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Schutzgas-Lichtbogenschweissbrenner mit verbrauchender Elektrode - Dokument DE60025314T2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE60025314T2 20.07.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001201346
Titel Schutzgas-Lichtbogenschweissbrenner mit verbrauchender Elektrode
Anmelder Honda Giken Kogyo K.K., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Yokota, Buhei, Wako-shi, Saitama-ken, JP;
Ito, Ryuta, Wako-shi, Saitama-ken, JP;
Hashimoto, Yasuji, Wako-shi, Saitama-ken, JP;
Yamada, Hajime, Wako-shi, Saitama-ken, JP
Vertreter Weickmann & Weickmann, 81679 München
DE-Aktenzeichen 60025314
Vertragsstaaten DE, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 25.10.2000
EP-Aktenzeichen 003093788
EP-Offenlegungsdatum 02.05.2002
EP date of grant 04.01.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.07.2006
IPC-Hauptklasse B23K 9/29(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schweißbrenner zum Schutzgas-Lichtbogenschweißen unter Verwendung einer Abbrandelektrode. Insbesondere betrifft die Erfindung einen hierfür verwendeten und zum Titanschweißen geeigneten Schweißbrenner.

Gegenstände aus rostfreiem Stahl werden miteinander mittels Schweißen, etwa Lichtbogenschweißen mit einer beschichteten Elektrode, TIG-(Wolframinertgas)-Schweißen, MIG-(Metallinertgas)-Schweißen, Elektronenstrahlschweißen oder dgl. verbunden. Gegenstände aus Titan, die in ihrer Aktivität stärker angereichert sind als Gegenstände aus rostfreiem Stahl, werden miteinander durch Schweißen, etwa TIG-Schweißen, MIG-Schweißen, Elektronenstrahlschweißen oder dgl. verbunden.

In dem Fall des Schweißens mit einer beschichteten Elektrode ist es unmöglich, vollständig zu verhindern, dass Umgebungsluft (Sauerstoff) in ein abgeschiedenes Metall eingemischt wird, wodurch das abgeschiedene Metall spröde gemacht wird. Als Alternative ist es bevorzugt, TIG-Schweißen anzuwenden, bei dem das Schweißen mit einer Wolfram-(W)-Elektrode durchgeführt wird, wobei die Elektrode von der Außenluft durch ein Schutzgas abgeschirmt ist.

Jedoch besitzt das oben genannte TIG-Schweißen wegen einer begrenzten Stromlast an einer Wolfram-Elektrode eine begrenzte Produktivität. Daher wird es notwendig, Schutzgas-Lichtbogenschweißen einzusetzen, bei dem eine Abbrandelektrode aus dem Grund verwendet wird, dass eine Stromlast vortrefflich erhöht werden kann, wenn das Schweißen mit einer schmelzenden Elektrode durchgeführt wird. Das genannte Schutzgas-Lichtbogenschweißen unter Verwendung einer Abbrandelektrode wird durch MIG-Schweißen, MAG-(Metallaktivgas)-Schweißen und CO2-(Kohlendioxid)-Schutzgas-Lichtbogenschweißen realisiert. Beim MIG-Schweißen wird ein Inertgas, etwa Argongas, als Schutzgas verwendet. Beim MAG-Schweißen wird als Schutzgas ein Mischgas ausgenutzt, bei dem ein Inertgas mit einer geringfügigen Menge von Sauerstoffgas oder Kohlendioxidgas gemischt ist. Beim CO2-Schutzgas-Lichtbogenschweißen wird Kohlendioxidgas verwendet. Da Argongas teuer ist, während Kohlendioxidgas billig ist, ist das MAG-Schweißen vorteilhaft, und das CO2-Schutzgas-Lichtbogenschweißen ist aus dem Aspekt der Herstellungskosten noch vorteilhafter. Das MIG-Schweißen, MAG-Schweißen und CO2-Schutzgas-Lichtbogenschweißen sind hinsichtlich des Schmelzens der Elektrode und Eindringens von Außenluft in ein Schutzgas zueinander ähnlich. Vor diesem Hintergrund wird der Ausdruck "Schutzgas-Lichtbogenschweißen unter Verwendung einer Abbrandelektrode" als solcher verwendet oder kann je nach Fall im Folgenden einfach als "MIG-Schweißen" bezeichnet sein.

Das MIG-Schweißen wurde kürzlich hinsichtlich seiner Verbesserung und Kommerzialisierung weiterentwickelt. Es wurden so beispielsweise Vorschläge für eine Schweißbrennerstruktur in der japanischen Patentoffenlegungspublikation Nr. HEI-10-128546 mit dem Titel "Schweißbrenner zum Lichtbogenschweißen" und für eine Schweißbrennerreinigungstechnologie in der japanischen Patentoffenlegungspublikation Nr. HEI-9-085448 mit dem Titel "Schweißbrenner" gemacht. Nichtsdestoweniger hat es sich erwiesen, dass sogar durch die Verwendung des oben genannten Schweißbrenners grundsätzliche Probleme ungelöst bleiben, wie sie hierin im Folgenden beschrieben werden.

Hierin wird im Folgenden eine Beschreibung hinsichtlich des Prinzips eines herkömmlichen Schweißbrenners unter Bezugnahme auf 4 gegeben. Der Schweißbrenner 100 zum MIG-Schweißen ist ein weit verbreiteter und typischer, welcher umfasst: einen Schweißbrennerkörper 104, der mit einem Drahtführungszylinder 103 ausgestattet ist, welcher einen Schweißdraht 102 führt, der in 4 mit einer vorgeschriebenen Zuführrate mittels Zuführwalzen 101, 101 nach unten geführt ist; eine Gasdüse 105, die in dem Schweißbrennerkörper 104 in einer solchen Weise befestigt ist, dass sie den Drahtführungszylinder 103 umgibt; sowie einen Schutzgasdurchgang 107 zum Zuführen eines Schutzgases in einen Gasdurchgang 106, der zwischen dem Drahtführungszylinder 103 und der Gasdüse 105 ausgebildet ist.

Wenn bei dieser Anordnung eine Schweißspannung zwischen dem Schweißdraht 102 und einem Drahtbasismetall 110 angelegt wird, verbreiten sich Entladungslichtbögen 111 und erzeugen eine Lichtbogenwärme dazwischen, durch welche Wärme das Schweißbasismetall 110 sowie der Schweißdraht 102 wegschmelzen. In der Figur bezeichnen die Bezugszeichen 112 und 113 jeweils einen Schmelzkrater und abgeschiedenes Metall.

Gleichzeitig wird ein Inertgas dem Gasdurchgang 106 durch den Schutzgasdurchgang 107 zugeführt und durch das untere Ende des Gasdurchgangs 106, nämlich die Öffnung am unteren Ende der Gasdüse 105, wie sie durch Pfeile ➀, ➀ gezeigt sind, ausgestoßen, so dass die Entladungslichtbögen 111 durch das Inertgas eingeschlossen sind und daher derart ausgestoßen werden, dass verhindert wird, dass Außenluft (Sauerstoff) den Schmelzkrater 112 erreicht. Das Abfangen von Außenluft mit einem Gas wird "Gasabschirmung" genannt und das hierfür verwendete Gas wird als "Schutzgas" bezeichnet.

Nachfolgend wird auf 5 Bezug genommen, welche ein Problem beim herkömmlichen MIG-Schweißen zeigt. Wenn der MIG-Schweißbrenner 100 von der Vorderseite zur Rückseite bewegt wird, verursacht das Schweißbasismetall 110, wie in 5 gezeigt ist, dass manchmal in der Nähe des abgeschiedenen Metalls zwar in geringer Menge, aber dennoch ein Oberflächenoxid 114 erzeugt wird. Das Oberflächenoxid 114 wird in rostfreiem Stahl erzeugt und wird unter anderem in ausgeprägter Weise in Titan erzeugt, welches ein aktives Metall ist, das leichter eine Verbindung mit Sauerstoff eingeht.

Wenn dies auftritt, werden die Entladungslichtböden 111 zu dem Oberflächenoxid 114 hin abgelenkt. Wenn diese Ablenkungserscheinung, welche als "Wandererscheinung" bezeichnet wird, auftritt, destabilisiert sie das Schweißen an sich. Wenn die Zuführrate des Inertgases als Maßnahme gegen die Erzeugung des Oberflächenoxids 114 erhöht wird, bildet das Inertgas eine sogenannte "turbulente Strömung". Die sich ergebende turbulente Strömung nimmt Umgebungsgase auf, wodurch sie verursacht, dass Außenluft darin aufgenommen wird, mit dem Ergebnis, dass die erhöhte Zuführrate derselben nicht als eine besonders effektive Gegenmaßnahme angesehen wird.

Bezüglich der genannten Wandererscheinung kann gesagt werden, dass das MAG-Schweißen ein verbessertes Verfahren gegenüber dem MIG-Schweißen aus dem Gesichtspunkt ist, dass eine geringe Menge (einige Prozent) von Sauerstoffgas oder Kohlendioxid in das Inertgas eingemischt werden, um die Erscheinung zu unterdrücken.

Beim MAG wird ein Argonschweißgas beispielsweise mit 2,0% bis 3,0% Sauerstoffgas gemischt. Wenn die Menge von Sauerstoffgas kleiner als 2,0% ist, wird die Wandererscheinung verursacht, wohingegen dann, wenn die Menge größer als 3,0% ist, das unerwünschte Ergebnis entsteht, dass das Oberflächenoxid 114 noch wahrscheinlicher erzeugt wird. Man muss daher den Mischanteil des hinzuzufügenden Gases (Sauerstoffgas) genau regulieren. Aus diesem Grund kommt der Arbeit des Schweißers große Bedeutung zu oder es wird notwendig, eine mit einer präzisen Steuer/Regeleinheit ausgestattete Mischeinheit einzusetzen. Demgemäß folgt, dass das MAG-Schweißen zu hohen Schweißkosten im Vergleich zum MIG-Schweißen führt.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Technik bereitzustellen, welche ein zum MAG-Schweißen technisch vergleichbares Schweißen bei mit dem MIG-Schweißen wettbewerbsfähigen Schweißkosten ermöglicht, sowie eine Technik bereitzustellen, welche die Schweißqualität in dem Fall erhöht, dass rostfreier Stahl und Titan verschweißt werden, welche leichter mit Sauerstoff kombinieren.

Es ist aus der DE-U-7928898 bekannt, einen Schweißbrenner zum Schutzgas-Lichtbogenschweißen unter Verwendung einer Abbrandelektrode zu verwenden, welcher umfasst: einen Schweißbrennerkörper mit einem Drahtführungszylinder zum Führen eines Schweißdrahts; einen an dem Schweißbrennerkörper in einer solchen Weise befestigten inneren Zylinder, dass er den Drahtführungszylinder umgibt, einen äußeren Zylinder, der an dem inneren Zylinder in einer solchen Weise befestigt ist, dass er den inneren Zylinder umgibt, einen ersten Schutzgaszuführweg zum Zuführen eines Schutzgases in einen ersten Gasdurchgang, der zwischen dem Drahtführungszylinder und dem inneren Zylinder ausgebildet ist, und einen zweiten Schutzgaszuführweg zum Zuführen des Schutzgases in einen zweiten Gasdurchgang, der zwischen dem inneren Zylinder und dem äußeren Zylinder gebildet ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Schweißbrenner zum Schutzgas-Lichtbogenschweißen dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Zylinder (40) eine Spitze aufweist, die um einen vorbestimmten Abstand von einer Spitze des inneren Zylinders (30) zurückgesetzt ist. Dies hat den Vorteil, dass das durch den zweiten Gasdurchgang tretende Schutzgas radial nach außen gerichtet ist, was es ermöglicht, dass eindringende äußere Luft in Richtung nach radial außen weggespült wird.

Der oben genannte Schweißbrenner besitzt eine Spitzenkonfiguration mit einer Doppelrohrstruktur, welche aus einem inneren Zylinder und einem äußeren Zylinder zusammengesetzt ist, und ein Schutzgas wird in einen in dem inneren Zylinder ausgebildeten ersten Gasdurchgang geführt, sowie in einen zweiten Gasdurchgang geführt, der zwischen dem inneren Zylinder und dem äußeren Zylinder ausgebildet ist. Auf diese Weise wird mit einer zweiten Schutzgasschicht, welche durch den an der äußeren Seite angeordneten zweiten Gasdurchgang ausströmt, ein primäres Abfangen der Außenluft realisiert und mit der durch den an der inneren Seite angeordneten ersten Gasdurchgang ausströmenden Schutzgasschicht ein vollständiges Abfangen der Außenluft realisiert.

Vorzugsweise ist der innere Zylinder aus einem Abschnitt mit großem Durchmesser, welcher an dem Schweißbrennerkörper befestigt ist, sowie einem Abschnitt mit kleinem Durchmesser an einem Ende, welches mit dem Abschnitt mit großem Durchmesser über einen sich verjüngenden tubusförmigen Abschnitt verbunden ist, zusammengesetzt. Durch eine derartige Konstruktion, dass der Abschnitt mit kleinem Durchmesser an einem Ende ausgebildet ist wird es möglich, die Strömungsgeschwindigkeit des durch den inneren Zylinder ausströmenden Schutzgases zu erhöhen und darüber hinaus den Zylinder an einem herkömmlichen Schweißbrennerkörper zu befestigen, indem der Abschnitt mit großem Durchmesser an einem Fußabschnitt desselben ausgebildet ist.

Weiterhin ist bevorzugt ein poröses Element zwischen dem inneren Zylinder und dem äußeren Zylinder (zweiter Gasdurchgang) anbringbar, um das durch den zweiten Gasdurchgang tretende Schutzgas gleichzurichten. Das poröse Element kann beispielsweise ein Drahtgitter aus rostfreiem Stahl sein, welches im zweiten Gasdurchgang angeordnet ist und den Durchgang im Wesentlichen ausfüllt. Das Schutzgas wird durch das Drahtgitter aus rostfreiem Stahl abgebremst und fein verteilt und strömt folglich mit einer kleinen Geschwindigkeit in einem gleichgerichteten Zustand aus, wodurch die Befürchtung eliminiert wird, dass äußere Luft in dem zugeführten Schutzgas aufgenommen wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden lediglich beispielhaft im Detail beschrieben, unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, in denen:

1 eine Explosionsansicht ist, welche einen Schweißbrenner zum Schutzgas-Lichtbogenschweißen unter Verwendung einer Abbrandelektrode gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,

2 eine Seitenansicht ist, die teilweise im Querschnitt den zusammengebauten Schweißbrenner zeigt,

3 eine vergrößerte Teilansicht ist, die die Betriebsweise des Schweißbrenners zeigt,

4 eine Ansicht ist, die das Prinzip des herkömmlichen MIG-Schweißens zeigt, und

5 eine Ansicht ist die ein Problem beim herkömmlichen MIG-Schweißen zeigt.

Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll in keiner Weise zur Begrenzung der Erfindung, ihrer Anwendung oder Verwendungsmöglichkeiten verstanden werden.

Wie in 1 gezeigt ist, umfasst ein Schweißbrenner 10 zum Schutzgas-Lichtbogenschweißen unter Verwendung einer Abbrandelektrode (hierin im Folgenden als "Schweißbrenner 10" bezeichnet) einen Schweißbrennerkörper 20, der mit einem Drahtführungszylinder 21 zum Führen eines Schweißdrahts 11 ausgestattet ist; einen inneren Zylinder 30, der an dem Schweißbrennerkörper 20 in einer solchen Weise befestigt ist, dass er den Drahtführungszylinder 20 umgibt; und einen äußeren Zylinder 40, der an dem inneren Zylinder 30 in einer solchen Weise befestigt ist, dass er den inneren Zylinder 30 umgibt.

Der Schweißbrennerkörper 20, der einem kommerziell erhältlichen Schweißprodukt gleichwertig ist, umfasst einen Zylinderkörper 24, welcher mit einem Gasraum 22 sowie einem ersten Schutzgaszuführweg 23 ausgestattet ist, und welcher mit einem männlichen Schraubgewinde 25 versehen ist; einen Konusabschnitt 27, welcher Öffnungen 26 mit kleinem Durchmesser aufweist und sich von dem männlichen Schraubgewinde 25 erstreckt; und den Drahtführungszylinder 21, welcher sich von dem Konusabschnitt 27 erstreckt.

Der innere Zylinder 30 ist ein abgestufter Zylinder, der aus einem Abschnitt 32 mit großem Durchmesser, welcher mit einem an dem Schweißbrennerkörper 20 zu verschraubenden weiblichen Schraubgewinde 31 sowie einem an seinem Außenumfang ausgebildeten männlichen Schraubgewinde 35 ausgestattet ist, einem sich verjüngenden tubusförmigen Abschnitt 33 und einem Abschnitt 34 mit kleinem Durchmesser zusammengesetzt ist, die jeweils in Reihe miteinander verbunden sind. Hierbei ist der Innendurchmesser D2 des Abschnitts 34 mit kleinem Durchmesser ungefähr halb so groß wie der Innendurchmesser D1 des Abschnitts 32 mit großem Durchmesser. Beispielsweise sind D1 und D2 jeweils auf 18 mm und 10 mm festgesetzt.

Der äußere Zylinder 40 besitzt die Form eines Zylinders mit einem an seinem Fußabschnitt vorgesehenen weiblichen Schraubgewinde 41, einem zweiten Schutzgaszuführweg 42, und einer an seiner Spitze vorgesehenen trompetenförmigen Öffnung (engt. „bellmouth") 43. Die trompetenförmige Öffnung 43 bedeutet einen sich sanft erweiternden Abschnitt und ist entsprechend der Öffnung einer „western bell" ausgebildet. Dabei ist der Innendurchmesser D3 des äußeren Zylinders 40 geringfügig größer als der Durchmesser D1. Beispielsweise sind D1 und D3 jeweils auf 18 mm und auf ungefähr 20 mm festgesetzt.

2 zeigt einen Schweißbrenner 10, der durch Schrauben des inneren Zylinders 30 auf den Schweißbrennerkörper 20 und Schrauben des äußeren Zylinders 40 auf den inneren Zylinder 30 zusammengebaut ist. Das Bezugszeichen 50 bezeichnet ein poröses Element, welches den Raum zwischen dem inneren Zylinder 30 und dem äußeren Zylinder 40 ausfüllt und vorzugsweise ein Drahtgitter aus rostfreiem Stahl in der Form einer Scheuerbürste aus Metall ist.

Die Anordnung führt zu einem Raum, der zwischen dem Drahtführungszylinder 21 und dem inneren Zylinder 30 gebildet ist, und wird als erster Gasdurchgang 51 bezeichnet. Ein Schutzgas wird über einen ersten Schutzgaszuführweg 23 dem sich ergebenden ersten Gasdurchgang 51 zugeführt. Dementsprechend wird ein Raum, der zwischen dem inneren Zylinder 30 und dem äußeren Zylinder 40 gebildet ist, als zweiter Gasdurchgang 52 bezeichnet. Ein Schutzgas wird dem sich ergebenden zweiten Gasdurchgang 52 über einen zweiten Schutzgaszuführweg 42 zugeführt, der derart gebildet ist, dass das Schutzgas im rechten Winkel zum zweiten Gasdurchgang 52 eingeblasen wird. Die rechten Winkel verursachen, dass das über den zweiten Schutzgaszuführweg 42 in den zweiten Gasdurchgang 52 einströmende Gas seine Richtung um 90 Grad ändert, während welcher Zeit das Gas in sanfter Weise fein verteilt wird und beinahe gleichförmig durch den zweiten Gasdurchgang 42 geführt wird.

Die vorliegende Ausführungsform ist wenigstens auf eine Weise dadurch gekennzeichnet, dass es möglich ist, dass die Spitze des äußeren Zylinders 40 von der Spitze des inneren Zylinders 30 um einen vorbestimmten Abstand L zurückgesetzt ist, welcher jedoch durch Drehen des äußeren Zylinders 40 gegen den inneren Zylinder 30, um die Einschraubtiefe zu verändern, eingestellt werden kann und der in geeigneter Weise im Bereich von 5 mm bis 8 mm liegt.

Aus dem Vergleich mit 4 wird klar, dass es wichtig ist, dass der Außendurchmesser des äußeren Zylinders 40 ungefähr derselbe ist wie der Außendurchmesser der herkömmlichen Gasdüse 105. Im Ergebnis ist der Schweißbrenner 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ungefähr derselbe wie beim herkömmlichen MIG-Schweißbrenner 100 bezüglich der äußeren Konfiguration. Demzufolge kann die Schweißarbeit unter Verwendung des Schweißbrenners 10 in ähnlicher Weise wie bisher durchgeführt werden.

Im Folgenden wird die Funktion des Schweißbrenners mit dem obigen Aufbau beschrieben.

Wie in 3 gezeigt ist, besitzt der Schweißbrenner eine Spitzenkonfiguration mit einer Doppelrohrstruktur, welche aus einem inneren Zylinder 30 und einem äußeren Zylinder 40 zusammengesetzt ist, und ein Schutzgas wird dem in dem inneren Zylinder 30 ausgebildeten ersten Gasdurchgang 51 zugeführt und dem zwischen dem inneren Zylinder 30 und dem äußeren Zylinder 40 ausgebildeten zweiten Gasdurchgang 52 zugeführt. Daher wird eine primäres Abfangen der Außenluft mit einer zweiten Schutzgasschicht 55 realisiert, die durch den an der Außenseite angeordneten zweiten Gasdurchgang 52 ausströmt, und eine sekundäres Abfangen der Außenluft wird durch die erste Schutzgasschicht 54 realisiert, die durch den an der Innenseite angeordneten ersten Gasdurchgang 51 ausströmt, wodurch ein vollständiges Abfangen der Außenluft ermöglicht wird.

Wenn insbesondere die Zuführrate eines Schutzgases bei einem herkömmlichen Schweißbrenner auf einen Indexwert von 100 gesetzt wird, wird die Zuführrate Q1 im ersten Schutzgaszuführweg 23 auf einen Indexwert von 50 gesetzt und die Zuführrate Q2 im zweiten Schutzgaszuführweg 42 wird ebenfalls auf einen Indexwert von 50 gesetzt.

Da der Durchmesser des inneren Zylinders 30 an seiner Spitze ungefähr die Hälfte ist, ist dort die Querschnittsfläche ungefähr ein Viertel derjenigen eines herkömmlichen Schweißbrenners, und die Ausströmgeschwindigkeit v1 aus dem inneren Zylinder 30 ist ungefähr das Doppelte im Vergleich zu einer herkömmlichen Geschwindigkeit, weil die Querschnittsfläche ungefähr 1/4 ist und die Strömungsrate ungefähr 1/4 ist. Im Ergebnis folgt hieraus, dass die Abfangfähigkeit der ersten Schutzgasschicht 54, wie in 3 gezeigt ist, im Vergleich zur herkömmlichen Fähigkeit verdoppelt ist.

Weiterhin ist es möglich, einen Entladungsbogen zu drosseln und die Kühleigenschaften zu verbessern, indem die Spitze des inneren Zylinders 30 verjüngt wird, um die Strömungsgeschwindigkeit des Schutzgases zu erhöhen. Das heißt, die erhöhte Kühlfähigkeit ermöglicht es, dass geschmolzenes Metall schnell verfestigt wird und auch Oxidation verhindert wird. Im Allgemeinen könnte die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit der ersten Schutzgasschicht 54 möglicherweise zum Einschluss von Umgebungsluft (Sauerstoff) führen, welcher in der Gasströmung aufgenommen wird. Bei der vorliegenden Erfindung ist jedoch die erste Schutzgasschicht 54 durch die zweite Schutzgasschicht 55 umgeben, was verhindert, dass Außenluft eindringt. Dieser Aufbau und diese Funktionsweise eliminieren die Befürchtung, dass Außenluft in dem zugeführten Gas aufgenommen wird.

Erneut Bezug nehmend auf 2 ist aufgrunddessen, dass der zweite Schutzgasdurchgang 52 eine Querschnittsfläche aufweist, die ungefähr drei Mal so groß ist wie diejenige des ersten Schutzgasdurchgangs 51, die Ausströmgeschwindigkeit v2 des Schutzgases, welches die zweite Schutzgasschicht 55 bildet (siehe 3), auf zwei Drittel einer herkömmlichen Ausströmgeschwindigkeit gebracht. Da wie oben erwähnt die zweite Schutzgasschicht 55 das primäre Abfangen der Außenluft erreicht, wird bei Verringerung ihrer Ausströmgeschwindigkeit v2 in einem solchen Ausmaß Luft nicht länger in die Schutzgase eingemischt und kann daher die Funktionsweise nicht beeinflussen.

Jedoch bringt eine verringerte Strömungsrate des durch den zweiten Gasdurchgang 52 tretenden Schutzgases möglicherweise einen Kanaleffekt oder eine Ungleichförmigkeit der Strömung mit sich. Als Gegenmaßnahme hiergegen ist es bei der vorliegenden Ausführungsform möglich, dass ein poröses Element in den zweiten Gasdurchgang 52 eingesetzt ist, um das hindurchströmende Schutzgas gleichzurichten. Mittels einer solchen Gleichrichtung ist es möglich, einen Kanaleffekt oder eine Ungleichförmigkeit der Strömung zu verhindern und den Nutzeffekt des primären Abfangens von Außenluft zu realisieren. In dem zweiten Schutzgaszuführweg 42 ist es insbesondere möglich, dass das Schutzgas in den zweiten Gasdurchgang 52 in einem rechten Winkel einströmt und daher gleichförmig verteilt wird. Der vorangehende Effekt trägt zur Gleichrichtung des durch den zweiten Gasdurchgang 52 tretenden Schutzgases bei. Auf diese Weise besitzt der Schweißbrenner 10 gemäß der vorliegenden Erfindung einen derartigen Aufbau, dass er die Gleichrichtung des durch den zweiten Gasdurchgang 52 tretenden Schutzgases ermöglicht.

Weiterhin wird es dadurch, dass es der Spitze des äußeren Zylinders 40 ermöglicht wird, von der Spitze des inneren Zylinders 30 um einen vorbestimmten Abstand L1 zurückgesetzt zu sein, möglich, das durch den zweiten Gasdurchgang 52 tretende Schutzgas radial nach außen zu richten, anstatt es radial nach innen und in den inneren Zylinder 30 zu richten, und gleichzeitig die eindringende Außenluft nach radial außen abzulenken. Dementsprechend wird es durch Ausbilden der Öffnung des äußeren Zylinders 40 mit einem trompetenförmig öffnenden Abschnitt möglich, das durch den zweiten Gasdurchgang 52 tretende Schutzgas nach radial außen zu richten und eindringende Außenluft in derselben Weise, in der Richtung nach radial außen, abzulenken.

Wie in 3 gezeigt ist, wird es durch die oben beschriebenen Funktionen ermöglicht, die Erzeugung eines Oberflächenoxids in der Nähe des abgeschiedenen Metalls zu verhindern und einer Wandererscheinung zu verhindern, wodurch ermöglicht wird, dass der Lichtbogen stabilisiert wird und eine günstige Schweißarbeit fortgeführt werden kann.

Weiterhin sind die oben beschriebenen Gaszuführraten Q1 und Q2 jeweils nicht mehr als ein spezifisches Beispiel. Daher kann mittels Demonstrationstests bestimmt werden, ob (Q1 + Q2) auf dieselbe Gasströmungsrate festgesetzt werden soll wie diejenige einer herkömmlichen Strömungsrate oder kleiner oder größer als diese.

Ferner kann reines Argongas in befriedigender Weise als ein Schutzgas verwendet werden. Das MAG-Schweißen erfordert genaue Steuerung/Regelung eines Mischungsanteils aufgrund der Hinzufügung von Sauerstoffgas, wodurch es in unvorteilhafter Weise die Schweißkosten erhöht. Im Gegensatz zum Vorangehenden braucht reines Argongas nicht hinsichtlich seines Mischungsverhältnisses gesteuert/geregelt werden, wodurch es ermöglicht wird, dass die Schweißkosten verringert werden.

Das heißt, mittels der Merkmale der vorliegenden Erfindung wird es möglich, die Erzeugung einer Wandererscheinung auf gleichem Niveau wie beim MAG-Schweißen zu verhindern, trotz der Verwendung reines Argongases, wie es beim MIG-Schweißen der Fall ist, und darüberhinaus das Aufnehmen von Außenluft zu verhindern. Demzufolge führt die vorliegende Erfindung zu einem Erfolg sowohl beim Verbessern der Schweißqualität als auch beim Unterdrücken der Schweißkosten.

Wie hierin zuvor beschrieben wurde, führt die vorliegende Erfindung zu einem Erfolg beim Sicherstellen einer günstigen Schweißbarkeit für Titan und rostfreien Stahl trotz der Verwendung von reinem Argongas als Schutzgas. Es ist jedoch bei dem Schweißbrenner gemäß der vorliegenden Erfindung akzeptabel, ein Mischgas zu verwenden, bei dem Sauerstoffgas in ein Inertgas als Schutzgas eingemischt ist. Anders ausgedrückt ist der Schweißbrenner gemäß der vorliegenden Erfindung sowohl beim MIG-Schweißen, MAG-Schweißen und CO2-Schutzgasschweißen verwendbar.

Die Konfiguration des inneren Zylinders 30 kann optional ausgewählt werden, und wenn dieser eine gerade Röhre ist, kann der äußere Zylinder 40 ein abgestufter Zylinder sein. Jedoch ist es in diesem Fall noch bevorzugter, dass der innere Zylinder 30 ein abgestufter Zylinder ist, da andernfalls die Strömungsgeschwindigkeit der ersten Schutzgasschicht niedriger wäre und außerdem das äußere Erscheinungsbild des Schweißbrenners 10 von demjenigen eines herkömmlichen Schweißbrenners verschieden wäre.

Als poröses Element ist ein Drahtgitter aus rostfreiem Stahl optimal, weil es leicht erhältlich ist. Jedoch kann das poröse Element ausgewählt sein aus poröser Keramik, perforierten Platten, Metallgittern und dgl., ungeachtet des Typs und der speziellen Art, vorausgesetzt, dass es als eine gleichrichtende Platte wirkt.


Anspruch[de]
  1. Schweißbrenner zum Schutzgas-Lichtbogenschweißen unter Verwendung einer Abbrandelektrode, umfassend:

    • einen Schweißbrennerkörper (20) mit einem Drahtführungszylinder (21) zum Führen eines Schweißdrahts (11);

    • einen an dem Schweißbrennerkörper in einer solchen Weise befestigten inneren Zylinder (30), dass er den Schweißdrahtzylinder umgibt;

    • einen ersten Schutzgaszuführweg (23) zum Zuführen von Schutzgas in einen ersten Gasdurchgang (51), der zwischen dem Drahtführungszylinder und dem inneren Zylinder ausgebildet ist;

    • einen äußeren Zylinder (40), der an dem inneren Zylinder in einer solchen Weise befestigt ist, dass er den inneren Zylinder umgibt; und

    • einen zweiten Schutzgaszuführweg (42) zum Zuführen von Schutzgas in einen zweiten Gasdurchgang (52), der zwischen dem inneren Zylinder (30) und dem äußeren Zylinder (40) ausgebildet ist;

    dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Zylinder (40) eine Spitze aufweist, die um einen vorbestimmten Abstand von einer Spitze des inneren Zylinders (30) zurückgesetzt ist.
  2. Schweißbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Zylinder (30) aus einem Abschnitt (32) mit großem Durchmesser, der an dem Schweißbrennerkörper (20) befestigt ist, und einem Abschnitt (34) mit kleinem Durchmesser an einem Ende desselben, der mit dem Abschnitt mit großem Durchmesser über einen verjüngten rohrförmigen Abschnitt (33) verbunden ist, zusammengesetzt ist.
  3. Schweißbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gasdurchgang (52) ein poröses Element (50) umfasst, das darin zum Gleichrichten des durch den zweiten Gasdurchgang tretenden Schutzgases angeordnet ist.
  4. Schweißbrenner nach einem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze des äußeren Zylinders (40) um einen vorbestimmten Abstand von 5 mm bis 8 mm von der Spitze des inneren Zylinders (30) zurückgesetzt ist.
  5. Schweißbrenner nach einem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung des äußeren Zylinders (40) mit einem trompetenförmigen Abschnitt ausgebildet ist.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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