DE1515230B1 - Non-consumable electrode for electric arc operations - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine nichtabschmelzende ohne weiteres mit Silber überzogen und vereinigt. Elektrode zur Durchführung von Arbeitsvorgängen Außerdem zerfällt das Oxyd von Silber bei der verunter Verwendung eines Lichtbogens in Gegenwart hältnismäßig niedrigen Temperatur von 300° C₃ so eines reaktionsfähigen Gases mit einem flüssigkeits- daß sich an der Grenzfläche von Einsatz und Elekgekühlten metallischen Halter hoher Wärmeleitfähig- 5 trodenhalter keine schwerschmelzenden Oxydeinkeit und einem in einer Ausnehmung am vorderen Schlüsse bilden können. Die in der Bogenansatzzone Ende des Halters angeordneten Einsatz aus einem auftretende Temperatur läßt sich infolgedessen Elektronen emittierenden Werkstoff. unterhalb der Temperatur halten, bei der reaktions-The invention relates to a non-consumable readily coated with silver and incorporated. Electrode for carrying out work processes In addition, the oxide of silver disintegrates when using an electric arc in the presence of a relatively low temperature of 300 ° C ₃ such a reactive gas with a liquid that is highly thermally conductive at the interface between the insert and the electrically cooled metallic holder Trodenhalter can not form a low-melting oxide unit and one in a recess on the front key. The insert, which is arranged in the arc attachment zone at the end of the holder and made of a temperature which occurs, can consequently be used as an electron-emitting material. below the temperature at which the reaction

Seit Jahren werden elektrisch leitende Werkstoffe, fähige Gase einen raschen Abbrand des Einsatzes beispielsweise Wolfram, als Hochleistungselektroden io bewirken. Da weiterhin metallisches Silber nicht als in Lichtbogenvorrichtungen verwendet. Es ist dabei Elektronenemitter wirkt, trägt die den Einsatz umbekannt (deutsche Patentschrift 805 899), die Emis- gebende Silberbindung dazu bei, den Lichtbogen am sionsfähigkeit der Elektrode durch Beimischung von Überspringen auf die benachbarte oxydierte Stirngeeigneten Metalloxyden, insbesondere Thoriumoxyd, fläche des Elektrodenhalters zu hindern, zu erhöhen. Derartige Elektroden lassen sich bei 15 In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Stromstärken von mehreren tausend Ampere ver- Einsatzwerkstoff mit Silber legiert sein oder aus wenden, ohne praktisch abzuschmelzen. Das gilt Teilchen bestehen, die untereinander und mit den jedochnurfürimwesentlicheninerteGasatmosphären, Wandungen der Ausnehmung des Halters mittels wie Argon und Helium. Werden chemisch reaktions- einer Bindung aus Silber vereinigt sind. Das Silber fähige Gase, ζ. B. Sauerstoff, Kohlendioxyd oder 20 erfüllt dabei den doppelten Zweck, die Wärme innerMethan, verwendet, schmelzen die Elektroden aus halb des Einsatzes zu verteilen und rasch an die wärmebeständigem Metall rasch ab. Wandungen der Ausnehmung abzugeben.For years, electrically conductive materials, capable gases are a rapid burn of the insert for example tungsten, as high-performance electrodes cause io. Since metallic silver continues not as used in arc devices. It acts thereby electron emitter, which carries the use unknown (German Patent 805 899), the emitting silver bond helps to keep the arc on to prevent the electrode from sionability by adding skipping onto the adjacent oxidized forehead suitable metal oxides, in particular thorium oxide, surface of the electrode holder, to increase. Such electrodes can be used at 15 Current strengths of several thousand amperes can be used as an insert material alloyed with or made of silver turn without practically melting off. This is true of particles that exist with each other and with the but only for essentially inert gas atmospheres, walls of the recess of the holder by means of like argon and helium. Are chemically reactive- a bond of silver are united. The silver capable gases, ζ. B. Oxygen, carbon dioxide or 20 fulfills the double purpose of keeping the heat inside methane, used, melt the electrodes from half of the insert and quickly distribute them to the heat-resistant metal quickly. Deliver walls of the recess.

Elektroden aus Metallen mit niedrigem Schmelz- Die Erfindung ist im folgenden an Hand von Auspunkt und hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise führungsbeispielen in Verbindung mit den Zeich-Kupfer, Silber und Aluminium, sind bekanntlich als 25 nungen näher erläutert. Es zeigt Anode in vielen reaktionsfähigen Gasen gegen Be- Fig. 1 einen Aufriß einer erfindungsgemäßenElectrodes Made of Low Melting Metals The invention is illustrated below with reference to Auspunkt and high thermal conductivity, for example examples in connection with the drawing copper, Silver and aluminum are known to be explained in more detail as 25 openings. It shows anode in many reactive gases compared to FIG. 1 an elevation of one according to the invention

Schädigungen widerstandsfähig. Diese Werkstoffe mit Elektrode im Schnitt, undResistant to damage. These materials with electrode in section, and

niedrigem Schmelzpunkt lassen sich jedoch nicht als Fig. 2 eine schematische Ansicht eines BrennersHowever, with a low melting point, FIG. 2 is a schematic view of a burner

Kathoden bei hohen Stromstärken ohne ein spezielles mit einer Elektrode gemäß F i g. 1. Schutzmittel, wie beispielsweise magnetische Rotation 30 Wie aus Fig. 1 hervorgeht, weist die Elektrode E des Lichtbogens, verwenden. einen metallischen Halter 1 und einen mit diesemCathodes at high currents without a special one with an electrode according to FIG. 1. Protective means, such as magnetic rotation 30 As can be seen from Fig. 1, the electrode E has to use the arc. a metallic holder 1 and one with this

Esistauchbekannt(USA.-Patentschriften2768279 metallurgisch verbundenen Einsatz 5 auf. Der für und 3 016 447), einen Elektrodenhalter aus einem den Halter verwendete Werkstoff muß hohe Wärme-Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit und verhältnis- leitfähigkeit besitzen. Beispiele geeigneter Metalle mäßig niedrigem Schmelzpunkt, z. B. Kupfer oder 35 sind Kupfer, Silber, Aluminium, Messing, Molybdän, Silber, mit einem Einsatz aus einem schwerschmel- Wolfram, Kolumbium, Tantal und Stahl sowie Legiezenden Werkstoff, wie Wolfram oder Tantal, zu be- rungen, die größere Mengen von mindestens einem stücken. Obwohl derartige zusammengesetzte Elek- dieser Metalle enthalten. Der Halter 1 ist mit einer troden wegen der durch den Einsatz gebildeten ver- Kühlkammer 3 versehen, in der während des Beringerten Lichtbogenansatzfläche zu verbesserter ₄₀ triebes ein Kühlmittel zirkuliert. An der Stirnfläche Lichtbogenstabilität führen, ist ihre Lebensdauer in des Halters 1 befindet sich eine Ausnehmung, in der reaktionsfähigen Atmosphären unerwünscht kurz. der aus einem hoch emissionsfähigen Werkstoff ge-Das gilt selbst dann, wenn das den Einsatz bildende fertigte Einsatz 5 sitzt.It is also known (United States patents 2768279 metallurgically connected insert 5. The for and 3 016 447), an electrode holder made of a material used for the holder must have high heat metal with high thermal conductivity and relative conductivity. Examples of suitable metals of moderately low melting point, e.g. B. copper or 35 are copper, silver, aluminum, brass, molybdenum, silver, with an insert made of a heavy-melting tungsten, columbium, tantalum and steel as well as alloying material such as tungsten or tantalum, the larger amounts of at least one piece. Although such composite elec- trodes contain these metals. The holder 1 is provided with a trodes due to the plane formed by the use of comparable cooling chamber 3, is circulated in the during the Bering Erten arc cam surface ₄₀ to improved drive a refrigerant. Lead arc stability at the end face, their service life is in the holder 1 there is a recess in which reactive atmospheres are undesirably short. that is made from a highly emissive material even if the finished insert 5 forming the insert is seated.

Wolfram in ebenfalls bekannter Weise (USA.-Patent- Bei einem guten Elektronenemitter ist die Ausschrift 2922 869) in eine Ausnehmung des Elek- ₄₅ trittsarbeit niedrig. Je niedriger die Austrittsarbeit ist, trodenhalters gegossen wird. Während des Gießvor- desto geringer ist die für eine Elektronenemission ganges können nämlich leicht Oxydeinschlüsse und erforderliche Temperatur, wodurch andererseits das Zonen mit mangelhafter metallurgischer Bindung an Problem der Wärmeableitung vermindert wird. Landen Grenzflächen von Einsatz und Elektrodenhalter than, Strontium, Zirkonium und Thorium sind unter entstehen. Infolgedessen ist es schwierig, wenn nicht 50 diesem Gesichtspunkt äußerst brauchbare Einsatzunmöglich, bei einer Serienfertigung für einen gleich- werkstoffe für einen Betrieb in der normalen Außenbleibend guten Wärmeübergang zwischen Einsatz atmosphäre oder in anderen reaktionsfähigen Gasen, und Elektrodenhalter zu sorgen. Die Folge sind Zirkonium kann unter anderem bei reaktionsfähigen Überhitzungen des Einsatzes im Betrieb. Gasen wie Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd, Methan,Tungsten in a likewise known manner in a recess of the electron ₄₅ (USA.-patent With a good electron emitter 869 is the Ausschrift 2922) work function low. The lower the work function, the electrode holder is cast. During the casting process, the lower the rate of electron emission can easily include oxide inclusions and the required temperature, which on the other hand reduces the problem of heat dissipation in areas with poor metallurgical bonding. Land interfaces of insert and electrode holder than, strontium, zirconium and thorium are under emerge. As a result, it is difficult, if not extremely useful from this point of view, impossible to use in series production for an identical material for operation in the normal, outside good heat transfer between the atmosphere or in other reactive gases and the electrode holder. The consequence are zirconium can, among other things, with reactive overheating of the use in operation. Gases such as carbon monoxide, carbon dioxide, methane,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine 55 Stickstoff oder Gemischen aus Stickstoff und Wasser-Elektrode zu schaffen, bei der die Erosion auch in stoff mit Erfolg verwendet werden, da es mit dem Gegenwart von reaktionsfähigen Gasen verringert ist. verwendeten Gas eine Verbindung eingeht, die selbstThe invention is based on the object of a nitrogen or mixtures of nitrogen and water electrode to create, in which the erosion can also be used in substance with success, since it is with the Presence of reactive gases is reduced. used gas forms a compound that itself

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Elektrode ein guter Emitter ist. So bildet sich beispielsweise der eingangs genannten Art, erfindungsgemäß dadurch beim Betrieb in einer Stickstoffatmosphäre Zirkogelöst, daß der Einsatz im wesentlichen aus metal- 60 niumnitrid.This task becomes, starting from an electrode which is a good emitter. This is how it forms, for example of the type mentioned at the beginning, according to the invention thereby zirco-dissolved when operating in a nitrogen atmosphere, that the insert is essentially made of metal- 60 nium nitride.

lischem Thorium, Zirkonium, Strontium oder Um bei hohen Stromstärken eine lange Betriebs-lic thorium, zirconium, strontium or in order to have a long operating time at high currents

Lanthan besteht und mit den Wandungen der Aus- lebensdauer zu gewährleisten, muß für eine gute nehmung des Halters mittels einer Bindung aus Silber Wärmeableitung gesorgt werden. Die Wasserkühlung metallurgisch verbunden ist. Bei der Elektrode nach des Halters verhindert, daß sich der Lichtbogen am der Erfindung wird die Wärme besonders wirksam 65 Halter festsetzt. Auch der Einsatz muß zur Verhinvon dem Einsatz auf den Halter abgeleitet. Auf derung übermäßiger Verdampf ung hinlänglich gekühlt Grund der Legierungseigenschaften und der Ober- werden. Er darf jedoch nicht so weit gekühlt werden, flächenspannung von Silber werden andere Metalle daß er ein schlechter Emitter wird. Die Erosion desLanthanum exists and to ensure the endurance with the walls, must for a good Take care of the holder by means of a bond made of silver heat dissipation. The water cooling is metallurgically connected. In the case of the electrode after the holder, the arc prevents the The invention sets the heat particularly effectively 65 holder. The use must also be used to prevent derived from the insert on the holder. Chilled adequately in response to excessive evaporation Reason for alloy properties and superiority. However, it must not be cooled so far Surface tension of silver will make other metals a bad emitter. The erosion of the

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Einsatzes, die hauptsächlich zu einem Versagen der übernehmen kann, die einen Einsatz gleicher Größe Elektrode führt, kann durch Verdampfen oder Ab- hat.Use that can mainly lead to a failure of the one use of the same size Electrode can lead by evaporation or removal.

stoßen geschmolzener Tropfen von der freiliegenden Unabhängig von der verwendeten Einsatzform sind Fläche A (Fig. 1) erfolgen. Eine gute Wärmeablei- für einen stabilen Lichtbogenbetrieb und eine gute tung von dieser Fläche ist daher zur Verminderung 5 Strombelastbarkeit der Elektrode gewisse Beziehungendischarged molten droplets from the exposed Regardless of the insert molding are carried out surface A (Fig. 1). A good heat dissipation for a stable arc operation and a good direction of this area is therefore certain relationships to reduce the current carrying capacity of the electrode

der Erosion von Bedeutung. der Abmessungen von Elektrodeneinsatz und Elek-the erosion of importance. the dimensions of the electrode insert and the

Der dem Wärmeübergang von der Fläche A des trodenkörper einzuhalten. Dabei hat der AbstandThe heat transfer from area A of the electrode body must be observed. The distance has

Einsatzes zum Kühlwasser entgegenwirkende Wider- zwischen dem Einsatz und der Kühlkammer beträcht-The use of the cooling water counteracting resistance between the insert and the cooling chamber.

stand läßt sich in vier Anteile unterteilen, und zwar: liehe Bedeutung. So betrug die Lebensdauer einesstand can be divided into four parts, namely: lent meaning. So was the lifespan of one

_Λ ..... ... , , j „. , ίο Einsatzes der in Fig. 1 gezeigten Form bei einer _Λ ..... ...,, j “. , ίο use of the form shown in Fig. 1 in a

S-^aTi^erga^· ft ^VOn Einsatzlänge von 3,2 mm und einer Stromstärke vonS- ^a Ti ^erga ^ ft ^{VOn insert length} of 3.2 mm and an amperage of

- tlf. r, ^zur ** ..{f ^B>. „.. . „ 300 A eine Stunde, wenn die Kühlkammer einen Ab-- tlf. r, ^for ** .. {f ^B >. "... "300 A one hour if the cooling chamber has a shutdown

2. Wärmeübergang über die Flache B, _{stand von 32mm yon der Fläche A des Einsatzes} 2. Heat transfer across area B, _{stood at 32mm from area A of the insert}

3. Wärmeübergang durch den Halter zur Flache C, _{hatte> Unter den leichen Bedingungen wurde bei} 3. Heat transfer through the holder to surface C, _{had> Under the same conditions it was at}

4. Wärmeübergang von der Flache C zum Kühl- _1{. _{einem Abstand de}* Kühlkammer von 8,0 mm von ^wasser> der Einsatzfläche die Lebensdauer des Einsatzes auf4. Heat transfer from surface C to cooling _{1 {} . _{a distance of the} cooling chamber of 8.0 mm from the ^water> the insert surface extends the service life of the insert

Um die auf die Fläche C übergehende Wärme etwa 3¹A Stunden verlängert. Bei einem Abstand derThe heat transferred to the surface C is ^{extended by about 3 1} A hours. At a distance of

rasch abzuführen, wird für einen Kühlmittelumlauf Kühlkammer von 12,7 mm betrug die Lebensdauerto dissipate quickly, the service life was for a coolant circulation cooling chamber of 12.7 mm

im Halter gesorgt. Die Wärmeableitung über die etwa 4 Stunden. Wurde der Abstand auf 15,8 mmtaken care of in the holder. The heat dissipation over the approximately 4 hours. The distance was reduced to 15.8 mm

Fläche B wird durch die metallurgische Bindung 20 erhöht, fiel die Lebensdauer jedoch auf 2 Stunden ab.Area B is increased by the metallurgical bond 20, but the lifetime decreased to 2 hours.

zwischen dem Einsatzwerkstoff und dem Halter ver- F i g. 2 zeigt einen mit der Elektrode nach F i g. 1between the insert material and the holder. 2 shows one with the electrode according to FIG. 1

bessert. Beispielsweise wird eine Bindung, die eine ausgestatteten Schneidbrenner. Die Elektrode E istimproves. For example, a bond that has a fitted cutting torch. The electrode E is

gute Wärmeableitung zwischen einem Zirkonium- auf einen Elektrodenkörper 10 aufgeschraubt. Ingood heat dissipation between a zirconium screwed onto an electrode body 10. In

einsatz und einem Kupferhalter sicherstellt, wie folgt diesem sitzt ein Rohr 12, über das der Kühlkammer 3insert and a copper holder ensures, as follows this sits a tube 12 over which the cooling chamber 3

erhalten: Zunächst wird eine Zirkoniumstange in 25 des Elektrodenhalters 1 Kühlmittel zugeführt wird,Obtain: First a zirconium rod is fed into 25 of the electrode holder 1 coolant,

einer sauren Lösung (Gemisch aus Fluorwasserstoff Das umlaufende Kühlmittel verläßt den Brenner überan acidic solution (mixture of hydrogen fluoride The circulating coolant leaves the burner via

und Salpetersäure) gereinigt. Dann wird Zinkchlorid einen Kanal 18 und einen Kühlmittelauslaß 20. Einand nitric acid). Then zinc chloride becomes a channel 18 and a coolant outlet 20. A

geschmolzen und wird das Zirkonium darin einge- reaktionsfähiges Gas, ζ. B. Sauerstoff, wird in denmelted and the zirconium is incorporated into it - reactive gas, ζ. B. Oxygen, is in the

taucht, was zur Bildung von Zirkoniumchlorid und Brennerkörper über einen Gaseinlaß 22 eingeführtimmersed, leading to the formation of zirconium chloride and burner body introduced via a gas inlet 22

freiem Zink führt, das sich auf dem Zirkonium ab- 30 und gelangt durch eine Ringkammer 24 hindurchFree zinc, which is deposited on the zirconium, and passes through an annular chamber 24

setzt. Sodann wird Silber geschmolzen. Der Einsatz nach unten in die Lichtbogenzone. Eine Düse 26puts. Then silver is melted. The insert down into the arc zone. A nozzle 26

wird in dieses Silber eingetaucht und erhält auf diese umgibt die Elektrode und schnürt den Lichtbogenis immersed in this silver and receives on this surrounds the electrode and constricts the arc

Weise einen Silberüberzug. Der mit dem Silberüber- ein. Die Düse 26 wird dadurch gekühlt, daß ihr überWay a silver plating. The one with the silver one. The nozzle 26 is cooled by her over

zug versehene Zirkoniumeinsatz wird in die Aus- einen Einlaß 28 Wasser zugeführt wird, das einenZug provided zirconium insert is fed into the outlet an inlet 28 water, the one

nehmung eingeführt. Es erfolgt dann eine Erhitzung, 35 Kanal 30 durchströmt und aus einem Auslaß 32introduction introduced. Heating then takes place, flowing through channel 30 and out of an outlet 32

bis das Silber um den Einsatz herumfließt. austritt.until the silver flows around the insert. exit.

Silberzusätze zu Pulvern aus Zirkonium, Lanthan, Meistens wird das Gas derart in den Brenner einThorium oder Strontium verlängern die Lebensdauer geführt, daß es diesen in axialer Richtung verläßt, der Elektrode gegenüber Pulvereinsätzen ohne Silber- In einem solchen Falle liegt der Einsatz vorzugsweise zusatz. Das Silber verbessert den Wärmeübergang 40 bündig mit der Stirnfläche des Eektrodenhalters. Das aus dem Einsatz, ohne dessen Austrittsarbeit erheb- Gas kann jedoch auch so in den Brenner eingeleitet lieh zu steigern. Das Silber kann als Pulver mit dem werden, daß ein Wirbel erhalten wird. In einem pulverförmigen Einsatzwerkstoff gemischt oder mit solchen Falle ist der Einsatz vorzugsweise gegen die diesem legiert werden. Stirnfläche des Halters zurückgesetzt, um die Elek-Silver additives to powders made of zirconium, lanthanum, most of the time the gas in the burner becomes a thorium or strontium extend the service life by leaving it in the axial direction, the electrode over powder inserts without silver- In such a case, the insert is preferred additive. The silver improves the heat transfer 40 flush with the face of the electrode holder. That However, gas can also be introduced into the burner in this way from the insert, without its work function being increased loaned to increase. The silver can be used as a powder with such that a vortex is obtained. In one powdered insert material mixed or with such a case, the insert is preferably against the be alloyed with this. The end face of the holder is set back in order to

Die Wärmeableitung durch den Einsatz selbst 45 trodenerosion kleinstmöglich zu halten,Keeping the heat dissipation as small as possible through the use of electrode erosion itself,

hindurch wird dadurch erhöht, daß ein Werkstoff Der Lichtbogen wird zwischen dem Einsatz 5 undthrough is increased by the fact that a material The arc is between the insert 5 and

hoher Dichte, der praktisch frei von Luftzwischen- einer Anode 36 ausgebildet. Während die Elektrodehigh density, which is practically free of air between an anode 36. While the electrode

räumen und Poren ist, vorgesehen wird. Unter »hoher nach der Erfindung insbesondere als Kathode beiclear and pores is provided. Under »higher according to the invention, especially as a cathode

Dichte« soll bei Metallen eine Dichte von etwa 90 % Gleichstrombetrieb geeignet ist, kann sie auch beiDensity «if a density of about 90% DC operation is suitable for metals, it can also be used for

der theoretischen Dichte und bei Metallverbindungen 50 Verwendung von Wechselstrom eingesetzt werden,the theoretical density and for metal connections 50 use of alternating current,

eine Dichte von etwa 85 °/o verstanden werden. Der Sauerstoff strömt um die Elektrode E heruma density of about 85% can be understood. The oxygen flows around the electrode E.

Vorzugsweise hat der Einsatz zylindrische Form. und tritt aus der Düse 26 aus. Der erhaltene Hoch-Optimale Arbeitsbedingungen werden erhalten, wenn leistungslichtbogen ist zum Schneiden von Metallen der Zylinder ungefähr 1,6 bis 12,7 mm lang ist. Bei geeignet.Preferably the insert is cylindrical in shape. and emerges from the nozzle 26. The received high-optimal Working conditions are obtained when a power arc is used for cutting metals the cylinder is approximately 1.6 to 12.7 mm long. At suitable.

einem zu kurzen Einsatz ist eine ungenügende Metall- 55 Die erfindungsgemäße Elektrode kann in Lichtmenge vorhanden, um der Erosionswirkung des bogenbrennern verwendet werden, die mit überLichtbogens zu widerstehen. Wenn andererseits der tragenem oder nichtübertragenem Lichtbogen arbeiten, Einsatz zu lang ist, kann die Erosion so weit gehen, das heißt, bei denen die zweite Elektrode entweder daß eine Doppelbogenbildung an der Innenfläche der das Werkstück oder die Düse ist. Das beim Arbeiten Elektrodenausnehmung für den Einsatz auftritt. Be- 60 in einer reaktionsfähigen Gasatmosphäre, z. B. Sauersonders zweckmäßig ist eine Einsatzlänge von unge- stoff, als Einsatz zu verwendende Metall muß bei fähr 3,2 mm. Neben zylindrischen Einsätzen sind Reaktion mit der gasförmigen Atmosphäre eine Verauch ring- oder rohrförmige Einsätze, unregelmäßig bindung bilden, die einen hohen Schmelzpunkt, eine geformte Einsätze und Mehrfacheinsätze verwendbar. niedrige Austrittsarbeit und einen hohen Siedepunkt Werden Mehrfacheinsätze benutzt, ist der Gesamt- 65 aufweist. Für das Schneiden mit einem Lichtbogenwert der Strombelastbarkeit höher, da jeder der Ein- gas wie Sauerstoff, Stickstoff oder einem Stickstoffsätze etwa den gleichen Strom wie eine Elektroden- Wasserstoff-Gemisch eignet sich am besten eine anordnung der in Fig. 1 veranschaulichten Art Elektrode mit einem wassergekühlten KupferhalterToo short a use is an insufficient metal 55 The electrode according to the invention can be used in the amount of light present to reduce the erosion effect of the arc torch used with the over arc to resist. On the other hand, if the carried or non-carried arc work, If use is too long, the erosion can go as far, that is, involving the second electrode either that there is double arcing on the inner surface of the workpiece or nozzle. That while working Electrode recess occurs for use. Be 60 in a reactive gas atmosphere, e.g. B. Sauersonders It is advisable to have an insert length of non-material, the metal to be used as an insert must be about 3.2 mm. In addition to cylindrical inserts, reactions with the gaseous atmosphere are also possible annular or tubular inserts, forming an irregular bond that have a high melting point, a shaped inserts and multiple inserts can be used. low work function and a high boiling point If multiple stakes are used, the total is 65. For cutting with an arc value the current carrying capacity is higher, since each of the single gases such as oxygen, nitrogen or a nitrogen set about the same current as an electrode-hydrogen mixture works best one arrangement of the type illustrated in Fig. 1 electrode with a water-cooled copper holder

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und einem Einsatz aus Zirkoniummetall, die metall- eine Länge von 3,2 mm. Der Elektrodenhalter be-and an insert made of zirconium metal, the metal has a length of 3.2 mm. The electrode holder

urgisch miteinander verbunden sind. stand aus Silber. Ein Gasgemisch aus 65 Volumen-are urgently connected to each other. stood out of silver. A gas mixture of 65 volume

Die Elektrode kann auch ohne Düse verwendet prozent N₂ und 35 Volumenprozent H₂ wurde in derwerden. In einem solchen Fall ist die Außen- selben Weise wie im Beispiel 1 in einer Durchflußatmosphäre das Lichtbogengas und besteht der Elek- 5 menge von 2,8 m³/h und die Kathode herumgeführt, trodenhalter vorzugsweise aus Silber. Wenn das den Ein Lichtbogen von 300 A und 115 V wurde eine Einsatz umgebende Elektrodenmaterial oxydiert, Va Stunde lang aufrechterhalten. Es trat eine Gekann das Oxyd als Elektronenemitter wirken. Ein wichtszunahme der Elektrode von 2,6 mg auf, was Teil des Lichtbogenstromes geht daher auf den um- auf die Bildung von Zirkoniumnitrid zurückzugebenden Elektrodenbereich über, wodurch die io führen ist. Lichtbogenstabilität beeinträchtigt wird. KupferoxydThe electrode can also be used without a nozzle percent N ₂ and 35 volume percent H ₂ was used. In such a case, the outside is the same as in Example 1 in a flow-through atmosphere, the arc gas and the amount of electrodes 2.8 m ³ / h and the cathode passed around, electrode holder preferably made of silver. When the electrode material surrounding the insert was oxidized, an arc of 300 A and 115 V was maintained for about 1 hour. The oxide can act as an electron emitter. An increase in the weight of the electrode of 2.6 mg, which is part of the arc current, is therefore transferred to the electrode area, which is to be returned to the formation of zirconium nitride, which leads to the io. Arc stability is impaired. Copper oxide

verhält sich in dieser Beziehung besonders ungünstig. Beispiel 3 Dagegen ist Silberoxyd verhältnismäßig instabil, esbehaves particularly unfavorably in this regard. Example 3 In contrast, silver oxide is relatively unstable, it

zerfällt bei Lichtbogentemperaturen. Folglich ist auf Kathode mit Zirkoniumeinsatz in einer Kohlendioxyd-disintegrates at arc temperatures. Consequently, the cathode with zirconium insert in a carbon dioxide

der Silberoberfläche kein Emitter vorhanden, der eine 15 atmosphäre Lichtbogenbildung bewirkt, wie dies bei KupferoxydThere is no emitter on the silver surface, which creates an atmosphere Arcing causes, as is the case with copper oxide

der Fall ist, das sich unter ähnlichen Bedingungen Die verwendete Vorrichtung war die gleiche wieis the case that under similar conditions the device used was the same as

auf Kupferelektroden bildet. in Beispiel 2, mit der Ausnahme, daß der wasser-forms on copper electrodes. in Example 2, with the exception that the water

Im folgenden sind Beispiele der Anwendung der gekühlte Elektrodenhalter aus Kupfer bestand,The following are examples of the application of the cooled electrode holder made of copper,

erfindungsgemäßen Elektrode zum Schneiden unter 20 Kohlendioxyd wurde in der gleichen Weise in einerElectrode according to the invention for cutting under 20 carbon dioxide was made in the same way in a

Verwendung eines reaktionsfähigen Gases als Licht- Menge von 2,4 m³/h um die Kathode herumgeführt,Use of a reactive gas as a light quantity of 2.4 m ³ / h led around the cathode,

bogengas angeführt. Der Lichtbogen wurde bei 300 A und 90 bis 110 Varc gas listed. The arc was at 300 A and 90 to 110 V.

τ, . . , _Λ 25mal für jeweils 6 Minuten aufrechterhalten.τ,. . , _Λ Maintain 25 times for 6 minutes each time.

Beispiel 1 ^J Example 1 ^J

Verwendung einer metallurgisch gebundenen Einsatz- ^a5 Beispiel 4Use of a metallurgically bound insert- ^a5 Example 4

kathode in einer oxydierenden Atmosphäre „. , , . „. , . . . „ -,cathode in an oxidizing atmosphere “. ,,. ". ,. . . "- ,

Kathode mit Zirkoniumeinsatz m einer Kohlen-Cathode with zirconium insert m a carbon

Es wurde eine Vorrichtung der in Fig. 2 veran- monoxydatmosphäreA device of the monoxide atmosphere shown in FIG. 2 was used

schaulichten Art benutzt. Der Brenner hatte einenvivid kind used. The Brenner had one

wassergekühlten Elektrodenhalter aus Kupfer mit 30 Es wurde eine Vorrichtung der in Fig. 1 veraneinem Durchmesser von 19,0 mm. Ein Zirkonium- schaulichten Art benutzt. Der Brenner hatte eine einsatz mit einem Durchmesser von 9,6 mm wurde wassergekühlte Kupferelektrode mit einem Durchmit Zink beschichtet und in einer Ausnehmung am messer von 12 mm und einen Zirkoniumeinsatz mit vorderen Ende des Elektrodenhalters silberverlötet. einem Durchmesser von 2,28 mm und einer Länge Die Außenfläche des Zirkoniumeinsatzes lag mit der 35 von 6,4 mm. Eine unbestimmte Menge Kohlen-Stirnfläche der Elektrodenspitze bündig. Die Elek- monoxyd wurde durch eine Düse mit einem Durchtrode war innerhalb einer wassergekühlten Düse mit messer von 4,8 mm um die Kathode herumgeführt, einem Auslaß von 4,8 mm Durchmesser angeordnet. während ein durch die Düse hindurchlaufender Der Abstand zwischen der Stirnfläche des Einsatzes Lichtbogen bei 150 A und 56 V zwischen der und der Kühlkammer betrug 8,0 mm. Sauerstoff 40 Kathode und einem Werkstück 5 Minuten lang aufwurde in einer Menge von 2,6 m³/h um die Kathode rechterhalten wurde. Der Einsatz erodierte nur sehr herum und aus der Düse herausgeführt, während ein wenig.
Lichtbogen von 300 A bei 90 bis 108 V zwischen derwater-cooled electrode holder made of copper with 30 mm. A device as shown in FIG. 1 with a diameter of 19.0 mm. A zirconium-visual kind is used. The burner had an insert with a diameter of 9.6 mm, the water-cooled copper electrode was coated with zinc with a diameter and silver-soldered in a recess on the knife of 12 mm and a zirconium insert with the front end of the electrode holder. a diameter of 2.28 mm and a length The outer surface of the zirconium insert was with the 35 of 6.4 mm. An indefinite amount of carbon is flush with the electrode tip. The elec- tronic oxide was passed through a nozzle with a through-electrode inside a water-cooled nozzle with a diameter of 4.8 mm around the cathode, an outlet with a diameter of 4.8 mm. The distance between the end face of the insert arc at 150 A and 56 V between the and the cooling chamber was 8.0 mm. Oxygen was applied to the cathode and a workpiece for 5 minutes in an amount of 2.6 m ³ / h around the right cathode. The insert just eroded a lot around and out of the nozzle while a little.
300 A arc at 90 to 108 V between the

Kathode und einer wassergekühlten Kupferanode Beispiel 5Cathode and a water-cooled copper anode Example 5

aufrechterhalten wurde. Der Lichtbogen war während 45
einer Betriebsdauer von 7V2 Stunden sehr stabil. Kathode mit Thoriumeinsatz in einer oxydierendenwas maintained. The arc lasted for 45
very stable for an operating time of 7/2 hours. Cathode with thorium insert in an oxidizing

Ein unter ähnlichen Bedingungen verwendeter AtmosphäreAn atmosphere used under similar conditions

Einsatz mit einem Durchmesser von 6,4 mm undInsert with a diameter of 6.4 mm and

einer Länge von 3,2 mm hatte eine Lebensdauer von Es wurde eine wassergekühlte Kupferelektrode3.2 mm long had a life of It was a water-cooled copper electrode

3Vz Stunden, während mit einem Einsatz mit einem 50 von 12,2 mm Durchmesser mit einem Einsatz aus Durchmesser von 4,2 mm und einer Länge von Thoriumpulver mit einem Durchmesser von 2,2 mm 3,2 mm eine Lebensdauer von 2¹A Stunden erzielt und einer Länge von 6,4 mm benutzt. Sauerstoff wurde. Daraus folgt, daß die Lebendauer des Ein- wurde in einer Menge von 2,1 m³/h in der gleichen satzes bei verhältnismäßig hohen Strömen durch Ver- Weise wie in Beispiel 1 um die Kathode herumgrößerung des Durchmessers verlängert werden kann, 55 geleitet. Die Kathode arbeitete ohne wesentliche Ein Zirkoniumeinsatz, der bei 150 bis 500 A und Erosion 1 Stunde lang bei 300 A und 1 Stunde und 90 V unter ähnlichen Bedingungen, jedoch ohne eine 10 Minuten lang bei 500 A. Die Spannung lag zwimetallurgische Bindung, arbeitete, war nur 17 Mi- sehen 72 und 92 V. nuten lang betriebsfähig, bevor eine merkliche
Erosion eintrat. 60 Beispiel 63Vz hours, while with an insert with a diameter of 12.2 mm with an insert with a diameter of 4.2 mm and a length of thorium powder with a diameter of 2.2 mm 3.2 mm a service life of 2 ¹ A hours achieved and a length of 6.4 mm used. Was oxygen. From this it follows that the life of the inlet was increased in an amount of 2.1 m ³ / h in the same rate at relatively high currents by means of increasing the diameter of the cathode as in Example 1, 55 passed. The cathode worked without substantial A zirconium insert working at 150 to 500 A and erosion for 1 hour at 300 A and 1 hour and 90 V under similar conditions, but without a 10 minutes at 500 A. The voltage was between metallurgical bond, was only operational for 17 minutes, 72 and 92 V. long before a noticeable one
Erosion occurred. 60 Example 6

Beispiel 2 Silberelektrode mit Einsatz aus ZirkoniumoxydExample 2 Silver electrode with an insert made of zirconium oxide

Kathode mit Zirkoniumeinsatz in einem N₉-H₉- _. __ , , , , . _.,, , , ,Cathode with zirconium insert in a N ₉ -H ₉ - _. __,,,,. _. ,,,,,

Gemisch Kathode bestand aus einer Silberelektrode vonMixture cathode consisted of a silver electrode of

65 17,6 mm Durchmesser. Ein Loch von 2,2 mm Durch-65 17.6 mm diameter. A 2.2 mm diameter hole

Es wurde eine Vorrichtung der in Fig. 2 veran- messer und 3,2mm Tiefe wurde in die StirnflächeA device of the size shown in FIG. 2 and a depth of 3.2 mm was inserted into the end face

schaulichten Art verwendet. Der benutzte Zirkonium- der Elektrode gebohrt und mit stabilisiertem Zirko-vivid kind used. The used zirconium electrode is drilled and coated with stabilized zirconium

einsatz hatte einen Durchmesser von 6,4 mm und niumoxyd gefüllt. Mit dieser Elektrode wurde dannInsert had a diameter of 6.4 mm and was filled with nium oxide. This electrode was then used

ohne Düse und ohne einen um die Elektrode herumgeleiteten Gasstrom im Freien gearbeitet. Bei einer Lichtbogenlänge von 6,2 bis 9,6 mm unter Verwendung einer wassergekühlten Kupferanode hatte der Bogen 32 V und 115 A. Auf das Silber sprang der Lichtbogen nicht über. Die Kathode wurde 15 Minuten lang in ruhiger Luft betrieben; der Ansatz des Lichtbogens an der Zirkoniumoxyd-Kathode schien recht stabil zu sein.worked in the open air without a nozzle and without a gas stream being passed around the electrode. At a The had an arc length of 6.2 to 9.6 mm using a water-cooled copper anode Arc 32 V and 115 A. The arc did not jump over to the silver. The cathode was 15 minutes operated for a long time in calm air; the beginning of the arc on the zirconia cathode appeared to be quite stable.

IOIO

Beispiel 7
Zirkonium-Silber-EinsatzExample 7
Zirconium silver insert

Es wurde eine Vorrichtung der in Fig. 2 dargestellten Art benutzt. Eine Ausnehmung von 4,8 mm Durchmesser und 3,2 mm Tiefe wurde in einen wassergekühlten Kupferhalter von 19,0 mm Durchmesser gebohrt. Ein Gemisch aus 70 Gewichtsprozent Zirkoniumpulver und 30 Gewichtsprozent Silberpulver wurde in diese Ausnehmung eingepreßt. Sauerstoff wurde in einer Menge von 2,7 m³/h durch eine Düse von 6,4 mm Durchmesser hindurch um die Elektrode herumgeleitet, während ein die Düse durchlaufender und auf ein als Anode dienendes Werkstück auftreffender Lichtbogen von 500 A und 88 V 35 Minuten lang aufrechterhalten wurde.Apparatus of the type shown in FIG. 2 was used. A recess 4.8 mm in diameter and 3.2 mm deep was drilled in a water-cooled copper holder 19.0 mm in diameter. A mixture of 70 percent by weight zirconium powder and 30 percent by weight silver powder was pressed into this recess. Oxygen was passed around the electrode at a rate of 2.7 m ³ / h through a nozzle 6.4 mm in diameter, while an arc of 500 A and 88 V passing through the nozzle and striking a workpiece serving as anode was carried out for 35 minutes has been sustained for a long time.

Ein Einsatz gleicher Größe aus Zirkoniumpulver arbeitet bei 300A etwa 5 Minuten lang, bevor er ausfällt.An equal size insert made of zirconium powder works at 300A for about 5 minutes before breaking fails.

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Nichtabschmelzende Elektrode zur Durchführung von Arbeitsvorgängen unter Verwendung eines Lichtbogens in Gegenwart eines reaktionsfähigen Gases mit einem flüssigkeitsgekühlten metallischen Halter hoher Wärmeleitfähigkeit und einem in einer Ausnehmung am vorderen Ende des Halters angeordneten Einsatz aus einem Elektronen emittierenden Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (5) im wesentlichen aus metallischem Thorium, Zirkonium, Strontium oder Lanthan besteht und mit den Wandungen der Ausnehmung des Halters (1) mittels einer Bindung aus Silber metallurgisch verbunden ist.1. Non-consumable electrode for performing operations using an arc in the presence of a reactive gas with a liquid-cooled metallic holder of high thermal conductivity and one in a recess at the front end of the holder arranged insert made of an electron-emitting material, thereby characterized in that the insert (5) consists essentially of metallic thorium, zirconium, Strontium or lanthanum and with the walls of the recess of the holder (1) is metallurgically connected by means of a bond made of silver. 2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatzwerkstoff mit Silber legiert ist.2. Electrode according to claim 1, characterized in that the insert material with silver is alloyed. 3. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (5) aus Teilchen besteht, die untereinander und mit den Wandungen der Ausnehmung mittels einer Bindung aus Silber vereinigt sind.3. Electrode according to claim 1, characterized in that the insert (5) consists of particles exists, which with each other and with the walls of the recess by means of a bond are united of silver. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 109 528/311 sheet of drawings 109 528/31