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DE1070308B - Process for welding, cutting and the like by means of a gas-enveloped arc and an auxiliary arc; In addition z. Anim. U 4034 (DAS 1066676). 3Ü. 10. 57th V. St. America - Google Patents

Process for welding, cutting and the like by means of a gas-enveloped arc and an auxiliary arc; In addition z. Anim. U 4034 (DAS 1066676). 3Ü. 10. 57th V. St. America

Info

Publication number
DE1070308B
DE1070308B DENDAT1070308D DE1070308DA DE1070308B DE 1070308 B DE1070308 B DE 1070308B DE NDAT1070308 D DENDAT1070308 D DE NDAT1070308D DE 1070308D A DE1070308D A DE 1070308DA DE 1070308 B DE1070308 B DE 1070308B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
arc
gas
welding
nozzle
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DENDAT1070308D
Other languages
German (de)
Inventor
Indianapolis Ind. Rüssel MacCornack Gage (V. St. A.)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Union Carbide Corp
Original Assignee
Union Carbide Corp
Publication date
Publication of DE1070308B publication Critical patent/DE1070308B/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/06Arrangements or circuits for starting the arc, e.g. by generating ignition voltage, or for stabilising the arc
    • B23K9/067Starting the arc
    • B23K9/0672Starting the arc without direct contact between electrodes
    • B23K9/0678Ionization of the arc gap by means of an auxiliary arc
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K10/00Welding or cutting by means of a plasma

Landscapes

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

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abänderung des Verfahrens nach Patentanmeldung U 4034 VIIId/ 21h.The present invention relates to a modification of the method according to patent application U 4034 VIIId / 9pm.

Das Verfahren gemäß dieser Patentanmeldung dient dem Erhitzen, Schmelzen, Schweißen, Schneiden u. dgl. eines den elektrischen Strom leitenden Werkstücks unter Anwendung einer mittels Hilfslichtbogen zündbaren Lichtbogenentladung zwischen einer Stabelektrode und dem Werkstück, wobei die Bogenentladung in einer zwischen Elektrode und Werkstück angeordneten Düse eingeschnürt und fokussiert wird und die Einschnürung der Lichtbogensäule zur Erzielung eines gegenüber dem nicht eingeschnürten Lichtbogen erhöhten Spannungsabfalls je Längeneinheit bewirkt wird durch das an sich bekannte Hindurchblasen eines hierbei aber in den Lichtbogen eintretenden und ihn stützenden Gasstroms, wobei die Einschnürung der Plasmasäule dem Wärmebedarf hinsichtlich Aufschmelzung bzw. Verdampfung des Werkstoffes des Werkstückes an der Arbeitsstelle angepaßt wird durch die an sich bekannte Wahl des Düsendurchmessers und/oder durch Regelung der durchströmenden Gasmenge je Zeiteinheit.The method according to this patent application is used for heating, melting, welding, cutting and the like of an electric current conductive workpiece using an auxiliary arc ignitable arc discharge between a stick electrode and the workpiece, whereby the arc discharge is constricted and focused in a nozzle arranged between the electrode and the workpiece and the constriction of the arc pillar to achieve an opposite to the non-constricted Arc increased voltage drop per unit length is caused by blowing through, which is known per se a gas flow entering the arc and supporting it, wherein the Constriction of the plasma column the heat demand with regard to melting or evaporation of the Material of the workpiece is adapted to the job by the known choice of Nozzle diameter and / or by regulating the amount of gas flowing through per unit of time.

Es wurde nun gefunden, daß es möglich ist und eine Reihe von Sondervorteilen bietet, dieses Verfahren der Erzeugung und Anwendung eines sogenannten Plasmastrahles hoher Wärmeintensität, großer Stabilität auch bei größerer Länge und die. betreffenden Vorrichtungen erfindungsgemäß dadurch abzuändern, daß als Elektrode in an sich bekannter Weise eine abschmelzende Drahtelektrode verwendet wird.It has now been found that it is possible and offers a number of special advantages to use this method of Generation and application of a so-called plasma jet of high heat intensity, great stability even with greater length and the. relevant devices according to the invention to be modified in that as Electrode in a manner known per se, a consumable wire electrode is used.

Es war zunächst nicht zu erwarten, daß das mit einem Gaslichtbogen betriebene Verfahren nach der Hauptpatentanmeldung ebenso auch mit einem Metalldampflichtbogen betrieben werden kann, und war ferner unter anderem nicht zu erwarten, daß das zusammen mit dem hindurchblasenden Gasstrom durch die einengende Düse getriebene geschmolzene Metall der Drahtelektrode dem einengenden Düsendurchtritt weder beschädigt noch verstopft. Das gemäß der "Hauptpatentanmeldung mit einem Plasmastrahl hoher Wärmeintensität, großer Länge und Stabilität arbeitende Verfahren ist daher nach der vorliegenden Erfindung z. B. auch zum schnellen Schweißen mit starken Strömen insbesondere verhältnismäßig dicker Metallkörper möglich und sehr vorteilhaft, unter anderem auch, weil die Düse ein Auswandern des Bogens \'erhindert. Das Verfahren läßt sich ebenso vorteilhaft zum Schneiden anwenden.Initially, it was not to be expected that the gas arc operated process would work according to the Main patent application can also be operated with a metal vapor arc, and was further among other things not to be expected that this together with the gas stream blowing through the constricting nozzle expelled molten metal of the wire electrode to the constricting nozzle passage neither damaged nor clogged. That according to the "main patent application with a plasma jet higher Heat intensity, long length and stability working method is therefore in accordance with the present Invention z. B. also for fast welding with strong currents, in particular relatively thicker Metal body possible and very advantageous, among other things because the nozzle causes the Bow \ 'diminished. The method can also be used advantageously for cutting.

Die in üblicher Weise zugeführte Elektrode, z. B. aus abschmelzendem Draht, wird vorzugsweise in den eingeschnürten Durchtritt der Düse geleitet und mittels der Wärme des Lichtbogens dort geschmolzen. Das geschmolzene Metall wird dann in Form ein-Verfahren zum Schweißen,The electrode supplied in the usual way, e.g. B. from melting wire, is preferably in the constricted passage of the nozzle and melted there by means of the heat of the arc. The molten metal is then in the form of a welding process,

Schneiden u. dgl.Cutting and the like

mittels eines gasumhüllten Lichtbogens
und eines Hilfslichtbogens
by means of a gas-enveloped arc
and an auxiliary arc

Zusatz zur Patentanmeldung U 4034 VIIId /21h
(Auslegesdirift 1 066 676)
Addition to patent application U 4034 VIIId / 21h
(Laying out guide 1 066 676)

Anmelder:Applicant:

Union Carbide Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.) :
Union Carbide Corporation,
New York, NY (V. St. A.) :

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Görtz, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Sdmeckenhofstr. 27
Representative: Dipl.-Ing. H. Görtz, patent attorney,
Frankfurt / M., Sdmeckenhofstr. 27

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 13. November 1956
Claimed priority:
V. St. v. America November 13, 1956

Russell MacCornack Gage, Indianapolis, Ind.Russell MacCornack Gage, Indianapolis, Ind.

(V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden
(V. St. A.),
has been named as the inventor

zelner, voneinander getrennter Tröpfchen zusammen mit dem Lichtbogen und dem treibenden Gas weiter durch die Düse hindurch auf das Werkstück übergeführt. individual, separated droplets along with the arc and the propellant gas transferred through the nozzle onto the workpiece.

Bekannt ist aus einer Druckschrift ein Lichtbogenschweißbrenner, der für den Lichtbogen einen langen, verhältnismäßig engen Kanal mit einer einschnürenden Düse am Ende besitzt, die an dem einen Pol liegt, und ferner eine an dem anderen Pol liegende Elektrode aufweist und wobei entlang der Elektrode Gas strömt, so daß der Lichtbogen sowohl innerhalb des Kanals als auch anschließend und noch stärker in der Düse verengt wird, mithin angenommen werden muß, daß der Lichtbogen die bekannten Eigenschaften des eingeschnürten Bogens, insbesondere eine erhöhte Stromdichte und einen erhöhten Spannungsabfall je Längeneinheit annimmt. In der Druckschrift wird jedoch nicht offenbart, daß speziell bei einem solchen Plasmastrahl eine abschmelzende Elektrode verwendet werden soll, vielmehr ist dort noch ein Brenner zum Schweißen mit einer hohlen Elektrode beschrieben, durch die hindurch ein am Lichtbogen abschmelzender Metalldraht zugeführt wird, während der andere Pol am Werkstück liegt, wobei jedoch das Lichtbogeriplasma nicht eingeengt ist.An arc welding torch is known from a publication, which has a long, has a relatively narrow channel with a constricting nozzle at the end that lies at one pole, and further comprising an electrode lying on the other pole and wherein gas along the electrode flows so that the arc both within the channel and subsequently and even more strongly in the Nozzle is narrowed, therefore it must be assumed that the arc has the known properties of the constricted arc, in particular an increased current density and an increased voltage drop each Unit of length. However, the document does not disclose that specifically in such Plasma jet a consumable electrode is to be used, but there is still a torch for Welding with a hollow electrode is described, through which a melting point at the arc Metal wire is fed, while the other pole is on the workpiece, but with the arc plasma is not constricted.

909 687V335909 687V335

Claims (3)

Gegenüber dem bisherigen, gegebenenfalls mit Schutzgas betriebenen Liditbogenschweißverfahren mit abschmelzender Elektrode zeichnet sich das neue Verfahren unter anderem durch folgende neue, unerwartete Vorteile aus. Der Einbrand läßt sich dank der Steuerung des Lichtbogens durch die Austrittsöfinung der Düse besser steuern. Das aus der verengten Düse ausströmende Gas ist ein sehr wirksamer Wärme- und Impulsträger zur Schweißzone hin und bewirkt vorteilhaft die Erwärmung der Schweißzone sowie das Niederdrücken der Oberfläche des Schweißbades, um den Einbrand in wünschenswerter Weise zu verwirklichen, wobei das Gas gleichzeitig auch die Verflüssigung des abgelagerten' Schweißmetalls steuert. Die Steuerung der Schweiß atmosphäre besonders beim Schweißen in schwierigen Lagen und bei Luftzug ist erheblich wirksamer. Der sehr richtungsstabile Plasmastrahl wird praktisch nicht gestört. Die elektrischen Störungen des Bogens sind sehr gering; übliche Schweißbögen werden bekanntlich von elektrischen Kräften an Anfangs- und Endstellen der Naht und auch dann abgebogen, wenn sie in der Nähe der Schweißung an elektrischen Klemmen od. dgl. vorbeiwandern. Solchen Störungen ist der Plasmastrahl gemäß der vorliegenden Erfindung praktisch ebenfalls nicht unterworfen.Compared to the previous Lidit arc welding process, possibly operated with protective gas With a melting electrode, the new process is characterized, among other things, by the following new, unexpected ones Advantages. The penetration can be done thanks to the control of the arc through the exit opening better control the nozzle. The gas flowing out of the narrowed nozzle is a very effective one Heat and impulse carriers towards the welding zone and advantageously cause the welding zone to be heated and depressing the surface of the weld pool to desirably close penetration realize, the gas at the same time also controls the liquefaction of the deposited 'weld metal. The control of the welding atmosphere is particularly important when welding in difficult positions and when there is a draft considerably more effective. The very directionally stable plasma jet is practically not disturbed. The electric Disturbances of the arch are very slight; Usual welding arcs are known to be electric Forces at the start and end of the seam and also bent when they are near the The weld or the like wander past electrical terminals. The plasma jet is in accordance with such disturbances practically not subject to the present invention either. Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung sind aus der Darstellung eines Ausführungsbeispieles der Vorrichtung sowie aus seiner folgenden Beschreibung und den Bemessungs- und Betriebsbeispielen zu entnehmen.Further advantages and possible applications of the present invention are shown in the illustration of an embodiment of the device as well as from its following description and the dimensioning and operating examples. Die Darstellung veranschaulicht einen vertikalen Querschnitt eines Brenners für einen eingeschnürten Lichtbogen nach der Erfindung.The illustration illustrates a vertical cross section of a burner for a necked-down Arc according to the invention. Ein abschmelzender Metalldraht 10 wird von dem Haspel 11 mittels eines Zufuhrmotors 12 abgespult und durch ein wassergekühltes elektrisches Kontaktrohr 13 hindurch einem Lichtbogen 14 zugeleitet, der mittels einer elektrischen Kraftquelle 16 zwischen dem Ende des Drahtes und den zusammenzuschweißenden Werkstücken 15 unterhalten wird. Das Rohr 13 ist von einem Brennerkörper 17 derart umgeben, daß ein ringförmiger Gaskanal 18 gebildet wird, der am oberen Ende von einem elektrischen Isolator 19 verschlossen ist, um das Entweichen von Gas zu verhindern, welches durch den Einlaß 20 hindurch in den Kanal gelangt ist.A consumable metal wire 10 is unwound from the reel 11 by means of a feed motor 12 and fed through a water-cooled electrical contact tube 13 to an arc 14 which by means of an electrical power source 16 between the end of the wire and those to be welded together Workpieces 15 is maintained. The tube 13 is surrounded by a burner body 17 in such a way that an annular gas channel 18 is formed which is closed at the upper end by an electrical insulator 19 is to prevent the escape of gas which has passed through the inlet 20 into the Channel has reached. Das Gas fließt um das Rohr 13 herum zu einer konischen unteren Oberfläche 21, welche das Gas zu einer Mündung 22 führt, die konzentrisch zum Lichtbogen 14 liegt. Der Mündungswandungsteil ist mit einem ringförmigen Kühlwasserkanal 23 versehen, in welchem das Wasser von einem Einlaß 24 zu einem Auslaß 25 umläuft. Ein zweiter ringförmiger Gasschirm 27 wird mittels eines ringförmigen Gasauslaßkanals 26 um den Lichtbogen herum im Unterteil des Brennerkörpers 17 gebildet. Durch den Einlaß 28 hindurch wird dem Auslaß ein Sekundärgas zugeführt.The gas flows around the tube 13 to a conical lower surface 21, which the gas to an orifice 22 which is concentric with the arc 14. The mouth wall part is with provided an annular cooling water channel 23, in which the water from an inlet 24 to a Outlet 25 revolves. A second annular gas screen 27 is provided by means of an annular gas outlet channel 26 is formed around the arc in the lower part of the torch body 17. Through inlet 28 through a secondary gas is fed to the outlet. BeispieleExamples strom bei positiver Elektrode unterhalten. Der Plasmastrahl war verhältnismäßig »hart« und »steif« und bahrte schnell ein scharf umrandetes Loch in die Grundplatte. Der Strahl ließ sich gut auch für Metall-S schneiden, Schweißungen und sonstige bekannte Bearbeitungsarten verwenden.maintain current with positive electrode. The plasma jet was relatively "hard" and "stiff" and quickly made a sharp-edged hole in it Base plate. The beam could also be cut well for metal S, welds and other familiar ones Use machining types. 2. Der Lichtbogenbrenner wies ein wassergekühltes Leitrohr mit einem Durchmesser von 11,1mm auf, das 4,8 mm entfernt von einem 2,8 mm langen, 6,4 mm2. The arc torch had a water-cooled guide tube with a diameter of 11.1 mm, the one 4.8mm away from a 2.8mm long, 6.4mm ίο lichten Durchtritt in einer wassergekühlten Kupferdüse angeordnet war.ίο clear passage in a water-cooled copper nozzle was arranged. Argongas wurde mit l,4ms/h durch den Brenner hindurch und aus der Düse herausgetrieben, während eine Kohlenstoffstahl-Schweißdrahtelektrode von 1,6 mm Durchmesser in Abhängigkeit von der Lichtbogenspannung automatisch durch das Leitrohr hindurchgeführt wurde. Ein Gleichstromlichtbogen von etwa 400 Ampere und 30 Volt wurde durch Berühren des Endes des an den positiven Pol angeschlossenen Drahtes mit dem Werkstück einer 2,54 cm dicken, an den negativen Pol angeschlossenen kalt gewalzten Stahlplatte gezündet. Die Drahtabschmelzstelle befand sich anfänglich unterhalb der Düsenspitze und wurde dann, unter Erhöhen der Lichtbogenspannung, langsam in den Düsenaustritt zurückgezogen. Die Schweißraupe auf der Platte änderte sich von einer hohen Form zu einer niedrigeren, breiteren Form, wie sich die Drahtabschmelzstelle in den Austritt hinein zurückbewegte. Der Plasmastrahl war gut sichtbar gebündelt. Argon gas was expelled through the torch and out of the nozzle at 1.4 m s / h, while a carbon steel welding wire electrode 1.6 mm in diameter was automatically passed through the guide tube as a function of the arc voltage. A direct current arc of approximately 400 amps and 30 volts was initiated by touching the end of the wire attached to the positive pole with the workpiece of a one inch thick cold rolled steel plate attached to the negative pole. The wire melt-off point was initially below the nozzle tip and then slowly withdrawn into the nozzle outlet while increasing the arc voltage. The weld bead on the plate changed from a tall shape to a lower, wider shape as the wire meltdown moved back into the outlet. The plasma beam was clearly focused. 3. Der Lichtbogenbrenner besaß ein wassergekühltes Leitrohr von 9,5 mm Durchmesser, das ungefähr 6,3 mm von einer wassergekühlten Kupferdüse von 4,8 mm Durchmesser entfernt angeordnet war (Fig. 1).3. The arc torch had a water-cooled guide tube 9.5 mm in diameter that was approximately 6.3 mm from a water-cooled copper nozzle 4.8 mm in diameter (Fig. 1). Argongas mit 5°/o Sauerstoff wurde mit 0,14 m3/h durch den Brenner hindurch und aus der Düse herausgetrieben. Zusätzlich wurde Schutzgas mit 1,41 bis 1,70 ms/h um den äußeren Umfang der Brennerdüse herum zugeführt, um das Schweißbad entsprechend zu schützen. Ein rostsicherer Schweißstahldraht von 1,6 mm Durchmesser wurde mit einer Geschwindigkeit von etwa 7,2 m/min durch das Rohr hindurch zugeführt. Zwischen der an den positiven Pol angeschlossenen Schweißdrahtelektrode und zwei 1,27 cm dicken, an den negativen Pol angeschlossenen rostsicheren Stahlplatten als Werkstücke wurde ein Gleichstromlichtbogen mit 440 Ampere und 46 Volt aufrechterhalten. Die Platten waren 3,2 mm voneinander entfernt angeordnet und wiesen als Kantenvorbereitung 4,8 mm tief eine 45°-Abschrägung auf. Eine Einlagenschweißung zwischen den beiden Platten ergab bei einer Schweißgeschwindigkeit von ungefähr 38 cm/min einen sehr zufriedenstellenden Einbrand. Die Entfernung vom Brenner zum Werkstück betrug währenddessen 1,27 cm.Argon gas with 5% oxygen was expelled through the burner and out of the nozzle at 0.14 m 3 / h. In addition, protective gas was supplied around the outer circumference of the torch nozzle at 1.41 to 1.70 m s / h in order to protect the weld pool accordingly. A rustproof welding steel wire 1.6 mm in diameter was fed through the pipe at a speed of about 7.2 m / min. A direct current arc with 440 amperes and 46 volts was maintained between the welding wire electrode connected to the positive pole and two 1.27 cm thick rustproof steel plates connected to the negative pole as workpieces. The plates were 3.2 mm apart and had a 45 ° bevel at 4.8 mm deep as an edge preparation. A single-pass weld between the two plates gave very satisfactory penetration at a welding speed of approximately 38 cm / min. The distance from the torch to the workpiece was 1.27 cm. Bei den Ausführungsbeispielen wurde Argon allein wie auch zusammen mit Sauerstoff als Schutzgas verwendet, doch lassen sich auch andere entsprechende Gase oder Gasgemische verwenden.In the exemplary embodiments, argon was used alone as well as together with oxygen as a protective gas, however, other corresponding gases or gas mixtures can also be used. 1. Eine wassergekühlte Kupferdüse mit einer Auslaßöffnung von 4,8 mm Durchmesser wurde auf dem Lichtbogenauslaß eines mit einer abschmelzenden Elektrode betriebenen Brenners angeordnet. Argongas wurde mit 0,85 m^h durch den Brenner hindurch und aus der Auslaßöffnung herausgetrieben. Zwischen der abschmelzenden Drahtelektrode und dem aus einer Stahlplatte bestehenden Werkstück wurde ein Lichtbojen mit 150 bis 200 Ampere und 35 Volt Gleich-1. A water-cooled copper nozzle with an outlet opening of 4.8 mm diameter was placed on the Arranged arc outlet of a torch operated with a consumable electrode. Argon gas was 0.85 m ^ h through the burner and driven out of the outlet port. Between the melting wire electrode and the one from one Steel plate existing workpiece was a light buoys with 150 to 200 amps and 35 volts DC Patentanspruch:Claim: Abänderung des Verfahrens zum Erhitzen, Schmelzen, Schweißen, Schneiden u. dgl. eines den elektrischen Strom leitenden Werkstücks unter Anwendung einer mittels Hilfslichtbogen zündbaren Lichtbogenentladung zwischen einer Elektrode und dem Werkstück, wobei die von einemModification of the method for heating, melting, welding, cutting and the like electrically conductive workpiece using an ignitable by means of an auxiliary arc Arc discharge between an electrode and the workpiece, with that of a ί ν ί ν in sie eintretenden Gasstrom gestützte Bogenentladung! einer zwischen Elektrode und Werkstück angeordneten Düse «"«eechnfirt«nd^™^ert wird, nach Patentanmeldung + U 4034 VIIId/21h 30/02, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrodearc discharge supported in gas flow entering them! a nozzle arranged between the electrode and the workpiece, according to patent application + U 4034 VIIId / 21h 30/02, characterized in that the electrode in an sich bekannter Weise eine abschmelzende Drahtelektrode verwendet wird.a consumable wire electrode is used in a manner known per se. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 768 279.References considered: U.S. Patent No. 2,768,279. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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