DE1900593B2

DE1900593B2 - PROCESS FOR PROCESSING TETAL PARTS USING PLASMA ARC

Info

Publication number: DE1900593B2
Application number: DE19691900593
Authority: DE
Inventors: Dawid G.; Danilow Alexandr L; Medwedew Alexandr J.; Fridljand Michail G.; Leningrad Bychowskij (Sowjetunion)
Original assignee: Vsesojuznyj naucno-isslodovatelskij institut elektrosvarocnogo oborudovanija, Leningrad (Sowjetunion)
Priority date: 1969-01-07
Filing date: 1969-01-07
Publication date: 1971-11-25
Also published as: DE1900593A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbei- gebend von diesen Forderungen wird für da« bekannteThe invention relates to a method for processing these requirements, which are known for that purpose

tung von Metallteilen mittels Plasmalichtbogen, bei Verfahren eine aus 35 °/o Wasserstoff und 65»/« Ar-processing of metal parts by means of a plasma arc, in processes one of 35% hydrogen and 65 »/« ar-

dem das zu bearbeitende Metallteil die eine Elektrode gon bestehende Mischung als die besten Resultatethe metal part to be machined and the one electrode gon existing mixture as the best results

darstellt und ein Gasgemisch aus einem inerten Gas, liefernd angegeben.represents and a gas mixture of an inert gas, indicated delivering.

insbesondere Argon, zusammen mit Wasserstoff oder 5 Insbesondere Wasserstoff, aber auch Hulium undespecially argon, together with hydrogen or 5 especially hydrogen, but also hulium and

mit Helium oder mit Stickstoff zur Plasmabildung Stickstoff sind Gase, die bei der Temperatur deswith helium or with nitrogen for plasma formation Nitrogen are gases that are at the temperature of the

eingesetzt wird. Lichtbogens eine hohe Wärmeleitfähigkeit haben. Einis used. Arc have a high thermal conductivity. A

Das Verfahren kann beim Schweißen, Auftrag- zu hoher Anteil solcher Gase im Gasgemisch führtDuring welding, the process can lead to a high proportion of such gases in the gas mixture

schweißen, Beseitigen von Gußfehlern und Schmiede- insbesondere bei niedrigen S örnungsgeschwindig-welding, removal of casting defects and forging - especially at low drilling speeds

stückdefekten, Oberflächenumschmelzen und an- io keiten dazu, daß die Düse des Plasmatrons, in derpiece defects, surface remelting and an- io to the fact that the nozzle of the plasmatron, in the

deren ähnlichen Bearbeitungsverfahren, bei denen die Bildung und die Stabilisierung der Säule destheir similar machining processes, in which the formation and stabilization of the column of the

kein Metall entfernt wird, zur Anwendung ge- Plasmalichtbogens sich vollzieht, beschädigt oderno metal is removed, no plasma arc is applied, damaged or used

langen. ganz zerstört wird. Andererseits ist beispielsweiselong. is completely destroyed. On the other hand, for example

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-It is a method for processing metals argon, a gas with low thermal conductivity at the temperatures of light using gas mixtures for the plasma arc, so that a deformation known (Schapiro, J. S., Automaten- ringerte Effectiveness of the plasma processing of the welding, No. 3, 1960). Metal results when the argon content in the gas

Dieses bekannte Verfahren wird jedoch nur zur gemisch nicht beachtet wird.However, this known method is only ignored for the mixture.

Plasmabearbeitung von Metallen mit geringer Dicke Insbesondere bei Schweißvorgängen, bei denenPlasma processing of metals with small thicknesses, especially for welding processes in which

und niedriger Wärmeleitfähigkeit verwendet und 20 kein Metall entfernt wird, läßt somit das bekannteand low thermal conductivity is used and no metal is removed, thus leaving the known

außerdem ist dieses Verfahren wenig produktiv, da Verfahren die Entstehung einer einwandfreienIn addition, this process is not very productive, since the creation of a flawless process

zum Bearbeiten von Metallen mit großer Dicke und Schweißnaht ohne Beschädigung der Düse desfor processing metals with great thickness and weld seam without damaging the nozzle of the

bedeutender Wärmeleitfähigkeit es erforderlich ist, Plasmatrons nicht zu.significant thermal conductivity it is required not to plasmatrons.

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.The current strength of the plasma arc, the total It is from the German interpretation I 157 321 Expenditure of gas mixture for plasma formation and 15 a method for plasma deposition welding the consumption of the mixture component of the gas supply of the material to be welded »in the form With increased thermal conductivity, a powder can be mixed directly into the zone of increased light and the channel cross-section of the jet formation arc known between the non-melting to reduce the nozzle of the plasmatron. When you know electrodes and parts or not melt> ien Elekl'n This cannot be done in the process, as the pressure trodes and the nozzle persists. To be welded on of the arc on the molten metal bath. Powder itself does not allow the formation of an enlargement and thereby metal is splashed and the support weld seam, and also the protection of the seam against the effect of the surrounding atmosphere is no longer due to interaction with the surrounding atmosphere the means can be prevented. The consequence here- in this procedure is not ensured because a One of the reasons is that a well-formed seam does not have the function of a powder to be welded on can be. Therefore, even with plasma machining welding flux, it cannot be satisfied.

ten nach dem bekannten Verfahren weder der ge- Ferner ist aus der USA.-Patentschrift 3 307 013ten according to the known method, neither is the US Pat. No. 3,307,013

samte noch der spezifische Wärmeeinbruch in das zu ein Lichtbogenbrenner bekannt, der für die Begren-the specific heat penetration into that of an arc torch, which is responsible for limiting

bearbeitende Metall an der Berührungsstelle dieses zung der Breite der Schweißnaht im oberen Teil dermachining metal at the point of contact of this tongue the width of the weld in the upper part of the

Metalls mit dem Plasmalichtbogen wesentlich erhöht 40 Plasmaschweißung wassergekühlte Blöcke aufweist,Metal significantly increased with the plasma arc 40 plasma welding has water-cooled blocks,

werden. die gegenüber dem zu schweißenden Teil mittels iso-will. the opposite to the part to be welded by means of iso-

Es ist in der deutschen Auslegeschrift I 066 676 lierender Abdeckungen aus Keramik strom- undIt is in the German Auslegeschrift I 066 676 lating ceramic covers current and

ferner ein Verfahren zum Erhitzen, Schmelzen, wärmeisoliert sind. Ein Schutz der Schweißnaht vorfurthermore a method for heating, melting, thermally insulated. A protection of the weld seam before

Schweißen. Schneiden u. dgl. eines den elektrischen der Umgebungsatmosphäre ist damit jedoch nichtWelding. However, cutting and the like is not electrical to the surrounding atmosphere

Strom leitenden Werkstückes unter Anwendung einer 45 sichergestellt.Electrically conductive workpiece ensured using a 45.

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.Arc discharge between a non-consumable The present invention is directed to the object Electrode and the workpiece described, reasons to develop a method which for whereby the arc discharge in a between elec- Plasmabea.-processing of metals with great thickness trod; and workpiece arranged nozzle constricted and suitable regardless of their thermal conductivity. and is focused. When penetrated through the nozzle 50 and high productivity of the machining flow end Medium becomes a gas. like argon, helium, process guaranteed.

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 Nitrogen. Hydrogen or carbon dioxide or gas is used to solve this problem by mixing these gases. For gas mixtures of the type specified at the outset, the components argon on the one hand and hydrogen according to the invention. is characterized in that for the plasma nitrogen or helium, on the other hand, a diagram 55 formation of a gas mixture of hydrogen and argon is given, which the arc voltage in a ratio of 1:20 to 1:10 or from helium and speed of the composition of the Nozzle gas * argon in a ratio of 2: 1 to 6: 1 or a nitrogen mixture. The preferred range is gas and argon in a ratio of 1: 2 to 3: 1, mixed with 20 to 45% hydrogen or 80 to, and the processing of the metal parts under 100% nitrogen, the remainder being argon, is suggested. The 60 welding powder layer takes place, optimal composition of the plasma-forming The field of application of the plasma processing of gas mixture is essentially determined by two fact metals can be determined when using the invention gate Welding flux does not become a weld metal, which is splashed in order to produce a good cut and no interaction between points is required; on the other hand, a comparison of the same and the surrounding medium should be achieved regardless of the increase in the heat content of the plasma jet given the composition of the gas mixture to form the plasma *, its formation and its consumption, on the strength of the current

Claims

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of the plasma arc and the dimensions of the

Molten metal bath consists. crust covered seam.

In addition, one of the gas mixture must absolutely. ,

constituents of a gas, either hydrogen Example 1

or helium or nitrogen. This makes 5 plasma welding of stainless

an effective one, distinguished by the plasma arc - chromium-nickel steels

Called heat penetration into the workpiece to be machined. There are weldments with a wall thickness of 20 mm

Metal creates. The heat penetration grows with the butt-welded. This is done in one go

only if welding flux is present, a two-sided weld seam without a previous one is possible

borrowed increase in the cost of these gases, the io seam processing drawn,

other gas mixture constituent consists of argon, as it is exactly as in the one already considered

inert gas. As a result, the electrodes are welded in the first example. The gas mixture for

Plasmatrons protected from destruction. The supply of plasma formation contains hydrogen and argon in

These gases are said to have a volume ratio of 1:15 when increasing the amperage. The plasma light

Plasma arc and the consumption of either 15 arcs has a current strength of 400 Lis 500 A.

Hydrogen or helium or nitrogen grow. Oxygen-free welding powder is used,

This happens ^; is only possible if welding flux has been used, which is usually the case with submerged arc welding

hand is. stainless steels with consumable electrodes

Therefore, only the totality of all that is used ensures

present invention characterizing features ao.

a possible increase in the total and specific- Example 5

see heat breakdown in the metal being processed, plasma welding of copper

without poorer seam formation and destruction of the weldments with a wall thickness of 15 mm

To have plasmatron electrodes result. butt welded. This is done in one go

For a better understanding of the present 35 a double-sided weld seam without a preceding one

The following examples are given according to the invention: Seam joint processing drawn. It will be just like

. welded in the first example already considered.

Example 1 _The gas mixture for plasma formation contains nitrogen

Plasma welding of alloys and argon in a volume ratio of 2: 1. It

on a copper _{basis 3O} is welded at a current strength of 800 to 900 A.

Welding pieces made from alloys are also used

Copper base with 40 mm wall thickness butt-welded. SA automatic welding of copper with consumable

A one-sided barer electrode is used in one pass.

Weld seam without previous seam joint machining. The method according to the invention can also be used for

tang pulled. The metal surface along the joint 35 plasma processing of rotating bodies with small

will be used with a 30 to 40 mm thick and 100 to diameter. With his help you can

120 mm wide welding flux layer covered. There is also machining before or after

Welding powder is used, which is avoided or kept to a minimum with SAW welding

Mat welding of copper alloys with consumption can be reduced. Furthermore, with the

bar electrode is used. Welding piece and 40 processes chemical-metallurgical processes in

Plasmatron electrode will be regulated to the power supply weld metal,
power source connected. In the beam shaping

Piasmatron nozzle, gas mixture is passed, the helium claim:
and argon in a volume ratio of 5: 1. The plasma arc between the plasmatron electrode and the welding piece is ignited. The means of plasma arc, in which the to be machined-Amperage; is a metal part which represents and increases an electrode until a value is reached which is between 1200 and 1500 A and which contains a gas mixture of an inert gas, in particular in each case, depending on the welding force, argon, together with hydrogen or with Piece dimensions is determined. The Plasmatron 50 helium or with nitrogen for plasma formation is used after the formation of the weld pool along the welded joint at a speed that pushes a gas mixture for the plasma formation, which, depending on the workpiece dimensions, consists of hydrogen and argon The ratio depends on 1:20 and is between 3 and 6 m / h. up to 1:10 or from helium and argon in combination

The welding powder used here is in a ratio of 2: 1 to 6: 1 or made of nitrogen and

weder auf die Schweißstückoberfläche aufgeschüttet Argon im Verhältnis 1:2 bis 3:1 verwendetArgon in a ratio of 1: 2 to 3: 1 is not used either when heaped on the workpiece surface

oder dauernd vor dem Plasmatron entsprechend des- wird und die Bearbeitung der Metallteile unteror permanently in front of the plasmatron accordingly and the processing of the metal parts under

sen Weiterbewegung auf diese Oberfläche aufgegeben. einer Schweißpulverschicht erfolgt.sen further movement on this surface abandoned. a welding flux layer takes place.