DE10313849A1

DE10313849A1 - Verfahren und Schweißbrenner zum Metall-Schutzgasschweißen und -löten von Metallen

Info

Publication number: DE10313849A1
Application number: DE2003113849
Authority: DE
Inventors: Jörg Dipl.-Ing. Zschetzsche
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2003-03-21
Filing date: 2003-03-21
Publication date: 2004-10-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum teil- und vollmechanisierten Schweißen und Löten mittels Schweißbrenner mit zwischen abschmelzender Elektrode und Werkstück brennendem Lichtbogen, dem die abschmelzende Elektrode durch ein Vorschubsystem und ein Schutzgas dem Lichtbogen zum Schutz vor Einflüssen der Atmosphäre zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogen unter der Wirkung eines Fokussiergases (6) aufrechterhalten wird, das durch eine zusätzliche Gasströmung erzeugt wird, die auf das abschmelzende Ende der Elektrode gerichtet ist.
Eine Anordnung ist beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Schweißbrenner für das Metall-Schutzgasschweißen mit mechanischer Zuführung des drahtförmigen Zusatzwerkstoffes. Der Lichtbogen brennt zwischen der abschmelzenden Elektrode und dem Werkstück.
Das Metall-Schutzgasschweißen (MSG) ist weit verbreitet. Beim Metall-Schutzgasschweißen gemäß der 1 brennt der Lichtbogen zwischen einer abschmelzenden Elektrode und dem Werkstück. Die Elektrode wird über eine Vorschubeinrichtung mechanisiert zugeführt. Ein Schutzgas verhindert die Reaktion des erhitzten Metalls mit der Atmosphäre.
Es ist üblich, das für das Metall-Schutzgasschweißen notwendige Schutzgas axial und konzentrisch um den Lichtbogen zuzuführen. Bekannt ist die gleichzeitige Zufuhr von 2 unterschiedlichen Schutzgasen mit unterschiedlichen Eigenschaften, mit dem Ziel der Verringerung des Anteiles des teureren Gases. Ebenfalls bekannt ist das Magnetisieren des Zusatzwerkstoffes zur Anhaftung magnetischen Pulvers, das so dem Schmelzbad zugeführt wird.
Nachteilig bei Metallen mit niedriger Verdampfungstemperatur (zum Beispiel Magnesiumlegierungen) ist, dass aufsteigender Metalldampf vom Grundwerkstoff die Ablösung der flüssigen Metalltropfen von der abschmelzenden Elektrode behindert.

Aus der G 81 26 084.9 U1 ist eine Schweißpistole zum Lichtbogen-Schutzgasschweißen bekannt. Die Schweißpistole weist an der Austrittsöffnung zwei konzentrisch zueinander ausgebildete Ringdüsen zur Zuführung jeweils eines Gases auf. Dabei wird mittels der äußeren Ringdüse vorzugsweise CO₂ und mit der inneren Ringdüse vorzugsweise Argon axial dem Lichtbogen zugeführt. Eine solche Ausbildung ist darauf gerichtet, das edlere und ggf. teuere Gas sparsam zu verwenden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, den Lichtbogen so zu beeinflussen, dass die Energiedichte im Lichtbogen erhöht und die Tropfenablösung von der abschmelzenden Elektrode unterstützt wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Varianten sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Weiterhin wird die Aufgabe durch einen Schweißbrenner mit den im Anspruch 6 genannten Merkmalen gelöst. Ausgestaltungen gehen aus den abhängigen Unteransprüchen hervor.

Der Schweißprozess läuft unter einem Schutzgas ab. Zusätzlich zum Schutzgas wird ein zweites Gas, das das gleiche sein kann wie das Schutzgas, zugeführt, dessen Strömung auf das abschmelzende Elektrodenende gerichtet ist und nachfolgend als Fokussiergas bezeichnet wird. Das Fokussiergas bewirkt eine Einschnürung des Lichtbogens und unterstützt die Ablösung der flüssigen Metalltropfen vom Zusatzwerkstoff Damit lassen sich höhere Schweißgeschwindigkeiten erreichen oder/und ein tieferer Einbrand im Grundwerkstoff erzielen.

Mit dem Fokussiergas können auch pulverförmige Partikel (wie zum Beispiel Hartstoffe) gezielt dem Schmelzbad zugeführt werden, um die Eigenschaften des Schweißgutes zu beeinflussen.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Darstellung gemäß den Stand der Technik zum Metall-Schutzgasschweißen
2 eine schematische Darstellung gemäß der Erfindung mit Darstellung des Fokussiergases
3 eine Variante der Erfindung mit Schlitzen für das Fokussiergas
4 eine Variante der Erfindung mit Bohrungen für das Fokussiergas
5 eine Darstellung mehrerer MIG-Blindnähte, erzeugt mit unterschiedlichen Fokussiergasmengen
1 zeigt schematisch einen Schweißbrenner zur Veranschaulichung des Metall-Schutzgasschweißen (MSG) nach dem Stand der Technik. Dargestellt sind eine abschmelzende Elektrode 1 und ein Werkstück 2, zwischen denen ein Lichtbogen 3 brennt. Die Elektrode 1 lässt sich über eine Fördereinrichtung 4 mechanisiert zuführen. Ein Schutzgas 5 umströmt den Lichtbogen 3.
In der 2 ist schematisch ein erfindungsgemäß ausgebildeter Schweißbrenner dargestellt, der auf ein Werkstück 2 gerichtet ist. Eine abschmelzende Elektrode 1 wird über eine geteilte Düse 8 zugeführt. Für die Zuführung der Elektrode 1 ist eine Fördereinrichtung 4 vorgesehen. Das Ende der Elektrode 1 bildet unter der Wirkung eines Lichtbogens 3 einen Tropfen aus. Der Lichtbogen 3 brennt zwischen der abschmelzenden Elektrode 1 und dem Werkstück 2.
Parallel zu der geteilten Düse 8 wird ein Schutzgas 5 zugeführt, welches den Lichtbogen 3 axial umströmt. Durch die geteilte Düse 8 gelangt eine weitere Gasmenge, das sogenannte Fokussiergas 6, das auf das Ende der abschmelzenden Elektrode 1 gerichtet ist.
Die erfindungsgemäße Ausrichtung des Fokussiergases 6 auf das Ende der abschmelzenden Elektrode 1 bewirkt eine Einschnürung des Lichtbogens und unterstützt die Tropfenablösung.
Zur Erzeugung gerichteter Teilströme des Fokussiergases 6 ist gemäß der Darstellung in 3 eine geteilte Düse, bestehend aus einem Innenteil 10 und einem Außenteil 9 vorgesehen. Das Innenteil 10 der Düse ist im Bereich der Drahtaustrittseite konisch gestaltet und mit insgesamt acht Schlitzen 12 versehen. Das Außenteil 9 der Düse umschließt den konischen Bereich des Innenteiles 10, so dass die Schlitze 12 Gaskanäle bilden und in einem von Innenteil 10 und Außenteil 9 gebildeten oder begrenzten Expansionsraum 11 enden.
Durch die geteilte Ausführung ist eine einfache Herstellung und Reinigung der Gaskanäle möglich. Bei einem Verschleiß der Düse muss nur das Innenteil 10 gewechselt werden.
Für das Schutzgas und Fokussiergas können gleiche oder unterschiedliche Gase verwendet werden.
Der Expansionsraum 11 kann vorteilhaft so ausgebildet werden, dass zusätzlich Pulver zum Lichtbogen 3 zugeführt werden kann, um das Schweißgut metallurgisch zu beeinflussen.
In der 4 ist eine weitere Variante der Erfindung dargestellt. Der Düsenkörper 15 zur Zuführung der abschmelzenden Elektrode ist einteilig ausgeführt. Dazu ist am unteren Ende des Düsenkörpers 15 eine Bohrung 13 vorgesehen, die für den Stromübergang sorgt. In einem bestimmten Winkel zur Brennerachse sind Bohrungen 14 in den Düsenkörper 15 eingebracht, durch die das Fokussiergas aus dem Entspannungsraum 16 ausströmt. Bei einem Überstand der abschmelzenden Elektrode von 10 bis 12 mm über den Düsenkörper 15 hinaus, beträgt der Winkel zwischen der Bohrung 13 und den einzelnen Bohrungen 14 etwa 7 bis 9°. Damit trifft das Fokussiergas auf das Ende der abschmelzenden Elektrode auf und verschiebt den Angriffspunkt des Lichtbogens auf das Drahtende.
Auch bei der Variante nach 4 lässt sich ein Pulver über den Expansionsraum 16 dem Lichtbogen zuführen.
In der 5 sind MIG-Blindnähte abgebildet, die unter dem Einfluss eines Fokussiergases erzeugt worden sind. Bei dieser Darstellung nimmt von oben nach unten betrachtet die Fokussiergasmenge ab. Bei maximaler Fokussiergasmenge ist ein tiefer Einbrand deutlich sichtbar.

1: abschmelzende Elektrode
2: Werkstück
3: Lichtbogen
4: Fördereinrichtung
5: Schutzgas
6: Fokussiergas
7: Entspannungsraum
8: Düse
9: Außenteil
10: Innenteil
11: Entspannungsraum
12: Schlitz zur Fokussiergasführung
13: Bohrung
14: Bohrung
15: Düsenkörper
16: Entspannungsraum

Claims

Verfahren zum teil- und vollmechanisierten Schweißen und Löten mittels Schweißbrenner mit zwischen abschmelzender Elektrode und Werkstück brennendem Lichtbogen, dem die abschmelzende Elektrode durch ein Vorschubsystem und ein Schutzgas dem Lichtbogen zum Schutz vor Einflüssen der Atmosphäre zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogen unter der Wirkung eines Fokussiergases (6) aufrecht erhalten wird, das durch eine zusätzliche Gasströmung erzeugt wird, die auf das abschmelzende Ende der Elektrode gerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass des Fokussiergas (6) eine höhere Strömungsgeschwindigkeit gegenüber dem Schutzgas (5) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Fokussiergases (6) ein Schutzgas verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Fokussiergas (6) Argon, Helium, Kohlendioxid, Sauerstoff oder Gemische aus diesen Gasen verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Fokussiergas (6) ein Pulver zur metallurgischen Beeinflussung der Schmelze zugeführt wird.
Schweißbrenner zum teil- und vollmechanisierten Schweißen und Löten, aufweisend eine abschmelzende Elektrode und diese umgebende Düse, ein Vorschubsystem für die Elektrode, Mitteln zur Zuführung eines Schutzgases, Mitteln zum Zünden eines Lichtbogens zwischen Elektrode und einem Werkstück, sowie Mitteln zur Zuführung einer zusätzlichen Gasströmung, dadurch gekennzeichnet, dass an der Düse (8) am Austritt der Elektrode (1) Kanäle oder Bohrungen enden, die so durch die Düse (8) verlaufen, dass die zusätzliche Gasströmung auf das abschmelzende Ende der Elektrode (1) fokussiert ist.
Schweißbrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse geteilt ausgeführt ist und aus einem Innenteil (10) und einem Außenteil (9) besteht, wobei das Innenteil (10) am Austritt konisch gestaltet und mit Schlitzen versehen ist und das Außenteil den konischen Bereich des Innenteiles umschließt, so dass die Schlitze Kanäle bilden und in einem von Innenteil und Außenteil gebildeten Expansionsraum enden.
Schweißbrenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse einteilig ausgeführt ist, und Bohrung am Austritt der Elektrode aufweist, die in einem gemeinsamen Expansionsraum enden.