DE102013022056A1

DE102013022056A1 - Method and apparatus for conditioning a welding or cutting process

Info

Publication number: DE102013022056A1
Application number: DE102013022056.4A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2015-06-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Konditionierung eines Schweiß- oder Schneidprozesses, wobei durch Einwirkung eines temperierten Gasstromes, insbesondere eines Kalt- oder Heißgasstromes Prozessparameter des Schweiß- oder Schneidprozesses insbesondere eine Lichtbogenausbildung und ein Temperaturfeld des Prozesses, wie auch Werkstückparameter beeinflusst werden, insbesondere durch Kaltgaseinwirkung eine fokussierende Einschnürung des Lichtbogens sowie eine nachteilige Gefügeveränderungen im Werkstück unterbindende Prozessverbesserung erreicht wird. Vorzugsweise erfolgt dies unter Einsatz einer Doppelgas- oder Ringgasdüse.The invention relates to a method and a device for conditioning a welding or cutting process, wherein process parameters of the welding or cutting process, in particular an arc formation and a temperature field of the process as well as workpiece parameters, are influenced by the action of a tempered gas stream, in particular a cold or hot gas stream. in particular by cold gas action, a focusing constriction of the arc and a disadvantageous microstructural changes in the workpiece suppressing process improvement is achieved. This is preferably done using a double gas or ring gas nozzle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Konditionierung eines Schweißprozesses oder Gas- oder Lichtbogen-Schneidprozesses.The invention relates to a method and a device for conditioning a welding process or gas or arc cutting process.

Für alle Schweiß- oder Schneid-Lichtbogenprozesse kommen sowohl für die Ionisation zum Aufbau der Lichtbögen als auch für den Schutz der metallischen Schmelzen sowie von Schweiß- und Schneidnähten aktive Gase (Prozessgase) zur prozessnahen Abschirmung der Lichtbögen und/oder passive Gase (Schutzgase) zum Schutz der Schmelzen von atmosphärischen Einwirkungen zum Einsatz. Den Prozess- bzw. Schutzgasen kommt daher ein funktionsentscheidendes Prozesseinflussgröße bei diesen Schweiß- oder Schneidprozessen zu und sie bilden einen entscheidenden Bestandteil der Lichtbogenphysik.For all welding or cutting arc processes, active gases (process gases) are used both for ionization to build up the arcs and for the protection of metallic melts as well as welding and cutting seams for shielding the arcs close to the process and / or passive gases (shielding gases) Protection of melts from atmospheric agents used. The process or protective gases therefore have a functionally decisive process variable in these welding or cutting processes and they form a decisive component of the arc physics.

Die Prozess- und/oder Schutzgase werden nach ihrer Eignung für den jeweiligen Schweißprozess (z. B. Metall-Schutzgas-Schweißen (MSG), Widerstands-Inertgas-Schweißen (WIG) oder unter Pulver-Schweißen (UP)), der Eignung des Gases für die Lichtbogen (MSG-Schweißen), dem Schutz der Schmelze vor der Atmosphäre (z. B. unabhängig von Position und Nahtgeometrie), der Unempfindlichkeit gegen äußere Einflüsse wie z. B. Verunreinigungen der Werkstücke oder der Vermeidung von Schweißspritzern ausgewählt. Dies geschieht unter Berücksichtigung der prozessbedingten, physikalischen Anforderungen (z. B. Ionisationsenergie, Zündverhalten bei Schweißbeginn, Bildung eines Plasmastromes (elektrische Leitfähigkeit des (Gas-)Plasmas oder der Lichtbogenstabilität), thermischen Anforderungen (z. B. Wärmeübertragung sowohl im Plasmazustand als auch im nicht-ionisierten Zustand, Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit des Gases) sowie nach metallurgischen Anforderungen bzw. möglichen Reaktionsmustern (wie z. B. Abbrand von Legierungselementen, Zubrand von Kohlenstoff und/oder Sauerstoff und Stickstoff in die Schmelze, Löslichkeit der Gase in der Schmelze (metallurgische Porenbildung); Neigung zur Schlackebildung oder Neigung zur Oberflächenoxidation oder Erhalt mechanischtechnologischer Gütewerte der Werkstoffe, z. B. Zähigkeit, Erhalt der Korrosionsbeständigkeit etc.).Depending on their suitability for the respective welding process (eg metal inert gas welding (MSG), resistance inert gas welding (TIG) or under powder welding (UP)), the process gases and / or shielding gases are suitable for the respective welding process Gas for the arc (MIG / MAG welding), the protection of the melt from the atmosphere (eg, regardless of position and seam geometry), the insensitivity to external influences such. B. contamination of the workpieces or the prevention of welding spatter selected. This takes into account the process-related physical requirements (eg ionization energy, ignition behavior at the start of welding, formation of a plasma stream (electrical conductivity of the (gas) plasma or the arc stability), thermal requirements (eg heat transfer both in the plasma state and in the non-ionized state, heat capacity and thermal conductivity of the gas) and according to metallurgical requirements or possible reaction patterns (such as, for example, burning off of alloying elements, addition of carbon and / or oxygen and nitrogen into the melt, solubility of the gases in the melt ( metallurgical pore formation), tendency to formation of slag or tendency to surface oxidation or retention of mechanical-technological quality values of the materials, eg toughness, maintenance of corrosion resistance, etc.).

Praktisch werden Schutzgase gemäß DIN439 verwendet, wobei zum WIG- und MSG(MIG, MAG)-Schweißen nur fünf Schutzgasarten zum Einsatz kommen, nämlich Argon, Helium, Kohlendioxid, Sauerstoff und Wasserstoff bzw. deren Mischungen. Eine Ausnahme bildet hierbei Stickstoff, der im Regelfall lediglich zum Formieren oder Plasmaschneiden eingesetzt wird. In jüngster Zeit finden jedoch vermehrt stickstoffhaltige Gase zum Schutzgasschweißen von hochlegierten Stählen Anwendung. Beim Aluminiumschweißen begünstigt Stickstoff die Vermeidung der Porenbildung. Reaktive Gase, u. a. silanbasiert, beeinflussen die Schmelzbadbildung hinsichtlich der Oxidfilmverteilung und Metallurgie der erstarrenden Schmelze.Practically shielding gases according to DIN439 WIG and MSG (MIG, MAG) welding uses only five inert gas species, namely argon, helium, carbon dioxide, oxygen and hydrogen or mixtures thereof. An exception is nitrogen, which is usually used only for forming or plasma cutting. Recently, however, increasingly find nitrogen-containing gases for gas-shielded welding of high-alloy steels application. In aluminum welding, nitrogen promotes the prevention of pore formation. Reactive gases, including silane-based, affect the formation of molten bath with respect to the oxide film distribution and metallurgy of the solidifying melt.

Den Lichtbogen-Schweiß- oder Schneidprozessen werden dabei die in den Prozessen benötigten Gase in der Regel mit Raumtemperatur zugeführt.The arc welding or cutting processes, the gases required in the processes are usually supplied at room temperature.

Verbunden mit der Temperatur sind Viskosität und Ionisationspotential der Gase. Dabei ist die Viskosität von Gasen bei Normaldruck deutlich von der Temperatur abhängig, wobei die Viskosität mit steigender Temperatur deutlich zunimmt und zunehmende Viskosität ein dickflüssigeres, d. h. weniger fließfähiges Fluid bedeutet. Auf diese Weise kann durch Temperaturerhöhung die „innere Steifigkeit” der Gase zum Schutz vor atmosphärischen Umgebungsstörungen oder -strömungen und zur Abschirmung der Schweiß- oder Schneidschmelzen (die in unterschiedlicher Weise erzeugt werden können) mit ihren stets vorhandenen inneren Turbulenzen verwendet werden und zwar mit einer intensiveren und stabileren Schutzwirkung als dies mit kalten Gasen möglich ist.Associated with the temperature are the viscosity and ionization potential of the gases. The viscosity of gases at atmospheric pressure is significantly dependent on the temperature, wherein the viscosity increases significantly with increasing temperature and increasing viscosity a viscous, d. H. less flowable fluid means. In this way, by increasing the temperature, the "internal rigidity" of the gases can be used to protect against atmospheric environmental disturbances or flows and to shield the welding or cutting melts (which can be produced in different ways) with their inherent internal turbulence, and with one more intense and stable protection than is possible with cold gases.

Auch der Ionisationsgrad von technischen Gasen ist temperaturabhängig, wobei allerdings eine relevante Einflussnahme auf die Ionisationsfreudigkeit von Gasen erst in Größenordnungen von 10.000°K beachtlich ist.The degree of ionization of technical gases is temperature-dependent, although a relevant influence on the Ionisationsfreudigkeit of gases only in the order of 10,000 ° K is considerable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Konditionierung eines Schweiß- oder Schneidprozesses insbesondere mittels Lichtbogen anzugeben, das eine gezielte Beeinflussung eines Lichtbogens oder Plasmastruktur und/oder einer zugehörigen Schutzgasatmosphäre gestattet und wodurch es einerseits möglich ist, eine Brennfleck-Leistungsdichte in einem Lichtbogen-Fußpunkt deutlich zu erhöhen, wie andererseits nachteilige Gefügeumwandlungen innerhalb der behandelten Werkstoffe zu vermeiden und dadurch bei Schweißprozessen, insbesondere Schweißprozessen unter Schutzgasatmosphäre, die Verbindungsfestigkeit der Schweißverbindung zu erhöhen. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für Schweiß- oder Schneidprozesse, insbesondere zur Durchführung eines solchen Verfahrens anzugeben.The invention has for its object to provide a method for conditioning a welding or cutting process, in particular by means of an arc, which allows targeted influencing of an arc or plasma structure and / or an associated inert gas atmosphere and which on the one hand it is possible, a focal spot power density in an arc On the other hand, to significantly increase the footing point, as on the other hand to avoid adverse microstructural transformations within the treated materials and thereby to increase the bond strength of the welded joint in welding processes, in particular welding processes under a protective gas atmosphere. The invention is further based on the object of specifying a device for welding or cutting processes, in particular for carrying out such a method.

Erfindungsgemäß wird hinsichtlich des Verfahrens die vorgenannte Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, the above object is achieved by a method having the features of claim 1 in terms of the method.

Der grundsätzliche Lösungsgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei einem Schweiß- oder Schneidprozess unter Einsatz eines Lichtbogens diesen mit einem Kaltgasstrom, z. B. mit einer Temperatur von minus 50°C zu beaufschlagen (insbesondere „anzublasen”) und auf diese Weise zu kontrahieren bzw. Einfluss auf die geometrische Gestalt des Lichtbogens zu nehmen, woraus eine drastische Erhöhung der Brennfleck-Leistungsdichte im Lichtbogenfuß resultiert, wie auch die Ausdehnung einer Wärmeeintragzone im Grundwerkstoff bzw. der zugehörigen Werkstoffanordnung minimiert wird.The basic solution of the present invention is that in a welding or cutting process using an arc this with a cold gas stream, for. B. with a temperature of minus 50 ° C to apply (In particular, "blown") and in this way to contract or influence the geometric shape of the arc to take, resulting in a dramatic increase in the focal spot power density in the arc base, as well as the expansion of a heat input zone in the base material or the associated material arrangement minimized becomes.

Vorzugsweise wird ein entsprechend gekühltes Prozessgas verwendet, welches vorzugsweise ein Kaltgasstrom eines Wirbelrohres (auch Ranque-Hilsch-Wirbelrohr), ist. Andererseits kann der Kaltgasstrom auch dazu verwendet werden, eine Rückseite bzw. Unterseite einer entsprechenden mittels Lichtbogen verschweißten oder geschnittenen Werkstückanordnung gegenüberliegend zur Ausbildung eines Schmelzbades zu beaufschlagen, woraus, auch in Verbindung mit einer Konditionierung bzw. Beeinflussung des Lichtbogens durch einen Kaltgasstrom, eine schockartige Abkühlung der Werkstückanordnung unmittelbar benachbart zur Ausbildung eines Lichtbogens resultiert. Diese führt dazu, dass die Ausbildung intermetallischer Phasen, z. B. beim Verschweißen von unterschiedlichen Werkstoffen wie Stahl-Aluminium-Kombinationen oder Aluminium-Magnesium-Kombinationen, weitgehend unterbunden wird, sodass eine Materialsversprödung und Rissanfälligkeit im Bereich der Schweißverbindung wesentlich herabgesetzt wird.Preferably, a correspondingly cooled process gas is used, which is preferably a cold gas stream of a vortex tube (also Ranque Hilsch vortex tube). On the other hand, the cold gas stream can also be used to act on a back or bottom of a corresponding arc welded or cut workpiece assembly opposite to form a molten bath, from which, in conjunction with a conditioning or influencing the arc by a cold gas flow, a shock-like cooling the workpiece assembly immediately adjacent to the formation of an arc results. This leads to the formation of intermetallic phases, z. B. when welding of different materials such as steel-aluminum combinations or aluminum-magnesium combinations, is largely prevented, so that a material embrittlement and susceptibility to cracking in the weld is significantly reduced.

Durch die Erfindung ergibt sich nicht nur eine erhöhte Lichtbogenleistung die denen eines Plasma-Brenners nahekommt, sondern auch geringere Wärme-Flächenbelastungen der Werkstoffanordnung und zugehörigen Grundwerkstoffe in einer Schweißzone sowie verkürzte Erstarrungszeiten eines Schmelzebades im Bereich einer Schweißnaht und eine radikale Abkühlung der Werkstückanordnung bzw. der Grundwerkstoffe.The invention results in not only an increased arc performance that comes close to those of a plasma torch, but also lower heat surface loads of the material arrangement and associated base materials in a weld zone and reduced solidification times of a melt bath in the region of a weld and a radical cooling of the workpiece assembly or the base materials.

Dies ist besonders wichtig bei Feinkornbaustählen, bei Warmformstählen wie z. B. 22 MnB 5 oder temperaturpressgeformten und nachträglich temperaturgehärteten Stählen.This is particularly important in fine grain steels, in hot forming steels such. B. 22 MnB 5 or temperature-formed and subsequently temperature-hardened steels.

Die schlagartige Abkühlung in Verbindung mit der Kühlung der Lichtbogenflanken mit extrem gekühlten Prozess- und auch Schutzgasen wie auch die Beaufschlagung des Lichtbogens und/oder der Werkstückanordnung mit einem oder mehreren Kaltgasströmen, vorzugsweise auch unter Einsatz eines Wirbelrohres, unterbindet weitgehend oder stoppt die Diffusionsvorgänge beim Schmelzfügen von Mischwerkstoffen wie Stahl-Aluminium-Kombinationen oder Aluminium-Magnesium-Kombinationen sowie deren Legierungen. Die weitgehende Ausschaltung oder Minimierung von Diffusionsvorgängen bewirkt ihrerseits eine Reduktion bei der Ausbildung intermetallischer Phasen dieser gefügten (verschweißten) Materialkombinationen.The sudden cooling in conjunction with the cooling of the arc edges with extremely cooled process and inert gases as well as the application of the arc and / or the workpiece arrangement with one or more cold gas streams, preferably also using a vortex tube, largely prevents or stops the diffusion processes during fusion joining of mixed materials such as steel-aluminum combinations or aluminum-magnesium combinations and their alloys. The substantial elimination or minimization of diffusion processes in turn causes a reduction in the formation of intermetallic phases of these joined (welded) material combinations.

Auf diese Weise vermindert sich das Sprödbruchverhalten im Fügebereich und die Verbindungsfestigkeiten erreichen Werte nahe derjenigen der Ausgangswerkstoffe.In this way, the brittle fracture behavior decreases in the joint area and the bond strengths reach values close to those of the starting materials.

Erfindungsgemäß werden durch die Einwirkung eines oder mehrerer Kaltgasströme auf einen Lichtbogen im Rahmen eines Schweiß- oder Schneidprozesses vorteilhafte Lichtbogen-Plasma-Verhältnisse eingerichtet, wie auch eine Einflussnahme auf den Prozess des Aufschmelzens der bei einem Schweißprozess zu verbindenden Grundwerkstoffe, der eingesetzten Zusatzwerkstoffe (stromführende Elektroden) oder auch zu einem gesteuerten Abkühlen von Schmelzbad und Lichtbogen erfolgt.According to the invention, by the action of one or more cold gas streams on an arc in a welding or cutting process advantageous arc plasma conditions are established, as well as an influence on the process of melting the to be joined in a welding process base materials, the used filler materials (current-carrying electrodes ) or to a controlled cooling of molten bath and arc.

Vorzugsweise wird der Kaltgasstrom oder werden die Kaltgasströme als Prozessgas- oder Schutzgas- oder Kühlfluidströme zumindest teilweise unter Einsatz eines oder mehrere Wirbelrohre erzeugt, eingesetzt für die Bereitstellung von Prozess- und Schutzgasen beim Lichtbogen-Schweißen oder -schneiden oder beim Einsatz von Energiestrahlen, wie Laserstrahlen für das Schweißen oder Schneiden.Preferably, the cold gas stream or the cold gas streams as process gas or inert gas or cooling fluid streams is at least partially generated using one or more vortex tubes, used for the provision of process and protective gases in arc welding or cutting or the use of energy beams, such as laser beams for welding or cutting.

Vorzugsweise kann auch der gleichzeitig mit der Entstehung des Kaltgasstromes entstehende Heißgasstrom eines Wirbelrohres prozesswirksam genutzt werden. So kann vorzugsweise die bei Verwendung eines Wirbelrohres auftretenden Temperaturunterschiede eines eingespeisten Prozess- oder Schutzgases direkt genutzt um

1. mittels eines Heißgasstromes den Lichtbogen und sein Ionisationsverhalten in einem angelegten Spannungs-/Stromfeld stabil mit Hilfe eines, den Lichtbogen koaxial oder konzentrisch umgebenden Heißgasstromes aufzubauen; ferner
2. eine Kontraktion des Lichtbogens zu veranlassen durch Anströmen eines arbeitenden („brennenden”) Lichtbogens mit Kaltgasstrom von extrem kaltem Gas und zwar vorzugsweise über seine (gesamte) Länge, oder
3. den Kaltgasmantel (Prozessgas) um den Lichtbogen herum mit einem stützenden und abschirmenden Schutzgasmantel aus Heißgas zu umgeben.

Preferably, the hot gas flow of a vortex tube, which is formed simultaneously with the formation of the cold gas flow, can also be used in a process-effective manner. Thus, preferably occurring when using a vortex tube temperature differences of a fed process or inert gas directly used

1. by means of a hot gas stream to build the arc and its ionization behavior in an applied voltage / current field stable with the help of one, the arc coaxial or concentric surrounding hot gas stream; further
2. to cause a contraction of the arc by flowing a working ("burning") arc with cold gas flow of extremely cold gas and preferably over its (entire) length, or
3. Surround the cold gas jacket (process gas) around the arc with a supporting and shielding protective gas jacket of hot gas.

Eine sich hierbei einstellende Energiedichtenerhöhung im Lichtbogen-Fußpunkt bewirkt einen punktuellen Energieeintrag und reduziert die thermischen Belastungen der zu fügenden oder zu trennenden Grundwerkstoffe der Werkstückanordnung.An energy density increase in this case in the arc base causes a selective introduction of energy and reduces the thermal loads on the base material of the workpiece arrangement to be joined or separated.

Vorzugsweise erfolgt dieses Anströmen durch eine Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung mit einem speziellen Düsensystem eines Schweiß- oder Schneidbrenners. Der Kaltgasstrom kann auch lateral dem Lichtbogen zugeführt werden.Preferably, this flow occurs through a device according to the present invention with a special nozzle system of a welding or cutting torch. The cold gas stream can also be fed laterally to the arc.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann auch die aus dem Wirbelrohr herrührende Kombination eines Heißgasstromes und eines Kaltgasstromes genutzt werden, diese Gasströme dem Lichtbogen über ein Doppel-Gasdüsensystem zuzuführen. According to an advantageous embodiment of the invention, the originating from the vortex tube combination of a hot gas stream and a cold gas stream can be used to supply these gas streams to the arc via a double gas nozzle system.

In Umsetzung der vorgenannten Gasführung kann auch ein inneres, den Lichtbogen konzentrisch umströmendes heißes Gas, d. h. ein Heißgasstrom als Zentrumsgas zum Triggern des Ionisationsvorganges zur Ausbildung des Lichtbogens und zum Pulsen über ein Regelventil zur Einflussnahme auf die Schmelze und ihrer Strömungsbewegungen an der Oberfläche und in der Tiefe eingesetzt werden;
Vorzugsweise wird in diesem Fall in Verbindung mit einer Ringdüse der innere, den Lichtbogen konzentrisch oder koaxial umgebenden Heißgasstrom umströmend durch einen aus der Ringdüse austretenden Kaltgasstrom gekühlt, der den Heißgasstrom konzentrisch, bzw. koaxial umgibt und auf diese Weise den Lichtbogenkegel, bestehend aus einer ionisierten Säule des Zentrumsgases kühlt und eine gewünschte Kontraktion des Lichtbogens herbeiführt. Eine entsprechende Ringdüse kann in Verbindung mit dem Schweiß- oder Schneidbrenner selbst vorgesehen sein. Alternativ kann auch hier statt konzentrischer oder koaxialer Gasführung in Verbindung mit der Ausbildung des Lichtbogens der Kaltgasstrom und/oder der Heißgasstrom dem Lichtbogenprozess lateral zugeführt werden.In implementation of the aforementioned gas guide can also be an inner, the arc concentrically flowing around hot gas, ie a hot gas stream as the center gas to trigger the ionization process to form the arc and pulses through a control valve to influence the melt and their flow movements on the surface and in the Depth can be used;
Preferably, in this case, in conjunction with an annular nozzle, the inner, the arc concentric or coaxial surrounding hot gas stream is cooled by flowing through an emerging from the annular nozzle cold gas stream concentrically surrounds the hot gas stream, or coaxially and in this way the arc cone, consisting of an ionized Column of the center gas cools and causes a desired contraction of the arc. A corresponding annular nozzle may be provided in connection with the welding or cutting torch itself. Alternatively, instead of concentric or coaxial gas conduction in connection with the formation of the arc, the cold gas flow and / or the hot gas flow can also be supplied laterally to the arc process.

In Umkehrung zu der vorbeschriebenen Verfahrensweise mit innenliegendem Heißgasstrom und außenliegendem Kaltgas”-Mantels” kann, wie eingangs erläutert und besonders bevorzugt, die Position von dem Lichtbogen koaxial oder konzentrisch Kalt- bzw. Heißgasströmen auch vertauscht werden, d. h. das in unmittelbarem Kontakt mit den Lichtbogenflanken eines ionisiert vorliegenden Lichtbogens, in der Regel basierend auf Metalldampf, ein Kaltgasstrom als Zentrumsgas den Lichtbogen umhüllt, wodurch eine Kontraktion des Lichtbogens und eine Lichtbogenformung bewirkt wird. Am Außenumfang dieses Kaltgasstromes wird dieser wiederum, vorzugsweise über eine Ringdüse, mit einem Heißgasstrom koaxial oder konzentrisch umströmt. Aufgrund hoher Viskosität besitzt ein solcher Heißgasstrom als Schutzgasstrom eine besonders hohe Schutzwirkung für den innenliegenden Kaltgasmantel.In contrast to the above-described procedure with internal hot gas flow and external cold gas "jacket" can, as explained above and particularly preferably, the position of the arc coaxial or concentric cold or hot gas flows are also reversed, d. H. which in direct contact with the arc edges of an ionized arc, typically based on metal vapor, a cold gas stream as the center gas envelops the arc, causing a contraction of the arc and an arc shaping is effected. On the outer circumference of this cold gas stream, this in turn flows around, preferably via an annular nozzle, with a hot gas stream coaxially or concentrically. Due to its high viscosity, such a hot gas stream as a protective gas stream has a particularly high protective effect for the inner cold gas jacket.

Hierbei wird also die erhöhte Viskosität des Heißgasstromes und des damit trägen Gases benutzt, um eine vergrößerte Schutzabdeckung für das Schmelzebad und der Schweißnaht vor der Atmosphäre einzurichten, wobei diese vergrößerte Schutzabdeckung bis ca. dem 5-fachen eines Durchmessers des Lichtbogen-Fußpunktes betragen kann.Here, therefore, the increased viscosity of the hot gas stream and the inert gas is used to set up an enlarged protective cover for the melt and the weld in front of the atmosphere, this enlarged protective cover can be up to 5 times a diameter of the arc base.

Auch hier kann das Anströmen wiederum durch eine für diese konzentrischen oder koaxialen Gasströme ausgelegtes Düsensystem des Schweiß- oder Schneidbrenners realisiert werden, alternativ ist eine laterale Hinführung des Heiß- und/oder Kaltgasstromes an den Lichtbogen möglich, wie man es vom Engspaltschweißen kennt.Again, the onflow can in turn be realized by a designed for this concentric or coaxial gas streams nozzle system of the welding or cutting torch, alternatively, a lateral introduction of the hot and / or cold gas stream to the arc is possible, as it knows from narrow gap welding.

Vorzugsweise ist es auch möglich, insbesondere gekühltes Schutzgas als Kühlgasstrom zusätzlich nicht nur brennerseitig dem Lichtbogen zuzuführen, sondern über ein separates Düsensystem auf der Prozessseite des Bauteiles und/oder auf dessen Rückseite mit einem oder mehreren Kaltgasströmen zu beaufschlagen, so dass unmittelbar die Werkstückanordnung im Bereich eines Schmelzebades einer Schweißnaht oder im Bereich einer Schneidnaht gekühlt und die Werkstückanordnung sowie die Wärmeeintragszone rund um den Lichtbogen schockartig abrupt abgekühlt werden. Wird auch die Rückseite der zu schweißenden oder zu schneidenden Werkstückanordnungen mit einem oder mehreren Kaltgasströmen beaufschlagt, treten die vorerläuterten metallurgischen Effekte (Unterdrückung intermetallischer Phasen) nicht nur im Wurzelbereich einer Schweiß- oder Schneidnaht auf, sondern beeinflussen die gesamte Wärmeeintragszone der Werkstückanordnung. Durch die prozessseitige und/oder die auf der Werkstückrückseite erfolgende Schockkühlung durch einen Kaltgasstrom extrem kalten Gases von z. B. minus 40 oder minus 50°C, vorzugsweise entnommen aus einem Wirbelrohr werden Wärmekonzentrationen beim Schweißen oder Schneiden in ihrer Ausdehnung erheblich begrenzt und es können Rekristallisationen von Gefügen in Stahlbauteilen im Bereich der Prozessführung vermieden werden, sodass die Eigenschaften der Ausgangswerkstoffe weitestgehend erhalten bleiben.Preferably, it is also possible, in particular cooled protective gas as the cooling gas flow not only the burner side to supply the arc, but to act on a separate nozzle system on the process side of the component and / or on the back with one or more cold gas streams, so that directly the workpiece assembly in the field a melt bath of a weld or cooled in the region of a cutting seam and the workpiece assembly and the heat input zone around the arc are abruptly cooled abruptly. If one or more cold gas flows are also applied to the rear side of the workpiece arrangements to be welded or cut, the metallurgical effects described above (suppression of intermetallic phases) not only occur in the root area of a weld or cutting seam, but affect the entire heat input zone of the workpiece arrangement. By the process side and / or taking place on the back of the workpiece shock cooling by a cold gas flow of extremely cold gas of z. B. minus 40 or minus 50 ° C, preferably taken from a vortex tube heat concentrations during welding or cutting in their expansion are significantly limited and it can recrystallizations of structures in steel components in the process management can be avoided, so that the properties of the starting materials are largely retained.

Vorzugsweise lassen sich die Ausbildungen von intermetallischen Phasenbereichen durch abruptes Abkühlen mittels eines oder mehrerer Kaltgasströme, insbesondere auch bei Schweiß- und/oder Schweiß-/Lötverbindungen stoppen, die mittels Lichtbogen, Energiestrahlen wie Laserstrahl oder durch Induktion ausgebildet werden.The embodiments of intermetallic phase regions can preferably be stopped by abrupt cooling by means of one or more cold gas flows, in particular also in welding and / or welding / soldering connections, which are formed by means of an arc, energy beams such as a laser beam or by induction.

Schließlich kann auch beim klassischen Punktschweißen mit schweißstrombelasteten Presselektroden und bei konduktiven, elektrisch leitfähigen Pressschweißverfahren oder Laser-Wobblnaht oder Laser-Punktschweißen zur Erzeugung von großen Abkühlgradienten für den Erhalt der Werkstoffeigenschaften der zu fügenden Ausgangswerkstoffe die vorgenannten Kaltgasströme einsetzen. Dies kann auch in Verbindung mit der Energiebereitstellung durch freie Energieeinkopplung z. B. über Energiestrahlen wie Laserstrahlen oder Photonen als auch in Verbindung mit induktiven Energieeinkopplungen zur Erreichung der Schweiß- oder Schneidtemperaturen erfolgen.Finally, in classical spot welding with welding current-loaded pressing electrodes and in conductive, electrically conductive pressure welding processes or laser spot welding or laser spot welding for producing large cooling gradients for obtaining the material properties of the starting materials to be joined, it is also possible to use the abovementioned cold gas streams. This can also be in connection with the energy supply by free energy input z. B. on energy beams such as laser beams or photons and in conjunction with inductive Energieeinkopplungen to achieve the welding or cutting temperatures done.

Schließlich ist es auch möglich, den Kalt- oder Heißgasstrom mit einer zerstäubten Flüssigkeit für einen besseren Tiefeneinbrand zu vermischen oder unter Einsatz von Kalt- oder Heißgasströmen zu zerstäuben und in die Gasströme einzumischen, wobei als Materialien vorzugsweise Lanthanide und auch Salze wie z. B. NaCl, die eine hohe Elektronenemission bereits bei geringem Energieeintrag aufweisen, als auch Pulver und Nano-Partikel verwendet werden.Finally, it is also possible to mix the cold or hot gas stream with an atomized liquid for a better depth penetration or to atomize using cold or hot gas streams and mix it into the gas streams, as materials preferably lanthanides and salts such. As NaCl, which have a high electron emission even at low energy input, as well as powder and nano-particles are used.

Hinsichtlich der Vorrichtung wird die vorgenannte Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 22 gelöst, vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.With regard to the device, the aforementioned object is achieved by the features of claim 22, advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to embodiments and accompanying drawings. These show:

1 eine Doppelgasdüse nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, 1 a double gas nozzle according to an embodiment of the invention,

2 einen WIG-Schweißbrenner in schematischer Darstellung als ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Konditionierung eines Schweiß- oder Schneidprozesses unter Einwirkung eines Kaltgasstromes, 2 a TIG welding torch in a schematic representation as an embodiment of a device for conditioning a welding or cutting process under the action of a cold gas stream,

3 einen MSG-Schweißbrenner in schematischer Darstellung als ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Konditionierung eines Schweiß- oder Schneidprozesses unter Einwirkung eines Kaltgasstromes, und 3 a MSG welding torch in a schematic representation as a further embodiment of an apparatus for performing the method for conditioning a welding or cutting process under the action of a cold gas stream, and

4 eine Vorrichtung für ein Laserstrahlschweißen (in schematischer Darstellung) zur Durchführung des Verfahrens zur Konditionierung eines Schweiß- oder Schneidprozesses unter Einwirkung eines Kaltgasstromes. 4 a device for a laser beam welding (in a schematic representation) for carrying out the method for conditioning a welding or cutting process under the action of a cold gas stream.

1 zeigt schematisch und stark vergrößert eine Schweißvorrichtung mit eine Ringgasdüse als Doppelgasdüse 1 im Schnitt, wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Diese bildet einen Brennerkopf 2 eines Schweißbrenners mit einer Elektrode, insbesondere abschmelzende Elektrode 3, zwischen der und einem zu schweißenden Werkstück 8 ein Lichtbogen 4 ausgebildet ist. Als Prozessgas 5, das den Lichtbogen 4 unmittelbar umgibt, ist vorzugsweise Argon vorgesehen und zwar als Kaltgas mit einer Temperatur zwischen +10°C und –50°C, das geeignet ist unmittelbar formgebend, z. B. einschnürend auf den Lichtbogen einzuwirken und auf diese Weise zu einer Konzentration und Erhöhung des Energieeintrages in der Schweißzone führt. Auf diese Weise wird die Schweißnaht schockartig nach ihrer Ausbildung abgekühlt, so dass Martensitbildung ebenso wie die störende Ausbildung innermetallischer Phasen beim Verschweißen unterschiedlicher Materialien weitestgehend vermieden werden. 1 shows schematically and greatly enlarged a welding device with a ring gas nozzle as a double gas nozzle 1 in section, as it can be used in the context of the present invention. This forms a burner head 2 a welding torch with an electrode, in particular a consumable electrode 3 between the workpiece and a workpiece to be welded 8th an arc 4 is trained. As a process gas 5 that the arc 4 Argon is preferably provided as a cold gas with a temperature between + 10 ° C and -50 ° C, which is suitable immediately shaping, z. B. constricting act on the arc and in this way leads to a concentration and increase the energy input in the weld zone. In this way, the weld is cooled in a shock-like manner after its formation, so that martensite formation as well as the disturbing formation of internal metal phases during welding of different materials are largely avoided.

Hierzu weist die Doppelgasdüse 1 ein Zuführrohr 6 zur koaxialen Zuführung des kalten Prozessgases 5 auf, das im Bereich eines Vorderendes 6a, das die abschmelzende Elektrode 3, trägt mit Umfangsbohrungen 6b versehen ist, durch die das Prozessgas 5 in einen Zwischenraum zwischen dem Zylinderrohr 6 und einem dieses konzentrisch umgehenden Außenrohres 7 eintritt, um den Lichtbogen formend zu umgeben und unmittelbare eine sofortige Abkühlung des Werkstückes 8 zu bewirken.For this purpose, the double gas nozzle 1 a feed tube 6 for the coaxial supply of the cold process gas 5 in the area of a front end 6a that is the melting electrode 3 , carries with circumferential holes 6b is provided by which the process gas 5 in a space between the cylinder tube 6 and a concentrically surrounding outer tube 7 enters to surround the arc forming and immediately an immediate cooling of the workpiece 8th to effect.

Insbesondere im vorderen Endbereich einer so gebildeten ersten Düse 9 ist, diese konzentrisch und vorzugsweise zur Einstellung eines Düsenspaltes 10 umgebend, ein Düsenkörper 11 vorgesehen, durch den ein zweites Gas 12 als Heiß- oder Stützgas in den Bereich des Lichtbogens 4 in Richtung Werkstück geführt wird, wobei das heiße Gas als Stützgas und Stützatmosphäre für das innere kalte Gas fungiert und einen kegelförmigen Schutzgasmantel 12a ausbildet. Auf diese Weise wird nicht nur die übliche Schutzgasfunktion realisiert, sondern zugleich der Kaltgasmantel um den Lichtbogen stabilisiert und seiner Effizienz der Einwirkung auf Lichtbogen 4 und Werkstück 8 gesteigert.In particular in the front end region of a first nozzle thus formed 9 is, this concentric and preferably for adjusting a nozzle gap 10 surrounding, a nozzle body 11 provided by a second gas 12 as a hot or supporting gas in the area of the arc 4 is guided in the direction of the workpiece, wherein the hot gas acts as a supporting gas and supporting atmosphere for the inner cold gas and a conical protective gas jacket 12a formed. In this way, not only the usual protective gas function is realized, but at the same time stabilized the cold gas jacket to the arc and its efficiency of the action on arcs 4 and workpiece 8th increased.

Bei dem gezeigten Gas 12 kann es sich ebenso wie bei dem ersten Gas z. B. um Argon handeln, es können aber auch verschiedene Gase wie Argon und Helium und weitere Mischgase zur Anwendung kommen. Ggf. kann das äußere Gas 12 auch ein Schutzgas bei Raumtemperatur ebenso z. B. Druckluft sein, da die Schweißzone der Lichtbogeneinwirkung bereits durch das Kaltgas abgeschirmt wird.At the gas shown 12 it may be as well as the first gas z. B. argon, but it can also be different gases such as argon and helium and other mixed gases are used. Possibly. can the outside gas 12 also a protective gas at room temperature as well z. B. compressed air, since the welding zone of the arc is already shielded by the cold gas.

Vorzugsweise ist der Düsenspalt 10 zwischen einem Außenzylinder 13 der ersten Düse 9 und dem zweiten Düsenkörper, z. B. durch Axialverstellung desselben einstellbar sein und hierdurch auch die Einströmung des zweiten Gases 12 auf das Kaltgas 5 gesteuert werden.Preferably, the nozzle gap 10 between an outer cylinder 13 the first nozzle 9 and the second nozzle body, for. B. be adjusted by axial adjustment of the same and thereby also the inflow of the second gas 12 on the cold gas 5 to be controlled.

Vorzugsweise wird das die Lichtbogenformung und Flankenstützung für den Lichtbogen zur „Schärfung” desselben eingesetzte Kaltgas 5 (Prozessgas) durch ein Wirbelrohr 20 (siehe 2) erzeugt, dass zu einer kalten und einer heißen Gasfraktion führt. Auf diese Weise kann auch das zweite, äußere Gas 12 in einem integrierten Prozess genommen werden. In diesem Fall ist also erstes und zweites Gas 12 gleichartig, ohne dass das allerdings zwingend wäre.Preferably, the arc forming and flank support for the arc for "sharpening" the same used cold gas 5 (Process gas) through a vortex tube 20 (please refer 2 ) that leads to a cold and a hot gas fraction. In this way can also the second, external gas 12 be taken in an integrated process. In this case, therefore, first and second gas 12 similar, without that, however, would be mandatory.

Das Wirbelrohr ist in der schematischen Darstellung in 1 nicht gezeigt. In der Vorrichtung nach 1 ist noch eine dritte Düse 14 vorgesehen, die ebenfalls Kaltgas im vorgenannten Prozessbereich, vorzugsweise im Minustemperaturbereich, insbesondere zwischen –20°C und –40°C gegen eine Unterseite des Werkstückes 3 appliziert, um auf diese Weise Grobkornbildung und die Ausbildung der vorgenannten Gefügestrukturen durch schockartige Abkühlung des Werkstückes zu vermeiden. The vortex tube is in the schematic representation in 1 Not shown. In the device according to 1 is still a third nozzle 14 provided, which also cold gas in the aforementioned process area, preferably in the minus temperature range, in particular between -20 ° C and -40 ° C against a bottom of the workpiece 3 applied in order to avoid in this way coarse grain formation and the formation of the aforementioned microstructures by shock-like cooling of the workpiece.

Auch hier kann es sich um ggf. den gleichen, aus einem Wirbelrohr stammenden, Kaltgasstrom handeln, aus dem auch das Kaltgas 5 stammt.Again, it may possibly be the same, originating from a vortex tube, cold gas flow, from which also the cold gas 5 comes.

In einer Umstellung der Betriebführung für die vorerläuterte Vorrichtung kann die Zuführung von Kalt- und/oder Heißgas in den Bereich des Lichtbogens (oder Werkstücks) auch vertauscht werden. Es kann auf diese Weise der heiße Schutzgasmantel um den Lichtbogen gefasst und den Lichtbogen geformt und beeinflusst werden, mit Auswirkungen auf die Ausbildung des Lichtbogens. Eine solche Anordnung hat besondere Vorteile für den stabilen Aufbau des Lichtbogens und das Zünd-(Ionisations-)verhalten der Anordnung.In a changeover of the operation guidance for the device described above, the supply of cold and / or hot gas in the region of the arc (or workpiece) can also be reversed. In this way, the hot protective gas mantle can be grasped around the arc and the arc can be shaped and influenced with effects on the formation of the arc. Such an arrangement has particular advantages for the stable structure of the arc and the ignition (ionization) behavior of the arrangement.

Die Vorteile der vorgenannten Vorrichtung seien nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungen nochmals zusammengefasst:
Vorzugsweise wird eine indirekte und auch direkte Einflussnahme auf den Prozess des Schmelzens der Grundwerkstoffe, der Zusatzwerkstoffe bis hin zu einem gesteuerten Abkühlen von Schmelze, Werkstück und Lichtbogen bewirkt.The advantages of the aforementioned device are summarized below with reference to preferred embodiments:
Preferably, an indirect and direct influence on the process of melting of the base materials, the filler materials to a controlled cooling of melt, workpiece and arc is effected.

Die zu verwendende Technologie besteht aus der spezifischen Anwendung des Wirbelrohres, eingesetzt für die Prozess- und Schutzgase beim Lichtbogenschweißen-/Schneiden und beim Einsatz von Laser-Schweißen und -schneidarbeiten. Hierbei werden vorzugsweise die beim Wirbelrohr auftretenden Temperaturunterschiede eines eingespeisten Prozess- oder Schutzgases direkt genutzt um

1. die Funktion des Lichtbogens, seine Ionisationsverhalten in einem angelegten Spannungs-/Stromfeld stabil aufzubauen (heißes Gas).
2. Eine Kontraktion des Lichtbogens zu veranlassen durch Anströmen eines „brennenden” Lichtbogens über seine gesamte Länge mit extrem kalten Gas. Die damit sich zwangsläufig einstellende Energiedichtenerhöhung im Lichtbogenfußpunkt bewirkt eine punktuellen Energieeintrag und reduzierte thermische Belastungen der zu fügenden/zu trennenden Grundwerkstoffe. Dieses Anströmen kann durch ein spezielles Düsensystem des Schweiß-/Schneidbrenners erfolgen. Auch kann diese Gas seitlich dem Lichtbogenprozess zugeführt werden.
3. Die Kombination von heißem und kalten Gas zu nutzen und dem Lichtbogen über ein Doppelgasdüsensystem diese Gase zuzuführen. Hierbei wird ein inneres, in dem Lichtbogen konzentrisch umströmendes heißes Gas (Zentrumgas) zum provozierten Auslösen des Ionisationsvorganges eingesetzt. Aus einer Ringdüse, diesen inneren Glasfluss umströmend austretendes kaltes Gas kühlt den Lichtbogenkegel, bestehend aus der ionisierten Säule des Zentrumgases und führt zur gewünschten Kontraktion. Dieses Anströmen kann durch ein spezielles Düsensystem des Schweiß-/Schneidbrenners erfolgen. Auch kann diese Gas seitlich dem Lichtbogenprozess zugeführt werden.
4. Die Kombination von heißem und kalten Gas zu nutzen und dem Lichtbogen über ein Doppelgasdüsensystem diese Gase zuzuführen. In Abwandelung zu Pkt. 3 werden jetzt die Gasströme umgeschaltet in der Form, dass von einem ionisiert vorliegendem Lichtbogen, i. d. R. basierend auf Metalldampf, kaltes Zentrumgas zum Einsatz kommt, welches die Kontraktion des Lichtbogens bewirkt. Dieses Gas wiederum wird jetzt über die Ringdüse mit heißem Gas umströmt. Hierbei wird die Wirkung der erhöhten Viskosität des heißen (trägen) Gases benutzt, um in einem den Durchmesser des Lichtbogens im Fußpunkt bis zum 5fachen vergrößerte Schutzabdeckung der Schmelz, der Schweißnaht vor der Atmosphäre zu schützen. Dieses Anströmen kann durch ein spezielles Düsensystem des Schweiß-/Schneidbrenners erfolgen. Auch kann dieses Gas seitlich dem Lichtbogenprozess zugeführt werden.
5. Des Weiteren ist vorgesehen, den Prozess des Schweißens, Schneidens dahingehend zu beeinflussen, indem insbesondere gekühltes Schutzgas zusätzlich zu den Brennergaskombinationen über ein separates Düsensystem, auf der Prozessseite der Bauteile die Schweiß-/Schneidnaht anspült und die darum liegende WEZ sowie Bauteilgeometrien abrupt abkühlt. Wärmekonzentrationen vom Schweißen, Schneiden werden in ihrer Ausdehnung stark zu begrenzt. Rekristallisationen von Stahlgefügen in den Prozesszonen können vermieden werden; die Eigenschaften der Grundwerkstoffe bleiben weitestgehend erhalten. Für die insbesondere mit Diffusionsprozessen einhergehenden Schweiß- und auch Lötverbindungen mittels Lichtbogen, Laser, Induktion usw. lassen sich die Ausbildungen der intermetallischen Phasenbereiche durch abruptes Abkühlen stoppen.
6. Erweiternd zu Pkt. 5 besteht die Möglichkeit, allein als in Kombination mit der technologischen Ausführung zu Pkt. 5 auch die Rückseite der zu schweißenden/schneidenden Bauteil mit kaltem Gas anzuströmen. Die metallurgischen Effekte treten hierbei nicht nur im Wurzelbereich auf, sondern übertragen sich auf die gesamte Wärmeeintragszone der Bauteile.
7. Einsatz der insbesondere kalten Gase beim klassischen Punktschweißen mit schweißstrombelasteten Press-Elektroden und bei konduktiven Pressschweißverfahren oder Laser-Wobbl- oder Laser-Punktschweißen zur Erzeugung von großen Abkühlgradienten für den Erhalt von Werkstoffeigenschaften der zu fügenden Grundwerkstoffe.
8. Erweiterung von Pkt. 7 hinsichtlich des Einsatzes von konduktiv freier Energieeinkopplung z. B. über energiereiche Strahlen wie Photonen, Elektronen, Laser als auch induktive Energieeinkopplungen.

The technology to be used consists of the specific application of the vortex tube, used for the process and protective gases in arc welding / cutting and in the use of laser welding and cutting. In this case, preferably occurring at the vortex tube temperature differences of an injected process or inert gas are used directly

1. the function of the arc to stably build up its ionization behavior in an applied voltage / current field (hot gas).
2. Induce a contraction of the arc by blowing a "burning" arc over its entire length with extremely cold gas. The inevitably increasing energy density increase in the arc root causes a punctual energy input and reduced thermal loads on the base materials to be joined / separated. This influx can be done by a special nozzle system of the welding / cutting torch. Also, this gas can be supplied to the side of the arc process.
3. Use the combination of hot and cold gas and supply the arc to these gases via a dual gas nozzle system. In this case, an inner, in the arc concentrically flowing around hot gas (center gas) is used for the provoked triggering of the ionization process. From a ring nozzle, this cold glass gas flowing around this inner glass flow cools the arc cone, consisting of the ionized column of the center gas and leads to the desired contraction. This influx can be done by a special nozzle system of the welding / cutting torch. Also, this gas can be supplied to the side of the arc process.
4. Use the combination of hot and cold gas and supply the arc to these gases via a dual gas nozzle system. In a modification to point 3, the gas streams are now switched in the form that cold center gas is used by an ionized arc, usually based on metal vapor, which causes the contraction of the arc. This gas in turn is now flowing around the ring nozzle with hot gas. Here, the effect of the increased viscosity of the hot (inert) gas is used to protect in a the diameter of the arc at the base of up to 5 times enlarged protective cover of the enamel, the weld from the atmosphere. This influx can be done by a special nozzle system of the welding / cutting torch. Also, this gas can be supplied to the side of the arc process.
5. Furthermore, it is intended to influence the process of welding, cutting to the effect that in particular cooled inert gas in addition to the burner gas combinations via a separate nozzle system, on the process side of the components flushes the weld / cutting seam and abruptly cools the underlying HAZ and component geometries , Heat concentrations from welding, cutting are greatly limited in their extent. Recrystallizations of steel structures in the process zones can be avoided; the properties of the base materials are largely retained. For the associated in particular with diffusion processes welding and solder joints by means of arc, laser, induction, etc., the formation of the intermetallic phase regions can be stopped by abrupt cooling.
6. As an addition to item 5, it is also possible to supply cold gas to the reverse side of the component to be welded / cut in combination with the technological version of item 5. The metallurgical effects occur not only in the root area, but transferred to the entire heat input zone of the components.
7. Use of the particular cold gases in classical spot welding with welding current-loaded pressing electrodes and in conductive pressure welding or laser wobble or laser spot welding to produce large Abkühlgradienten for the preservation of material properties of the base materials to be joined.
8. Extension of item 7 with regard to the use of conductively free energy coupling z. As about high-energy rays such as photons, electrons, lasers and inductive Energieeinkopplungen.

Es ist auch möglich die Vorrichtung geschaltet bzw. getaktet auszuführen, also zunächst den ersten inneren Gasstrom 5 als Heißgastrom auszubilden (unter vergleichsweise zeitverzögerter Zuschaltung des zunächst nicht benötigten, zweiten, äußeren Gasstromes) und auf diese Weise das Zündverhalten der Vorrichtung und die Ausbildung eines stabilen Lichtbogens 4 zu unterstützen, während nach Inbetriebnahme umgeschaltet und als „Innengas” der Kaltgasstrom zur Einwirkung auf die Flanken des Lichtbogens gebracht wird und das Heißgas und/oder „Nicht-Kaltgas” 12 den äußeren Schutzmantel ausbildet.It is also possible to perform the device switched or clocked, so first the first inner gas flow 5 form as a hot gas stream (with comparatively time-delayed connection of the first not needed, second, outer gas stream) and in this way the ignition behavior of the device and the formation of a stable arc 4 while switched over after commissioning and as "inner gas" the cold gas flow is brought to act on the flanks of the arc and the hot gas and / or "non-cold gas" 12 forms the outer protective sheath.

Die 2 zeigt in schematischer Darstellung den Einsatz einer Doppelgasdüse bei einem WIG-Schweißbrenner. Das zweite Gas (Schutzgas) ist hierbei nicht dargestellt. Auch hier wird eine Schmelzzone 15 und Wurzel der Schweißnaht durch Kühlung mit Kaltgas, erzeugt aus einem Wirbelrohr 20, gekühlt. Ein Brennerkopf des Schweißbrenners ist mit 2 bezeichnet. Die eingesetzte Doppelgasdüse folgt dem anhand von 1 erläuterten, konstruktiven Aufbau. In diesem Fall wird eine nicht-abschmelzende Wolframelektrode 3a verwendet.The 2 shows a schematic representation of the use of a double gas nozzle in a TIG welding torch. The second gas (inert gas) is not shown here. Again, a melting zone 15 and root of the weld by cooling with cold gas generated from a vortex tube 20 , cooled. A torch head of the welding torch is with 2 designated. The double gas nozzle used follows the basis of 1 explained, constructive structure. In this case, a non-consumable tungsten electrode becomes 3a used.

3 zeigt schematisch einen MSG-Schweißbrenner mit eingesetzter Doppelgasdüse 1. 3 schematically shows a MSG welding torch with inserted double gas nozzle 1 ,

Über eine Antriebsrolle 16 wird ein Schweißdraht 3 zugeführt. Im Inneren einer Schutzgasdüse 18 ist eine Prozessgas-, insbesondere Kaltgasdüse 19 angeordnet. Auch hier wird zusätzlich eine aus einem Wirbelrohr stammende Kaltgaskühlung von Nahtwurzel und Schweißbad bzw. Werkstück vorgesehen.About a drive roller 16 becomes a welding wire 3 fed. Inside a protective gas nozzle 18 is a process gas, in particular cold gas nozzle 19 arranged. Here, too, a cold gas cooling from near-root and weld pool or workpiece originating from a vortex tube is additionally provided.

Auch hier ist eine Doppelgasdüse 1 des vorbeschriebenen Aufbaus, gespeist mit Gas, das durch ein Wirbelrohr 20 temperiert wird (Kaltgas/Heißgas) eingesetzt.Again, a double gas nozzle 1 of the above structure, fed with gas passing through a vortex tube 20 tempered (cold gas / hot gas) is used.

Schließlich zeigt 4 eine Applikation der Erfindung auf das Laserstrahl-Schweißen oder -Schneiden, das in einer Kaltgasatmosphäre für Wärmeleitschweißen (a) und Tiefschweißen (b) ebenfalls möglich ist.Finally shows 4 an application of the invention to the laser beam welding or cutting, which in a cold gas atmosphere for heat conduction welding (a) and deep welding (b) is also possible.

Auch hier wird nicht nur kaltes Prozessgas zunächst am Einwirkungsort des Laserstrahles auf das Werkstück zur Einwirkung gebracht (vorzugsweise erfolgt das in einem hier nicht dargestellten Düsenkörper koaxial), sondern es wird wieder das Werkstück im Einwirkungsbereich des Laserstrahles mit Kaltgas aus einem Wirbelrohr von unten gekühlt. Auch das als Prozessgas angewandte Kaltgas wird vorzugsweise durch ein Wirbelrohr 20 genommen.Again, not only cold process gas is first brought to the action of the laser beam on the workpiece to act (preferably done in a nozzle body not shown coaxially), but it is again the workpiece cooled in the range of action of the laser beam with cold gas from a vortex tube from below. Also, the cold gas used as the process gas is preferably through a vortex tube 20 taken.

In allen vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen kann vorzugsweise in dem Kaltgasstrom eine Flüssigkeit oder Pulver oder Nano-Partikel mit dem Kaltgasstrom zerstäubt oder zerstäubt und vermischt sein, z. B. Lanthanide oder Salze, wie NaCl zur Verbesserung eines Tiefeneinbrands. Ein mit dem Wirbelrohr steuerbar kommunizierend verbundener Behälter mit z. B. einer Kochsalzlösung in Verbindung mit einer Steuereinrichtung ermöglicht die gezielte Einbringung von Flüssigkeit wie Lanthaniden in den Kaltgasstrom (oder auch Heißgasstrom), der in dem Wirbelrohr 16 erzeugt wird. Im Heißgasstrom werden so indirekt metallische Diffusionsprozesse zwischen den Werkstoffen in Abhängigkeit von der Löslichkeit der Werkstoffe im flüssigen und festen Zustand befördert.In all embodiments described above, a liquid or powder or nano-particles may preferably be atomized or atomized and mixed with the cold gas stream and mixed in the cold gas stream, for. As lanthanides or salts, such as NaCl to improve a Tiefeneinbrands. A controllably communicable with the vortex tube connected container with z. As a saline solution in conjunction with a control device allows the targeted introduction of liquid such as lanthanides in the cold gas stream (or hot gas stream), in the vortex tube 16 is produced. In the hot gas stream, indirect metallic diffusion processes between the materials are thus promoted as a function of the solubility of the materials in the liquid and solid state.

Durch die Erfindung lassen sich höhere Schweißtemperaturen erreichen, und es wird die Schweißbarkeit schwer schweißbarer Werkstoffe und Werkstoffkombinationen verbessert. Die Flankenbeeinflussung des Lichtbogens mit Kaltgas tieferer Temperaturen (bis hin zu –80'°C) erhöht auch die Standzeit der Düsenspitzen von Schweißbrennern und gestattet eine Formgebung des Lichtbogens zur Erhöhung des Energieeintrages. Das Kaltgas kann mit zugleich einem als Schutzgas verwendbaren Heißgas durch ein Wirbelrohr kostengünstig und verlustfrei erzeugt werden.By means of the invention, higher welding temperatures can be achieved, and the weldability of difficult to weld materials and material combinations is improved. The flank influence of the arc with cold gas at lower temperatures (down to -80 ° C) also increases the service life of the nozzle tips of welding torches and allows shaping of the arc to increase the energy input. The cold gas can be generated at the same time as a protective gas usable hot gas through a vortex tube cost and lossless.

Es sei auch auf die Anwendung einer Kaltgasatmosphäre auf das Schneiden oder Schweißen mit Laserstrahlen ausdrücklich hingewiesen.It is also expressly pointed out the application of a cold gas atmosphere to cutting or welding with laser beams.

Wie auch beim Laserschweißen oder -schneiden ist hierdurch eine ummittelbare Wärmeableitung aus der Schweiß- oder Schneidzone und damit die Vermeidung nachträglicher Gefüge-Grobkornbildung, auch in Verbindung mit einer zusätzlichen Kaltgaskühlung des Schneid- oder Schweißbereiches von einer Unterseite des Werkstückes her möglich.As with laser welding or cutting, this provides an immediate heat dissipation from the welding or cutting zone and thus the avoidance of subsequent microstructure coarse grain formation, also in conjunction with additional cold gas cooling of the cutting or welding region from an underside of the workpiece.

Das Kaltgas kann auch seitlich in den Einwirkungsbereich des Laserstrahles auf das Werkstück eingeströmt werden.The cold gas can also be flowed laterally into the area of action of the laser beam onto the workpiece.

In gleicher Weise ist die Erfindung (Kaltgaseinsatz) auf Verbindungsverfahren anwendbar, die auf induktive Erwärmung (Hochfrequenzschweißen) oder Pressschweißen beruhen. Similarly, the invention (cold gas use) is applicable to connection methods based on inductive heating (high frequency welding) or pressure welding.

Auch Oberflächenmodifikationsverfahren, wie Härteverfahren die auf induktiver Erwärmung durch Hochfrequenzspulen beruhen, können durch zusätzlichen Einsatz eines Kaltgasstromes in Temperaturbereich von ca. +10°C–-80°C hinsichtlich der Gefügeeigenschaften vorteilhaft und örtlich gezielt, z. B. zur Bereitstellung eines bestimmten Härteprofiles, beeinflusst werden. Das Heißgas hat vorzugsweise eine Temperatur bis zu ca. 150°C.Even surface modification methods, such as hardening processes based on inductive heating by high-frequency coils, can be advantageously and locally targeted, for example by additional use of a cold gas stream in the temperature range of about + 10 ° C - 80 ° C in terms of structural properties. B. to provide a certain hardness profile, are influenced. The hot gas preferably has a temperature up to about 150 ° C.

In den vorerläuterten Ausführungsbeispielen ist das zugeführte Gas vorzugsweise nur eine Gassorte, z. B. Argon. Es können aber auch unterschiedliche Gase, z. B. Argon und Helium und weitere auch stark reaktive Gasgemische zum Einsatz kommen. Wichtig ist, dass mit unterschiedlichen Temperaturen des „Innengases” und „Außengases” gearbeitet wird. Innen soll bevorzugt das Kaltgas strömen, außen vorzugsweise das heiße Gas. „Hergestellt” wird die Temperaturverteilung vorzugsweise über ein Wirbelrohr 20.In the embodiments discussed above, the gas supplied is preferably only one type of gas, e.g. Argon. But it can also different gases, eg. As argon and helium and other highly reactive gas mixtures are used. It is important to work with different temperatures of the "inner gas" and "outer gas". Inside should preferably flow the cold gas, outside preferably the hot gas. "Produced", the temperature distribution is preferably via a vortex tube 20 ,

Da das „innere Gas” vorzugsweise nicht zur Abschirmung von Schmelze und Schweißnaht gegenüber der Umgebungsluft dient, sondern vielmehr den Lichtbogen an seinen Flanken kühlt und ihn somit zum Kontrahieren veranlasst (insoweit auch unmittelbar auf den Prozess Einfluss nimmt) kann dies auch als Prozessgas bezeichnet werden.Since the "inner gas" preferably does not serve to shield the melt and weld against the ambient air, but instead cools the arc at its flanks and thus causes it to contract (to the extent that it also directly influences the process), this can also be referred to as process gas ,

Eine Abschirmwirkung gegenüber der Umgebungsatmosphäre ist hierbei nicht ausgeschlossen. Das vorzugsweise heiße, äußere Gas dient hauptsächlich als Schutzgas. Es hat abschirmende Wirkung gegenüber der Umgebungsatmosphäre, wobei ein Einfluss auf die Formgebung des Lichtbogens gering sein dürfte. Eine Besonderheit heißer Gase ist aber deren Zähigkeit und Volumenzunahme, woraus Vorteile hinsichtlich seiner Abschirmwirkung resultieren.A shielding effect against the ambient atmosphere is not excluded here. The preferably hot, external gas serves mainly as a protective gas. It has a shielding effect on the ambient atmosphere, with an influence on the shape of the arc is likely to be low. A special feature of hot gases, however, is their toughness and volume increase, which results in advantages in terms of its shielding effect.

Die vorliegende Erfindung gestattet es, das eingesetzte Prozess- bzw. Schutzgas praktisch vollständig oder restlos prozesswirksam zu nutzen. Obwohl in den vorliegenden Ausführungsbeispielen die Kalt- bzw. Heißgaszufuhr anhand der Verwendung einer Doppelgasdüse 1 (auch als Ringgasdüse bezeichnet) wie in 1 gezeigt, erläutert wurde, kann an Stelle dessen auch eine konventionelle Gasdüse Verwendung finden, der ein Kaltgasstrom oder Heißgasstrom als Prozess- und/oder Schutzgas zugeführt ist.The present invention makes it possible to use the process or inert gas used virtually completely or completely process effective. Although, in the present embodiments, the cold or hot gas supply using the use of a double gas nozzle 1 (also referred to as ring gas nozzle) as in 1 has been explained, in place of which a conventional gas nozzle can be used, to which a cold gas stream or hot gas stream is supplied as process and / or inert gas.

Es ist auch möglich eine Düse mit umschaltbaren Gasströmen zu verwenden, und einer vereinfachten Düsengestaltung jeweils alternativ ein Heiß- oder Kaltgasstrom zuzuführen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird also eine Mehrzahl unterschiedlich temperierter Gasströme, insbesondere ein Kalt- und/oder Heißgasstrom einer das Prozess- und/oder Schutzgas zum Schweiß- oder Schneidort führenden Düse gleichzeitig oder alternativ, z. B. schaltbar wechselweise, zugeführt, wobei der jeweilige Gasstrom vorzugsweise einem Wirbelrohr als Quelle entnommen wird.It is also possible to use a nozzle with switchable gas streams, and to supply a simplified nozzle design each alternatively a hot or cold gas stream. In the context of the present invention, therefore, a plurality of differently tempered gas streams, in particular a cold and / or hot gas stream of a process and / or inert gas to the welding or cutting location leading nozzle simultaneously or alternatively, for. B. switchable alternately supplied, wherein the respective gas stream is preferably taken from a vortex tube as a source.

Im Rahmen der Erfindung wird bevorzugt ein Wirbelrohr, dem Edelgas oder Gasgemische bei Raumtemperatur zugeführt werden, als Gasquelle für die Erzeugung des Kalt- und/oder Heißgasstromes verwendet. Diese Gaszufuhr bei Raumtemperatur wird hierbei nicht als,temperiertes” Gas im Sinne der vorliegenden Anmeldung verstanden. Der „temperierte” Kalt- oder Heißgasstrom hat Temperaturen unter bzw. über der „Original”- oder Raumtemperatur. Anstelle des Wirbelrohres können auch andere Gasquellen zur Bereitstellung von Heiß- und/oder Kaltgasstrom zum Einsatz kommen bzw. einfach eine Kälte- bzw. Erwärmungseinrichtung verwendet werden, zur Temperierung (Kühlung oder Erwärmung) des Gases/der Gase für seine/ihre Verwendung im Schweiß- oder Schneidprozess.In the context of the invention is preferably a vortex tube, the noble gas or gas mixtures are supplied at room temperature, used as a gas source for the generation of the cold and / or hot gas stream. This gas supply at room temperature is not understood here as a "tempered" gas in the context of the present application. The "tempered" cold or hot gas flow has temperatures below or above the "original" or room temperature. Instead of the vortex tube, other gas sources can be used to provide hot and / or cold gas flow or simply a cooling or heating device can be used for temperature control (cooling or heating) of the gas / gases for its / its use in the sweat - or cutting process.

Die Erfindung ist in weitem Rahmen in Verbindung mit Schweiß- oder Schneidprozessen anwendbar.The invention is widely applicable in connection with welding or cutting processes.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

DIN439 [0004] DIN439 [0004]

Claims

Verfahren zur Konditionierung eines Lichtbogen-Schweiß- oder Lichtbogen-Schneidprozesses, gekennzeichnet durch Einwirkung eines temperierten Gasstromes, insbesondere Kalt- oder Heißgasstromes auf den Schweiß- oder Schneidprozess.A method of conditioning an arc welding or arc cutting process, characterized by the action of a tempered gas stream, in particular cold or hot gas stream on the welding or cutting process.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalt- oder Heißgasstrom durch einen Generator, insbesondere ein Wirbelrohrgenerator erzeugt wird, mit Abgriffen für ein kaltes und heißes Prozess- und/oder Schutzgas, inert, aktiv oder Mischgas zum Schweißen/Schneiden bei Zuführung diese Gases im Normzustand oder bei Raumtemperatur zu einem Eingang des Generators.A method according to claim 1, characterized in that the cold or hot gas flow is generated by a generator, in particular a vortex tube generator, with taps for a cold and hot process and / or inert gas, inert, active or mixed gas for welding / cutting when feeding them Gases in the normal state or at room temperature to an input of the generator.

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalt- oder Heißgasstrom ein Edelgasstrom, insbesondere Argon- oder Heliumgasstrom, oder ein Gasgemisch ist, vorzugsweise erzeugt durch ein Wirbelrohr (20).A method according to claim 2, characterized in that the cold or hot gas stream is a noble gas stream, in particular argon or helium gas stream, or a gas mixture, preferably generated by a vortex tube ( 20 ).

Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kaltgasstrom eine Temperatur von weniger als 280°K aufweist.A method according to claim 1 or 3, characterized in that the cold gas stream has a temperature of less than 280 ° K.

Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kaltgasstrom eine Temperatur im Bereich von plus 10°C bis minus 80°C aufweist.Method according to at least one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that the cold gas stream has a temperature in the range of plus 10 ° C to minus 80 ° C.

Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Ausbildung eines Kaltgasmantels um einen Lichtbogen (4) des Schweiß- oder Schneidprozesses zur Formgebung, insbesondere Einschnürung desselben und/oder eine Anwendung des Kaltgasmantels als Prozess- oder Schutzgas für den Lichtbogen.Method according to at least one of the preceding claims 1 to 5, characterized by the formation of a cold gas jacket around an arc ( 4 ) of the welding or cutting process for shaping, in particular constriction thereof and / or an application of the cold gas jacket as a process or protective gas for the arc.

Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Beeinflussung eines Schmelzebades des Schweiß- oder Schneidprozesses mit dem Kalt- oder Heißgasstrom.Method according to at least one of the preceding claims 1 to 6, characterized by influencing a melt bath of the welding or cutting process with the cold or hot gas stream.

Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine rückseitige Beeinflussung, insbesondere Anströmung, eines Werkstückes mit dem Kalt- oder Heißgasstrom im Bereich eines vorderseitigen Schmelzebades des Schweiß- oder Schneidprozesses, wobei das Schmelzebad im Wesentlichen einer Einwirkungszone des rückseitigen Kalt- oder Heißgasstromes auf einer gegenüberliegenden, vorderseitigen Werkstückoberfläche gegenüberliegt.Method according to at least one of the preceding claims 1 to 7, characterized by a back-influencing, in particular oncoming flow, of a workpiece with the cold or hot gas flow in the region of a front-side molten bath of the welding or cutting process, wherein the molten bath substantially covers an action zone of the rear side or hot gas flow on an opposite, front side workpiece surface is opposite.

Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schutz- und/oder Prozessgas des Schweiß- oder Schneidprozesses durch ein Kalt- oder Heißgas, insbesondere einen Kalt- oder Heißgasstrom aus Edelgas, gebildet wird.Method according to at least one of the preceding claims 1 to 8, characterized in that a protective and / or process gas of the welding or cutting process by a cold or hot gas, in particular a cold or hot gas stream of inert gas, is formed.

Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Beeinflussung der Geometrie eines Lichtbogens des Schweiß- oder Schneidprozesses, insbesondere Einschnürung oder Fokussierung desselben, durch einen Kaltgasstrom mit einer Temperatur von bis zu minus 50°C.A method according to at least one of the preceding claims 1 to 9, characterized by influencing the geometry of an arc of the welding or cutting process, in particular constriction or focusing thereof by a cold gas flow at a temperature of up to minus 50 ° C.

Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch vollständige Einhüllung eines Lichtbogens zwischen einer Brennerspitze eines Schweiß- oder Schneidbrenners, z. B. WIG-Brenner oder MSG-Brenner, mit dem Kaltgasstrom als Prozess- und/oder Schutzgas mit einer Temperatur von bis zu ca. minus 50°C und der Stabilisierung und Kontrahierung des Lichtbogens und/oder Erhöhung einer Brennfleckleistungsdichte im Bereich eines Lichtbogen-Fußpunktes desselben, und/oder Minimierung einer Wärmeeintragzone in eine Werkstückanordnung.Method according to at least one of the preceding claims 1 to 10, characterized by complete envelopment of an arc between a burner tip of a welding or cutting torch, z. B. TIG burner or MSG burner, with the cold gas stream as a process and / or inert gas at a temperature of up to about minus 50 ° C and the stabilization and contraction of the arc and / or increase a focal spot power density in the range of an arc Basis of the same, and / or minimization of a heat input zone in a workpiece assembly.

Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Schock-Abkühlung einer Werkstückanordnung benachbart zu einem Schmelzbad des Schweiß- oder Schneidprozesses zur Unterdrückung von Martensitbildung oder einer Ausbildung intermetallischer Phasen und von Werkstückversprödungen beim Schweißen unterschiedlicher Werkstoffe, insbesondere von Stahl/Aluminium- oder Aluminium/Magnesium/Stahl-Kombinationen.Method according to at least one of the preceding claims 1 to 11, characterized by a shock-cooling of a workpiece arrangement adjacent to a molten bath of the welding or cutting process for the suppression of martensite formation or formation of intermetallic phases and workpiece embrittlement during welding of different materials, in particular of steel / aluminum - or aluminum / magnesium / steel combinations.

Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalt- oder Heißgasstrom koaxial oder lateral zu dem Lichtbogen des Schweiß- oder Schneidprozesses geführt wird.Method according to at least one of the preceding claims 1 to 12, characterized in that the cold or hot gas stream is guided coaxially or laterally to the arc of the welding or cutting process.

Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalt- oder Heißgasstrom durch Verwirbelung von Druckgas in einem Wirbelrohr erzeugt wird.Method according to at least one of the preceding claims 1 to 13, characterized in that the cold or hot gas stream is generated by turbulence of compressed gas in a vortex tube.

Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kaltgasstrom zusammen mit einem, insbesondere gleichzeitig erzeugten Heißgasstrom zu dem Lichtbogen des Schweiß- oder Schneidprozesses geführt wird, oder dies umgekehrt erfolgt.A method according to claim 14, characterized in that the cold gas stream is guided together with a, in particular simultaneously generated hot gas stream to the arc of the welding or cutting process, or vice versa.

Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalt- oder Heißgasstrom gleichzeitig zu dem Lichtbogen oder einen diesen umgebenden Prozess- und/oder Schutzgasstrom sowie in einen Einflussbereich des Schweiß- oder Schneidprozesses gegen eine Rückseite einer Werkstückanordnung geführt wird.Method according to at least one of the preceding claims 1 to 15, characterized in that the cold or hot gas stream simultaneously to the arc or a surrounding process and / or inert gas flow and in a Influence of the welding or cutting process is performed against a back of a workpiece assembly.

Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch einen Kaltgasstrom als einen Lichtbogen umgebendes Schutzgas und einen aus einem Wirbelrohr stammenden Heißgasstrom, der koaxial das kalte Schutzgas umgibt, während der aus dem Wirbelrohr erzeugte Kalt- oder Heißgasstrom gegen eine Rückseite (Unterseite) des Werkstückes im Bereich eines schweißbedingten Wärmeeintrages in die Werkstückanordnung und/oder im Wesentlichen koaxial oder lateral zu dem Lichtbogen zugeführt wird, oder eine umgekehrte Applikation von Kalt- oder Heißgasstrom erfolgt.Method according to at least one of the preceding claims 1 to 16, characterized by a cold gas stream as a protective gas surrounding an arc and a hot gas stream originating from a vortex tube coaxially surrounding the cold inert gas, while the cold or hot gas flow generated from the vortex tube against a rear side (bottom ) of the workpiece in the region of a welding-induced heat input into the workpiece assembly and / or is supplied substantially coaxially or laterally to the arc, or a reverse application of cold or hot gas flow takes place.

Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Heißgasstrom eine innere, den Lichtbogen koaxial umgebende Gasströmung und der Kaltgasstrom eine äußere, diesen Heißgasstrom koaxial umgebende Gasströmung bildet, oder eine umgekehrte Applikation von Kalt- oder Heißgasstrom erfolgt.Method according to at least one of the preceding claims 1 to 17, characterized in that a hot gas flow forms an inner, the arc coaxially surrounding gas flow and the cold gas flow an outer, this hot gas stream coaxially surrounding gas flow, or a reverse application of cold or hot gas flow.

Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Kaltgasstrom eine innere, den Lichtbogen koaxial umgebende Gasströmung und der Heißgasstrom eine äußere, den Kaltgasstrom koaxial umgebende Gasströmung bildet, insbesondere ein Lichtbogen-Fußpunkt in einem Bereich bis zum ca. 5-fachen eines Durchmessers des Lichtbogens von der konzentrischen Kalt-/Heißgasströmung unter Schutzgasabdeckung von Schmelzebad und Schweißnaht umgeben wird, oder eine umgekehrte Applikation von Kalt- oder Heißgasstrom erfolgt.Method according to at least one of the preceding claims 1 to 18, characterized in that the cold gas flow forms an inner, the arc coaxially surrounding gas flow and the hot gas flow an outer, the cold gas flow coaxially surrounding gas flow, in particular an arc base in a range up to approx. 5 times a diameter of the arc is surrounded by the concentric cold / hot gas flow under protective gas cover of the melt and weld, or a reverse application of cold or hot gas flow takes place.

Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch Beaufschlagen lichtbogennaher Bereiche einer Werkstückanordnung mit der Kaltgasströmung zur Erzielung großer Abkühlgradienten der Werkstückanordnung, insbesondere für ein Punktschweißen mit schweißstrombelasteten Presselektroden oder für konduktive Pressschweißverfahren oder Laser-Wobbl- oder Laser-Punktschweißen.Method according to at least one of the preceding claims 1 to 19, characterized by applying near-arc areas of a workpiece assembly with the cold gas flow to achieve large Abkühlgradienten the workpiece assembly, in particular for spot welding with welding current-loaded pressing electrodes or for conductive pressure welding or laser wobble or laser spot welding.

Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 20, gekennzeichnet durch einen Schweißprozess mit schweißstromfreier Energieeinkopplung, insbesondere durch Energiestrahlen mit hochenergetischen Teilchen wie Photonen oder mit Laserstrahl, oder induktiver Energieeinkopplung.Method according to at least one of the preceding claims 1 to 20, characterized by a welding process with welding current-free energy coupling, in particular by energy beams with high-energy particles such as photons or with a laser beam, or inductive energy coupling.

Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kaltgasstrom eine Flüssigkeit oder Pulver oder Nano-Partikel zerstäubt oder zerstäubt mit dem Kaltgasstrom vermischt ist, insbesondere diese Lanthanide oder Salze wie z. B. NaCl oder Nano-Partikel enthält.Method according to at least one of the preceding claims 1 to 21, characterized in that in the cold gas stream, a liquid or powder or nano-particles atomized or atomized mixed with the cold gas stream, in particular these lanthanides or salts such. B. NaCl or nano-particles.

Schweiß- oder Schneidvorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 22, gekennzeichnet durch eine Ringgasdüse (1) für Heiß-/Kaltgas in Verbindung mit einem Brennerkopf (2) eines Schweißbrenners, die eine Elektrode (3) oder eine Gasdüse des Brennerkopfes umgibt.Welding or cutting device, in particular for carrying out the method according to at least one of the preceding claims 1 to 22, characterized by a ring gas nozzle ( 1 ) for hot / cold gas in conjunction with a burner head ( 2 ) of a welding torch having an electrode ( 3 ) or surrounds a gas nozzle of the burner head.

Vorrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch ein Wirbelrohr (20) zur Erzeugung einer Kaltgasströmung, vorzugsweise in Verbindung mit der Ringgasdüse (1) und/oder gerichtet gegen eine Werkstückunterseite(-rückseite) gegenüberliegend zu einem Schmelzebad auf einer Oberseite (Vorderseite) einer Werkstückanordnung (8).Device according to claim 23, characterized by a vortex tube ( 20 ) for generating a cold gas flow, preferably in conjunction with the annular gas nozzle ( 1 ) and / or directed against a workpiece underside (back) opposite to a melt bath on a top (front) of a workpiece assembly ( 8th ).

Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 22, gekennzeichnet durch einen kalten oder heißen Prozessgasstrom (5) in Verbindung mit einem Energiestrahl, insbesondere Laserstrahl, und/oder einem Wirbelrohr (20) zur Zuführung einer Kalt- oder Heißgasströmung zu dem Laserstrahl und/oder zu einer Rückseite (Unterseite) einer Werkstückanordnung (8) gegenüberliegend zu einem Schmelzebad des Schweißprozesses.Apparatus for carrying out the method according to at least one of the preceding claims 1 to 22, characterized by a cold or hot process gas stream ( 5 ) in conjunction with an energy beam, in particular laser beam, and / or a vortex tube ( 20 ) for supplying a cold or hot gas flow to the laser beam and / or to a rear side (underside) of a workpiece arrangement ( 8th ) opposite to a melt pool of the welding process.

Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 23 bis 25, gekennzeichnet durch eine Doppelgasdüse als Ringgasdüse (1) mit einem koaxialen Gaszuführungsrohr (6) für ein erstes Gas (5), insbesondere ein kaltes oder heißes Prozessgas, und einem Zylinderrohr (7) sowie einen dieses zumindest partiell umgebenden Ringdüsenkörper (11) unter Ausbildung eines Ringdüsenspaltes (10) zwischen Zylinderrohr (7) und Ringdüsenkörper (11) zur Zuführung eines zweiten Gases (12).Device according to at least one of the preceding claims 23 to 25, characterized by a double gas nozzle as ring gas nozzle ( 1 ) with a coaxial gas feed tube ( 6 ) for a first gas ( 5 ), in particular a cold or hot process gas, and a cylinder tube ( 7 ) as well as a ring nozzle body (at least partially surrounding it) ( 11 ) forming a ring die gap ( 10 ) between cylinder tube ( 7 ) and ring nozzle body ( 11 ) for supplying a second gas ( 12 ).

Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaszuführungsrohr (6) an seinem vorderen Ende (6a) mit einer Schweiß- oder Schneidelektrode (3) versehen ist und in einem vorderen Bereich des Gaszuführungsrohres (6) Umfangsperforationen (6b) vorgesehen sind durch die das erste Gas (5) in einen Ringraum zwischen Zylinderrohr (7) und Gasführungsrohr (6) eintritt.Apparatus according to claim 26, characterized in that the gas supply pipe ( 6 ) at its front end ( 6a ) with a welding or cutting electrode ( 3 ) is provided and in a front region of the gas supply pipe ( 6 ) Perimeter perforations ( 6b ) are provided by the first gas ( 5 ) in an annular space between the cylinder tube ( 7 ) and gas guide tube ( 6 ) entry.

Vorrichtung nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch einen kegelförmigen Schutzmantel (12a) zwischen Werkstück (8) und einem vorderen Ende der Doppelgasdüse (1), gebildet aus dem zweiten Gas (12), insbesondere Heißgas.Apparatus according to claim 27, characterized by a conical protective jacket ( 12a ) between workpiece ( 8th ) and a front end of the double gas nozzle ( 1 ) formed from the second gas ( 12 ), in particular hot gas.

Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 23 bis 28, gekennzeichnet durch einen ringförmigen Prozessgasmantel, insbesondere aus Kaltgas, der einen Lichtbogen (4) zwischen Elektrode (3) und Werkstück (8) umgibt, und der sich radial außen an einem kegelförmigen Schutzmantel, insbesondere aus Heißgas, abstützt.Device according to at least one of the preceding claims 23 to 28, characterized by an annular process gas jacket, in particular of cold gas, which forms an arc ( 4 ) between electrode ( 3 ) and workpiece ( 8th ), and the radially outward on a conical protective jacket, in particular from hot gas, is supported.

Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 23 bis 29, gekennzeichnet durch einen variabel einstellbaren Ringdüsenspalt (10) zwischen dem Zylinderrohr (7) und dem Ringdüsenkörper (11), insbesondere durch Einstellung einer axialen und/oder radialen Relativposition zwischen dem Zylinderrohr und dem Ringdüsenkörper.Device according to at least one of the preceding claims 23 to 29, characterized by a variably adjustable annular nozzle gap ( 10 ) between the cylinder tube ( 7 ) and the ring nozzle body ( 11 ), in particular by adjusting an axial and / or radial relative position between the cylinder tube and the annular nozzle body.

Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 23 bis 30, gekennzeichnet durch eine dritte Düse (14), zugewandt zu dem Werkstück (8), insbesondere einer Unterseite desselben, zur Zuführung eines temperierten Gasstromes (5), insbesondere Kaltgasstromes, zu einem, einer Wärmeeintragszone des Schweiß- oder Schneidprozesses gegenüberliegenden Bereich des Werkstückes.Device according to at least one of the preceding claims 23 to 30, characterized by a third nozzle ( 14 ), facing the workpiece ( 8th ), in particular a lower side thereof, for supplying a tempered gas stream ( 5 ), in particular cold gas stream, to a, a heat input zone of the welding or cutting process opposite portion of the workpiece.

Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 23 bis 31, gekennzeichnet durch zumindest ein Wirbelrohr (20) als Quelle eines Kalt- oder Heißgasstromes.Device according to at least one of the preceding claims 23 to 31, characterized by at least one vortex tube ( 20 ) as a source of cold or hot gas flow.