DE2755461C2 - - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/38—Torches, e.g. for brazing or heating
- F23D14/40—Torches, e.g. for brazing or heating for welding
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- Mechanical Engineering (AREA)
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- Arc Welding In General (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft einen Schweißbrenner nach dem
Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein solcher Schweißbrenner ist aus der AU-PS 4 60 066
bekannt. Die konstruktive Ausbildung hinsichtlich der
Zuführung des Sauerstoffs und des Verbrennungsgases ist in
dieser Druckschrift nicht beschrieben. Der zweite Mischteil
und die Düse sind als Aufsteckteil ausgebildet, der auf das
abgebogene Ende eines die Gasgemischleitung aufweisenden
Rohres gesteckt wird. Das Gasgemisch strömt in diesem
Schweißbrenner mit Aufsteckteil im wesentlichen ohne
Turbulenz, wodurch verhältnismäßig hohe Schweißtemperaturen
ermöglicht werden. Der Sauerstoffverbrauch ist bei diesem
bekannten Schweißbrenner verhältnismäßig hoch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den
gattungsgemäßen Schweißbrenner so auszubilden, daß er bei
optimaler Zuführung von Sauerstoff und Verbrennungsgas sehr
hohe Flammentemperaturen bei geringem Sauerstoffverbrauch
ermöglicht.
Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Schweißbrenner
erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruches 1 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Schweißbrenner wird der
Sauerstoffstrom über das Rohr konstanten Querschnittes axial
in die erste Mischkammer eingeführt. Er reißt beim
Durchströmen des Schweißbrenners einen Ring von
Verbrennungsgas mit, das in den Ringraum zwischen der
Innenwand der ersten Mischkammer und der äußeren
Mantelfläche des Rohres eingeführt wird. Der aus der Düse
austretende Gasstrom aus Sauerstoff und Verbrennungsgas
bildet eine sehr glatte Flamme mit einem konzentrierten,
hohe Temperaturen aufweisenden Mittelbereich. Mit dem
erfindungsgemäßen Schweißbrenner können darum extrem hohe
Temperaturen erreicht werden. Da der Durchmesser der
Gasgemischleitung etwa dem Innendurchmesser des Rohres
entspricht, wird der Sauerstoffstrom beim Übertritt aus dem
Rohr in die erste Mischkammer nicht oder nur sehr wenig
verwirbelt, so daß der aus der Düse austretende Gastrom
einen klar begrenzten sauerstoffreichen Kern aufweist. Da
die Gasgemischleitung im Verhältnis zu ihrem Durchmesser
verhältnismäßig lang ist, kann sich der Gasgemischstrom im
Schweißbrenner optimal ausbilden. Es hat sich gezeigt, daß
mit dem erfindungsgemäßen Schweißbrenner anstelle des
Verhältnisses von 5 Gewichtsteilen Sauerstoff zu 2
Gewichtsteilen Verbrennungsgas zur angenähert vollständigen
Verbrennung das Verhältnis auf etwa 1 : 1 Gewichtsteile
verringert werden kann. Der Sauerstoffbedarf wird dadurch
erheblich herabgesetzt. Schließlich kann mit dem
erfindungsgemäßen Schweißbrenner bei gleichem Gasverbrauch
schneller geschweißt werden als mit dem bekannten
Schweißbrenner.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem weiteren
Anspruch, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Die Erfindung wird anhand zweier in den Zeichnungen
dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es
zeigt
Fig. 1 teilweise im Schnitt eine erste
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Schweißbrenners,
Fig. 2 in Explosivdarstellung einzelne Teile des
Schweißbrenners gemäß Fig. 1,
Fig. 3 im Schnitt und in vergrößerter Darstellung
die Teile gemäß Fig. 2 in
zusammengesetztem Zustand,
Fig. 4 in einem Schnitt durch eine Hülse
miteinander verbundene Mischteile des
Schweißbrenners in einer Stellung, in der
Luft durch die Hülse in den Schweißbrenner
gelangen kann,
Fig. 5 eine zweite Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Schweißbrenners.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 4 hat der
Schweißbrenner 10 einen Griff 11, an dessen Fuß zwei
Anschlußstücke 12 mit jeweils einer Drehmutter vorgesehen
sind. An die Drehmuttern sind ein Ventil 13 für
Sauerstoffzufuhr und ein Ventil 14 für Verbrennungsgaszufuhr
angeschlossen, das üblicherweise Acetylen ist; es können
aber auch Butan und andere Verbrennungsgase verwendet
werden.
Infolge der Drehmutteranordnung kann jedes Ventil 13, 14 in
die für den Benutzer des Schweißbrenners günstigste Lage
gedreht werden. Dadurch kann der Schweißbrenner für Rechts-
und für Linkshänder eingestellt werden.
Der Griff 11 endet an dem von den Anschlußstücken
abgewandten Ende in einem Auge 17, das eine Gewindebohrung
18 aufweist, die unter einem Winkel zur Längsachse des
Griffes liegt. In die Gewindebohrung 18 münden zwei
Zuführleitungen 19 und 20, die im Griff angeordnet sind und
Sauerstoff und Verbrennungsgas zuführen. Die
Sauerstoff-Zuführleitung 19 ist am rückwärtigen und die
Zuführleitung 20 für Verbrennungsgas am vorderen Ende
vorgesehen. Die Mündung der Sauerstoff-Zuführleitung 19
liegt hinter der Mündung der Verbrennungsgas-Zuführleitung
20. Die parallel oder annähernd parallel zueinander
verlaufenden Zuführleitungen 19, 20 können durch Bohrungen
in einem massiven Griff gebildet sein. Beim bevorzugten
Ausführungsbeispiel wird jedoch ein gewichtsmäßig leichter
Griff verwendet, wie er in den Zeichnungen dargestellt ist.
In die Gewindebohrung 18 ist ein Rohr 24 für den Sauerstoff
geschraubt, das ein entsprechendes Gewinde 25 (Fig. 2)
aufweist, das sich über einen Teil der Länge des Rohres
erstreckt. Das Gewinde 25 ist durch eine ringförmige
Vertiefung 26 unterbrochen. Das vordere, stromabwärts
liegende Ende des Rohres 24 hat einen Fuß 27, dessen
Außendurchmesser in Richtung auf das freie Ende des Fußes
abnimmt und der einen zentralen, axial sich erstreckenden
und den Sauerstoff leitenden Kanal 28 aufweist, dessen
Durchmesser etwa dem maximalen Durchmesser der zu
verwendenden Düsenspitze entspricht, der im
Ausführungsbeispiel 2,4 mm beträgt. Im Bereich der am
stromaufwärts liegenden Ende des Rohres 24 vorgesehenen
Vertiefung 26 wird die Wandung des Rohres von einer Vielzahl
von radial sich erstreckenden Öffnungen 29 durchsetzt. Wenn
das Rohr 24 bis auf den Grund der Gewindebohrung 18 im Auge
17 des Griffes 11 eingeschraubt ist, dann fluchtet die
ringförmige Vertiefung 26 mit der Sauerstoffzuführleitung
19. Der Sauerstoff strömt dann durch die Zuführleitung 19,
die Vertiefung 26 und die radialen Öffnungen 29 in den Kanal
28. Aus ihm tritt der Sauerstoff als Strahl mit hoher
Geschwindigkeit und relativ kleinem Durchmesser aus. Näher
zum stromabwärts liegenden Ende der Gewindebohrung 18
befindet sich im Auge 17 eine Gasmischeinrichtung 31, die
einen ersten Mischteil 32 aufweist, der an seinem
stromaufwärts liegenden Ende einen Gasdiffusionsrand 33 hat,
der den verjüngt ausgebildeten Fuß 27 umgibt und sich mit
seinem stromaufwärts liegenden Ende an einer Schulter 34 am
stromaufwärts liegenden Ende des Fußes 27 abstützt. Der
Gasdiffusionsrand 33 hat an seinem stromabwärts liegenden
Ende eine zentrale Kammer mit einem verhältnismäßig großen
Durchmesser, die eine erste Mischkammer 35 bildet und in die
der einen kleinen Durchmesser aufweisende Sauerstoffstrahl
strömt. Der Gasdiffusionsrand 33, dessen Außendurchmesser
kleiner ist als der Innendurchmesser der Gewindebohrung 18,
ist mit einer Vielzahl von radial sich erstreckenden,
kleinen Durchmesser aufweisenden Öffnungen 37 versehen. Der
den Gasdiffusionsrand 33 umgebende Raum steht mit dem
stromabwärts liegenden Ende der Zuführleitung 20 in
Verbindung. Der Gasdruck in der Zuführleitung 20 und der
Sauerstoffstrom wirken beim Betrieb des Schweißbrenners so
zusammen, daß das Verbrennungsgas im Sauerstoffstrom nur
nahe des Umfangsbereiches mitgerissen wird. Dadurch werden
das Verbrennungsgas und der Sauerstoff in der ersten
Mischkammer 35 etwas gemischt, obwohl der hindurchtretende
Strom verhältnismäßig wenig turbulent ist. Es wird aber
angenommen, daß wenigstens in diesem Stadium der Kern des
Gasgemischstromes sauerstoffreich ist. Diese Ausbildung
stht in völligem Gegensatz zu bekannten Schweißbrennern,
bei denen komplizierte Anordnungen vorgesehen werden, um
eine gründliche Turbulenz der Gase sicherzustellen.
Wie am besten Fig. 3 zeigt, münden die radialen Öffnungen 37
in einen stromabwärts sich vergrößernden Ringraum. Infolge
dieser Anordnung wird bei einem Zurückschlagen, gerade wenn
Sauerstoff in den Acetylenschlauch eingetreten ist, die
Verbrennungsgefahr innerhalb des Schlauches verringert.
Der erste Mischteil 32 hat nur an seinem stromaufwärts
liegenden Ende die erste Mischkammer 35 mit einem
verhältnismäßig großen Durchmesser. Die Mischkammer geht in
eine Gasgemischleitung 39 mit einem verhältnismäßig kleinen
Durchmesser über, die stromabwärts an die Mischkammer 35
anschließt. Die Gasgemischleitung 29 hat bei dieser
Ausführungsform den gleichen Durchmesser wie der Kanal 28
(2,40 mm). Das Gasgemisch tritt aus der Gasgemischleitung 39
als verhältnismäßig wenig turbulenter Strahl mit
verhältnismäßig kleinem Durchmesser aus. Die Länge der
Gasgemischleitung 39 ist mindestens fünfmal so groß wie ihr
Durchmesser, im Ausführungsbeispiel etwa 22 mm. Diese
Dimensionierung ist wichtig und muß für einen Schweißbrenner
von jeden Abmessungen empirisch bestimmt werden, um optimale
Ergebnisse zu erhalten. Auf den mit Außengewinde versehenen
Teil des ersten Mischteiles 32, der von der Mündung des
Griffes nach außen ragt, ist eine kleine Hülse 41 als
Lufteintrittshülse geschraubt. Sie ist über ihre gesamte
Länge mit Gewinde versehen und wird von einer Vielzahl von
radialen Öffnungen 43, 44 durchsetzt, die in eine flache Nut
42 in der äußeren Mantelfläche münden. Die Hülse 41 hat drei
verhältnismäßig große Öffnungen 43 und drei verhältnismäßig
kleine Öffnungen 44. Diese Anordnung ist besser geeignet,
ein Zurückschlagen zu begrenzen, als wenn alle Öffnungen
gleich groß wären; dies würde zu ungleichmäßigen
Gasgemischen innerhalb des Schweißbrenners führen.
Die Öffnungen 43, 44 sind etwas stromabwärts vom
stromabwärts liegenden Ende des ersten Mischteiles 32
vorgesehen. Das stromabwärts liegende Ende des ersten
Mischteiles 32 ist mit einem kleinen vorstehenden Auge 46
versehen, das sich in Richtung auf sein Austrittsende
verjüngt. Wenn die Öffnungen 43, 44 in bezug auf den aus dem
ersten Mischteil 32 austretenden Gasstrahl geöffnet sind,
wird mit ihm Luft mitgerissen, wie in Fig. 4 dargestellt
ist.
In das andere, stromabwärts liegende Ende der Hülse 41 ist
ein zweiter Mischteil 48 der Gasmischeinrichtung 31
geschraubt. Er hat ein Gewinde, das sich über den größten
Teil seiner Länge erstreckt und zwischen seinen Enden durch
eine Vertiefung 49 unterbrochen ist. Dadurch kann eine
Bedienungsperson schnell feststellen, ob der Mischteil 48
ausreichend zurückgeschraubt worden ist, um die
Lufteinlaßöffnungen 43, 44 freizugeben. Sie werden nur
gelegentlich freigegeben, wenn der Schweißbrenner zum
Erwärmen des Metalls benötigt wird, im Unterschied zum
Schweißen von Metall, und wenn große Flächen von Gas mit
verhältnismäßig geringer Temperatur benötigt werden, um aus
der Brennerdüse auszutreten. Normalerweise ist der zweite
Mischteil 48 so weit auf den ersten Mischteil geschoben, daß
er an einer Kegelmantelfläche 50 des ersten Mischteiles 32
anliegt (Fig. 3), die das Auge 46 des stromabwärts liegenden
Endes des ersten Mischteiles umgibt. Im Mischteil 48 ist
eine zentrale Öffnung mit einem verhältnismäßig großen
Durchmesser vorgesehen, die eine zweite Mischkammer 52
bildet. Sie hat größeres Volumen als die erste Mischkammer
35.
Auf das stromabwärts liegende Ende des zweiten Mischteiles
48 ist eine Düse 53 geschraubt, deren Bohrung 54 gleichen
Durchmesser hat wie die zweite Mischkammer 52. Die Bohrung
54 wird an ihrem stromabwärts liegenden Ende durch eine auf
einem Kegelmantel liegende Wandung 55 begrenzt und geht in
eine Auslaßöffnung 56 über. Die Wandungen der Bohrung 54,
der Auslaßöffnung 56 und der zweiten Mischkammer 52 werden
so glatt wie möglich hergestellt. Je glatter die Oberfläche
ist, desto besser ist die Wirkungsweise des Schweißbrenners.
Bei der beschriebenen Ausführungsform sind die Wände der
zweiten Mischkammer 52 poliert, um eine hohe Glätte zu
erhalten. Es hat sich auch herausgestellt, daß die Länge der
Bohrung, die durch die zweite Mischkammer 52 und das
stromaufwärts liegende Ende der Düse 53 gebildet wird, in
einem bestimmten Verhältnis zu ihrem Durchmesser stehen
sollte, sofern die Bohrung nicht sehr lang ist. Für
praktische Zwecke sollte jedoch diese Bohrung so kurz wie
möglich sein, und größer als das Achtfache des
Bohrungsdurchmessers sein.
Im Ausführungsbeispiel beträgt die Bohrungslänge das
11,25fache des Bohrungsdurchmessers, d. h. bei einem
Bohrungsdurchmesser von 6,4 mm muß die Bohrungslänge etwa 72
mm betragen. Es hat sich herausgestellt, daß die
Bohrungslänge ein ungeradzahlig Vielfaches des 1,25fachen
und wenigstens des 8,75fachen des Durchmessers betragen
sollte, um die gewünschten Mischbedingungen zu erhalten.
Wenn die Bohrungslänge das 11,25fache des
Bohrungsdurchmessrs überschreitet, nimmt die kritische
Bohrungslänge beim beschriebenen Ausführungsbeispiel
fortschreitend ab, und die Ergebnisse werden zunehmend
verbessert. Diese Verbesserung ist allerdings so gering, daß
in den meisten Fällen größere Längen nicht erforderlich
sind. Es hat sich auch als wünschenswert herausgestellt, den
Kegelwinkel der auf einem Kegelmantel liegenden Wandung 55
zu beeinflussen, die das zweite Ende der zweiten Mischkammer
52 bildet. Im Ausführungsbeispiel beträgt dieser Kegelwinkel
ungefähr 54°. Er sollte zwischen 45° und 65° liegen. Je
näher allerdings der Kegelwinkel bei 54° liegt, desto besser
sind die Ergebnisse. Dies dürfte mit der Ablenkung der
Gaspartikel oder Gasmoleküle durch die Bohrungswandung
zusammenhängen.
Es hat sich ferner herausgestellt, daß der Durchmesser der
Auslaßöffnung 56 der Düse 53 eine kritische Größe dargestellt.
Im Ausführungsbeispiel sind drei ausreichende Durchmesser
ermittelt worden, von denen der erste 0,90 mm, der zweite
1,3 mm und der dritte 2,4 mm beträgt. Der größte Durchmesser
von 2,4 mm entspricht dem Durchmesser des Kanals 28 des
Rohres 24 und der ersten Mischkammer 35. Im Bereich zwischen
den oben angegebenen Durchmessern liegende Durchmesserwerte
ergeben schlechtere Ergebnisse. Im Betrieb wird das Gas bei
geringem Druck (ungefähr 28 × 10- 2 at oder 28 KPa) in
gleichem Volumen dem Schweißbrenner zugeführt, und nicht in
dem theoretischen Verhältnis von 80 : 32 von Sauerstoff zu
Acetylen. Die Flammentemperatur wird jedoch in einem sehr
kleinen Durchmesser äußerst hoch. Bei Verwendung der
kleinsten Düse hat ein blauer glatter Kegel ungefähr 19 mm
Länge, bei einer mittleren Düse 29 mm und bei einer großen
Düse 16 mm Länge. Bei Verwendung von Butan und Sauerstoff
läßt sich bei einem Volumenverhältnis von 1 : 1 ausreichend
arbeiten; jedoch ist die Temperatur wesentlich geringer als
mit Acetylen.
Es ist bekannt, daß die erste Verbrennung des blauen Kegels
Kohlenmonoxid und Wasserstoff und die zweite Verbrennung der
umgebenden Flamme Kohlendioxid und Wasserdampf liefern. Die
umgebende Flamme ist jedoch nicht sauerstoffreich, und es
wird zur Bildung der umgebenden Flamme Sauerstoff durch die
gleichmäßig strömenden Gase aus der Atmosphäre mitgerissen.
Diese mitgerissene Sauerstoffmenge ist sehr viel größer als
bei den bekannten Schweißbrennern. Das Schweißen findet
unter solchen vorteilhaften Bedingungen statt, daß nur eine
vernachläßigbare Metalloxidation auftritt. Dadurch wird das
Schweißen von schwierigen Metallen, wie Aluminium und
Magnesiumlegierungen, erleichtert.
Wie Fig. 3 zeigt, liegen der Kanal 28 des Rohres 24, die
erste Mischkammer 35, die Gasgemischleitung 39, die zweite
Mischkammer 52 und die Düsen 53 koaxial hintereinander.
Dadurch ist es möglich, für den Sauerstoff und das
Verbrennungsgas gleiche Drücke zu verwenden. Außerdem wird
dadurch die Gefahr verringert, daß Sauerstoff in die
Zuführung für das Verbrennungsgas eindringt. Es hat sich
gezeigt, daß mit dem beschriebenen Schweißbrenner sehr hohe
Temperaturen erreicht werden können. Der zentrale
Sauerstoffstrom, der in die erste Mischkammer 35 eintritt,
reißt hierbei einen Ring von Acetylen mit. Die Luft aus der
Atmosphäre wird infolge der glattströmenden, nicht
turbulenten Strömung im Schweißbrenner in den
acetylenreichen Ring mitgerissen. Das die Schweißzone
umgebende Gas enthält Wasserdampf, Stickstoff und
Kohlendioxid, so daß eine Korrosion im Bereich der
Schweißzone in starkem Maße verringert wird. Außerdem tritt
im Zentrum der Flamme eine höhere Temperatur auf als bei
bekannten Schweißbrennern; dies dürfte auf die
ungleichmäßige Verbrennung, über den Querschnitt der Flamme
gesehen, zurückzuführen sein.
Infolge der beschriebenen Ausbildung ist mit dem
Schweißbrenner ein Mikroschweißen möglich.
Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform des
Schweißbrenners ist im wesentlichen gleich ausgebildet wie
das erste Ausführungsbeispiel. Für gleich Teile werden
darum auch gleiche Bezugszeichen verwendet. Der Griff 11
weist einen gasführenden Block 60 auf, der nahe einem Ende
eines zylindrischen Teiles 61 befestigt ist, der anstelle
des Auges des Griffes der vorigen Ausführungsform vorgesehen
ist. Am Teil 61 sind das sauerstofführende Rohr und der
erste Mischteil angeschraubt. Der Block 60 ist mit zwei
dünnen flexiblen Rohren 62 zur Aufnahme von (nicht
dargestellten) Ventilen versehen. Der Schweißbrenner kann
wie ein Bleistift zwischen den Fingern gehalten werden. Es
kann jedoch auch ein einfacher, rohrförmiger Griff 63
vorgesehen sein, der über den Schweißbrenner geschoben
werden kann und sich auf dem zylindrischen Teil 60 zur
Bildung eines Griffes zum Handschweißen befestigen läßt,
wenn dies notwendig ist.
Claims (2)
1. Schweißbrenner mit jeweils einer Zuführleitung für
Sauerstoff und für Verbrennungsgas, die mit einer ersten
Mischkammer eines ersten Mischteiles leitungsverbunden
sind, an die eine Gasgemischleitung anschließt, deren
Länge größer ist als deren Durchmesser, mit einer der
Gasgemischleitung nachgeschalteten zweiten Mischkammer
eines zweiten Mischteiles, an den eine Düse anschließt,
wobei die Länge der zweiten Mischkammer größer ist als
deren 8facher Durchmesser, der seinerseits größer ist
als der Durchmesser der Gasgemischleitung im Anschluß an
die erste Mischkammer,
dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffstrom über ein
Rohr (24) konstanten Querschnittes axial in die erste
Mischkammer (35) eingeführt wird, daß das Rohr (24) an
seiner äußeren Mantelfläche in Strömungsrichtung konisch
verjüngt ausgebildet ist, daß das Verbrennungsgas in den
Ringraum zwischen der Innenwand der ersten Mischkammer
(35) und der äußeren Mantelfläche des Rohres (24)
eingeführt wird, und daß der Durchmesser der
Gasgemischleitung (39) etwa dem Innendurchmesser des
Rohres (24) entspricht und die Länge der
Gasgemischleitung (39) wenigstens das 5fache ihres
Durchmessers beträgt.
2. Schweißbrenner nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wand der ersten
Mischkammer (35) eine Vielzahl von radial liegenden
Öffnungen (37) hat, die in den Ringraum münden und die
die Zuführleitung (20) für das Verbrennungsgas mit der
ersten Mischkammer (35) verbinden.
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Publications (2)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3904855A1 (de) * | 1989-02-17 | 1990-08-23 | Guenter Abele | Brenner, insbesondere fuer die abbrennrampe einer enthaarungsmaschine fuer geschlachtete tiere |
US8921731B2 (en) | 2009-08-11 | 2014-12-30 | Kjellberg Finsterwalde Plasma Und Maschinen Gmbh | Protective nozzle cap, protective nozzle cap retainer, and arc plasma torch having said protective nozzle cap and or said protective nozzle cap retainer |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CA961760A (en) * | 1971-12-30 | 1975-01-28 | Nicholas T. E. Dillon | Oxy-acetylene torches |
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1977
- 1977-12-07 CA CA292,541A patent/CA1065242A/en not_active Expired
- 1977-12-12 JP JP52148280A patent/JPS5824686B2/ja not_active Expired
- 1977-12-13 DE DE19772755461 patent/DE2755461A1/de active Granted
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Publication number | Publication date |
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JPS5824686B2 (ja) | 1983-05-23 |
JPS5392356A (en) | 1978-08-14 |
DE2755461A1 (de) | 1978-06-15 |
CA1065242A (en) | 1979-10-30 |
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