DE1900593B2 - Verfahren zur bearbeitung von tetallteilen mittels plasma lichtbogen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbei- gebend von diesen Forderungen wird für da« bekannte

tung von Metallteilen mittels Plasmalichtbogen, bei Verfahren eine aus 35 °/o Wasserstoff und 65»/« Ar-

dem das zu bearbeitende Metallteil die eine Elektrode gon bestehende Mischung als die besten Resultate

darstellt und ein Gasgemisch aus einem inerten Gas, liefernd angegeben.

insbesondere Argon, zusammen mit Wasserstoff oder 5 Insbesondere Wasserstoff, aber auch Hulium und

mit Helium oder mit Stickstoff zur Plasmabildung Stickstoff sind Gase, die bei der Temperatur des

eingesetzt wird. Lichtbogens eine hohe Wärmeleitfähigkeit haben. Ein

Das Verfahren kann beim Schweißen, Auftrag- zu hoher Anteil solcher Gase im Gasgemisch führt

schweißen, Beseitigen von Gußfehlern und Schmiede- insbesondere bei niedrigen S örnungsgeschwindig-

stückdefekten, Oberflächenumschmelzen und an- io keiten dazu, daß die Düse des Plasmatrons, in der

deren ähnlichen Bearbeitungsverfahren, bei denen die Bildung und die Stabilisierung der Säule des

kein Metall entfernt wird, zur Anwendung ge- Plasmalichtbogens sich vollzieht, beschädigt oder

langen. ganz zerstört wird. Andererseits ist beispielsweise

Es ist ein Verfahren zur Bearbeitung von Metallen Argon ein Gas mit bei den Temperaturen des Lichtunter Verwendung von Gasgemischen für die Plasma- 15 bogens geringer Wärmeleitfähigkeit, so daß eine verbildung bekannt (Schapiro, J. S., Automaten- ringerte Effektivität der Plasmabearbeitung des schweißung, Nr. 3, 1960). Metalls resultiert, wenn der Argonanteil im Gas-

Dieses bekannte Verfahren wird jedoch nur zur gemisch nicht beachtet wird.

Plasmabearbeitung von Metallen mit geringer Dicke Insbesondere bei Schweißvorgängen, bei denen

und niedriger Wärmeleitfähigkeit verwendet und 20 kein Metall entfernt wird, läßt somit das bekannte

außerdem ist dieses Verfahren wenig produktiv, da Verfahren die Entstehung einer einwandfreien

zum Bearbeiten von Metallen mit großer Dicke und Schweißnaht ohne Beschädigung der Düse des

bedeutender Wärmeleitfähigkeit es erforderlich ist, Plasmatrons nicht zu.

die Stromstärke des Plasmalichtbogens, den Gesamt- Es ist aus der deutschen Auslegeschrift I 157 321 aufwand an Gasgemisch für die Plasmabildung und 15 ein Verfahren zum Plasmaauftragschweißen unter den Verbrauch des Gemischbestandteiles des Gases Zuführung des aufzuschweißenden Material» in Form mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit wesentlich zu ver- eines Pulvers unmittelbar in die Zone des Lichtgrößern und den Kanalquerschnitt der Strahlbildungs- bogens bekannt, der zwischen nichtschmelzenden düse des Plasmatrons zu vermindern. Beim bekann- Elektroden und Teilen oder nichtschmelzen>ien Elekl'n Verfahren kann dies nicht erfolgen, da der Druck 30 troden und der Düse besteht. Aufzuschweißendes des Lichtbogens auf das Metallschmelzbad ver- Pulver ermöglicht selbst nicht die Bildung einer Aufgrößert und dabei Metall verspritzt wird und dem tragschweißnaht, und auch der Schutz der Naht gegen nicht mehr durch Wechselwirkung mit dem umgeben- die Einwirkung der umgebenden Atmosphäre wird den Mittel vorgebeugt werden kann. Die Folge hier- bei diesem Verfahren nicht sichergestellt, weil ein von ist, daß eine gut geformte Naht nicht erhalten 35 aufzuschweißendes Pulver die Funktion eines werden kann. Daher kann auch beim Plasmabearbei- Schweißpulvers nicht erfüllt.

ten nach dem bekannten Verfahren weder der ge- Ferner ist aus der USA.-Patentschrift 3 307 013

samte noch der spezifische Wärmeeinbruch in das zu ein Lichtbogenbrenner bekannt, der für die Begren-

bearbeitende Metall an der Berührungsstelle dieses zung der Breite der Schweißnaht im oberen Teil der

Metalls mit dem Plasmalichtbogen wesentlich erhöht 40 Plasmaschweißung wassergekühlte Blöcke aufweist,

werden. die gegenüber dem zu schweißenden Teil mittels iso-

Es ist in der deutschen Auslegeschrift I 066 676 lierender Abdeckungen aus Keramik strom- und

ferner ein Verfahren zum Erhitzen, Schmelzen, wärmeisoliert sind. Ein Schutz der Schweißnaht vor

Schweißen. Schneiden u. dgl. eines den elektrischen der Umgebungsatmosphäre ist damit jedoch nicht

Strom leitenden Werkstückes unter Anwendung einer 45 sichergestellt.

Lichtbogenentladung zwischen einer nichtabschmel- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zuzenden Elektrode und dem Werkstück beschrieben, gründe, ein Verfahren zu entwickeln, welches zur wobei die Bogenentladung in einer zwischen Elek- Plasmabea.-beitung von Metallen mit großer Dicke trod; und Werkstück angeordneten Düse eingeschnürt und unabhängig von deren Wärmeleitfähigkeit geeig- und fokussiert wird. Als durch die Düse durch- 50 net ist und eine hohe Produktivität des Bearbeitungsströmendes Mittel wird ein Gas. wie Argon, Helium, Vorganges gewährleistet.

Stickstoff. Wasserstoff oder Kohlendioxid oder Ge- Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein Verfahren mische dieser Gase, verwendet. Für Gasgemische aus der eingangs angegebenen Art, das erfindungsgemäß den Komponenten Argon einerseits und Wasserstoff. dadurch gekennzeichnet ist, daß für die Plasma-Stickstoff oder Helium andererseits ist ein Diagramm 55 bildung ein Gasgemisch aus Wasserstoff und Argon angegeben, das die Lichtbogenspannung in Abhängig- im Verhältnis 1:20 bis 1:10 oder aus Helium und keit von der Zusammensetzung des Düsengas* Argon im Verhältnis 2:1 bis 6:1 oder aus Stickstoff gemisches zeigt. Als Vorzugsbereiehc werden Gas- und Argon im Verhältnis 1:2 bis 3:1 verwendet gemische mit 20 bis 45 °/o Wasserstoff bzw, 80 bis wird und die Bearbeitung der Metallteile unter einer 100°/« Stickstoff, Rest Argon, vorgeschlagen. Die 60 Schweißpulverschicht erfolgt, optimale Zusammensetzung des plasmabildenden Das Einsatzgebiet der Plasmabearbeitung von Gasgemisches wird im wesentlichen durch zwei Fak- Metallen kann bei Verwendung des erfindungstoren bestimmt, Es soll einerseits eine Erhöhung der gemäßen Verfahrens erweitert werden, da bei der Ausflußgeschwindigkeit des Plasmastrahls erreicht Verwendung von Schweißpulver kein Schweißgut ver· werden, was für die Erzeugung einer guten Schnitt- 6$ spritzt wird und keine Wechselwirkung zwischen stelle erforderlich ist; andererseits soll eine Ver- demselben und dem umgebenden Mittel unabhängig größerung des Wärmegehaltes des Plasmastrahles bei von Zusammensetzung des Gasgemisches zur Plasma* gegebenem Lictitbogenstrom erreicht werden, Aus- bildung und dessen Verbrauchs, von der Stromstärke

Claims (1)

1. 3 4

   des Plasmalichtbogens und den Abmessungen des Beim Schweißen entsteht eine durch SchJacken-

   Metallschmelzbades besteht. kruste abgedeckte Naht.

   Außerdem muß unbedingt einer der Gasgemisch- . ,

   bestandteile aus einem Gas, entweder Wasserstoff Beispiel l

   oder Helium oder Stickstoff bestehen. Hierdurch wird 5 Plasmaschweißung von nichtrostenden

   ein wirksamer, durch den Plasmalichtbogen hervor- Chrom-Nickel-Stähleu

   gerufener Wärmeeinbruch in das zu bearbeitende Es werden Schweißstücke mit 20 mm Wanddicke

   Metall erzeugt. Der Wärmeeinbruch wächst mit der stumpfgeschweißt. Hierbei wird in einem Durchgang

   nur beim Vorhandensein von Schweißpulver mög- eine zweiseitige Schweißnaht ohne vorhergehende

   liehen Erhöhung des Aufwands an diesen Gasen, Der io Nahtfugenbearbeitung gezogen,

   andere Gasgemischbestandteil besteht aus Argon, als Es wird genauso wie in dem bereits betrachteten

   inertem Gas. Hierdurch werden die Elektroden dt 3 ersten Beispiel geschweißt. Das Gasgemisch zur

   Plasmatrons vor Zerstörung geschützt. Die Zufuhr an Plasmabildung enthält Wasserstoff und Argon in

   diesen Gasen soll beim Erhöhen der Stromstärke des einem Volumenverhältnis 1:15. Der Plasmalicht-

   Plasmalichtbogens und des Verbrauchs von entweder 15 bogen hat eine Stromstärke von 400 Lis 500 A.

   Wasserstoff oder Helium oder Stickstoff wachsen. Es wird sauerstofffreies Schweißpulver verwandt,

   Dies abei ^;st nur möglich, wenn Schweißpulver vor- das gewöhnlich beim UP-Automatenschweißen von

   handen ist. nichtrostenden Stählen mit verzehrbarer Elektrode

   Daher gewährleistet nur die Gesamtheit aller, die benutzt wird,

   vorliegende Erfindung kennzeichnenden Merkmale ao .

   eine mögliche Erhöhung des gesamten und spezifi- Beispiel 5

   sehen Wärmeeiubruchs in das zu bearbeitende Metall, Plasmaschweißung von Kupfer

   ohne schlechtere Nahtbildnng und Zerstörung der Es werden Schweißstücke mit 15 mm Wanddicke

   Plasmatronelektroden zur Folge zu haben. stumpfgeschweißt. Hierbei wird in einem Durchgang

   Es werden zum besseren Verständnis der vorliegen- 35 eine doppelseitige Schweißnaht ohne vorhergehende

   den Erfindung nachstehende Beispiele angeführt: Nahtfugenbearbeitung gezogen. Es wird genauso wie

   . in dem bereits betrachteten ersten Beispiel geschweißt.

   Beispiel 1 _Das Gasgemisch zur Plasmabildung enthält Stickstoff

   Plasmaschweißung von Legierungen und Argon in einem Volumenverhältnis von 2:1. Es

   auf Kupferbasis _3O wird bei 800 bis 900 A Stromstärke geschweißt.

   Es werden Schweißstückv aus Legierungen auf Außerdem wird Schweißpulver verwandt, das beim

   Kupferbasis mit 40 mm Wanddicke stumpfgeschweißt. UP-Automatenschweißen von Kupfer mit verzehr-

   Hierbei wird in einem Durchgang eine einseitige barer Elektrode benutzt wird.

   Schweißnaht ohne vorhergehende Nahtfugenbearbei- Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zur

   tang gezogen. Die Metalloberfläche längs des Stoßes 35 Plasmabearbeitung von Drehkörpern mit kleinem

   wird mit einer 30 bis 40 mm dicken und 100 bis Durchmesser verwandt werden. Mit seiner Hilfe kann

   120 mm breiten Schweißpulverschicht bedeckt. Es auch eine spanabhebende bearbeitung vor oder nach

   wird Schweißpulver verwandt, das beim UP-Auto- dem Schweißen vermieden oder auf ein Minimum

   matenschweißen von Kupferlegierungen mit verzehr- vermindert werden. Weiterhin können mit dem

   barer Elektrode benutzt wird. Schweißstück und 40 Verfahren chemisch-metallurgische Vorgänge im

   Plasmatronelektrode werden an die Stromversor- Schweißgut geregelt werden,
   gungsquelle angeschlossen. In die strahlformende

   Piasmatrondüse wird Gasgemisch geleitet, das Helium Patentanspruch:
   und Argon in einem Volumenverhältnis von 5 : 1 enthält. Der Plasmalichtbogen zwischen Plasmatron- 45 Verfahren zur Bearbeitung von Metallteilen elektrode und Schweißstück wird gezündet. Die mittels Plasmalichtbogen, bei dem das zu bearbei-Stromstärk; wird bis zum Erreichen eines Werts ge- tende Metallteil die eine Elektrode darstellt und steigert, der zwischen 1200 und 1500 A liegt und der ein Gasgemisch aus einem inerten Gas, insbesonin jedem Falle in Abhängigkeit von den Schweiß- dere Argon, zusammen mit Wasserstoff oder mit Stückabmessungen bestimmt wird. Das Plasmatron 50 Helium oder mit Stickstoff zur Plasmabildung wird nach dem Entstehen des Schweißbads längs des eingesetzt wird, dadurch gekennzeich-Schweißstückstoßes mit einer Geschwindigkeit ver- net, daß für die Plasmabildung ein Gasgemisch schoben, die von den Schweißstückabmessungen ab- aus Wasserstoff und Argon im Verhältnis 1 : 20 hängt und zwischen 3 und 6 m/h liegt. bis 1:10 oder aus Helium und Argon im Ver-

   Das hierbei verwandte Schweißpulver wird ent- 55 hältnis 2:1 bis 6:1 oder aus Stickstoff und

   weder auf die Schweißstückoberfläche aufgeschüttet Argon im Verhältnis 1:2 bis 3:1 verwendet

   oder dauernd vor dem Plasmatron entsprechend des- wird und die Bearbeitung der Metallteile unter

   sen Weiterbewegung auf diese Oberfläche aufgegeben. einer Schweißpulverschicht erfolgt.