DE7430226U - Elektroschweißbrenner mit Gaszuführung - Google Patents

Description

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Dipl.-Phys. Klaus SeifFert ?,*"ⁿl"'*_m .«^ A PATENTANWÄLTE C/

Serie 2104

L'Air Liquide, Societe Anonyme pour I¹Etude et 1*Exploitation des Procedes Georges Claude, 75, Quai d¹Orsay, F-75321 Paris 7e

Elektroschweißbrenner mit Gaszuführung

Priorität; EN 73 33.419 vom 18. September 1973 in Frankreich

Nach dem Stande der Technik erfolgt die Lichtbogenschweißung entweder, indem man einen elektrischen Bogen in einer allgemein inerten Schutzgasatmosphäre zwischen einer Elektrode und den zu vereinigenden Stücken überspringen läßt (sogenanntes "TIG"- oder "MIG"-Verfahren je nachdem, ob man eine feuerfeste oder schmelzbare Elektrode verwendet) oder indem man einen elektrischen Bogen zwischen einer im Innern einer Kammer angebrachten Elektrode und zu vereinigenden Stücken überspringen läßt, wobei die Kammer mit einem Kanal in Verbindung steht, durch

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den der Lichtbogen und ein sogenanntes Plasma erzeugendes Gas in die Kammer eintreten und durch diesen Kanal austreten, um die Bogenatmosphäre zu bilden. Bei letzterem sogenanntem Plasmaverfahren besteht diese Kammer aus einem als Rohr bezeichneten Stück, das energisch und zwar im allgemeinen durch einen inneren Wasserumlauf gekühlt wird. Durch seinen Durchgang durch die Bohrung des Kanales wird der Bogen stark eingeschnürt.

Diese beiden Verfahren sind das eine wie das andere mit Mängeln behaftet. Das TIG- oder MlG-Verfahren liefert einen Bogen, dessen beide Enden sowohl an der Elektrode als auch an den zu vereinigenden Stücken derart instabil sind, daß die Schmelzzone auf den zu schweißenden Stücken sich infolgedessen verbreitert. Daher ist es bei diesem Verfahren nicht möglich, in einem Durchgang dickere Bleche als 3 mm zu schweißen; denn selbst wenn man die Leistung des Brenners steigert, ergibt sich von einer bestimmten Schwelle an nur eine Verbreiterung der geschmolzenen Zone praktisch ohne Vergrößerung der Eindringung. Außerdem erfordert dieses Verfahren meistens eine Stützunterlage O im Hinblick auf die Tatsache, daß die geschmolzene Zone wegen ihrer Breite unterstützt werden muß.

Das Verfahren mit dem Plasmabogen, der durch die Bohrung des Rohres und durch einen Gasfluß stark eingeschränkt ist, der durch denselben Kanal mit hoher Geschwindigkeit strömt, gestattet eine gute Steifigkeit des Bogens und die übertragung einer erheblichen Leistung zu gewährleisten, die zugleich von dem Schweißstrom und der Strömungsmenge des Plasma erzeugenden Gases abhängt. Es versteht sich, daß der Plasmabogen infolge der ge-

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lieferten hohen Energiedichte und der hohen Austrittsgeschwindigkeit des Gases besonders in der Schneidtechnik geschätzt ist; an sich erweist sich seine Verwendung beim Schweißen als schwieriger, aber es wird trotzdem angewendet, indem man die sogenannte Mündungsloch- oder Schlüssellochtechnik einsetzt, die darin besteht, daß man in der Nähe des Bogens in den zu verschweißenden Stücken ein Loch macht und dieses Loch gleichzeitig mit dem Bogen verschiebt; dieses Loch verschließt sich dahinter von selbst durch Kapillarität, was zu der Verbindung der beiden O Stücke führt. Dieses Verfahren gestattet, Bleche bis zu einer Dicke von 7 mm zu schweißen, und gemäß einer kürzlich entwickalten Verbesserung schnür+: man den Bogen nicht mehr auf mechanischen Wege ein, indem man ihn durch eine Leitung streichen läßt, sondern auf pneumatischem Wege, indem man dagegen das angespitzte Elektrodenende jenseits des Kragens einer konvergierendendivergierenden Leitung überstehen läßt und die Einschnürung ausschließlich durch die Strahlwirkung des Plasmagases sicherstellt. Die Plasmabogenschweißung besitzt verschiedene Mängel:

Das Rohr unterliegt im allgemeinen einer Zerstörung aufgrund von f)

Störbögen; dieses Rohr muß energisch gekühlt werden und zwar meistens durch einen inneren Wasserumlauf derart, daß das Rohr, insbesondere wenn der Bogen durch die Rohrleitung eingeschnürt wird, als Abzugsmittel eines erheblichen Wärmeflusses dient; der Aufbau des Brenners selbst sowie seine elektrische Speisung ist viel umständlicher, weil einerseits zur Zündung des Bogens eine Hochfrequenzspeisung erforderlich ist und andererseits die Einstellung des Schweißbereiches in zwei Zeiten erfolgt» nämlick zuerst Zündung eines sogenannten Pilotbogens zwischen Elektrode

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und Rohr, wobei das Rohr als Anode dient,und dann überführung dieses Bogens auf die zu schweißenden Stücke, um den Schweißbetrieb einzuleiten, wobei das Rohr dann elektrisch isoliert ist.

Die Aufgabe der Neuerung besteht in einer Verbesserung der Leistungen des sogenannten TIG-Bogenschweißverfahrens unter Bewahrung der einfachen Konzeption der bei diesem Verfahren benutzten Schweißköpfe.

Bei einem Schweißbrenner mit einem Brennerkörper, der in einem rohrförmigen Kern eine Festspanneinrichtung für eine über diesen Brennerkörper vorstehende feuerfeste Elektrode, Strömungseinrichtungen für ein Bogengas mit einer Leitung zwischen der Elektrode und einer koaxial um die Elektrode angeordneten axialen Einstellhülse unter Bildung einer engen Ringleitung sowie Kühlwasserumlaufeinrichtungen für den Brennerkörper, eine mit Abstand den Brennerkörper umgebende Schutzgasdüse aufweist, sieht man gemäß der Neuerung eine Kombination folgender Merkmale vor:

a) Die ringförmige Bogengasleitung hat eine Axiallänge von mindestens 10 mm, eine radiale Dicke !wischen 0,5 und 3 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 und 1,5 mm auf einem Axialabstand von mindestens 5 mm von ihrem aufstromseitigen Ende.

b) Die Ringleitung des Bogengases ist aufstromseitig an eine Verteilungskammer des Bogengases angeschlossen.

c) Die Kühlwasserumlaufeinrichtungen erstrecken sich in unmittelbarer Nähe der Verteilungskammer des Bogengases und stehen thermisch vermittels des rohrförmigen Teiles in Kontakt mit der Einstellhülse und mit der Verriegungseinrichtung der Elektrode .

Diese Gesamtheit von Merkmalen gestattet, gleichzeitig den einfachen Aufbau der TIG-Schweißbrenner beizubehalten und die Stabilität und Eindringtiefe des Bogens beträchtlich zu verbessern. Dieses bemerkenswerte Ergebnis beruht auf der Wirkung eines dünnschichtig dimensionierten Bogengasstromes mit günstigen Wärmebedingungen, d.h. einer guten Kühlung.

Die Kühleinrichtung umfaßt längs verlaufende Zu- und Abführleitungen für Wasser, die von längs verlaufenden Rinnen oder Ausfräsungen des Brennerkernes und einer umhüllung begrenzt sind. *· Diese Kanäle münden in einen ringförmigen Querkanal, der sich in unmittelbarer Nachbarschaft der Verteilungskammer und in Wärmekontakt mit der Einstellhülse befindet. Diese Ausgestaltung dient dazu, soweit wie möglich die Wärmeaustauschflächen zwischen dem Kühlmittel und dem Brennerkörper zu vergrößern und vor allem schon auf dem Niveau der Einführung des Bogengases eine Kühlung desselben sicherzustellen.

Bei Schweißung unter Atmosphäre und bei Punktschweisung von übereinandergelegten Blechen ist der Brennerkörper mit einer Ver-C längerung ausgerüstet, die abstromseitig von der Hülsenkante endet und mit Austrittsöffnungen für die Gase versehen ist. Diese Verlängerung schirmt die Arbeitszone von der Umgebungsluft ab; denn ihre Kante ruht während des Schweißvorganges unmittelbar auf dem Blech.

Andere Merkmale und Vorteile der Neuerung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung vorteilhafter Ausführungsformen der Neuerung anhand der Zeichnung.

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Fig. 1 1st ein Axialschnitt durch einen Brenner nach der Neuerung.

Fig. 2 ist ein Axialschnitt mit um 90° gegenüber Fig. 1 versetzter Schnittebene und durch diesen Brennern.

Fig. 3 ist ein Querschnitt nach Linie III-III der Fig. 2.

Fig. 4 ist ein Axialschnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform eines Brenners nach der Neuerung.

Fig. 5 ist eine teilweise aufgerissene Seitenansicht desselben Brenners verdreht um 90° gegenüber Fig. 4.

Fig. 6 ist ein Schnitt nach Linie VI-VI der Fig. 5.

Fig. 7 ist eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform eines Brenners nach der Neuerung.

Fig. 8 ist ein Schnitt nach Linie VIII-VIII der Fig. 7.

Der in Fig. 1 bis 3 dargestellte Schweißbrenner besitzt einen Brennerkörper ,, worin ein Elektrodenhalter 2 untergebracht ist und der von einen Schutzgasdüsenschild 3 umgeben ist.

Der Brennerkörper 1 besteht aus einem Rohrkern 5, der teilweise in einen Brennerhalter 6 eingreift und darin gehaltert ist. Der Brennerhalter 6 besitzt auf der einen Seite eines mittleren Tei les 7 einen zylindrischen schürzenartigen Teil 8, der dem Rohrkern 5 des Brennerkörpers 1 ringsum anliegt. Dieser Rohrkern 5 weist an seinem Umfang 2 Längsausfräsungen 9 und 10 auf, die diametral gegenüberliegend auf der Abstromseite in Bewegungsrichtung der Elektrode gegen die zu schweißenden Stücke in eine Ringausnehmung 11 derart einmünden, daß eine Zufuhrleitung 12 und eine Rückführleitung 13 für ein Kühlmittel, im allgemeinen Wasser, gebildet werden. Diese Leitungen 12 und 13 sind durch

eine Ringquerleitung 14 verbunden. Letztere hat die Form eines Kranzes und liegt zwischen der Ausnehmung 11 und der Innenwand der Schürze 8. Am anderen Ende sind die Leitungen 11 und 12 dujrch Bohrungen 16 bzw. 17 an Zufuhr- und Rückführ leitungen 18 und 19 für das Kältemittel anreschlossen.

Am anderen, d.h. am aufstromseitigen Ende (der Ausdruck "aufstromseitig" dient zur Bezeichnung eines Stückes oder Bauteiles, das in Axialrichtung vom Brennerauslaß entfernt ist) des mittle- ; ren Teiles 7 setzt sich der Brennerhalter 6 in einer Zylinderhülse 20 mit einem innengewinde 21 fort, in das sich ein Te^-Il unter Abstützung auf den Elektrodenhalter 2 mit Innengewinde einschraubt. Dieser Elektrodanhalter 2 besitzt einen längsliehen Körper 24, der in einer geschlitzten Zwinge 25 aufläuft. Diese stützt sich auf einer kegeligen Lagerfläche 29 ab, die von der Innenfläche des Rohrkernes 5 des Brennerkörpers 1 gebildet ist. Auf diese Weise kann man eine Elektrode 30 durch einfache Einwirkung auf den Elektrodenhalter 2 in der gewünschten Axiallage festlegenr

In Abstromricntung setzt sich der Rohrkern 5 über die ringförmige Erweiterung 11 fort und bildet eine weite Aussparung 32, in die sich eine Einstellhülse 33 unter Freilassung einer Kammer 34 einschraubt, die durch eine Seitenbohrung 35 an eine Speiseleitung 36 für Bcjengas angeschlossen ist. Letztere ist auf der Schürze 8 aufgelötet und mündet am einen Ende in eine Leitung 37, die den mittleren Teil des Brennerhalters 6 von einer Sei1:e zur anderen durchsetzt und an eine nicht dargestellte Gasquelle durch eine Leitung 38 angeschlossen ist. Der Schutzgasdüsenschild 3

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ist weit ausladend und schließt sich an den mittleren Teil 7 des *:j Brennerkörpers 1 durch eine Dichtung 40 an. Im Inneren dieses Schildes mündet eine Schutzgaszufuhrleitung 42 in einen aufstromseitig gelochten Kranz 41.

Die Wahl der Werkstoffe für gewisse Bauteile des vorstehend beschriebenen Brenners hat entscheidende Bedeutung: So ist es zweckmäßig, daß die Bogeneinstellbuchse 33 energisch gekühlt wird. Zu diesem Zweck ist sie ebenso wie der Kern 5 des Brennerkörpers aus Wärme gut leitendem Material, beispielsweise Kupfer oder Kupfer-Tellur, gefertigt. Dagegen ist die Elektrode hier feuerfest und besteht aus Wolfram. Sie ist an eine Stromquelle angeschlossen, die einen Strom von 400 bis 500 Amp. durch ein Kabel 43 liefert, das am Kabelhalter 6 angebracht ist.

Die Arbeitsweise des Brenners ist folgende: Der Bogen bildet sich zwischen dem zugesptitzten Ende der Elektrode 30 und den zu schweißenden Stücken 44 und 45, während ein Bogengasstrom in der Leitung 38, 37, 36 durch die Bohrung 35 fließt, sich in der Speisekammer 34 entspannt und von hier aus eine Hülle in der engen Leitung 46 zwischen der Elektrode 30 und der Einstellbuchse 33 bildet. In dieser Zone besitzt der schichtförmige Gasstrom eine laminare Strömung, die sich einerseits aus der baulichen Gestaltung der im wesentlichen ringförmigen Leitung 46 und andererseits und vor allem aus den günstigen Wärmebedingungen ergibt. Diese sind eine Folge der energischen Abkühlung, die nacheinander durch die Leitung 36 in Kontakt mit der Schürze 8, welche die Kühlleitungen 12 und 13 umgrenzt, durch die Erweiterung 32 der Kammer 34 in unmittelbarer Nähe der Kühlringlei-

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tung 14 und besonders durch die Einstellbuchse 33 ergibt. Diese Buchse 33 ist ihrerseits durch Wärmeleitfähigkeit ausgehend von dem Endteil 47 des Kernes 5 gekühlt, der sich von der Kühlleitung 14 erstreckt. Die vorstehend beschriebene Anordnung bietet also einen doppelten Vorteil: Einerseits ersieht man aus dem Aufbau, daß er besonders einfach ist. Seine Bauweise gestattet eine leichte Fertigung mit daraus folgendem Preis und unmittelbarer Möglichkeit einer Reparatur; andererseits vom Aufstromzum Abströmende aufeinanderfolgend eingebaute Kühllängsleitun-( gen 12 und 13, Querkühlkanal 14 für die Speisekammer 34 und die Einstellbuchse 33; dadurch und durch deren möglichst dichte Anordnung zueinander kann eine notwendige Kühlung des Bogengases oder zumindest eine beträchtliche Begrenzung seiner Temperaturerhöhung am Austritt der Einstellbuchse 33 gewährleistet werden.

Die Rolle des Gasschleiers ist ganz besonderer Art: Er umschließt den Bogen, ohne doch in diesen Bogen einzudringen. Bei einem Brenner nach der Neuerung ist der Bogen seitlich durch den f ringförmigen Strahl des Bogengases geführt; die Instabilität des Bogens, die der Hauptmangel der TIG-Schweißung ist, wird gedämpft, und der Bogen stellt sich in bemerkenswert fester Weis** zwischen seiner Entstehungszone nahe dem Ende der Elektrode 30 und den zu schweißenden Stücken 44 und 45 ein. Dank dieser Bogenstabilität sind die Leistungen gegenüber einem üblichen TIG-Bogen beträchtlich erhöht; die Dicken, die man in einem Durchgang schweißen kann, erreichen 8 mm bei Blechen aus nicht oxidierendem Stahl, also weitgehend das Doppelte, das üblicherweise möglich ist. Wenn der Schweißbogen nach der Neuerung eine gewis-

se Richtcharakteristik bietet, ist er weit davon entfernt, die Starrheit und die Richtcharakteristik des Plasmabogens mit mechanischer Einschnürung zu erreichen.

Der Schutzgasstrom 3, 41, 42 dient zum Schutz der Schweißzone und des Bogens gegen die oxidierende Atmosphäre, und zu diesem Zweck benutzt man allgemein Argon oder ein Gemisch von Argon und Wasserstoff oder anderen geeigneten Gasen.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß die Steifigkeit des Bogens eine Funktion der Gasausströiuung in der Nähe der Schweißelektrode 30

und der angewandten intensität des Schweißstromes ist. In erster Annäherung kann man annehmen, daß die Erhöhung der Steifigkeit des Bogens hauptsächlich durch die relativen Lagen der Kühlkreise (Ringleitung 14), des Brennergases (Leitung 46), des Verriegelungskegels 29 für die Elektrode und der Einstellbuchse 33 für das Bogengas gewährleistet wird.

Die Anordnung nach Fig. 1 bis 3 gestattet, Bleche bis zu Dicken in der Größenordnung von 8 mm, insbesondere Bleche aus legiertem Stahl vom Typ CrNi,mit Zufuhrmetall stumpf zu schweißen,

~ wobei man kleinere Schweißraupenbreiten aufgrund der Engigkeit des Bogens erhält als bei Schweißung nach dem bekannten TIG-Verfahren. Diese Leistung ist auch dank der Tatsache möglich, daß man bis zu einer Stromstärke von 400 bis 450 Amp. gehen kann, während das bekannte TIG-Verfahren bei einer Erhöhung der Stromstärke nur eine Verbreiterung des Schmelzbades hervorruft. Diese Ergebnisse werden außerdem mit einem Brenner von einfachem Aufbau verglichen mit Plasmabrennern erhalten, deren Konstruktion einerseits viel umständlicher ist und andererseits

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auch eine umständlichere Speisungsapparatur für den Brenner erfordert.

Die Schweißung erfolgt nach der üblichen TIG-Methode, aber sie kann auch nach der Schlüssellochmethode durchgeführt werden, wie sie bei der Plasmaschweißung benutzt wird. Sie besteht darin, daß man ein Loch in der Nähe des Brenners bildet, das sich anschließend durch Kapillarwirkung von selbst wieder schließt. Diese Technik ist für starke Leistungen benutzbar, wobei mcui die Elektrode sorgfältig einstellt.

"" Die Strömungsmenge des Bogengases in der Vorrichtung nach der Neuerung beträgt 2 bis 8 l/Min., vorzugsweise 5 l/Hin, und besonders zweckmäßig 2,5 bis 5 l/Min. Andererseits ist zu bemerken, daß die Gasströmungsmenge praktisch keine Bedeutung hinsichtlich des Schweißparameters in der Vorrichtung nach der Neuerung hat; lediglich dessen Natur ist zu berücksichtigen. Bei der bekannten Plasmaechweißung dagegen ist die Gasströmungsmenge ein wichtiger Parameter, weil die in dem Bogen abgegebene Energie sich vermittels des Schweißstromes und des G&ses selbst ergibt, das in dem Plasmabogen aissoziiert. Die Elektrode 30 steht 3 bis 15 mm über das abstromseitige Ende der Buchse 33 vor. Was die Anwendung betrifft, so kann die Schweißung auch an oinem sogenannten Mehrfachelektrodenschweißkopf benutzt werden, wobei mehrere hintereinander angeordnete Brenner gebraucht werden. Aus Vorstehendem ist ersichtlich, daß die Bogengasleitung 46 eine Länge von mindestens 5 mm und eine radiale Dicke von vorzugsweise 0,5 bis 1,5 mm haben soll. Bs ist vorteilhaft, diese Leitung in Zylinderform von konstanter radialer Dicke zu fexti-

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gen, und in diesem Fall gibt man ihr vorzugsweise eine axiale LäVjge von mindestens 10 mm. Ebenso erweist es sich als besonders zweckmäßig, die radiale Dicke der Leitung 46 zwischen 0,75 und 1 mm zu halten.

Der in Fig. 4 bis 6 dargestellte Brenner 50 nach der Neuerung besitzt einen Rohrkern 51 mit Klemmeinrichtung 52 für eine axiale Elektrode 53. Dieser Rohrkern 51 ist in einer Schürze eingeschlossen. Ein Zufuhrblock 55 besitzt eine Ausnehmung 56 mit einem engen Teil 57, in welchen sich ein aufstromseitiges Ende des Rohrkernes 51 einfügt, und einen weiteren Teil 58 mit einer Schulter 59, in welche die Schürze 54 eingreift. Am abstromseitigen Ende besitzt die Schürze 54 ein Innengewinde 60, in das sich eine Einstellbuchse 61 einschraubt, die die Ringleitung 63 für das Bogengas bildet.

Der Rohrkern 51 besitzt an seinem Umfang zwei einander diametral gegenüberliegende Längsausfräsungen 64 und 65, die mit der Schürze 54 Kanäle 66 und 67 bilden, welche an ihren abstromseitigen Enden über Bohrungen 68 und 69 in eine Bogengasverteilungskammer 70 einmünden, die ihrerseits die Ringleitung 63 speist. Aufstromseitig sind die Kanäle 66 und 67 mit einer Bogengas zuführ leitung 71 verbunden.

Der Rohrkern 51 besitzt außerdem an seinem Umfang zwei andere winkelig erweitere Ausfräsungen 72 und 73, die mit der Schürze 51 zwei abgeflachte Kanäle 74 und 75 bilden, welche an ihrem abstromseitigen Ende in einen querliegenden Ringraum 76 ausmünden. Letzterer ist durch eine ringförmige Auefräsung 77 des Ker nes 51 in unmittelbarer Nähe der Einstellbuchse 61 gebildet.

Der Kanal 74 ist an einen Wasserzuläufschlauch 78 angeschlossen, während der Kanal 75 an einen Wasserabführungsschlauch 79 angeschlossen ist.

Am umfang der Schürze 54 ist vermittels einer isolierenden Versteifungsmuffe 80 eine Schutzgasdüse montiert, die aus einer mittels einer Mutter 83 auf der Versteifungsmuffe SO befestigten Tragmuffe 82 besteht. Auf ein Außengewinde 84'einer Schulter 84 an der Tragmuffe 82 ist der Schürzenkörper 85 aufgeschraubt, der mit der Schürze 54 einen Ringkanal 86 für das Schutzgas bildet. Dieser Ringkanal 86 steht autstromseitig mit einer Verteilungskammer 87 in Verbindung, die durch eine Erweiterung 88 des Schürzenkörpers 85 gebildet ist. Diese Verteilungskammer 87 steht ihrerseits über einen axialen Ringschlitz 89, der durch einen Bund 90 der Tragmuffe 82 gebildet ist, mit einer Vorverteilungskammer 91 in Verbindung, die durch mehrere in der Schulter 84 ausgearbeitete Bohrungen 92 gespeist wird. Diese Bohrungen 92 ihrerseits werden von einem ersten Verteilungsr&cm 93 aus gespeist, der mit einem Schutzgaszulaufschlauch 94 verbunden ist. Zwischen der Erweiterung 88 und einem Abschnitt 95 des Schürzenkörpers 85 ist ein Ring 96 montiert, der mit dem Schürzenkörper 85 einen Ringkanal 97 für Kühlwasser bildet. Letzteres wird von einem Wasserzulaufschlauch 98 zugebracht und durch einen Abflußschlauch abgeführt.

Die Arbeitsweise dieses Brenners braucht nicht im einzelnen beschrieben zu werden; denn sie entspricht im wesentlichen derjenigen des vorstehend beschriebenen Brenners, und es genügt, auf die Rolle der konstruktiven Einzelheiten einzugehen:

Es 1st zunächst zu bemerken, daß die Zuführung des Bogengases axial praktisch In unmittelbarem Kontakt mit dem Brennerkern 51 erfolgt. Der wesentliche Vorteil dieser Anordnung außer der konstruktiven Einzelheit besteht In der Erhöhung des Wärmeaustausches mit dem Kühlwasser, das in den Kanälen 74 und 75 strömt. Dieser Wärmeaustausch erfolgt durch Wärmeleitung über den Brennerkern 51 und wird andererseits durch die abgeflachte Form der Kanäle 74 und 75 erleichtert, die eine Vergrößerung der Berührungsfläche zwischen dem Bogengas und dem Kern 51 gestattet. Die Kühlung des Bogengases erfolgt auf der Höhe der Verteilungskammer des Bogengases, die durch den querliegenden Wasserumlaufringraum 76 stark gekühlt wird. Es ist festzustellen, daß dieser Wasserkühlungsringraum 76 in unmittelbarer Nähe gleichzeitig zu der Verteilungskaramer 70 und der Einstellbuchse 61 liegt, so daß letztere ebenfalls aus gut wärmeleitendem Material gefertigt ist, Ihrerseits sehr wirksam gekühlt wird und zur Vermeidung jeglichen übermäßigen Anwachsens des in der Bogengasringleitung 63 strömenden Bogengases beiträgt. Die Erfahrung hat die grundlegende Bedeutung der Vermeidung einer übermäßigen Erwärmung des Bogengases um jeden Preis voll bestätigt. Eine solche Erwärmung würde die Einströmung dieses Bogengases in die Ringleitung 63 stark stören und die Ursache einer verschlechterten Arbeitsweise des Brenners sein.

Eine andere maßgebliche Bedingung für eine gute Betriebsweise des beschriebenen Brenners besteht darin, daß ein Schutzgas in Form eines in äußerst homogener Weise ausströmenden Schleiers eingesetzt wird. Diese Bedingung wird durch mehrere unabdingbare Maßnahmen verwirklicht, die eine gleichmäßige Verteilung um den

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Aufbau aus Brennerkern 51 und Schürze 54 gestatten. Diese Maßnahmen bestehen im Vorhandensein einer Kaskade von Aufteilungsund Verteilungskainmern 87, 91 und 93, die untereinander durch Regeleinrichtungen für die Ausströmung, nämlich Schlitz 39 und Löcher 92, getrennt sind. Die Ausströmung des Schutzgases am Auslaß der Düse ist also geeignet, den durch das Bogengas pneumatisch eingeschnürten Bogen gleichmäßig einzuhüllen. Die praktische Erfahrung hat auch zugleich die Bedeutung einer gleichförmigen Ausströmung des Schutzgases erwiesen, ;hne die eine korrekte Funktionsweise des versteiften Bogens nicht erreicht werden kann.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 und 8 sieht man, daß der von einer Schürze 101 umhüllte Brennerkern 1OO noch abgeflachte Kanäle 102 und 103 für Kühlwasser und einen länglichen Schlitz 104 aufweist, in den sich ein mit Schutzgas beschickter abgeflachter Schlauch 105 einlegt. Ein besonderes Merkmal des Brennerkernes besteht darin, daß ein Kühlwasserringraum 106, der am abstromseitigen Ende den Wasserzulaufkanal 102 und den Wasser-Γν abführungskanal 103 verbindet, unmittelbar gegenüber einer Seitenwand 107 eines Bereiches 108 der Einstellbuchse 109 angeordnet ist. Dadurch wird eine noch wirksamere Kühlung dieser Ein-r stellbuchse 1Od gewährleistet. Eine Bogengaszuführkammer 110 befindet sich ein wenig aufstromwärts von dem Wasseringraum 106.

Die Schutzgasdüse 130 ist hier insofern etwas anders ausgeführt, als die Leitungen 112 für die Zufuhr von Schutzgas und 113 für die Zuführ von Kühlwasser sowie 114 für? die Abführung des Kühlwassers sich in Längsrichtung erstrecken. Die Schutzgasleitung

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112 mündet in eine erste Ringkainmer 115, die zwischen einer Düsenschürze 116 und einem äußeren Ringstück 117 ausgearbeitet ist. Diese Kammer 115 steht über Riffelbohrungen 118 mit einer zweiten Verteilungskammer 119 und dann mit einem Schikanendurchlaß 120 in Verbindung, der seinerseits an eine innere Verteilungskammer 121 angeschlossen ist. Diese öffnet sich in den Auströmungsringraum 122 zwischen der Düse 131 und dem Brennerkern 100. Das abstromseitige Ende der Schutzgasdüse 130 ist hier in Form einer Düsenendbuchse 131 ausgeführt, die mit einem Düsenkörper 132 eine enge und axial langgestreckte Ringhöhlung 133 umgrenzt. Diese Höhlung 133 ist mit dem Wasserzufuhrrohr und dem Wasserabzugsrohr 114 der Düse verbunden, und um einen Kühlwasserumlauf in Umfangsrichtung sicherzustellen, ist eine Trennwand 135 in Längsrichtung in der Aushöhlung 133 auf einem Winkel zwischen der. Leitungen 113 und 114 eingesetzt.

Claims (10)

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1. Schweißbrenner mit einem Brennerkörper, der in einem rohrförmigen Kern eine Festspanneinrichtung für einen über diesen Brennerkörper vorstehende feuerfeste Elektrode, Strömungseinrichtungen für ein Bogengas mit einer Leitung zwischen der Elektrode und einer koaxial um die Elektrode angeordneten axialen Einstellhülse unter Bildung einer engen Ringleitung sowie Kühlwasserumlaufeinrichtungen für den Brennerkörper, eine mit Abstand den Brennerkörper umgebende Schutzgasdüse aufweist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) die ringförmige Bogengasleitung (46, 63) hat eine Axiallänge von mindestens 10 mm, eine radiale Dicke zwischen 0,5 und 3 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 und 1,5 mm auf einem Axialabstand von mindestens 5 mm von ihrem aufstromseitigen Ende,

b) die Ringleitung (46, 63) des Bogengases ist aufstromseitig an eine Verteilungskammer (34, 70, 110} des Bogengases angeschlossen,

c) die Kühlwasserumlaufeinrichtungen (12, 13; 74, 75; 102, 103) erstrecken sich in unmittelbarer Nähe der Verteilungskammern (34, 70, 110) des Bogengases und stehen thermisch in Kontakt mit der Einstellhülse (33, 61, 109) und mit der Verriegelungseinrichtung (24, 51) der Elektrode (30, 53).

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2. Schweißbrenner nach Anspruch I, dadur c h gekennzeichnet, daß

ie radiale Dicke der Ringleitung (46, 63) zwischen C,75 und 1 mm beträgt.

3. Schweißbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rühleinrichtungen Wasserzufuhr- und Wasserableitungslängskanäle (12, 13; 74, 75) umfasson, die von rings verlaufenden Rinnen oder Ausfräsungen (9, 10; 72, 73) des Brennerkernes (5, 51) und einer Umhüllungsschürze {8, 54) umgrenzt sind, und die Kanäle (12, 13; 74, 75, 102, 103) in einen querliegenden Ringkanal (14, 76, 106) auslaufen, der in unmittelbarer Nähe der Verteilungskammer (34, 70, 110) liegt und in Wärmekontakt mit der Einstellhülse (33, 61) steht.

4. Schweißbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der querliegende Kühlwasserringkanal (14) etwas aufstromwärts von der Bogengasverteilungskcunmer (34) liegt und in Wärmekcntakt mit der Einstellhülse (33) steht.

5. Schweißbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der querliegende Kühlwasserringkanal (76) auf der Höhe der Verteilungskammer (70) liegt.

6. Schweißbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der querliegende Kühlwasserringkanal (1Of) abttromseitig von der Verteilungskammer (110) auf der Höhe der Einstelldüse liegt.

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7. Schweißbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der Kühlwasserzulaufkanal (12) des Brennerkörpsrs (1) in Wärmekontakt mit der Zufuhrleitung (36) des Bogengases aufstromseitig von der Bogengasverteilungskairaner (34) steht.

8. Schweißbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufleitungen (74, 75) des Kühlwassers einen die Wärmeaustauschfläche mit dem Brennerkern (15) vergrößernden abgeflachten Querschnitt haben.

9. Schweißbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzgasdüse (81) aufstromseitig mehrere querliegende Verteilungskammern (δ"⁷, 91, 93 und 115, 119, 121) aufweist, die durch gleichmäßig um die Achse verteilte Längsleitungen (92, 89, 118, 120), wie Bohrungen und/oder Schlitze, voneinander getrennt sind.

10. Schweißbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzgasdüse (130) eine abgeflachte Ringhöhlung (133) für Kühlwasser aufweist.