DE1000939B - Verfahren zum Schutzgas-Lichtbogenschweissen von Nickel mit zwei konzentrischen Gas-Ringstroemen - Google Patents

Description

• Verfahren zum Schutzgas-Lichtbogenschweißen von Nickel mit zwei konzentrischen Gas-Ringströmen Beim Lichtbogenschweißen von Metallen muß die Oxydation des Metalls in der Schweißzone verhindert werden, wozu man meist einen Strom von inertem Gas um die Elektrode leitet. Dennoch werden häufig kleine Mengen Luft von dem Gasstrom mitgerissen und vergiften diesen, indem sie zu Oxydation des Schweißmetalls führen, und die Schweißstelle porös machen. Dieser Nachteil zeigt sich besonders dann, wenn Nickel und Nickellegierungen, insbesondere Nickel-Kupfer-Legierungen mit 60 bis 70% Nickel und 20 bis 30% Kupfer, geschweißt werden.
• Um bei der Betätigung eines Schweißkopfes in einer Schweißmaschine das inerte Gas vor der Luft zu schützen, hat man bereits einen Wasserstoffstrom rund um eine zylindrische Düse, geführt, die den inerten Gasstrom zur Schweißzone leitet, wobei der Wasserstoff längs der äußeren zylindrischen Wandung der Düse fließt. Diese Maßnahme reicht indessen an sich nicht aus, das inerte Gas hinreichend vor der Luft zu schützen, weil die beiden Gasströme sich nach dem Austritt aus ihren Düsen miteinander vermengen.
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutzga.s-Lichtbogensehweißen, insbesondere von Nickel und Nickellegierungen, bei dem ein die Elektrode umschließender inerter Gass.tro@m von einem Wasserstoffringstrom umgeben ist.
• Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die beiden Gasströme nach ihrem Austritt aus den Düsen so zu leiten, da.ß der äußere Wasserstoffstrom den inneren inerten Gasstrom auch nach dem Austritt und im Bereich der Schweißzone sicher umhüllt. Dies geschieht gemäß der Erfindung dadurch, daß der Wasserstoffstrom la.minar gemacht und kegelig unter etwa 10 bis 30° nach innen gerichtet wird und beide Ströme aus Düsenöffnungen treten, die im wesentlichen in einer Ebene liegen. Der laminare Charakter des Wasserstoffstromes wirkt einer Vermengung mit dem inerten Gasstrom entgegen, wie sie bei turbulentem Austritt unvermeidlich wäre. Durch die Führung des Wasserstoffstromes in Kegelform nach innen werden außerdem beide Ströme in nahe Berührung gebracht. Der Auslaß in ungefähr einer Ebene verhindert, daß der Wasserstoffstrom infolge freien Strömens in der Atmosphäre über eine längere Strecke turbulent wird, bevor er in den Bereich des inerten Gasstromes gelangt.
• Ein Lichtbogen-Schweißbrenner zur Durchführung des Verfahrens ist, wie an sich bekannt, zweckmäßig mit zwei zur Elektrode und zueinander gleichachsigen Düsen ausgerüstet. Die erfindungsgemäße Düsenform ergibt seich, wenn man einen innen zylindrischen und außen kegeligen Hohlkörper vorsieht, dessen Bohrung die innere Düse bildet und der von einem parallel zu seiner Außenfläche liegenden Hohlkegel umgeben ist, mit denn er die äußere Düse, bildet. Der Schweißbrenner nach der Erfindung kann in bekannter Weise mit Wasserkühlung versehen sein. In diesem Fallet wird zweckmäßig am äußeren Düsenmantel ein nach hinten ragender, den wassergekühlten Teil umgebender Mantel vorgesehen, der dem von der Kühlung herrührenden Wasserniederschlag aus dem brennenden Wasserstoff entgegenwirkt.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 einen senkrechten Mittelschnitt durch den Schweißbrenner, Fig. 2, 3 und 4 Schnitte nach den Linien II-II, III-III und IV-IV in Fig. 1 und Fig. 5 eine vergrößerte schematische Ansicht des Düsenendes des Schweißbrenners.
• Der dargestellte Schweißbrenner hat einen aus den Teilen. 1 und 2 bestehenden zylindrischen Körper, innerhalb- dessen eine nicht abschmelzende Elektrode 3 durch eine Metallklammer 5 gehalten ist. Der Teil 5 wird durch eine Gewindekappe 12 in eine Buchse 8 gepreßt. Die Buchse 8 ist gepreßt. Die Buchse 8 ist elektrisch leitend und trägt einen Gewindebolzen 18, denn der Strom zugeleitet wird und der durch Wasser aus den Rohren 23 gekühlt wird. Die Rohre 23 und die Gasrohre 36, 46 werden von einem Isoliergriff 4 getragen. Die Elektrode 3 erstreckt sich durch das untere Ende eines Isolierringes 42, den Unterteil des Körpers 2 und eine Innendüse 26, die innen zylindrisch und außen konisch ist. Eine konische Außendüse 32 umgibt die, Innendüse unter Bildung eines Kanals 35 zwischen den beiden Düsen. Die Auslaßenden der beiden Düsen liegen fast in derselben Ebene.
• Helium oder ein anderes inertes Gas wird der Innendüse durch das Rohr 36, einen Innendurchgang 38, Querkanäle 39 im Ring 42 und einen Ringkanal 41 zugeleitet. Das Gas wird natürlich unter Druck zugeführt; es ist wichtig, daß es nicht turbulent austritt. Die Ouerkanäle 39 wirken als Gleichrichter, indem sie dem Gasstrom eine zweimalige Richtungsänderung aufzwingen. Ein Rohreinsatz 44 in der Düse 26 und im unteren Teil des Körpers 2 hat oben eine Aufbördelung, die das Gas nach innen ableitet. Infolge dieser Umlenkung fließt das Gas als schmaler, laminarer Strom aus, der Düse 26 und um den Lichtbogen.
• Wasserstoff wird durch das. Rohr 46 in einen Kanal 47 geleitet und fließt durch einen axialen Kanal 48, einen Ringraum 49 zwischen den Teilen 1, 2 und einen Ringraum 50 zu einer Reihe von Öffnungen 51 im Boden des Teils 1. Durch diese: Öffnungen gelangt er zu einem Behälter 52. Dieser Behälter wird teilweise durch eine Ringhöhlung in der Deckfläche der Innendüse 26, teilweise durch eine Aus.nehmung in der Außendüse 32 gebildet. Die Form des, Behälters bewirkt, daß seich die Strömungsrichtung des eintretenden Gases anfänglich umkehrt, worauf das Gas zunächst nach außen und dann durch den Kanal 35 nasch unten strömt. Der Zweck dieser Änderungen der Strömungsrichtung ist, das Gas gleichzurichten und es aus der Düse in einem, Strom austreten zu lassen, der gleichmäßige Dichte und Geschwindigkeit aufweist und wirbelfrei ist. Auch die Tatsache, daß der Kanal 35 lang und eng ist, trägt hierzu bei.
• Wie. Fig. 5 zeigt, isst das. inerte Gas um die Elektrode durch den Wasserstoff vollständig geschützt. Die beiden Gasströme verschmelzen miteinander und fließen um die Außenseite der Düse 32 als. eine Mischung von inertem Gas und brennendem Wasserstoff nach oben. Der Winkel zwischen dem Kanal 35 und der Achse! ist so, gewählt, daß sich der Wasserstoff und das inerte Gas in der Lichtbogenzone nicht wesentlich mischen. Der Winkel liegt am besten zwischen 10 und 30°; mit einem Winkel von 20° erhält man sehr gute Ergebnisse. Da der Kanal 35 am Auslaß der Düse 26 endet, wird der austretende Wasserstoff nicht durch Luft vergiftet, bevor er in Berührung mit dem inerten Gas kommt.
• Die dargestellte Bauart ermöglicht es, Elektroden verschiedener Durchmesser durch Auswechseln der Klammern 5 zu verwenden oder auch die Düse: 26 und den Einsatz 44 gegen andere verschiedener oder gleicher Größe auszuwechseln :oder den Einsatz 44 ganz fortzulassen.
• Der Schweißbrenner eignet sich besonders für Handbetrieb mit geringer Schweißgeschwindigkeit von: z. B. 10 bis 75 cm/min. Der Winkel zwischen, dem Schweißbrenner und dem Werkstück kann je, nach der Handstellung der Bedienungsperson verschieden sein. Bei einem solchen handbetätigten Schweißbrenner ist der Schutz des inerten Gasstromes besonders wichtig. Die Maße des Auslaßendes des Brenners müssen sorgfältig gewählt werden. Der Innendurchmeser des Einsatzes 44 kann z. B. 10 mm, seine axiale Länge 30 mm betragen. Bei diesen Abmessungen wählt man zweckmäßig ein Heliumvolumen von 0,4 bis 0,8 m3/Std.; bei Verwendung von Argon statt Helium beträgt das Volumen am besten 0,2 bis 0,4 m3/Std. In beiden Fällen empfiehlt sich ein Wasserstoffvolumen von 0,3 bis 0,4 m3/Std.
• Für die Kühlung des Schweißbrcnners ist ein Kühlwasserringkanal 20 vorgesehen. Er wird durch ein Rohr 21 mit Kühlwasser gespeist, das durch ein Rohr 22 austritt. Durch diese Kühlung entsteht die Gefahr, daß Wasserdampf aus dem brennenden Wasserstoff außen am Schweißbrenner kondensiert. Um dies zu verhindern, ist an der Düse 32 ein Ansatz 55 in Richtung vom Auslaßende weg und im Abstand von dem Düs,=körper vorgesehen. Der Kühlkanal 20 unterstützt die Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Temperatur am Auslaßende des Brenners.
• Schweißbrenner gemäß der Erfindung können mit gutem Erfolg auch zum Schweißen anderer Metalle und Legierungen als Nickel und Nickellegierungen verwendet werden.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Sch.utzgas-Lichtbogenschweißen, insbesondere von Nickel und Nickellegierungen, bei dem ein die Elektrode umschließender inerter Gasstrom von einem Wasise@rstoffringstrom konzentrisch umgeben: ist, dadurch. gekennzeichnet, daß der Wasserstoffstrom lam!ina,r und kegelig unter etwa 10 bis 30° nach innen gerichtet ist und beide Ströme aus Düsenöffnungen treten, die im wesentlichen in einer Ebene liegen.
2. 2. Lichtbogen-Schweißbrenner zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit zwei um eine Elektrode gleichachsig angeordneten Düsen, gekennzeichnet durch einen innen zylindrischen und außen kege@ligen Hohlkörper (26), dessen Bohrung die innere Düse bildet, und der von einem parallel zu seiner Außenfläche (35) liegenden Hohlkegel (32) umgeben ist, mit dem er die äußere Düse bildet.
3. 3. Wassergekühlter Lichtbogen-Schweißbrenner nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen am äußeren Düsenmantel sitzenden, nach hinten ragenden und den wassergekühlten Teil des Brenners umgebenden Mantel, der dem von der Kühlung herrührenden Wasserniederschlag entgegenwirkt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 154 335; USA.-Patentschriften Nr. 2 314 628, 2 063 467, 2 342 086, 2 522 482.