Plasmabrenner für das Plasma-Schutzgas-Lichtbogenschweissen mit einer nicht abschmelzenden wassergekühlten Elektrode

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Plasmabrenner für das Plasma-Schutzgas-Lichtbogenschweißen mit einer nicht abschmelzenden wassergekülten Elektrode nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.

[0002] Bei bekannten Schweißbrennern dieser Art besteht das schwer zu lösende Problem, beim Pluspolschweißen den Pluspol an der Elektrode sicher zu führen und die entstehenden großen Wärmemengen von der Pluspolektrode und der Plasmadüse wegzuführen. Es wurden dazu bereits zahlreiche Lösungen entwickelt, bei welchen die Wärmeableitung durch eine Gas- oder Wasserkühlung des Plasmabrenners erfolgt.

[0003] In DE 42 34 267 A1 wird ein Plasmabrennerkopf für einen Plasmaschweiß- und Schneidbrenner beschrieben, der zur Kühlung eine Einrichtung zum Verteilen und Weiterleiten von strömenden fluiden Medien aufweist, wobei sich zwei Zuführkanäle radial bis in das Zentrum des Brennerhinterteils erstrecken. Eine Öffnung erstreckt sich dabei bis in eine durchgehende Zentralbohrung des Elektrodenhalters. Durch diese wird zur Kühlung das Plasmagas geleitet. Weiterhin weist diese Lösung einen Kühlkörper auf, der wahlweise mit Wasser oder Sekundärgas gekühlt werden kann.

[0004] Ein weiterer Plasmabrenner und das Verfahren zu seiner Kühlung beschreibt DE 42 05 420 A1. Dabei weist die Elekrode eine Axialkammer auf, in der sich ein Kühlrohr befindet, welches tropfenweise Wasser ausscheidet, das im geschlossenen Ende der Elektrode während des Betriebes in Dampf umgewandelt wird. Durch zwei Kühldurchlässe wird weiterhin komprimiertes Gas zur Kühlung der Elektrode sowie des Brennergehäuses und der Düse eingesetzt. Ebenfalls eine wassergekühlte Elektrode wird in DE 2927996 A1 dargestellt. Dabei weist die Elektrode ein wassergekühltes Gehäuse und einen wassergekühlten Innenraum auf, die jeweils einen separaten Wasseranschluß haben. Die pluspolgeschaltete Elektrode soll durch die Wasserkühlung eine hohe Betriebsdauer auch bei Strömen über 500 A gewährleisten.

[0005] Nachteil aller beschriebenen Lösungen ist der relativ komplizierte konstruktive Aufbau. Es werden derzeitig jeweils separate Zuleitungen für das Kühlen der Elektrode und sowie der Düse eingesetzt.

[0006] Das Plasmaschweißen von Aluminium wird durch dichte, hochschmelzende, fest haftende Oxidschichten an der Werkstückoberfläche erschwehrt (Plasmaschweißen von Aluminium mit Elektrode am Pluspol; DVS Mitteilung 64/1981, Knoch, R.; Welz, W.)

[0007] Dazu durchgeführte Untersuchungen ergaben, daß bereits bei Schweißspannungen bis 40V durch die hohen thermischen Beanspruchungen ein großer Verschleiß zu verzeichnen ist. Die Kühlung eines Plasmabrenners mit nur einem Kühlkreislauf an die Elektrode und an die Plasmadüse wird in US-A-3 569 661 beschrieben. Dabei wird ein Kühlrohr, welches die Elektrode umgiebt und an seinem, von der Elektrodenspitze entfernten Ende mit einem Ringraum in Verbindung steht, der über einen radialen Durchbruch mit dem Kühlmittelzulauf verbunden ist. Im Düsenunterteil ist eine Kühlkammer angeordnet und das Kühlmittel wird von der Elektrode über eine Vorlaufbohrung zur Kühlkammer geführt, von welcher aus es über einen Kühlmittelrücklauf zur Rücklaufbohrung gelangt. Das Kühlmittel wird auch hier nich bis direkt an die Elektrodenspitze geführt, wodurch lediglich Schweißsströme in Höhe von 200A möglich sind.

[0008] Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens, insbesondere beim Schweißen von Aluminium, kann jedoch bei Schweißströmen die in der Größenordnung von 500A liegen, wesentlich erhöht werden. Die bekannten Plasmabrenner, die mit einer Elektrode am Pluspol arbeiten, sind jedoch aufgrund der ungenügenden Kühlung nicht geeignet, den hohen thermischen Beanspruchungen standzuhalten.

[0009] Aufgabe der Erfindung ist es, einen Plasmabrenner für das Plasma-Schutzgas-Lichtbogenschweißen mit einer nicht abschmelzenden wassergekülten Elektrode zu entwickeln, der einen einfachen konstruktiven Aufbau aufweist und bei einer hohen thermischen Belastung durch den Pluspol an der Elektrode und gleichmäßig hohen Stromstärken im Bereich von 500A die dabei entstehenden Wärmemengen schnellstmöglichst und sicher von der Elektrode und der Plasmadüse abzuführen.

[0010] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruches und den weiteren Merkmalen in den Unteransprüchen gelöst. Dazu wird das Kühlmittel mit nur einem Kühlkreislauf sowohl bis an die Elektrodenspitze der Elektrode als auch in den Bereich der Plasmadüse geleitet, der hohen Temperaturen ausgesetzt ist.

[0011] Der Plasmabrenner für das Plasma-Schutzgas-Lichtbogenschweißen weist eine nicht abschmelzende wassergekühlte Elektrode auf, die sich im Zentrum des Plasmabrenners befindet. Die Düse ist in ein Düsenoberteil und ein Düsenunterteil untergliedert, zwischen welchen zur elektrischen Trennung ein Isolierzwischenstück angeordnet ist. Am Düsenunterteil ist eine Schutzgasdüse mit einem Hochfrequenzanschluß vorzugsweise axial verschiebbar befestigt. Am Düsenoberteil sind die Anschlüsse für den Schweißstrom, die Plasmagaszuleitung, die Schutzgaszuleitung sowie für den Kühlmittelzulauf und den Kühlmittelrücklauf der Kühlflüssigkeit angeordnet. Die Kühlflüssigkeit wird durch eine radiale Bohrung vom Kühlmittelzulauf zu einem Hohlraum in der Elektrode geführt, in den ein Kühlrohr mündet. Durch das Kühlrohr strömt das Kühlmittel an der Elektrodenspitze vorbei, kühlt diese ab und gelangt durch den ringförmigen Kühlkanal, der zwischen Außendurchmesser des Kühlrohres und Innendurchmesser der Elektrode gebildet wird, in einen Hohlraum, durch den das Kühlrohr reicht. Von diesem Hohlraum aus wird der Kühlmittelstrom über eine Vorlaufbohrung in dem Bereich des Düsenunterteils geführt, in welchem die höchste Temperaturbeanspruchung auftritt. Im Düsenunterteil strömt das Kühlmittel durch eine ringförmige Kühlkammer und von dieser aus über eine Rücklaufbohrung zum Kühlmittelrücklauf im Düsenoberteil.

[0012] Zur Trennung von Vor- und Rücklauf ist in der Kühlkammer zwischen Vorlaufbohrung und Rücklaufbohrung eine Stauscheibe angeordnet. Vorteilhafter Weise ist die Elektrode zweiteilig ausgebildet und besteht aus einem Elektrodenoberteil und einem daran lösbar befestigtem Elektrodenunterteil. Dabei weist das zylindrische Elektrodenoberteil einen Hohlraum auf, von dessen Grund aus eine zentrische Bohrung in das Elektrodenoberteil hineinreicht. In dieser Bohrung wird das Kühlrohr mit einem Ende befestigt. Gleichzeitig führt von dieser zentrischen Bohrung nach außen eine radiale Bohrung für den Zulauf des Kühlmittels. Im Hohlraum wird das Elektrodenunterteil derartig befestigt, daß ein Bereich des Hohlraumes frei bleibt, von welchem die Vorlaufbohrung zur Kühlkammer im Düsenunterteil mündet.

[0013] Die Vorlaufbohrung ist in einen radialen Bereich und einen axialen Bereich unterteilt. Der axiale Bereich führt vom Hohlraum aus durch das Düsenoberteil, das Isolierzwischenstück und das Düsenunterteil in dessen Kühlkammer. Vom Hohlraum im Elektrodenoberteil aus führt der radiale Bereich über einen Durchbruch zu einer Kammer, die durch die äußere Oberfläche des Elektrodenoberteils und durch eine Aussparung im Düsenoberteil gebildet wird bis zum axialen Bereich.

[0014] Das Unterteil der Elektrode wird im Plasmagasraum durch einen Gasverteiler- und Zentrierring aus elektrisch leitendem oder isolierendem Werkstoff im Düsenunterteil zentriert. Besteht der Gasverteiler- und Zentrierring aus elektrisch leitfähigem Werkstoff ist zusätzlich eine Isolierhülse im Düsenunterteil anzuordnen. Die Einschnürungsdüse für den Plasmalichtbogen wird vorzugsweise Separat ausgebildet und im Düsenunterteil lösbar oder unlösbar befestigt. Zur Stabilisierung des Plasmalichtbogens werden kreisförmig um die zentrale Plasmalochbohrung der Einschnürungsdüse herum zusätzliche Bohrungen angeordnet. Diese können auf gleichen oder unterschiedlichen Teilkreisen liegen. Die Anzahl der Bohrungen kann nach Bedarf variiert werden.

[0015] Die Schutzgasdüse liegt an ihrem zum Düsenoberteil weisenden Ende mit dem Innendurchmesser am Außendurchmesser des Düsenunterteils an. Anschließend wird eine Verteilungskammer zwischen Außenfläche des Düsenunterteils und Innenfläche der Schutzgasdüse gebildet, in welche das Schutzgas von seinem Anschluß im Düsenoberteil über entsprechende Bohrungen strömt. Die Schutzgasdüse weist vorzugsweise ringförmig angeordnete Austrittsbohrungen für das Verteilen und Ausströmen des Schutzgases auf, die insbesondere auf einem gemeinsamen Teilkreis liegen und deren Anzahl variiert werden kann.

[0016] Vorteilhafter Weise besteht die Eektrodenspitze aus hochreinem Elektrolytkupfer. In der Elektrodenspitze kann auch ein Einsatz aus Wolfram zentrisch angeordnet sein.

[0017] Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

[0018] Es zeigen:

Fig. 1:

Draufsicht des Plasmabrenners 1

Fig. 2:

Schnittdarstellung entlang der Linie B-B gem. Fig. 1

Fig. 3:

Schnittdarstellung entlang der Linie C-C gem. Fig. 1

Fig. 4:

Längsschnitt der Elektrode

Fig. 5:

Darstellung des Gasverteiler- und Zentrierringes

Fig. 6:

Längsschnitt der Einschnürungsdüse

Fig. 7:

Draufsicht des Düsenunterteils

Fig. 8:

Längsschnitt des Düsenunterteils

Fig. 9:

Draufsicht auf das Isolierzwischenstück

Fig. 10:

Längsschnitt durch das Isolierzwischenstück entlang der Linie A-A gem. Fig. 9

Fig.11:

Längsschnitt durch das Isolierzwischenstück entlang der Linie B-B gem. Fig. 9

Fig. 12:

Längsschnitt der Schutzgasdüse

[0019] Der erfindungsgemäße Plasmabrenner für das Plasma-Schutzgas-Lichtbogen-Schweißen weist gem. Fig. 1 einen Stromanschluß 1, einen Anschluß für die Plasmagaszuleitung 2, einen Anschluß für die Schutzgaszuleitung 3 sowie einen Anschluß für den Kühlmittelzulauf 4 und den Kühlmittelrücklauf 5 auf. Weiterhin ist ein Hochfrequenzanschluß 6 vorgesehen. Ein Längsschnitt entlang der Linie B-B wird in Fig. 2 gezeigt. Die Düse ist dabei in ein Düsenoberteil 7 und ein Düsenunterteil 8 untergliedert, zwischen welchen zur elektrischen Trennung ein Isolierzwischenstück 9 angeordnet ist. Am Düsenunterteil 8 ist eine Schutzgasdüse 10 mit dem Hochfrequenzanschluß 6 vorzugsweise axial verschiebbar befestigt. Im Zentrum ist die nicht abschmelzende wassergekühlte Elektrode angeordnet, die aus einem Elektrodenoberteil 12 und einem Elektrodenunterteil 13 besteht. Das Elektrodenoberteil 12 und das Elektrodenunterteil 13 sind lösbar miteinander verbunden. Dadurch kann das Elektrodenunterteil 13 bei Verschleiß leicht ausgewechselt werden. Im Elektrodenoberteil 12 ist ein Kühlrohr 14 befestigt, welches in den Hohlraum des Elektrodenunterteils 13 annähernd bis zur Elektrodenspitze 15 reicht. In der Elektrodenspitze 15 befindet sich ein Einsatz 16 aus Wolfram. Die Kühlflüssigkeit wird vom Kühlmittelzulauf 4 durch einen radialen Durchlaß 17, der in einen Ringraum 18 mündet, und einen an den Ringraum 18 angrenzenden radialen Durchlaß 19 im Elektrodenoberteil 12 zu einer darin angeordneten zentrischen axialen Bohrung 20 geführt. In der Bohrung 20 ist das Kühlrohr 14 befestigt. Durch das Kühlrohr 14 gelangt die Kühlflüssigkeit bis zur Elektrodenspitze 15, kühlt diese ab und strömt im Kühlkanal 21 zwischen Kühlrohr 14 und Innenraum des Elektrodenunterteils 13 zu einem Hohlraum 22 im Elektrodenoberteil 12 und durch einen Durchbruch 23 aus dem Elektrodenoberteil 12 hinaus. An den Durchbruch 23 schließt sich der Kühlmittelvorlauf zu einer ringförmigen Kühlkammer 24 im Düsenunterteil 8 an. Der Kühlmittelvorlauf besteht dabei aus einer radialen Bohrung 25 , die sich in Richtung zum Durchbruch 22 in einen Ringraum 26 erweitert und einer axialen Vorlaufbohrung V, die von der radialen Bohrung 25 im Düsenoberteil 7 durch das Isolierzwischenstück 9 und Düsenunterteil 8 in die darin befindliche Kühlkammer 24 führt. Im Düsenunterteil 8 strömt das Kühlmittel durch die ringförmige Kühlkammer 24 und von dieser aus über eine Rücklaufbohrung R zum Kühlmittelrücklauf 5 im Düsenoberteil 7. Zur Trennung von Vor- und Rücklauf ist in der Kühlkammer 24 zwischen Vorlaufbohrung V und Rücklaufbohrung R eine Stauscheibe S angeordnet. (s. Fig. 7) Das Elektrodenunterteil 13 wird im Plasmagasraum P durch einen Gasverteiler- und Zentrierring 27 aus elektrisch leitendem oder isolierendem Werkstoff im Düsenunterteil zentriert. Besteht der Gasverteiler- und Zentrierring 27 aus elektrisch leitfähigem Werkstoff ist zusätzlich eine Isolierhülse 28 im Düsenunterteil 8 anzuordnen. Die Einschnürungsdüse 29 für den Plasmalichtbogen wird vorzugsweise wie dargestellt separat ausgebildet und im Düsenunterteil 8 lösbar oder unlösbar befestigt. Zur Stabilisierung des Plasmalichtbogens werden kreisförmig um die zentrale Plasmalochbohrung 30 der Einschnürungsdüse 29 herum zusätzliche Bohrungen 31 angeordnet (s. auch Fig. 6). Diese können auf gleichen oder unterschiedlichen Teilkreisen liegen. Die Anzahl der Bohrungen 31 kann nach Bedarf variiert werden.

[0020] Die Schutzgasdüse 10 liegt an ihrem zum Düsenoberteil 7 weisenden Ende mit dem Innendurchmesser am Außendurchmesser des Düsenunterteils 8 an. Anschließend wird eine Verteilungskammer 32 zwischen Außenfläche des Düsenunterteils 8 und Innenfläche der Schutzgasdüse 10 gebildet, in welche das Schutzgas von seinem Anschluß 3 im Düsenoberteil 7 über entsprechende Bohrungen strömt.

[0021] Die Schutzgasdüse 10 weist vorzugsweise ringförmig angeordnete Austrittsbohrungen 33 für das Verteilen und Ausströmen des Schutzgases auf, die insbesondere auf einem gemeinsamen Teilkreis liegen und deren Anzahl variiert werden kann. Das Isolierzwischenstück 9 ist über eine nicht dargestellte Schraubverbindung mit den Düsenoberteil 7 verbunden. Am Isolierzwischenstück 9 ist das Düsenunterteil 8 mittels einer Überwurfmutter 34 befestigt. Das Elektrodenoberteil 12 ist lösbar mit dem Elektrodenhalter 35 verbunden, an welchem sich auch der Stromanschluß 1 befindet. Der Plasmabrenner weist weiterhin eine Befestigungsschelle 36 zum Befestigen an einem Geräteträger auf, die durch eine Isolierhülse 37 elektrisch vom Düsenoberteil 7 getrennt ist.

[0022] In Fig. 3 ist der Schnitt C-C gem. Fig. 1 dargestellt. Vom Plasmagasanschluß 2 führt eine axiale Bohrung L2 zum Plasmagasraum P zwischen Isolierhülse 28 und Kühlrohr 13 und zum Kühlmittelrücklauf 5 führt die Rücklaufbohrung R.

[0023] Das Düsenunterteil ist mit der Überwurfmutter 34 am Isolierzwischenstück 9 befestigt.

[0024] Das Elektrodenunterteil 13 wird gem. Fig. 4 durch eine radial angeordnete Klemmschraube 38 lösbar im Elektrodenoberteil angeordnet.

[0025] Fig. 5 zeigt den Gasverteiler- und Zentrierring 27, der das Elektrodenunterteil 13 zentriert. Gleichzeitig wird durch die Bohrungen 27a eine Verteilung des Plasmagases erzielt.

[0026] Die Einschnürungsdüse 29 (Fig. 6) ist separat ausgebildet und weist zusätzlich zur Plasmalochbohrungen weitere ringförmig dazu angeordnete Bohrungen 31 auf. Es werden dabei vorzugsweise 3 bis 6 Bohrungen 31 vorgesehen. Die Einschnürdüse dient zur Einschnürung des Pluspol-Lichtbogens. Durch die besondere Konstruktion kann dem Lichtbogen eine spezifische Form gegeben werden. Somit wird erreicht, daß zwischen Lichtbogen und Plasmadüse 29 das austretende Plasmagas auf die Plasmadüse 29 eine Temperaturreduzierung bewirkt. Dadurch wird die Standzeit der Düse erhöht. Die ringförmig angeordneten Bohrungen 31 dienen der zusätzlichen Stütze des Plasmalichtbogens.

[0027] Die Draufsicht des Düsenunterteils zeigt Fig. 7. Das im wesentlichen zylindrische Teil weist die Vorlaufbohrung V, die Rücklaufbohrung R sowie die Bohrung L3 für das Zuführen des Schutzgases auf. Die Bohrungen V und R sind durch eine Stauscheibe S voneinander getrennt. Der Längsschnitt des Düsenunterteils 8 entlang der Linie A-A gem. Fig. 7 ist in Fig. 8 dargestellt. Die Kühlkammer 24 wird durch einen Ring 11 verschlossen, der vorzugsweise durch Hartlöten befestigt wird.

[0028] Das Isolierzwischenstück 9 wird nochmals in Fig. 9, 10 und 11 gezeigt. Es weist Durchgangsbohrungen V, R, L1 und L2 auf. Die Schutzgasdüse 10 zeigt Fig. 12. Am oberen Ende weist diese eine Bohrung 39 auf. Durch diese Bohrung 39 kann die Schutzgasdüse mit einer Klemmschraube am Düsenunterteil 8 axial verschiebbar befestigt werden. An der Gewindebohrung 40 wird der Hochfrequenzanschluß 6 angebracht. Um einen gleichmäßigen Austritt des Schutzgases zu gewährleisten, sind ringförmig Austrittsbohrungen 33 eingebracht. Durch diese Bohrungen 33 kann sich um den Plasmalichtbogen ein ringförmiger Schutzgasschleier bilden. der den gesamten Schweißvorgang vor der übrigen Atmosphäre schützt. Die Verstellbarkeit der Schutzgasdüse 10 erhöht zusätzlich den Gasschutzeffekt.

[0029] Die Art des Kühlsystems mit nur einem Kühlkreislauf und der weit nach unten gezogenen Kühlkanal in der Elektrode sowie die Kühlkammer im Bereich der Plasmadüse gewährleisten eine sichere Wärmeabfuhr der anfallenden hohen Wärmemengen. Damit kann die Standzeit der Einschnürungsdüse 29 und des Elektrodenunterteils 13 wesentlich erhöht werden.

[0030] Die Lichtbogenentzündung wird durch eine Hochfrequenzüberlagerung (im Bereich von 5kHz) ermöglicht. Die Zündung des Lichtbogens erfolgt zwischen der Elektrodenspitze 15 und der Einschnürungsdüse 29 (Plasmadüse). An dieser Stelle befindet sich der kürzeste Abstand zwischen diesen beiden Bauteilen. Die Anschlüsse der Hochfrequenzspannung befinden sich am Stromanschluß 1 der Pluspolelektrode (Hochfrequenzpluspol) und an der Schutzgasdüse 10 (Hochfrequenzmasse). Der dadurch entzündete Zündfunke wird durch das vorher eingeschaltete Plasmaschutzgas ausgeblasen. Somit kann die Schweißspannung berührungslos zünden.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

[0031] 

1

Stromanschluß

2

Plasmagaszuleitung

3

Schutzgaszuleitung

4

Kühlmittelzulauf

5

Kühlmittelrücklauf

6

Hochfrequenzanschluß

7

Düsenoberteil

8

Düsenunterteil

9

Isolierzwischenstück

10

Schutzgasdüse

11

Ring

12

Elektrodenoberteil

13

Elektrodenunterteil

14

Kühlrohr

15

Elektrodenspitze

16

Einsatz

17

radialer Durchlaß

18

Ringraum

19

radialer Durchlaß

20

Bohrung

21

Kühlkanal

22

Hohlraum

23

Durchbruch

24

Kühlkammer

25

Bohrung

26

Ringraum

27

Gasverteiler- und Zentrierring

28

Isolierhülse

29

Einschnürungsdüse

30

Plasmalochbohrung

31

Bohrungen

32

Verteilungskammer

33

Austrittsbohrungen

34

Überwurfmutter

35

Elektrodenhalter

36

Befestigungsschelle 36

37

Isolierhülse

38

Schraube

39

Bohrung

40

Gewindebohrung

P

Plasmagasraum

R

Rücklaufbohrung

S

Stauscheibe

V

Vorlaufbohrung

Ansprüche

1. Plasmabrenner für das Plasma-Schutzgas-Lichtbogen-Schweißen mit einer nicht abschmelzenden, wassergekühlten, aus einem Oberteil (12) und einem Unterteil (13) bestehenden Elektrode, die sich im Zentrum des Plasmabrenners befindet, wobei der Plasmabrenner aus einem Düsenoberteil (7) und einem Düsenunterteil (8) besteht, zwischen welchen zur elektrischen Trennung ein Isolierzwischenstück (9) angeordnet ist, sowie mit einer am Düsenunterteil (8) vorgesehenen ringförmigen Schutzgasdüse (10), einem Stromanschluss (1) für den Schweißstrom, einer Plasmagaszuleitung (2), einer Schutzgaszuleitung (3) sowie mit einem Kühlmittelzulauf (4) und einem Kühlmittelrücklauf (5), wobei zur Kühlung der Elektrode ein Kühlrohr (14) vorgesehen ist, das an seinem von der Elektrodenspitze (15) entfernten Ende mit einem Ringraum (18) in Verbindung steht, der über einen radialen Durchbruch (17) mit dem Kühlmittelzulauf (4) verbunden ist, und dass eine Vorlaufbohrung (V) in einem Kühlmittelkreislauf mit einer ringförmigen Kühlkammer (24) im Bereich des Düsenunterteils (8), verbunden ist und von der Kühlkammer (24) zum Kühlmittelrücklauf (5) eine Rücklaufbohrung (R) führt, dadurch gekennzeichnet,

- dass das Unterteil (13) der Elektrode als einseitig geschlossener, rotationssymmetrischer Hohlkörper ausgebildet ist, dessen geschlossenes Ende die Elektrodenspitze (15) bildet, wobei im Zentrum des Unterteils (13) der Elektrode das Kühlrohr (14) angeordnet ist, welches nicht bis an die Elektrodenspitze (15) heranreicht und dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Unterteils (13) der Elektrode, so dass ein ringförmiger Kühlkanal (21) gebildet wird,

- das Elektrodenoberteil (12) einen Hohlraum (22) aufweist, durch welchen das Kühlrohr (14) hindurchreicht und in den der Kühlkanal (21) mündet, wobei die Vorlaufbohrung (V) mit dem Hohlraum (22) in Verbindung steht und

- dass in der Kühlkammer (24) zwischen Vorlaufbohrung (V) und Rücklaufbohrung (R) eine Stauscheibe (S) zur Trennung von Vor- und Rücklauf angeordnet ist.

2. Plasmabrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenunterteil (13) an dem Elektrodenoberteil (12) lösbar befestigt ist.

3. Plasmabrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vom Grund des Hohlraumes (22) aus eine zentrische Bohrung (20) in das Elektrodenoberteil (12) hineinreicht, in welcher das Kühlrohr (14) mit einem Ende befestigt wird, daß von der zentrischen Bohrung (20) nach außen eine radiale Bohrung (17) für den Zulauf des Kühlmittels vorgesehen ist, daß in dem Hohlraum (22) das Elektrodenunterteil (13) derartig befestigt ist, daß ein Bereich des Hohlraumes (22) frei bleibt und daß vom Hohlraum (22) aus eine radiale Bohrung (23) die Verbindung zur Vorlaufbohrung (V) herstellt.

4. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenunterteil im Plasmagasraum (P) durch einen Gasverteiler- und Zentrierring (27) aus elektrisch leitendem oder isolierendem Werkstoff im Düsenunterteil (8) zentriert ist.

5. Plasmabrenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung eines Gasverteiler- und Zentrierringes (27) aus elektrisch leitfähigem Werkstoff eine Isolierhülse (28) im Düsenunterteil (8) angeordnet ist.

6. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einschnürungsdüse (29) für den Plasmalichtbogen separat ausgebildet und im Düsenunterteil (8) lösbar oder unlösbar befestigt ist.

7. Plasmabrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stabilisierung des Plasmalichtbogens auf gleichen oder unterschiedlichen Teilkreisen um die zentrale Plasmalochbohrung (30) der Einschnürungsdüse (29) herum zusätzliche Bohrungen (31) angeordnet sind.

8. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzgasdüse (10) an ihrem zum Düsenoberteil (7) weisenden Ende mit dem Innendurchmesser am Außendurchmesser des Düsenunterteils (8) anliegt, daß anschließend eine spaltartige Verteilungskammer (32) zwischen Düsenunterteil (8) und Schutzgasdüse (10) gebildet wird, in welche das Schutzgas von seinem Anschluss (3) im Düsenoberteil (7) über entsprechende Bohrungen (L3) strömt und daß die Schutzgasdüse (10) ringförmig angeordnete Austrittsbohrungen (33) für das Verteilen und Ausströmen des Schutzgases aufweist, die auf einem gemeinsamen Teilkreis liegen und deren Anzahl variiert werden kann.

9. Plasmabrenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzgasdüse (10) axial verschiebbar am Düsenunterteil (8) angeordnet ist.

10. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an der Schutzgasdüse (10) ein Hochfrequenzanschluss (6) befestigt ist.

11. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenspitze (15) aus hochreinem Elektrolytkupfer gefertigt ist.

12. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Elektrodenspitze (15) ein Einsatz (16) aus Wolfram zentrisch angeordnet ist.

Claims

1. A plasma torch for plasma shielded arc welding with a non-melting, water-cooled electrode which consists of an upper part (12) and a lower part (13) and is situated in the center of the plasma torch, with the plasma torch consisting of an upper part (7) and a lower part (8) of the nozzle, between which an insulating intermediate part (9) is arranged for electric separation, and with an annular inert gas nozzle (10) provided on the lower part (8) of the nozzle, a current connection (1) for the welding current, a plasma feed line (2), an inert gas feed line (3) and a coolant supply (4) and a coolant recirculation (5), with a cooling tube (14) being provided for cooling the electrode, which cooling tube is in connection with an annular cavity (18) with its end which is remote from the electrode tip (15), which annular cavity is connected with the coolant supply (4) via a radial breakthrough (17), and an inflow bore (V) in a coolant circulation is connected with an annular cooling chamber (24) in the region of the lower part (8) of the nozzle and a recirculation bore (R) leads from the cooling chamber (24) to the coolant recirculation (5), characterized in that the lower part (13) of the electrode is arranged as a rotational-symmetrical hollow body which is closed off on one side and whose closed end forms the electrode tip (15), with the cooling tube (14) being arranged in the center of the lower part (13) of the electrode, which cooling tube does not reach up to the electrode tip (15) and whose outside diameter is smaller than the inside diameter of the lower part (13) of the electrode, so that an annular cooling channel (21) is formed, and that the upper part (12) of the electrode comprises a cavity (22) through which the cooling tube (14) reaches and into which the cooling channel (21) opens, with the inflow bore M being in connection with the cavity (22), and that in the cooling chamber (24) a baffle plate (S) is arranged between the inflow bore M and the recirculation bore (R) for separating the inflow and recirculation flow.

2. A plasma torch as claimed in claim 1, characterized in that the lower part (13) of the electrode is detachably fastened to the upper part of the electrode (12).

3. A plasma torch as claimed in claim 1 or 2, characterized in that from the base of the cavity (22) a centric bore (20) reaches into the upper part (12) of the electrode, in which the cooling tube (14) is fastened with one end, that from the centric bore (20) a radial bore (17) is provided to the outside for the inflow of the coolant, that in the cavity (22) the lower part (13) of the electrode is fastened in such a way that one region of the hollow chamber (22) remains free and that from the cavity (22) a radial bore (23) produces the connection to the inflow bore (V).

4. A plasma torch as claimed in one of the claims 1 to 3, characterized in that the lower part of the electrode in the plasma gas chamber (P) is centered by a gas distribution and centering ring (27) made of electrically conductive or insulating material in the lower part (8) of the nozzle.

5. A plasma torch as claimed in claim 4, characterized in that an insulating sleeve (28) is arranged in the lower part (8) of the nozzle when applying a gas distribution and centering ring (27) made of an electrically conductive material.

6. A plasma torch as claimed in one of the claims 1 to 5, characterized in that a constriction nozzle (29) for the plasma arc is configured separately and is fastened detachably or non-detachably in the lower part (8) of the nozzle.

7. A plasma torch as claimed in claim 6, characterized in that for the purpose of stabilizing the plasma arc additional bores (31) are arranged on the same or different graduated circles about the central plasma bore (30) of the constriction nozzle (29).

8. A plasma torch as claimed in one of the claims 1 to 7, characterized in that at its end facing towards the upper part (7) of the nozzle, the inert gas nozzle (10) rests with its inside diameter on the outside diameter of the lower part (8) of the nozzle, that subsequently a gap-like distribution chamber (32) is formed between lower part (8) of the nozzle and inert gas nozzle (10), into which the inert gas flows from its connection (3) in the upper part (7) of the nozzle via respective bores (L3), and that the inert gas nozzle (10) comprises annularly arranged exit bores (33) for the distribution and the outflow of the inert gas, which bores are situated on a common graduated circle and whose number can be varied.

9. A plasma torch as claimed in claim 8, characterized in that the inert gas nozzle 10 is arranged in an axially displaceable way on the lower part (8) of the nozzle.

10. A plasma torch as claimed in one of the claims 1 to 9, characterized in that a high frequency connection (6) is connected to the inert gas nozzle (10).

11. A plasma torch as claimed in one of the claims 1 to 10, characterized in that the electrode tip (15) is made of high-purity electrolyte copper.

12. A plasma torch as claimed in one of the claims 1 to 11, characterized in that an insert (16) made of tungsten is arranged in a centric way in the electrode tip (15).

Revendications

1. Torche à plasma pour le soudage plasma à l'arc sous protection gazeuse avec une électrode non fusible refroidie par eau et constituée d'une partie supérieure (12) et d'une partie inférieure (13) située au centre de la torche à plasma, laquelle torche à plasma est constituée d'une partie supérieure de tuyère (7) et d'une partie inférieure de tuyère (8) entre lesquelles est interposé un isolant électrique intermédiaire (9) ainsi qu'avec une tuyère annulaire pour le gaz de protection (10) prévue sur la partie inférieure de tuyère (8), un raccord électrique (1) pour le courant de soudage, une conduite d'alimentation en gaz plasma (2), une conduite d'alimentation en gaz de protection (3) ainsi qu'avec une canalisation d'amenée (4) d'un fluide caloporteur et une canalisation de retour (5) du fluide caloporteur, un tuyau de refroidissement (14) de l'électrode étant prévu, ce tuyau étant relié, par son extrémité éloignée de la pointe (15) de l'électrode, à un volume annulaire (18) communiquant par un percement radial (17) avec la canalisation d'amenée (4) du fluide caloporteur, un trou d'amenée (V) ménagé dans un circuit de refroidissement étant relié, à la hauteur de la partie inférieure de la tuyère (8), à une chambre de refroidissement annulaire (24) et un trou de retour (R) menant de la chambre de refroidissement (24) à la canalisation de retour (5) du fluide caloporteur, caractérisée en ce

- que la partie inférieure (13) de l'électrode est conformée en forme de corps creux symétrique de révolution et fermé à une de ses extrémités, cette extrémité fermée formant la pointe (15) de l'électrode, le tuyau de refroidissement (14) étant disposé au centre de la partie inférieure (13) de l'électrode et ne s'étendant pas jusqu'à la pointe (15) de l'électrode, son diamètre extérieur étant inférieur au diamètre intérieur de la partie inférieure (13) de l'électrode de manière à former une canalisation annulaire de refroidissement (21),

- que la partie supérieure (12) de l'électrode comporte une cavité (22) que traverse le tuyau de refroidissement (14) et dans laquelle débouche la canalisation de refroidissement (21), le trou d'amenée (V) communiquant avec la cavité (22) et

- qu'un diaphragme (S), destiné à séparer l'amenée du retour, est disposé dans la chambre de refroidissement (24) entre le trou d'amenée (V) et le trou de retour (R).

2. Torche à plasma selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie inférieure (13) de l'électrode est solidarisée de façon amovible à la partie supérieure (12) de l'électrode.

3. Torche à plasma selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'un trou central (20), dans lequel le tuyau de refroidissement (14) est fixé par une de ses extrémités s'étend, à partir du fond de la cavité (22), jusque dans la partie supérieure (12) de l'électrode, qu'un trou radial (17) pour l'amenée du fluide caloporteur orienté depuis le trou central (20) vers l'extérieur est prévu, que la partie inférieure (13) de l'électrode est fixée dans la cavité (22) de manière à laisser libre une zone de la cavité (22) et qu'un trou radial (23) relie la cavité (22) au trou d'amenée (V).

4. Torche à plasma selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la partie inférieure de l'électrode dans l'enceinte à plasma (P) est centrée dans la partie inférieure de la tuyère (8) par un anneau de distribution de gaz et de centrage (27) réalisé en un matériau électriquement conducteur ou isolant.

5. Torche à plasma selon la revendication 4, caractérisée en ce que, lorsqu'on utilise un anneau de distribution de gaz et de centrage (27) réalisé en un matériau électriquement conducteur, une gaine isolante (28) est disposée dans la partie inférieure de la tuyère (8).

6. Torche à plasma selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'une tuyère de constriction (29) de l'arc plasma est conformée sous forme de pièce distincte et est solidarisée de façon amovible ou fixe dans la partie inférieure de la tuyère (8).

7. Torche à plasma selon la revendication 6, caractérisée en ce que, pour stabiliser l'arc plasma, des trous supplémentaires (31) sont disposés sur les mêmes portions de cercle ou sur des portions de cercle différentes autour du trou central à plasma (30) de la tuyère de constriction (29).

8. Torche à plasma selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'à son extrémité tournée vers la partie supérieure de la tuyère (7) la tuyère pour le gaz de protection (10) est en appui par son diamètre intérieur sur le diamètre extérieur de la partie inférieure de la tuyère (8), qu'est formée ensuite, entre la partie inférieure de la tuyère (8) et la tuyère pour le gaz de protection (10), une chambre de distribution (32) en forme de fente dans laquelle pénètre, par des trous correspondants (L3), le gaz de protection acheminé depuis son raccord (3) dans la partie supérieure de la tuyère (7), et que la tuyère pour le gaz de protection (10) comporte des trous de sortie (33) disposés en anneau et destinés à la distribution et à l'échappement du gaz de protection, ces trous étant placés sur une portion de cercle commune et pouvant varier en nombre.

9. Torche à plasma selon la revendication 8, caractérisée en ce que la tuyère pour le gaz de protection (10) est montée à coulissement axial sur la partie inférieure de la tuyère (8).

10. Torche à plasma selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'une prise haute fréquence (6) est fixée à la tuyère pour le gaz de protection (10).

11. Torche à plasma selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la pointe (15) de l'électrode est réalisée en un cuivre électrolytique de grande pureté.

12. Torche à plasma selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce qu'un insert (16) en tungstène est disposé au centre de la pointe (15) de l'électrode.

Zeichnung