SE454934B - Brennare for plasmabehandling av material - Google Patents

Description

454 934 elektrodenhet med tångförsett spännorgan för fastspänning av en icke-smältande elektrod.

Dessutom innefattar kända brännare av detta slag dels strömtillförande organ, dels rörledningar för tillförsel av en plasmaalstrande gas, en skyddsgas respektive kylvat- ten, dels ett handtag och dels en anordning för inkoppling av svetsströmmen (jämför exempelvis den amerikanska pa - tentskriften nr 3 632 961, nat. klass 219-75, publicerad den 4.01.l972).

Den gemensamma nackdelen med de kända brännarna av detta slag är att den icke-smältande elektroden icke kyles i tillräcklig grad. Den icke-smältande elektroden kyles i regel längs två vägar eller kylbanor: elektrod- tång- keramiskt rör- munstycksdel av det vattenkylda huset eller elektrod- tång - organ för reglering av fastspännings- kraften i tångens fjäderelement - bakre del av det vatten- kylda huset, varvid organet för reglering av fastspännings- kraften vanligen innefattar en på tångens skaft (nackparti) pàskruvad mutter och en fjäder, som är anordnad mellan muttern och en ändyta hos det keramiska röret med en konfor- mad insida, som ar anordnad att samverka med tångens fjä- derelement. Den första kylbanan eller vägen är kortare an den andra men uppvisar högt värmemotstànd, eftersom det keramiska röret uppvisar mycket låg värmekonduktivitet och värmeöverföringen längs tångens generatris och det keramiska rörets utsida icke är effektiv.

Den andra kylbanan är lång (tångens längd är tiotal gånger större än dess ytterdiameter) och värmeöverföringen 1 454 934 _ 3 _ längs tången är icke heller effektiv, eftersom tången nar liten tvärsnittsyta. Dessutom uppträder s.k. otät glid- kontakt vid det ställe, där tången passar i ett element för förflyttning av denna. Tångens kylning längs den andra kyl- vägen är alltså icke heller tillräcklig.

Den icke-smältande elektroden kyles i viss grad me- Wdelst det plasmaalstrande gasflödet. En dylik kylning utgör emellertid högst några få procentuella andelar av elektro- dens ovan beskrivna kylning, vilket med andra ord innebär, att den icke heller är tillräcklig.

Dessutom är värmebortledningen från elektroden be- roende av den kraft, med vilken tången fastspännes.

Eftersom spännkraften i tångens fjäderelement alstras av den mellan det keramiska rörets (den keramiska hylsans) ändyta och muttern anbragta fJädern, drar denna tången in i det keramiska rörets inre hålrum, vari den konformade, med den koniska ytan hos tångens s.k. fjäderände samverkande delen är utformad. För att elektroden skall kunna frir göras avlastas tången genom att man - efter att orännaren demonterats delvis-medelst handen trycker pá tàngens skaft (nackparti) under samtidigt övervinnande av motstånds- kraften från fjädern.

Det är självklart, att en dylik fjäder måste vara täm- ligen eftergivlig, vilket emellertid omöjliggör den önskade funktionssäkra fastspänningen av elektroden i tången. Icke heller blir därför värmebortledningen från elektroden till tången tämligen Iunktionssäker. För att ovannämnda reglering- ar skall kunna genomföras måste dessutom brännaren de- 454 934 monteras delvis och återmonteras, vilket medför>extra tids- spill och kräver att svetsningen upphör.

I kända brännare av detta slag använder man, i regel, vid behandling (bearbetning) av arbetsstycken eller alster en huvudbâge med låg effext, vilket begränsar möjligheten att använda plasma såsom rörligt och Kompakt verktyg för ytuppvärmning, nedsmältning av icke-metallisxa inneslut- ningar (exempelvis glas), varmebehandling och lödning vid höga temperaturer.

På grund av att den icke-smältande elektrodens (volfram- elektrodens) arbetsände uppvärmes intensivt, smälter den förtidigt, samtidigt som elektrodens Koniska form och s.k. emissionsförmåga går förlorade. Detta försvårar upprepad :nine-ring eller vändning av plesmebågen een leder till en ändring i en sådan viktig parameter vid plasmasvetsning som fördjupningssträcxan för elektroden inuti det plasmaalst- rande munstycket (dvs. det djup, till vilket elextroden är insatt i munstycket).

Genom att elektrodens läge i förhållande till det plasmaalstrande munstycxet icxe är xonstant och icke är kontrollerat försämras svetsningsstabiliteten och svetskvali- teten, när de Kända svetsbrännarna används. Även en annan brännare är känd (jämför exempelvis den japanska patentskriften nr 47-41657, år l972), vilken in- nefattar en icke-smältande elektrod, ett utbytbart munstycne, ett vattenkylt hus och ett ringformat hål för skyddsgastill- försel. Ett plasmaalstrande munstycke är anordnat vid ett s.k. passningsställe för huset, som är uppbyggt av med var- 454 934 _ 5 _ andra stelt förbundna delar. Elektroden, som i denna kända brännare är försedd med en konsolbalksformad del med av- sevärd längd, är avsedd att låsas medelst en tång, vara bakre ändyta är påverkbar av ett skruvpar, som är anordnat att stöta tången in i ett keramiskt rör'med konformad in- sida. Detta medverkar till att den icke-smältande elektro- den fastspännes funktionssäkrare. Den icke-smältande elektro- den är emellertid också svår att kyla vid strömstyrkor över- stigande 40-6O A, eftersom den kyles via det keramiska rö- ret, som är en godtagbar värmeisolator, och via den tunna tången med lång längd, som därfår uppvisar begränsad värme- Överfëringsformåga.

Dessutom saknar denna kända brännare element för vi- suell kontroll eller avsyning av elektrodens rörelse, var- för svetsningsförloppet måste upphöra och brännaren måste demonteras för att elektrodens läge skall kunna ändras allteftersom elektroden blir utsliten.

Det huvudsakliga sjftet med föreliggande uppfinning ar att åstadkomma en brännare för plasmabenandlíng av mate- rial, vars elektrodenhet är utformad på ett sådant sätt, att elektroden kyles funktionssäkert och elektrodens läge kan regleras utan att brännarens hus måste demonteras, vil- ket gör det möjligt att öka brännarens effekt, funktions- säkerhet och livslängd, samtidigt som den blir bekvämare att arbeta med.

Detta syfte uppnås enligt föreliggande uppfinning medelst en brännare för plasmabehandling av material, vil- ken innefattar ett yttre (utvändigt) isolernus, som inne- 454 934 _ 5 _ håller dels ett kylt innernus med därpå fästa munstycke för skyddsgastillförsel och plasmaalstrande munstycke, dels en elektrodenhet med tång för fastspänning av en icke- smältande elektrod och dels ett rör av elektriskt icke- ledande material, som är anordnat att elektriskt isolera elektrodenheten från innernuset, ocn ett organ för regler- ing av spännkraften(fastklämningskraften) i tångens fjäder- element, varvid brännaren enligt föreliggande uppfinning utmärker sig av att elektrodenheten är anordnad i röret av elektriskt icke-ledande material på ett sådant sätt, att den är ställbart förflyttbar i brännarens längdaxelriktning, när elektroden blir utsliten, och av att tången är för- sedd med ett skaft (nackparti) med kylkanaler och är anord- enad i ett metallrör, vars ena ände är försedd med en kon- formad, med tångens fjäderelement samverkande insida och vars andra ände uppbär organen för reglering av fastspän- ningskraften i tångens fjäderelement respektive för ställ- bar förflyttning av elektrodenneten i brännarens längdaxel- riktning, när elektroden blir utsliten, vilka organ delvis mynnar i ytterhusets yta via i ytternuset upptagna spår.

Genom att elektrodenheten är anordnad i röret av elektriskt oledande material så, att den är ställbart för- flyttbar i brännarens längdaxelriktning, när elektroden blir -utsliten, säkerställas svetsbetingelsernas reproducerbar- net eller repeterbarhet genom att den icke-smältande elektro- dens läge i förhållande till det plasmaalstrande munstycket kan kontrolleras och regleras även om svetsningen genom- föres. 454 934' Tack vare att tångens skaft (nackparti) är försett med kylkanalerna, kyles den icke-smältande elektroden ef- fektivt, varigenom svetsningen blir stabil och kvaliteten av de medelst denna brännare framställda svetsarna bl.a. så- dana med lång längd blir bättre. De senarevar tidigare problematiska (svåra) attirametälla till följd av att den icke-smältande elektroden överhettades och snabbt blev utsli- ten samt till följa av att elektrodens läge i förhållande till det plasmaalstrande munstycket icke kunde.korrigeras utan upphörande av svetsningen.

Genom att tângen är anordnad i metallröret, vars ena ände är försedd med den konformade, med tångens fjäderele- ment samverkande insidan, låses den icke-smältande elektroden i tången funktionssäkrare genom att avsevärda krafter pà- lägges vid paret fjäderelement av metall- metallrör och genom minskning av den mekaniska belastningen på det elekt- riskt icke-ledande röret. Tillsammans med tângen kyles effek- tivt metallröret och det elektriskt icke-ledande röret, varför det senare får längre livslängd. Detta gör det i många fall möjligt att framställa det elektriskt icke- ledande röret icke av svårsmälta keramiska material utan av mer tillgängliga och lättbearbetbara material, exempelvis epoxihartser och plastmaterial.

Genom att metallrörets andra ände är anordnad att upp- bära organen för reglering av fastspänningskraften för tang- ”ens fjäderelement respektive för ställbar förflyttning av elektrodenheten i brännarens länguaxelriktning, när elektro- den blir utsliten, (vilka organ delvis mynnar i husets yta 7,454 934 via de i huset upptagna spåren), blir det bekvämt att låsa elektroden och reglera dess läge i förhållande till det plasmaalstrande munstycket utan att brännaren måste de- monteras. ' Det är lämpligt, att organen för reglering av fastspän- ningskraften för tångens fjäderelement respektive för ställ- bar förflyttning av elektrodenheten i brännarens längdaxel- riktning, när elektroden blir utsliten, utgöres av på me- tallröret påskruvade trummor av elektriskt isolerande ma- terial, varvid trumman för reglering av fastspänningskraften är medelst ett ringformat utsprång förbunden med tångens skaft (nacxparti) Den är förflyttbarulängs spåret i ytter- huset. Trumman för ställbar förflyttning av elektrodenhe- ten är försedd med dels vid trummans sidoyta anordnade ele- ment för visuell kontroll och dels i kontakt med trummans ändytor varande organ för begränsning av trummans rörelse i brännarens längdaxelriktning, under det att metallröret är försett med ett låselement, som är avsett att förhindra att metallröret vrides och skjuter ut via det i ytternuset upptagna spåret, längs vilket en avläsningsskala är anord- nad.

En dylik konstruktiv utformning av dessa reglerings- och förflyttningsorgan bidrar till att brännaren får kom- pakta dímensioner och blir ofarlig att underhålla samt till att organen för låsning och reglering av den icke-smältande elektrodens läge erhåller ett enkelt s.k. rörelsescnema.

Samtidigt blir brännaren enkel att justera, eftersom trumman för ställbar förflyttning av elektrodenheten är 454 954 försedd med elementen för visuell kontroll.

Tången kan vara sammansatt i längdriktningen, varför den blir, tekniskt sett, enkel att framställa, samtidigt som fjäderelementet kan bytas ut allteftersom det blir utsli- tet eller i samband med att den icke-smältande elektrodens diameter måste ändras.

Det är lämpligt, att kylkanalerna i tångens skaft är förbundna med ett system för kylning av innerhuset, vilket gör det möjligt att säkrare kontrollera vatteninmatningen och -bortledningen i respektive från brännaren, varjämte konstanthållningen av brännarens termiska drifttillstånd garanteras.

Uppfinningen beskrivas närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning, på vilken fig. l visar ett längdsnitt genom den enligt föreliggande uppfinning föreslagna brän- naren för plasmabehandling av material, fig. 2 visar en sidovy av brännaren och fig. 3 visar en uppifrån sedd vy av brännaren enligt uppfinningen.

Brännaren enligt föreliggande uppfinning för plasma- behandling av material innefattar ett yttre (utvändigt) isolerhus l (fig. 1), som består av två, medelst exem- pelvis skruvar hopïästa halvor och innehåller ett vatten- kylt innerhus 2 med ett plasmaalstrande, på huset 2 fäst munstycke 3. Huset 2 är försett med dels en stiftskruv 4, som är avsedd att förbinda de båda husen l och 2 med va- randra, dels ett kylsystem, som är uppbyggt av kanaler 5 för kylvatten, och dels kanaler 6 för skyddsgas¿ I husets 2 främre parti är ett munstycke 7 för skydds- 454 934 gastillförsel infäst.

I huset 2 är upptagen en axiell kanal, som innehål- ler en elektrodenhet, som är elektriskt isolerad från huset 2 medelst ett rör 8 av elektriskt icke-ledande, exem- pelvis keramiskt material.

Elektrodenheten innefattar dels en sammansatt tång, som består av ett fjäderelement 9 och ett skaft eller nack- parti lO, vilka är förbundna med varandra medelst exem- pelvis skruvgångor, dels ett metallrër ll, vari tången är anordnad, och dels en icke-smältande, i tången anordnad elektrod 12. I tångens skaft lO är upptagna kylkanaler 13, vilka är förbundna med kanalerna 5 i det till innerhuset 2 hörande kylsystemet.

Elektrodenheten är anordnad i det elektriskt icke- ledande röret 8 så, att den kan ställbart röra sig i brän- narens långdaxelriktning, när elektroden 12 blir utsliten.

Metallrörets ll ena ände är försedd med en konformad insida 14, som är anordnad att samverka med en till denna anpassad konformad yta 15 hos tàngens fjäderelement 9.

Metallrörets ll andra ände är försedd med skruvgängor och är anordnad att uppbära ett organ för reglering av fast- spänningskraften i fjäderelementet 9 samt ett organ för ställbar förflyttning av elektrodenheten i brännarens längd- axelriktning, när elektroden blir utslitenr De båda orga- i nen utgöres av trummor 16 respektive 17, vilka delvis skjuter ut från ytternuset l (fig. ¿) via i huset l upp- tagna spår lä respektive 19. Trummorna 16 och 1? är för- sedda med invändiga (inre) skruvgängor och är pàskruvade på !\ 454 934 _ 11 _ metallrörets ll gängade ände, varvid trummorna 16 och 17 kan vara framställda av ett elektriskt isolerande material eller alternativt kan vara försedda med en isolerbeläggning 20.

Längden av spåret 19 för trumman l7 motsvarar trummans l? längs dess generatris uppmätta längd, varigenom spárets 19 väggar 21 fungerar som organ för begränsning av trummans 17 rörelse i brännarens längdaxelriktning och är i kontinuerlig kontakt med trummans 1? ändytor. Detta gör det möjligt att under trummans 1? vridningsrörelse förflytta röret ll till- sammans med den däri anordnade tàngen och icke-smältande elektroden 12, vilket med andra ord innebär, att hela elektrodenbeten kan röra sig i brännarens längdaxelriktning.

Spårets 18 längd är längre än trummans 16 längs dess gene- ratris uppmätta längd, varigenom trumman 16 kan röra sig tillsammans med röret ll i brännarens längdaxelriktning.

Trumman 16 är försedd med ett ringrormat utsprång ¿2, som är anordnat att införas i ett till utsprånget 2¿ anpas- sat spår 23, som är upptaget i tângens skaft 10, vilket gör det möjligt att vid trummans 16 vridningsrörelse reglera fastspänningskraften i tàngens fjäderelement 9.

Röret ll är försett med ett element 24, exempelvis en stiftskruv, som skjuter ut igenom ett längsgående, i ytter- huset 1 upptaget spår 25 och alltså låser röret ll sà, att detta icke kan vridas.

Vid trummans l? (fig. 2 och 3) yta och vid ytterhu- sets l yta är längs spåret 25 utformade element för vi- suell kontroll, vilka utgöres av exempelvis i mm graderade avläsningsskalor 26 respektive 27, varvid ett visarorgan 454 934 _ 12 _ (visare) för avläsningsskalan 27 utgöres av det från spå- ret 25 utskjutande elementet 24. Avläsningsbegynnelsepunk- ten för skalan 26 befinner sig på huset l och visas medelst en pil A. Elektrodenhetens avsevärda (grövre) förflyttningar registreras medelst skalan 27, under det att finreglerin- gen av elektrodenhetens läge sker med hjälp av avläsnings- skalan 26.

Tángens skaft eller nackparti 10 är försett (förutom med kanalen 13 för kylvatten) med en centrumkanal 28 för den icke-smältande elektroden 12 och för tillförsel av plas- maalstrande gas.

Den sammansatta tången, metallröret ll och den med skaf- tet 10 förbundna trumman 16 utgör ett tàngbaserat fastspän- níngsorgan av stöttyp.

Brännarens hus l innehåller böjliga strömtillförande organ 29 och 30, rörledningar (slangar) för tillförsel av plasmaalstrande gas respektive skyddsgas, en rörledning 31 för kylvattentillförsel, ett handtag 32, en i och för sig känd, på ritningen icke visad anordning för att sätta brännaren i funktion, fästelement 33 och 34 för låsning av det ström- tillförande organet 29 på skaftet 10 och en plugg 35, som är avsedd för tillslutning av den i skaftet 10 upptagna ka- nalen 28.

Brännaren fungerar på följande sätt.

Elektrodenheten overföres medelst trumman 17 (fig. l och 2) till ett nolläge, dvs. det läge, vari stiftskru- ven 24 befinner sig vid en noll-markering (fig. 3) och den av trumman 17 (fig. 3) uppburna avläsningsskalans noll- (U .454 934 _ 13 _ punkt sammanfaller med avläsningsbegynnelsepunkten.

Den icke-smältande elektrodens 12 skarpslipade ände an- passas-via tàngens kanal 28 (næd pluggen 35 (fig. 1) borttagen)-~ till det plasmaalstrande munstyckets 3 ändyta. Elektroden 12 fastspännes sedan i det tångbaserade fastspänningsorga- net genom vridning av trumman l6.

Elektrodenheten med den i tången fastklämda elektro- den 12 förflyttas - genom vridning av trumman l7-i brän- narens längdaxelriktning, varvid elektrodens arbetsände överföres till det enligt den ifrågavarande processtekni- ken förutbestämt läge i förhållande till munstyckets 3 an- dyta. Elektrodens 12 förflyttning kontrolleras- samtidigt som dess läge regleras- med hjälp av avläsningsskalorna på trumman 17 och på huset 1.

Kylvatten inmatas i husets 2 xanal 5, varifrån det strömmar ut genom rörledningen 31 in i kanalen 13 i tångens skaft 10, varefter kylvattnet bortledes.

Det för kylning av tången avsedda vattnet cirkulerar i den omedelbara närheten av kontaktstället för tångens fjäderelement 9 med elektroden 12, vilket i hög grad in- tensífierar värmebortledningen från elektroden 12 och med- verkar till att öka brännarens effext, livslängd och funk- tionssäkerhet.

Svetsströmmen tillföres till elektrodenheten genom det böjliga strömtillförande organet 29, under det att hjälpbågens ström matas till huset 2 medelst det böjliga strömtillförande organet 30.

En plasmaalstrande gas inmatas i tångens centrum- 454 954 _ 14 _ kanal 28, medan en skyddsgas införes i husets 2 kanal 6, varifrån den inmatas i skyddsmunstycket 7 och vidare i svets - zonen.

Den enligt föreliggande uppfinning föreslagna brännaren uppvisar förhållandevis små ytterdimensioner och låg vikt och gör det möjligt att genomföra plasmabehandlingen vid Strömstyrkor varierande mellan några få A och 150 A.

Brännaren enligt föreliggande uppfinning kan finna ett brett användningsområde vid mikroplasma- och plasma- svetsning.

V34 (fl-s

Claims (4)

454 954' _ 15 _ P A T E N T K R A V

1. Brännare för plasmabehandling av material innefat- tande ett yttre isolernus (1), som innehåller dels ett kylt innerhus (2) med ett på detta fäst munstycke (7) för skydds- gastillförsel och ett på huset (2) fäst plasmaalstrande munstycke (3), dels en elektrodenhet med tång för fastspän- ning av en icke-smältande elektrod (12) och dels ett av ett elektriskt icke-ledande material framställt rör (8), som är avsett att elektriskt isolera elektrodenheten från in- nerhuset (2), samt ett organ för reglering av fastspännings- kraften i tàngens fjäderelement (9), k ä n n e t e c k - n a d av att elektrodenheten är anordnad i det elektriskt icke-ledande röret (8) så, att den kan ställbart röra sig i brännarens längdaxelriktning, när elektroden (12) blir utsliten, under det att tàngen är försedd med ett skaft eller nackparti (10), vari Kylkanaler (13) är upptagna, och är anordnad i ett metallrör (ll), vars ena ände är försedd med en konformad, med tångens fjäderelement (9) samverkande insida (14) och vars andra ände är anordnad att uppbära organ för reglering av fastspänningskraften i fjäderelementet (9) respektive för ställbar förflyttning av elektrodenheten i brännarens längdaxelriktning, när elektroden (12) blir ut- sliten, vilka organ delvis mynnar i ytterhusets (1) yta via spår (18 respektive l9), som är upptagna i ytterhnset (1).

2. Brännare enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k - n a d av att organen för reglering av fastspännings- kraften i tångens fjäderelement (9) och för ställbar för- 454 954 _ 16 ._ flyttning av elektrodenheten i brännarens längdaxelriktning, när elektronen (12) blir uuslifien, utgöres av på metall- röret (ll) påskruvade trummor (16 respektive 17) av.elekt- riskt isolerande material, varvid trumman (16) är medelst ett ringformat utspràng (22) förbunden med tångens skaft (10) och är förflyttbar längs det i ytterbuset (l) upptagna spåret (19), under det att trumman (17) är försedd med vid dess sidoyta anordnade element för visuell avsyning och med i kontakt med trummans (17) ändytor varande begränsnings- organ för begränsning av trummans (17) rörelse i brännarens längdaxelriktning, varvid metallröret (ll) är försett med ett låselement (24), som är avsett att förhindra att röret (ll) eventuellbvrider sig och skjuter ut via ett längs- gående, i ytterhuset (l) upptaget spår (25), längs vilket en avläsningsskala är anordnad.

3. Brännare enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k - n a d av ett tàngen är sammansatt i längdriktningen.

4. Brännare enligt patentkravet l eller 3,(k ä n - n e t e c k n a d 'av att de i tàngens skaft (10) upp- tagna kylkanalerna (13) är förbundna med ett till innerhu- set (2) hörande kylsystem. IJ