld.
  • the plasma burner 20 is shown in Fig. 5 in longitudinal section. It has an electrode 23 for connecting to a first pole (-) of a current source 11, and an electrically conductive plasma nozzle 24 surrounding the electrode 23 at a distance, an inner flow channel 25 for plasma-generating gas 10 between the electrode 23 and the plasma nozzle 24
  • the support ring 26 has through openings 26b distributed around its circumference, through which the welding gases 21 are deflected by 90 ° and more the welding space 22 of the burner 20 can escape.
  • the passage openings 26b are not located directly on the seating area 26a of the support ring 26 (see distance nozzle 15 in Fig. 1), but axially spaced therefrom, which is essential improved deflection of the welding gases 21 contributes.
  • the support ring 26 extends axially beyond the front end of the plasma nozzle 24, the through holes 26b extending in the wall region of the support ring 26 between the front end of the plasma nozzle 24 and the front end (seating portion 26a) of the support ring 26 and may, for example, circular, elliptical or slot-shaped be educated.
  • Another important feature of the plasma torch 20 according to the invention is the provision of an annular gas guide sleeve 27 between the plasma nozzle 24 and the support ring 26, the gas guide sleeve 27 extending axially beyond the front end of the plasma nozzle 24, but shorter than the support ring, i. ends behind the Aufsetz Scheme 26 a of the support ring 26.
  • the gas guide sleeve 27 is radially spaced from the plasma nozzle 24 and the support ring 26 and thereby forms an outer flow channel 28 for the plasma-generating gas 10.
  • the length of the gas guide sleeve 27 is further selected so that through holes 26 b in the wall region of the support ring 26 between the front end the gas guide sleeve 27 and the front end (Avemsetz Scheme 26 a) of the support ring 26 extend to allow a favorable guidance of the welding gases 21.
  • an electrical insulator 29 is provided between the gas guide sleeve 27 and the support ring 26, on the inner surface of the gas guide sleeve 27, a web 27a for reducing the cross-sectional area of the outer flow channel 28 is formed, whereby higher gas flow rates are achieved in this area.
  • the components of the plasma torch 20 are preferably formed of metal or a metal alloy.
  • a pressure sensor 30 is provided in the inner flow channel 25 directly at or near the burner head to measure the pressure in the welding chamber 22 of the plasma torch 20 and the measured values for controlling the power supply to the plasma torch 20 to use.
  • the gas guide sleeve 27 in the burner interior should be so long that the plasma arc 4 is led almost to the surface of the workpiece 1.
  • This gas guide sleeve 27 prevents the plasma arc 4 touches the workpiece surface more than necessary with its outer seam.
  • the provided for the discharge of the welding gases 21 through holes 26 b in the support ring 26 are mounted so that during welding, the hot welding gases do not touch the workpiece surface outside the support ring 26, which means that they must be spaced from the Aufsetz Scheme 26 a of the support ring.
  • the welding gases 21 are thereby directly over the welding point deflected by more than 90 ° and flow freely from the welding chamber 22 from.
  • the contact zone of the welding gases 21 on the workpiece 1 is limited to a surface which is not larger than that of the front-side open end of the gas guide sleeve 27th
  • the present invention has the following main features and advantages:
  • the formation of the needle hole is a criterion for a secure welded connection between the workpieces.
  • the plasma arc is guided in a gas guide sleeve 27 to shortly over the workpiece surface and confined within the plasma torch 20, whereby a reduced thermal damage to the workpiece surface is achieved.
  • the consumption of protective or plasma-generating gas 10 can be reduced by the design features of the plasma burner according to the invention
  • the following table shows typical welding parameters for the inventive plasma spot welding of higher strength galvanized sheets of different thickness from ZstE 340 + Z 100 MB, wherein a plasma torch with a plasma nozzle with a diameter of 2.0 mm, a plasma gas feed of 0, 81 l / min and a protective gas supply of 3 l / min were set.
  • a ramp-up of the current was set up to a main processing current value of 140 A, which was maintained constant in Phase II:

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Abstract

Ein Verfahren zum Plasma-Punktschweißen von oberflächenvergüteten Werkstücken unter Verwendung eines Plasma-Brenners (3, 20) umfasst das Zufuhren eines plasmaerzeugenden Gases (10) zu dem Plasma-Brenner (3, 20), das Verbinden eines ersten Pols (-) einer Stromquelle (11) mit einer Elektrode (8, 23) des Plasma-Brenners, das Verbinden eines zweiten Pols (+) der Stromquelle (11) mit einem zu schweißenden Werkstück (1), das Aufbauen zumindest eines Plasma-Lichtbogens (4) von der Elektrode (8, 23) des Brenners in Richtung des Werkstücks (1) durch Beaufschlagen einer Anoden-Kathoden-Strecke zwischen der Elektrode (8, 23) und dem Werkstück (1) mit elektrischem Strom (I(t)) aus der Stromquelle (11). Der elektrische Strom (I(t)) wird in einer Phase I in einem Vorprozessierungsstrombereich (Iv) gehalten, in einer anschließenden Phase II auf einem Hauptprozessierungsstromwert (IH) gehalten, dessen Durchschnittswert höher ist als der durchschnittliche Vorprozessierungsstrombereich (IV). Die Phase I wird zumindest bis zum zumindest teil weisen Verdampfen von Oberflächen Vergütungsschichten der Werkstücke (1, 2) in einer Fügezone (12) beibehalten.

Description

Verfahren zum Plasma-Punktschweißen von oberflächenvergüteten Werkstücken und
Plasma-Brenner
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Plasma-Punktschweißen von oberflächenvergüteten Werkstücken unter Verwendung eines Plasma-Brenners, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung betrifft weiters einen Plasma-Brenner zum Schweißen und Schneiden von Werkstücken, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
Während das Plasma-Punktschweißen von unbeschichteten Blechen im Überlappstoß technologisch schon beherrschbar ist und zufriedenstellende Schweißpunkte mit ausreichenden Festigkeiten liefert, siehe z.B. EP 1 168 896 A2, war die erforderliche Prozessstabilität bei oberflächenvergüteten bzw. beschichteten, insbesondere verzinkten, Blechen bisher nicht gegeben. Ursache hierfür ist das während des Durchschmelzens der Bleche auftretende explosionsartige Verdampfen der Zinkschichten und der damit verbundene Auswurf von Schmelze, der auch in das Brennerinnere gelangt und daher den Brenner zerstört, wie in Fig. 1 dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Überlappstoß aus zwei Blechen 1, 2, die an ihren beiden Oberflächen jeweils mit Zinkschichten Ia, 2a versehen sind. Im Brenner 3 wird ein Plasma-Lichtbogen 4 von hoher Temperatur erzeugt, der das Blech 1 innerhalb kurzer Zeit zum Durchschmelzen bringt, wobei die Zinkschichten Ia verdampfen. Der Zinkdampf 5 tritt durch das im ersten Blech entstandene Durchgangsloch 9 aus, wobei er im Durchgangsloch 9 befindliche Schmelze 6 mit sich reißt, u.a. in das Innere des Brenners 3. Zusätzlich zu dem dadurch entstandenen fehlerbehafteten Schweißpunkt kommt es fast immer zum Unbrauchbarwerden des Plasmadüse 7 und der Wolframelektrode 8 des Brenners 3 durch in den Brenner 3 geschleuderte Spritzer von Schmelze 6, die eine aufwendige Reinigung und Instandsetzung des Brenners erforderlich machen.
Aus der DE 41 29 247 Al und der DE 42 33 818 Al sind Schutzgasschweißverfahren bekannt, bei denen zur Herstellung der Schweißverbindung Elektroden abgeschmolzen werden, oder in anderen Worten, eine Materialzufuhr zur Schweißstelle stattfindet. Um das Ablösen von Schmelzetropfen von den Elektroden entweder zu verhindern oder zumindest so zu steuern, dass nur kleine Schmelzetropfen abspritzen, erfolgt die Stromzufuhr gemäß einem vorgegebenen Stromprofil.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Plasma-Punktschweißen von oberflächenvergüteten Werkstücken unter Verwendung eines Plasma-Brenners sowie einen Plasma-Brenner bereitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik überwinden und das zuverlässige, feste und optisch einwandfreie Plasma-Punktschweiß- Verbinden von oberflächenbeschichteten Werkstücken, wie verzinkten Blechen, ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Plasma-Punktschweißverfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und einen Plasma-Brenner mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Plasma-Punktschweißen von oberflächenvergüteten Werkstücken unter Verwendung eines Plasma-Brenners umfasst das Zuführen eines plasmaerzeugenden Gases zu dem Plasma-Brenner, das Verbinden eines ersten Pols einer Stromquelle mit einer Elektrode des Plasma-Brenners, das Verbinden eines zweiten Pols der Stromquelle mit einem zu schweißenden Werkstück, und das Aufbauen zumindest eines Plasma-Lichtbogens von der Elektrode des Brenners in Richtung des Werkstücks durch Beaufschlagen einer Anoden-Kathoden-Strecke zwischen der Elektrode und dem Werkstück mit elektrischem Strom aus der Stromquelle. Der elektrische Strom wird in einer Phase I in einem Vorprozessierungsstrombereich gehalten. In einer anschließenden Phase II wird der elektrische Strom auf einem Hauptprozessierungsstromwert oder -bereich gehalten, dessen Durchschnittswert höher ist als der durchschnittliche Vorprozessierungsstrombereich. Optional wird in einer anschließenden Phase III der elektrische Strom reduziert. Um hochfeste Schweißverbindungen zu erzielen, wird die Phase I zumindest bis zum zumindest teilweisen Verdampfen von Oberflächenvergütungsschichten der Werkstücke in einer Fügezone zwischen den beiden Werkstücken beibehalten.
Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf einer Technologie, die unter Ausnutzung der Temperaturdifferenz zwischen dem Schmelzpunkt des Werkstücks, z.B. eines Blechwerkstoffs (ca. 1450 °C) und der Verdampfungstemperatur der Oberflächenvergütung des Werkstücks, z.B. eine Zinkbeschichtung (906 °C), ein Verdampfen der Oberflächenvergütungsschichten (Zinkschichten) in einer Fügezone zwischen Werkstücken (Blechen) ermöglicht, ohne dass das Werkstück (Blech) selbst schon in den geschmolzenen Zustand übergegangen ist. Die dabei ablaufenden Prozesse sind in einer Mehrphasen- Technologie, insbesondere einer Dreiphasen-Technologie implementiert.
Dabei wird in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Plasma- Punktschweißverfahrens in der Phase I der elektrische Strom nach dem Einschalten konstant gehalten, wobei der Strom auf einem relativ niedrigen Wert liegt, um durch derart gesteuertes Erwärmen des obersten eines Stapels von Werkstücken durch den Plasma- Lichtbogen die an der Unterseite des Werkstücks befindliche Oberflächenvergütung in der Fügezone infolge Wärmeleitung verdampfen zu lassen, wobei während der Phase I das Blech noch nicht durchgeschmolzen wird. In anderen Worten, es wird die Differenz zwischen der Schmelztemperatur des Werkstücks und der Verdampfungstemperatur der Oberflächenvergütung ausgenutzt.
Derselbe Effekt kann auch durch eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Plasma-Punktschweißverfahrens erzielt werden, indem in der Phase I der elektrische Strom rampenförmig (Up-slope) oder stufenweise erhöht wird, bis der Stromwert am Übergang zur Phase II einen Wert des Hauptprozessierungsstromwerts erreicht. Es ist dabei erwünscht, dass das Werkstück nicht zu schnell erhitzt wird. Um dies zu gewährleisten ist in einer bevorzugten Ausführungsform die Steigung der rampenförmigen Stromerhöhung gemäß der Ungleichung 0 < dl/dt < 1000 in [A/s] festgelegt.
In alternativen Ausführungsformen weisen die Stromanstiege gepulste, schwellende oder parabelförmige Verläufe auf.
Aus demselben Grund sollte die Phase II. (Hauptprozessierung) zumindest bis zur Ausbildung eines Stichlochs in dem dem Plasma-Brenner zugewandten Werkstück durch vollständiges Durchschmelzen dieses Werkstücks beibehalten werden.
Damit sich das in der Hauptprozessierungsphase II durch die zu verbindenden Werkstücke hindurch gebildete Stichloch wieder schließt, ist es günstig, wenn in der Phase III der elektrische Strom rampenförmig (Down-slope) oder stufenweise reduziert wird. Zum Erzielen einer möglichst hohen Bearbeitungsgeschwindigkeit ist es bevorzugt, wenn dabei das Gefälle (-dl/dt) der rampenförmigen Stromverringerung größer als 100 ist.
Für ein kontrolliertes Verschließen des Stichlochs durch die erstarrende Schmelze ist es günstig, wenn die Phase III zumindest bis zur Ausbildung eines durch alle zusammenzufügenden Werkstücke hindurchgehenden Stichlochs durch vollständiges Durchschmelzen aller Werkstücke und nachfolgendes Wiederverschließen des Stichlochs durch Erstarren der im Stichloch befindlichen Schmelze aufgrund der reduzierten Stromzufuhr beibehalten wird.
Damit auf der Seite des Plasma-Brenners aus dem Stichloch austretende Rauche und Gase während des Schweißvorgangs nicht Schmelze mit sich in den Brenner reißen, ist in einer Fortbildung des erfindungsgemäßen Plasma-Punktschweißverfahrens vorgesehen, diese Rauche und Gase im Abstand von der Oberfläche des Werkstücks seitlich aus dem Plasma- Brenner zu lenken.
Um exakt feststellen zu können, zu welchem Zeitpunkt sich das Stichloch durch alle zu verbindenden Werkstücke hindurch ausgebildet hat, ist vorgesehen, dass am Brennerkopf, insbesondere im inneren Gasströmungskanal des Plasma-Brenners eine Gasdruckmessung erfolgt, wobei aus einem Druckabfall in der Schweißkammer die vollständige Ausbildung des Stichlochs durch alle Werkstücke detektiert wird und daraus das Ende der Phase II festgelegt werden kann.
Die Erfindung stellt auch einen Plasma-Brenner bereit, der sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet. Dieser Plasma-Brenner zum Schweißen und Schneiden von Werkstücken ist mit einer Elektrode zum Verbinden mit einem ersten Pol einer Stromquelle, einer die Elektrode im Abstand umgebenden, elektrisch leitfähigen Plasmadüse, wobei zwischen der Elektrode und der Plasmadüse ein innerer Strömungskanal für plasmaerzeugendes Gas ausgebildet ist, und einem die Plasmadüse im Abstand umgebenden Stützring zum Aufsetzen auf die Oberfläche eines Werkstücks versehen, wobei der Stützring um seinen Umfang verteilte, von einem Aufsatzbereich beabstandete Durchgangsöffhungen aufweist. Durch diese Maßnahme können Rauche und Gase seitlich, nämlich ca. in einem 90° Winkel oder mehr zur Längsachse des Brenners aus dem Brenner entweichen, wodurch verhindert wird, dass die Werkstückoberfläche beeinträchtigt wird, oder dass Schmelzepartikel auf die empfindliche Elektrode des Brenners geschleudert werden. Zur Optimierung des Strömungspfads des plasmaerzeugenden Gases durch den Brenner und insbesondere zur Gasfokussierung ist eine Gasführungshülse zwischen der Plasmadüse und dem Stützring angeordnet, die axial über das vordere Ende der Plasmadüse hinausragt, aber kürzer ist als der Stützring, wobei die Gasführungshülse von der Plasmadüse und dem Stützring beabstandet ist und dadurch einen äußeren Strömungkanal für das plasmaerzeugende Gas zwischen der Plasmadüse und der Gasführungshülse bildet.
Aus der SU 1 743 070 Al und der DE 197 54 859 Al sind Plasma-Brenner bekannt, die jedoch keine Gasführungshülse aufweisen.
Um die Elektrode noch besser durch Verschmutzung mit Schmelzeteilchen zu schützen und einen optimalen Strömungspfad für die entweichenden Rauche und Gase von verdampften
Oberflächenbeschichtungen der der Schweißbearbeitung unterzogenen Werkstücke zu schaffen, ist in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Plasma-Brenners vorgesehen, dass der Stützring axial über das vordere Ende der Plasmadüse hinausragt und sich Durchgangslöcher im Wandbereich des Stützrings zwischen dem vorderen Ende der Plasmadüse und dem Aufsetzbereich des Stützrings erstrecken. Die Durchgangslöcher können vorteilhaft kreisförmig, elliptisch oder schlitzförmig ausgebildet sein, wodurch der Brenner einfach herstellbar ist und die Gase und Rauche leicht zur Seite entweichen können.
Damit die Gasführungshülse nicht das seitliche Entweichen der Rauche und Gase der verdampften Oberflächenvergütung des Werkstücks aus dem Brenner verhindert, ist weiters vorgesehen, dass sich Durchgangslöcher im Wandbereich des Stützrings zwischen dem vorderen Ende der Gasführungshülse und dem vorderen Ende des Stützrings erstrecken.
Weiters ist zwischen der Gasführungshülse und dem Stützring ein elektrischer Isolator vorgesehen.
Zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des plasmaerzeugenden Gases im äußeren Strömungskanal kann an der Innenfläche der Gasführungshülse ein Steg zur Verminderung der Querschnittsfläche des äußeren Strömungskanals ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Plasma-Brenner im Wesentlichen aus Metall oder einer Metalllegierung ausgebildet.
Zur verbesserten Steuerung des Plasma-Brenners ist weiters ein Drucksensor in der Schweißkammer des Plasma-Brenners vorgesehen.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen in nicht einschränkender Weise näher erläutert.
In den Figuren zeigt:
Fig. 1 ein Schnittbild des Entstehens von fehlerhaften Schweißverbindungen beim Plasma- Punktschweißen von verzinkten Blechen im Überlappstoß gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2A ein Schnittbild zur Erläuterung einer ersten Phase des erfindungsgemäßen Plasma- Punktschweißverfahrens;
Fig. 2B ein Schnittbild zur Erläuterung einer zweiten Phase des erfindungsgemäßen Plasma- Punktschweißverfahrens; Fig. 2C ein Schnittbild zur Erläuterung einer dritten Phase des erfindungsgemäßen Plasma- Punktschweißverfahrens; Fig. 3 ein Diagramm des Verlaufs des Plasmastroms über der Zeit in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Plasma-Punktschweißverfahrens;
Fig. 4 ein Diagramm des Verlaufs des Plasmastroms über der Zeit in einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Plasma-Punktschweißverfahrens; und Fig. 5 einen Längsschnitt eines Plasma-Brenners gemäß der vorliegenden Erfindung.
Zunächst wird anhand der Figuren 2A bis 2C das erfindungsgemäße Verfahren zum Plasma- Punktschweißen eines Stapels von oberflächenvergüteten Werkstücken in Form von verzinkten Blechen 1, 2 unter Verwendung eines vorbekannten Plasma-Brenners 3, der oben anhand der Fig. 1 bereits beschrieben wurde, beispielhaft erläutert.
Dem Plasma-Brenner 3 wird ein plasmaerzeugendes Gas 10 bzw. Schutzgas, z.B. Argon, zugeführt. Eine Elektrode 8 des Plasma-Brenners 3 ist mit einem ersten Pol (-) einer Stromquelle 11 verbunden, die als gesteuerte Gleichstromquelle ausgebildet ist. Ein zweiter Pol (+) der Stromquelle 11 ist mit dem oberen Blech 1 verbunden. Ein Plasma- Lichtbogen 4 von der Elektrode 8 des Brenners in Richtung des Blechs 1 wird durch Beaufschlagen einer Anoden-Kathoden-Strecke zwischen der Elektrode 8 und dem oberen Blech 1 mit elektrischem Strom I(t) aus der Stromquelle 11 aufgebaut, wobei der Strom I(t) gemäß einem Dreiphasen-Prozess gesteuert wird, wie aus den Strom-Zeit-Diagrammen der Figuren 3 und 4 ersichtlich ist. In einer Phase I, die eine Vorprozessierungs- bzw. Vorwärm- und Verdampfungsphase ist, wird der elektrische Strom zunächst in einem Vorprozessierungsstrombereich Iy gehalten. Dabei ist in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ein rampenförmig ansteigender Stromverlauf (Up-slope) vorgesehen, der von einem Einschaltwert IE stetig bis zu einem Hauptprozessierungsstromwert IH ansteigt, der den Beginn der Phase II markiert, wie in Fig. 3 zu sehen. Alternativ dazu kann, wie in Fig. 4 dargestellt, der Vorprozessierungsstrom nach dem Einschalten zunächst auf einem konstanten, niedrigen Wert I5 gehalten werden und erst gegen Ende der Phase I rampenförmig auf den Hauptprozessierungsstromwert IH bereich angehoben werden, wobei hier ein steiler Anstieg des Stroms I(t) gewählt wurde. Alternativ dazu ist auch ein gestuftes Hochfahren des Stroms I (t) möglich, wobei innerhalb der Phase I je nach Anwendung beliebige Kombinationen aus (abschnittsweise) konstantem Strom und rampenförmig oder stufenförmig ansteigendem Stromverlauf wählbar sind.
Die Wirkung des Verlaufs des Stroms I(t) in der Phase I bzw. des gemäß dem Stromverlauf gesteuerten Plasma-Lichtbogens 4 ist in Fig. 2 A dargestellt. Die durch den Plasma- Lichtbogen 4 gesteuerte Erwärmung des Oberblechs 1 pflanzt sich durch Wärmeleitung an die Unterseite des Blechs 1 fort und führt dazu, dass in der Fügezone 12 zwischen den Blechen 1 und 2 die untere Zinkschicht Ia des oberen Blechs 1 und die obere Zinkschicht 2a des unteren Blechs 2 verdampfen, wobei zu diesem Zeitpunkt das obere Blech 1 und folglich auch das untere Blech 2 noch nicht durchgeschmolzen sind. Es wird dabei die Differenz zwischen der Schmelztemperatur des Materials des Bleches 1 und der niedrigeren Verdampfungstemperatur der Zinkbeschichtungen Ia, 2a ausgenutzt. Da beide Bleche 1, 2 in der Fügezone 12 noch nicht geschmolzen sind, wird der Zinkdampf 5 in den real immer vorhandenen Spalt zwischen den Blechen 1, 2 kreisförmig verdrängt. Im Bereich der Fügezone 12 entsteht ein weitgehend zinkfreier Bereich.
Wenn dieser Zustand erreicht ist, wird in einer anschließenden Phase II, der so genannten Durchschweiß-Phase, der elektrische Strom I(t) auf einem Hauptprozessierungsstromwert IH bzw. in einem Hauptprozessierungsstrombereich gehalten, dessen Durchschnittswert höher ist als der Durchschnittwert des (rampenförmig und/oder stufenweise ansteigenden) Stroms in der Phase I. Wie in den Diagrammen der Figuren 3 und 4 zu sehen, wurde bei diesen Ausführungsbeispielen ein konstanter Hauptprozessierungsstromwert IH eingestellt. Infolge der weiteren Energiezufuhr durch den Plasma-Lichtbogen 4, der nun bei dem hohen Hauptprozessierungsstromwert IH betrieben wird, schmilzt das obere Blech 1 vollständig durch, das heißt, es bildet sich in dem oberen Blech 1 ein Durchgangsloch 9, siehe Fig. 2B. In der Fügezone 12 unmittelbar im Bereich des Durchgangslochs 9 zunächst noch vorhandene Zinkreste werden größtenteils in der Schmelze 6 des Blechmaterials gelöst bzw. durch die kinetische Energie des Plasma-Lichtbogens 4 in Richtung Schweißpunktwurzel 13 aus der Fügezone 12 gedrückt. Der Druck des Plasma- Lichtbogens 4 auf die Schmelze 6 bewirkt ein Durchdrücken der Schmelze 6 auf das untere Blech 2. Der Aufschmelz- und Eindringprozess in das untere Blech 2 setzt sich ungestört von Zinkverdampfung fort, bis sich auch im unteren Blech 2 ein Durchgangsloch 9 ausbildet, siehe Fig. 2C.
Zu diesem Zeitpunkt ist die Phase II abgeschlossen. Der Plasma-Lichtbogen 4 durchdringt beide Bleche 1, 2 vollständig und es ist ein so genanntes Stichloch entstanden, das sind Durchgangslöcher 9 durch beide Bleche 1, 2 hindurch. In der nun anschließenden Phase III, die auch als Nahtbildungs-Phase bezeichnet wird, wird der elektrische Strom I(t) und damit die Energie des Plasma-Lichtbogens 4 reduziert, wobei, wie in den Diagrammen der Figuren 3 und 4 zu sehen, die Stromreduzierung rampenförmig (Down-Slope) mit einem starken Gefälle von deutlich über 1 vor sich geht. Aufgrund des Zurückfahrens der Leistung des Plasma-Lichtbogens 4 sowie der Oberflächenspannung der Schmelze 6 schließt sich das Stichloch wieder, indem die darin befindliche Schmelze 6 erstarrt, wobei sich an der Unterseite des unteren Blechs 2 eine charakteristische Nahtwurzel 14 ausbildet. Die Punktschweißverbindung ist entstanden. Ein Vorteil dieses erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass ein Zugang für den Plasma-Brenner nur von einer Seite des Blechstapels 1, 2 erforderlich ist.
Wie erläutert, wird beim erfindungsgemäßen Plasma-Punktschweißverfahren mit Dreiphasen-Technologie das erforderliche gesteuerte Erwärmen des oberen Blechs in Phase I durch den Up-Slope des Stromes I(t) erreicht. Entsprechend den zu verbindenden Blechdicken und den unterschiedlichen wärmephysikalischen Eigenschaften der zu schweißenden Werkstoffe sind angepasste Verläufe beim Up-Slope des Stromes in Phase I notwendig (Figuren 3 und 4).
Die für einen reproduzierbaren Schweißprozess erforderliche immer gleich bleibende Länge des Plasma- Lichtbogens 4 wird üblicherweise durch eine Abstandsdüse 15, die gleichzeitig auch die Schutzgaszufuhr übernimmt, gewährleistet (siehe Fig. 1). Es ist bekannt, diese Abstandsdüse 15 unmittelbar im Aufsetzbereich 15a mit Ausnehmungen zu versehen, die ein Abströmen der Schweißgase aus dem Düsenraum ermöglichen. Das ist notwendig, weil sonst der innerhalb der Düse entstehende Überdruck die kinetische Energie des Plasma- Lichtbogens 4 ungünstig beeinflusst und die Einschweißtiefe reduziert. Durch diese Führung des Schweißgasstroms wird jedoch, insbesondere bei verzinkten tiefgezogenen Blechen, die Oberfläche der zu schweißenden Teile durch die heißen Schweißgase in einem relativ großen Bereich um den eigentlichen Schweißpunkt herum oxidiert und verunreinigt.
Um diesen Nachteil auszumerzen und eine Oxidation und Verunreinigung um den Schweißpunkt möglichst einzugrenzen, wurde ein neuartiger Plasma-Brenner 20 entwickelt, der die Berührung der Schweißgase 21 mit der Werkstückoberfläche nur auf eine minimale Zone um den Schweißpunkt beschränkt.
Der Plasma-Brenner 20 ist in Fig. 5 im Längsschnitt dargestellt. Er weist eine Elektrode 23 zum Verbinden mit einem ersten Pol (-) einer Stromquelle 11 auf, weiters eine die Elektrode 23 im Abstand umgebende, elektrisch leitfähige Plasmadüse 24, wobei zwischen der Elektrode 23 und der Plasmadüse 24 ein innerer Strömungskanal 25 für plasmaerzeugendes Gas 10 ausgebildet ist, weiters einen die Plasmadüse 24 im Abstand umgebenden Stützring 26 zum Aufsetzen auf die Oberfläche eines Werkstücks 1. Wesentlich ist, dass der Stützring 26 um seinen Umfang verteilte Durchgangsöffhungen 26b aufweist, durch die hindurch die Schweißgase 21 um 90° und mehr abgelenkt aus dem Schweißraum 22 des Brenners 20 austreten können. Im Gegensatz zum Stand der Technik befinden sich die Durchgangsöffhungen 26b jedoch nicht unmittelbar am Aufsetzbereich 26a des Stützrings 26 (vgl. Abstandsdüse 15 in Fig. 1), sondern davon axial beabstandet, was zur wesentlich verbesserten Umlenkung der Schweißgase 21 beiträgt. Der Stützring 26 ragt axial über das vordere Ende der Plasmadüse 24 hinaus, die Durchgangslöcher 26b erstrecken sich im Wandbereich des Stützrings 26 zwischen dem vorderen Ende der Plasmadüse 24 und dem vorderen Ende (Aufsetzbereich 26a) des Stützrings 26 und können z.B. kreisförmig, elliptisch oder schlitzförmig ausgebildet sein.
Ein weiteres wichtiges Merkmal des erfindungsgemäßen Plasma-Brenners 20 ist das Vorsehen einer ringförmigen Gasführungshülse 27 zwischen der Plasmadüse 24 und dem Stützring 26, wobei die Gasführungshülse 27 axial über das vordere Ende der Plasmadüse 24 hinausragt, aber kürzer ist als der Stützring, d.h. hinter dem Aufsetzbereich 26a des Stützrings 26 endet. Die Gasführungshülse 27 ist von der Plasmadüse 24 und dem Stützring 26 radial beabstandet und bildet dadurch einen äußeren Strömungkanal 28 für das plasmaerzeugende Gas 10. Die Länge der Gasführungshülse 27 ist weiters so gewählt, dass sich Durchgangslöcher 26b im Wandbereich des Stützrings 26 zwischen dem vorderen Ende der Gasführungshülse 27 und dem vorderen Ende (Aufsetzbereich 26a) des Stützrings 26 erstrecken, um eine günstige Führung der Schweißgase 21 zu ermöglichen. Zwischen der Gasführungshülse 27 und dem Stützring 26 ist ein elektrischer Isolator 29 vorgesehen ist. Weiters ist an der Innenfläche der Gasführungshülse 27 ein Steg 27a zur Verminderung der Querschnittsfläche des äußeren Strömungskanals 28 ausgebildet ist, wodurch in diesem Bereich höhere Gasströmungsgeschwindigkeiten erzielt werden.
Mit Ausnahme des Isolators 29 sind die Bestandteile des Plasma-Brenners 20 vorzugsweise aus Metall oder einer Metalllegierung ausgebildet.
In einer Fortbildung des erfindungsgemäßen Plasma-Brenners 20 ist ein Drucksensor 30 im inneren Strömungskanal 25 unmittelbar am Brennerkopf oder unweit davon vorgesehen, um den Druck in der Schweißkammer 22 des Plasma-Brenners 20 zu messen und die Messwerte zur Steuerung der Stromzufuhr zum Plasma-Brenner 20 zu nutzen.
Die Gasführungshülse 27 im Brennerinneren soll so lang sein, dass der Plasma- Lichtbogen 4 fast bis auf die Oberfläche des Werkstücks 1 geführt wird. Diese Gasführungshülse 27 verhindert, dass der Plasma- Lichtbogen 4 mit seinem äußeren Saum die Werkstückoberfläche mehr als notwendig berührt. Die zur Ableitung der Schweißgase 21 vorgesehenen Durchgangslöcher 26b im Stützring 26 sind so angebracht, dass beim Schweißen die heißen Schweißgase die Werkstückoberfläche außerhalb des Stützrings 26 nicht berühren, was bedeutet, dass sie im Abstand von dem Aufsetzbereich 26a des Stützrings ausgebildet sein müssen. Die Schweißgase 21 werden dadurch unmittelbar über dem Schweißpunkt um mehr als 90° umgelenkt und strömen ungehindert aus der Schweißkammer 22 ab. Die Kontaktzone der Schweißgase 21 auf dem Werkstück 1 ist auf eine Fläche beschränkt, die nicht größer ist als jene des stirnseitigen offenen Endes der Gasführungshülse 27.
Zusammengefasst weist die vorliegende Erfindung die folgenden wichtigsten Merkmale und Vorteile auf:
• In Abhängigkeit von den zu verschweißenden Werkstückdicken und den wärmephysikalischen Eigenschaften der Werkstückwerkstoffe sowie der
Oberflächenvergütung (Verzinkung) erfolgt in einer Phase I zeitlich und energetisch gesteuerter Up-Slope.
• Der Stromverlauf wird so eingestellt, dass der Plasma-Lichtbogen schlussendlich alle zu verschweißenden Werkstücke durchdringt, so dass während des Schweißprozesses ein Stichloch ausgebildet wird, das am Ende des Schweißprozesses wieder geschlossen wird.
• Das Ausbilden des Stichlochs ist ein Kriterium für eine sichere Schweißverbindung zwischen den Werkstücken.
• Durch entsprechende Konstruktion des erfindungsgemäßen Plasma-Brenners wird der Plasma-Lichtbogen in einer Gasführungshülse 27 bis kurz über die Werkstückoberfläche geführt und innerhalb des Plasma-Brenners 20 eingegrenzt, wodurch eine verringerte thermische Schädigung der Werkstückoberfläche erreicht wird.
• Die Anordnung der Durchgangslöcher 26b im Stützring 26 zum Abströmen der Schweißgase 21 liegt deutlich oberhalb des Aufsetzbereichs 26a des Stützrings 26. Dadurch wird eine Beschränkung des durch den Schweißprozess beeinflussten
Bereiches auf das innerhalb der Gasführungshülse 27 befindliche Werkstückareal erzielt.
• Durch die konstruktiven Merkmale des erfindungsgemäßen Plasma-Brenners kann der Verbrauch an Schutz- bzw. plasmaerzeugendem Gas 10 reduziert werden
(mindestens um 50 % des sonst für das klassische Plasmaschweißen erforderlichen Verbrauchs). Mit dem erfindungsgemäßen Plasma-Punktschweißverfahren und dem erfindungsgemäßen Plasma-Brenner durchgeführte Versuche haben gezeigt, dass dieses Plasma-Punktschweißen aus gerätetechnischer als auch aus anwendungspraktischer Sicht derzeit zumindest für Werkstücke mit einer Gesamtdicke von 5 mm geeignet ist. Im unteren Dickenbereich könnte die Machbarkeitsgrenze bei sehr kleinen Gesamtblechdicken um 0,2 Millimeter liegen. Diese Werte sind aber nicht als absolute Grenzwerte anzusehen, sie spiegeln vielmehr nur die bisherigen Versuche der Erfinder wider, die sich auf übliche Blechdicken im Automobilbau konzentriert haben.
hi der nachfolgenden Tabelle werden typische Schweißparameter für das erfindungsgemäße Plasma-Punktschweißen von höherfesten verzinkten Blechen unterschiedlicher Dicke aus ZstE 340 +Z 100 MB angegeben, wobei ein Plasma-Brenner mit einer Plasmadüse mit einem Durchmesser von 2,0 mm, eine Plasmagaszuführung von 0,81 l/min und eine Schutzgaszuführung von 3 l/min eingestellt wurden. In der Phase I wurde ein rampenfÖrmiger Anstieg (Up-slope) des Stroms bis auf einen Hauptprozessierungsstromwert von 140 A eingestellt, der in der Phase II konstant beibehalten wurde:
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Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Plasma-Punktschweißen von oberflächenvergüteten Werkstücken unter Verwendung eines Plasma-Brenners (3, 20), umfassend das Zuführen eines plasmaerzeugenden Gases (10) zu dem Plasma-Brenner (3, 20), das Verbinden eines ersten Pols (-) einer Stromquelle (11) mit einer Elektrode (8, 23) des Plasma-Brenners, das Verbinden eines zweiten Pols (+) der Stromquelle (11) mit einem zu schweißenden Werkstück (1), das Aufbauen zumindest eines Plasma- Lichtbogens (4) von der Elektrode (8, 23) des Brenners in Richtung des Werkstücks (1) durch Beaufschlagen einer Anoden- Kathoden-Strecke zwischen der Elektrode (8, 23) und dem Werkstück (1) mit elektrischem Strom (I(t)) aus der Stromquelle (11), dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Strom in einer Phase I in einem Vorprozessierungsstrombereich (Iy) gehalten wird, dass in einer anschließenden Phase II der elektrische Strom (I(t)) auf einem Hauptprozessierungsstromwert (IH) oder -bereich gehalten wird, dessen Durchschnittswert höher ist als der durchschnittliche Vorprozessierungsstrombereich (Iy), und dass optional in einer anschließenden Phase III der elektrische Strom (I(t)) reduziert wird, wobei die Phase I zumindest bis zum zumindest teilweisen Verdampfen von Oberflächenvergütungsschichten der Werkstücke (1, 2) in einer Fügezone (12) zwischen den beiden Werkstücken beibehalten wird.
2. Plasma-Punktschweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Phase I der elektrische Strom (I(t)) nach dem Einschalten konstant gehalten wird.
3. Plasma-Punktschweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Phase I der elektrische Strom (I(t)) rampenförmig (Up-slope) oder stufenweise erhöht wird.
4. Plasma-Punktschweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Phase I der elektrische Strom (I(t)) einen gepulsten, schwellenden oder parabelförmigen Verlauf aufweist.
5. Plasma-Punktschweiß verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der rampenfÖrmigen Stromerhöhung gemäß der Ungleichung
0 < dl/dt < 1000 in [A/s] festgelegt ist.
6. Plasma-Punktschweiß verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Phase III der elektrische Strom (I(t)) rampenförmig (Down- slope) oder stufenweise reduziert wird.
7. Plasma-Punktschweiß verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefälle (-dl/dt) der rampenförmigen Stromverringerung größer als 100 ist.
8. Plasma-Punktschweiß verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phase II zumindest bis zur Ausbildung eines Stichlochs (9) in dem dem Plasma-Brenner (3, 20) zugewandten Werkstück (1) durch vollständiges Durchschmelzen dieses Werkstücks beibehalten wird.
9. Plasma-Punktschweiß verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phase III zumindest bis zur Ausbildung eines durch alle zusammenzufügenden Werkstücke (1, 2) hindurchgehenden Stichlochs (9) durch vollständiges Durchschmelzen aller Werkstücke und nachfolgendes Wiederverschließen des Stichlochs durch Erstarren der im Stichloch befindlichen Schmelze (6) aufgrund der reduzierten Stromzufuhr beibehalten wird.
10. Plasma-Punktschweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Seite des Plasma-Brenners (20) aus dem Stichloch (9) austretende Rauche und Gase (21) im Abstand von der Oberfläche des Werkstücks (1) seitlich aus dem Plasma-Brenner gelenkt werden.
11. Plasma-Punktschweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schweißkammer (22) des Plasma-Brenners (20) eine Gasdruckmessung erfolgt, wobei aus einem Druckabfall in der Schweißkammer die vollständige Ausbildung des Stichlochs (9) durch alle Werkstücke (1, 2) detektiert wird, woraus das Ende der Phase II festgelegt werden kann.
12. Plasma-Brenner (20) zum Schweißen und Schneiden von Werkstücken, mit einer Elektrode (23) zum Verbinden mit einem ersten Pol (-) einer Stromquelle (11), einer die Elektrode im Abstand umgebenden, elektrisch leitfähigen Plasmadüse (24), wobei zwischen der Elektrode und der Plasmadüse ein innerer Strömungskanal (25) für plasmaerzeugendes Gas (10) ausgebildet ist, und einem die Plasmadüse im Abstand umgebenden Stützring (26) zum Aufsetzen auf die Oberfläche eines Werkstücks (1), wobei der Stützring (26) um seinen Umfang verteilte und von einem Aufsetzbereich (26a) beabstandete Durchgangsöffnungen (26b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gasführungshülse (27) zwischen der Plasmadüse (24) und dem Stützring (26) angeordnet ist, die axial über das vordere Ende der Plasmadüse hinausragt, aber kürzer ist als der Stützring, wobei die Gasführungshülse von der Plasmadüse und dem Stützring beabstandet ist und dadurch einen äußeren Strömungkanal (28) für das plasmaerzeugende Gas (10) bzw. Schutzgas zwischen der Plasmadüse (24) und der Gasführungshülse (27) bildet.
13. Plasma-Brenner nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich Durchgangslöcher (26b) im Wandbereich des Stützrings (26) zwischen dem vorderen Ende der
Gasführungshülse (27) und dem Aufsetzbereich (26a) des Stützrings (26) erstrecken.
14. Plasma-Brenner nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Gasführungshülse (27) und dem Stützring (26) ein elektrischer Isolator (29) vorgesehen ist.
15. Plasma-Brenner nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenfläche der Gasführungshülse (27) ein Steg (27a) zur Verminderung der Querschnittsfläche des äußeren Strömungskanals (28) ausgebildet ist.
16. Plasma-Brenner nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (26) axial über das vordere Ende der Plasmadüse (24) hinausragt und sich Durchgangslöcher (26b) im Wandbereich des Stützrings (26) zwischen dem vorderen Ende der Plasmadüse und dem Aufsetzbereich (26a) des Stützrings erstrecken.
17. Plasma-Brenner nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangslöcher (26b) kreisförmig, elliptisch oder schlitzförmig ausgebildet sind.
18. Plasma-Brenner nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass er im Wesentlichen aus Metall oder einer Metalllegierung ausgebildet ist.
19. Plasma-Brenner nach einem der Ansprüche 12 bis 18, gekennzeichnet durch einen Drucksensor (30) am Brennerkopf, insbesondere im inneren Strömungskanal (25) des Plasma-Brenners (20).
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