DE102005042955A1 - Plasma welding and cutting torch with a cooling system - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Plasmaschweiß- und Schneidbrenner mit einem Kühlsystem, wobei insbesondere Wasser das Kühlmittel ist. DOLLAR A Erfindungswesentlich ist, das der Plasmaschweiß- und Schneidbrenner mit mehreren voneinander unabhängigen Kühlkreisläufen ausgerüstet ist, wobei die Kühlkreisläufe in voneinander elekrrisch getrennten Einheiten angeordnet sind. Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist die Anordnung mit einem dritten Kühlkreislauf in der Schutzgasdüse. Der Kühlwasserstrom in jedem Kühlkreislauf sollte 0,6 l/min. nicht unterschreiten. DOLLAR A Der Plasmaschweiß- und Schneidbrenner ist besonders geeignet für Schweißverfahren mit hohen Stromleistungen.The invention relates to a plasma welding and cutting torch with a cooling system, in particular water being the coolant. It is essential to the invention that the plasma welding and cutting torch is equipped with a plurality of independent cooling circuits, the cooling circuits being arranged in electrically separate units. A particularly advantageous embodiment of the invention is the arrangement with a third cooling circuit in the protective gas nozzle. The cooling water flow in each cooling circuit should be 0.6 l / min. do not fall below. DOLLAR A The plasma welding and cutting torch is particularly suitable for welding processes with high current outputs.

Description

Die Erfindung betrifft einen Plasmaschweiß- und Schneidbrenner, im folgenden als Plasmabrenner bezeichnet, mit einem Kühlsystem, wobei als Kühlmittel bevorzugt Wasser eingesetzt wird. Plasmabrenner bestehen aus zwei untereinander angeordneten Bauteileinheiten mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen, die elektrisch voneinander getrennt sind. Im oberen Bauteil ist die Wolframelektrode angeordnet. Zwischen der Wolframelektrode und dem Werkstück brennt der Hauptlichtbogen. Die Wolframelektrode ist daher extrem temperaturbelastet. Die extreme Temperaturbelastung beeinflusst die Standzeit der Wolframelektrode negativ. Im unteren Bauteil ist die Plasmagasdüse angeordnet. Zwischen der Plasmagasdüse und der Wolframelektrode brennt der Pilotlichtbogen. Die Plasmagasdüse schnürt den Hauptlichtbogen ein, wobei ein Teil der Energie des Hauptlichtbogens auf die Plasmagasdüse übertragen wird. Dadurch ist auch das untere Bauteil eines Plasmabrenners einer extremen Temperaturbelastung ausgesetzt. Um eine lange Lebensdauer von Wolframelektrode und Plasmagasdüse zu erhalten, ist es wichtig, die sich bildende Wärme an der Wolframelektrode und der Plasmadüse aus dem Plasmabrenner abzuleiten. Bekannte Kühlsysteme führen Kühlwasser an die Plasmagasdüse, wo das Kaltwasser des Kühlkreislaufes die an der Plasmagasdüse entstandene Wärmeenergie aufnimmt und das nun bereits vorgewärmte Wasser weiter an die Wolframelektrode geführt wird, um von der Wolframelektrode weitere Wärmeenergie aufzunehmen. Das angewärmte Kühlwasser wird aus dem Kreislauf entfernt und kontinuierlich durch neues Kaltwasser ersetzt. Das Abführen der Prozesswärme mittels einem gemeinsamen Kühlkreislaufes für Plasmagasdüse und Wolframelektrode hat auch einige Nachteile. Der Kühlwasserkreislauf zwischen den elektrisch unterschiedlich geladenen Brennerteilen, Wolframelektrode und Plasmagasdüse, wird durch Dichtungen voneinander getrennt, wobei Undichtigkeit nicht vollständig ausgeschlossen werden kann. Zum Instandsetzen müssen die Plasmabrenner zerlegt werden, dabei kann der Austritt von Kühlwasser auch nicht vollständig verhindert werden. Das austretende Kühlwasser kann in die Plasma-, Schutz- oder Fördergaskanäle eindringen und führt beim späteren Schweißprozess zur Porenbildung. Porenbildung in einer Schweißnaht hat hohe Nacharbeitskosten zur Folge. Außerdem kommt es über das Kühlwasser leicht zum Stromfluss zwischen den unterschiedlichen Potentialen, da das Kühlwasser nur bei Verwendung von destilliertem Wasser nicht leitfähig ist. Der Vollständigkeit halber sei an der Stelle darauf hingewiesen, dass die Verwendung von destilliertem Wasser die Korrosion am Brenner außerdem nicht gänzlich verhindern kann. Ein Stromfluss im Brenner ist aber ein Prozesskriterium, das die Lebensdauer der Plasmabrenner drastisch reduziert. Lange Isolierwege sind zwar eine Möglichkeit, Stromflüsse zu verringern oder zu vermeiden, machen den Plasmabrenner in seinen Abmessungen jedoch auch größer.The The invention relates to a plasma welding and cutting torch, in the following referred to as a plasma torch, with a cooling system, wherein as a coolant preferably water is used. Plasma torches consist of two arranged with each other component units with different electrical potentials that are electrically isolated from each other. In the upper part of the tungsten electrode is arranged. Between the tungsten electrode and the workpiece burn the main arc. The tungsten electrode is therefore extremely temperature-stressed. The extreme Temperature stress affects the service life of the tungsten electrode negative. In the lower part of the plasma gas nozzle is arranged. Between the plasma gas and the tungsten electrode burns the pilot arc. The plasma gas nozzle laces the main arc wherein a portion of the energy of the main arc is transferred to the plasma gas nozzle becomes. As a result, the lower component of a plasma burner is a exposed to extreme temperature stress. To have a long life from tungsten electrode and plasma gas nozzle, it is important the forming heat derive from the plasma torch at the tungsten electrode and the plasma nozzle. Known cooling systems lead cooling water to the plasma gas nozzle, where the cold water of the cooling circuit the at the plasma gas nozzle resulting heat energy absorbs the now preheated water to the tungsten electrode guided is to receive more heat energy from the tungsten electrode. The warmed cooling water is removed from the circulation and continuously replaced by new cold water. The discharge the process heat by means of a common cooling circuit for plasma gas nozzle and tungsten electrode also has some disadvantages. The cooling water circuit between the electrically differently charged burner parts, Tungsten electrode and plasma gas nozzle, is separated by gaskets, leaving leakage not completely can be excluded. To repair the plasma torch must be disassembled be, thereby the leakage of cooling water can not be completely prevented become. The escaping cooling water can penetrate into the plasma, protective or conveying gas channels and leads in the later welding process for pore formation. Pore formation in a weld has high rework costs result. Furthermore it comes over the cooling water easy to flow between the different potentials, because the cooling water only when using distilled water is not conductive. The completeness It should be noted in the first place that the use of distilled water, the corrosion on the burner as well completely can prevent. A current flow in the burner is a process criterion, which dramatically reduces the life of the plasma torch. Long Although isolation routes are one way current flows reduce or avoid, make the plasma torch in his Dimensions are larger.

Vor diesem technischen Hintergrund stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Lösung zur Verlängerung der Standzeit der Wolframelektrode und der gesamten Lebensdauer des Plasmabrenners zu entwickeln.In front In this technical background, the invention has the task a solution for extension the service life of the tungsten electrode and the entire service life to develop the plasma burner.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 gelöst. Zwei voneinander getrennte Kühlkreisläufe führen eine höhere Wärmemenge ab und eliminieren damit eine Potentialverschleppung zwischen den unterschiedlichen Potentialen der Wolframelektrode und Plasmadüse des Plasmabrenners. Auf diese Weise wird die Temperaturbelastung des Plasmabrenners wesentlich reduziert und die Standzeit der Wolframelektrode sowie die Lebensdauer des Plasmabrenners wird erhöht. Die voneinander getrennt angeordneten Kühlwasserkreisläufe gewährleisten eine wesentlich intensivere Kühlung des Plasmabrenners. Der Druckverlust im einzelnen Kühlwasserkreislauf ist erheblich niedriger, so dass eine höhere Kühlwassermenge zur Kühlung der Wolframelektrode und der Plasmagasdüse zur Verfügung steht. Die Kühlwassertemperaturen sind insgesamt auf einem weit abgesenktem Niveau. Durch zwei voneinander getrennt angeordnete Kühlwasserkreisläufe ist ein Plasmabrenner bei gleicher Baugröße deutlich höher strombelastbar bei gleichzeitig längerer Lebensdauer der Wolframelektrode und Plasmagasdüse. Der Wegfall von Dichtungen erhöht die Servicefreundlichkeit und macht den Plasmabrenner anwenderfreundlicher. Die intensive Kühlung nach der Erfindung vermindert natürlich auch das Anhaften oder Anbacken von Schweißspritzern, deswegen ist der erfindungsgemäße Plasmabrenner für den Einsatz von Pulver auf Nickelbasis besonders geeignet. Von der Erfindung werden auch Plasmabrenner mit mehr als zwei voneinander getrennt angeordneten Kühlwasserkreisläufen umfasst, da das Bauprinzip erweiterbar ist. The The object of the invention is characterized by the features of claims 1 and 2 solved. Two separate cooling circuits lead one higher heat and thus eliminate a potential carryover between the different potentials of the tungsten electrode and plasma nozzle of the plasma torch. In this way, the temperature load of the plasma torch significantly reduced and the service life of the tungsten electrode as well the life of the plasma torch is increased. The separated from each other ensure arranged cooling water circuits a much more intensive cooling the plasma burner. The pressure loss in the individual cooling water circuit is considerably lower, so that a higher amount of cooling water for cooling the Tungsten electrode and the plasma gas nozzle is available. The cooling water temperatures Overall, they are at a much lower level. By two from each other is arranged separately cooling water circuits a plasma torch with the same size much higher current loadable at the same time longer Service life of the tungsten electrode and plasma gas nozzle. The omission of seals elevated ease of service and makes the plasma torch more user-friendly. The intensive cooling Of course, according to the invention also reduces the adhesion or Caking of spatters, therefore, the plasma torch according to the invention for the Use of nickel-based powder particularly suitable. From the invention Also plasma torch with more than two arranged separately Includes cooling water circuits, because the construction principle is expandable.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert.The The invention will be explained in more detail with reference to drawings.

Dabei zeigenthere demonstrate

1 Schnitt des Plasmabrenners mit zwei Kühlwasserkreisläufen 1 Section of plasma torch with two cooling water circuits

2 Schnitt des Plasmabrenners mit drei Kühlwasserkreisläufen 2 Section of plasma torch with three cooling water circuits

Der Plasmabrenner ist zweiteilig aufgebaut und besteht aus einem Oberteil 1, indem der Elektrodenhalter 4 unlösbar angeordnet ist. Im Elektrodenhalter 4 nimmt die Wolframelektrode 5 in bestimmter Position auf. Oberteil 1 ist mit einem Kühlwasserkreislauf ausgerüstet. Über die Kaltwasserzufuhr 1.1 fließt das Kühlwasser in die Kühlkammer 1.3, die den Elektrodenhalter ringförmig umschließt und dem Wärmeaustausch zwischen Wolframelektrode und Kühlwasser dient. Das aufgewärmte Kühlwasser wird über die Warmwasserabfuhr 1.2 dem Kühlkreislauf entzogen, so dass ein kontinuierlicher Kühlprozess im Oberteil 1 gewährleistet ist. Im Unterteil 3 sind die Pulverzuführung 3.3 und ein zweiter Kühlwasserkreislauf angeordnet. Oberteil 1 und Unterteil 3 sind über das Isolierteil 2 miteinander elektrisch isoliert verbunden. Im Isolierteil 2 ist die Plasmagaszuführung 2.1, die in den Plasmakanal 2.2 mündet, angeordnet. Die Wolframelektrode 5 ragt in den Plasmakanal 2.2 ein und endet mit der Spitze in der Plasmagasdüse 3.6, die das Plasmagas fokussiert. Das Unterteil 3 des Plasmabrenners wird überdeckt von der Gasdüse 6, die mit dem Schutzgas den Lichtbogen vor atmosphärischen Einflüssen abschirmt. Für den zweiten Kühlwasserkreislauf sind im Unterteil 3 die Kaltwasserzuführung 3.1, Kühlkammer 3.4 und Warmwasserabfuhr 3.2 angeordnet. Das Isolierteil 2 wirkt auch als Wärmeisolation zwischen Oberteil 1 und Unterteil 3 und gewährleistet mit dieser Anordnung eine strenge separate Kühlung der einzelnen Bauelemente. Im unteren Bereich wird das Unterteil 3 des Plasmaschweißbrenners mit der Schutzgasdüse 6 abgedeckt, wobei das aus dem Schutzgasaustritt 6.2 strömende Schutzgas den Plasmalichtbogen vor atmosphärischen Einflüssen schützt und eine gute Qualität der Schweißnaht gewährleistet. Die Kühlung des Plasmabrenners mit zwei voneinander unabhängigen Kühlwasserkreisläufen verbessert die Strombelastbarkeit wesentlich und verlängert damit die Lebensdauer des Plasmabrenners deutlich.The plasma burner is constructed in two parts and consists of an upper part 1 by the electrode holder 4 is arranged insoluble. In the electrode holder 4 takes the tungsten electrode 5 in a certain position. top 1 is equipped with a cooling water circuit. About the cold water supply 1.1 the cooling water flows into the cooling chamber 1.3 , which surrounds the electrode holder annular and serves the heat exchange between tungsten electrode and cooling water. The warmed cooling water is via the hot water drain 1.2 deprived of the cooling circuit, so that a continuous cooling process in the upper part 1 is guaranteed. In the lower part 3 are the powder feeder 3.3 and a second cooling water circuit arranged. top 1 and lower part 3 are about the insulating part 2 connected electrically isolated. In the insulating part 2 is the plasma gas feed 2.1 that enter the plasma channel 2.2 opens, arranged. The tungsten electrode 5 protrudes into the plasma channel 2.2 and ends with the tip in the plasma gas nozzle 3.6 focusing the plasma gas. The lower part 3 The plasma burner is covered by the gas nozzle 6 , which shields the arc from atmospheric influences with the protective gas. For the second cooling water circuit are in the lower part 3 the cold water supply 3.1 , Cooling chamber 3.4 and hot water drainage 3.2 arranged. The insulating part 2 Also acts as a thermal insulation between shell 1 and lower part 3 and ensures with this arrangement a strict separate cooling of the individual components. In the lower area becomes the lower part 3 the plasma welding torch with the protective gas nozzle 6 covered, which emerges from the protective gas 6.2 flowing protective gas protects the plasma arc from atmospheric influences and ensures a good quality of the weld. The cooling of the plasma torch with two independent cooling water circuits significantly improves the current carrying capacity and thus significantly prolongs the life of the plasma torch.

Eine vorteilhafte Ausbildung der vorliegenden Erfindung zeigt 2. Hier ist auch die Gasdüse 6 mit einem Kühlwasserkreislauf ausgerüstet, über die Kühlwasserzufuhr 6.3 wird das Kaltwasser in die Kühlkammer 6.4 geleitet und nimmt die Wärmeenergie der Gasdüse 6 auf. Das angewärmte Kühlwasser wird über die Warmwasserabfuhr 6.4 dem Kühlwasserkreislauf entzogen. Die dadurch kompliziertere Gestaltung des Plasmaschweißbrenners wird durch die hohe Leistungsfähigkeit kompensiert und ist insbesondere für Schweißprozesse, die einen Schweißstrom > 250 A erfordern, geeignet. So hohe Schweißströme entwickeln eine stärkere Erwärmung der Schutzgasdüse durch die Strahlungswärme des Schmelzbades und meist auch das zusätzliche Vorwärmen des Grundwerkstoffes. Dabei kann die Vorwärmtemperatur bis 600° C betragen.An advantageous embodiment of the present invention shows 2 , Here is also the gas nozzle 6 equipped with a cooling water circuit, via the cooling water supply 6.3 the cold water gets into the cooling chamber 6.4 passed and takes the heat energy of the gas nozzle 6 on. The heated cooling water is via the hot water discharge 6.4 withdrawn from the cooling water circuit. The resulting more complicated design of the plasma welding torch is compensated by the high performance and is particularly suitable for welding processes that require a welding current> 250 A. Such high welding currents develop a stronger heating of the protective gas nozzle by the radiant heat of the molten bath and usually also the additional preheating of the base material. The preheating temperature can be up to 600 ° C.

Der dadurch wärmebedingten Verzunderung der Schutzgasdüse wird mit dieser Ausführung sehr effektiv entgegen gewirkt.Of the thereby heat-related Scaling of the protective gas nozzle comes with this version very effectively counteracted.

Damit die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers im Kühlwasserkreislauf den Wärmeaustausch im erforderlich Maß auch garantiert, ist darauf zu achten, dass 0,6 l/min. nicht unterschritten werden.In order to the flow velocity of cooling water in the cooling water circuit the heat exchange in the required measure too guaranteed, make sure that 0.6 l / min. not be fallen below.

Die Lehre der Erfindung umfasst natürlich neben Wasser alle Kühlmittel, alle Kühlmittel die sich zur Wärmeübertragung in einem Kreislauf eignen.The Of course, teaching of the invention also includes Water all coolants, all coolants for heat transfer suitable in a cycle.

Claims (5)

Plasmaschweiß- und Schneidbrenner mit einem Kühlsystem, wobei insbesondere Wasser das Kühlmittel ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem mehrere voneinander unabhängige Kühlkreisläufe hat.Plasma welding and cutting torch with a cooling system, in particular water is the coolant, characterized in that the cooling system has a plurality of independent cooling circuits. Plasmaschweiß- und Schneidbrenner mit einem Kühlsystem, wobei insbesondere Wasser das Kühlmittel ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem mind. zwei voneinander unabhängige Kühlkreisläufe hat, wovon jeder in einem der beiden voneinander elektrisch getrennten Einheiten angeordnet ist.plasma welding and cutting torch with a cooling system, in particular, water is the coolant is, characterized in that the cooling system at least two from each other has independent cooling circuits, each one in each of the two electrically separated Units is arranged. Plasmaschweiß- und Schneidbrenner nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdüse (6) mit einem Kühlwasserkreislauf ausgerüstet ist.Plasma welding and cutting torch according to claim 1 or 2, characterized in that the gas nozzle ( 6 ) is equipped with a cooling water circuit. Plasmaschweiß- und Schneidbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlwasserstrom in jedem Kühlwasserkreislauf mind. 0,6 l/min. beträgt.plasma welding Cutting torch according to claims 1 to 3, characterized in that the cooling water flow in every cooling water circuit at least 0.6 l / min. is. Plasmaschweiß- und Schneidbrenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Pulverzuführung vorgesehen ist.plasma welding and cutting torch according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that a second powder supply provided is.