DE1806856B2

DE1806856B2 - Verfahren zum umhuellen einer elektrodenspitze

Info

Publication number: DE1806856B2
Application number: DE19681806856
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl Ing Dr 8900 Augsburg Trattner Hermann Dip! Ing. 8000 München Klar
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-02-23
Filing date: 1968-11-04
Publication date: 1971-07-01
Also published as: CH487698A; US3639161A; DE1806856A1; NL6902769A; LU57266A1; ES360880A1; SE348669B; GB1252780A; FR2002478A1; ES379259A1; BE728776A; AT282283B

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum umhüllen, wobei das Metalloxid Thoriumoxid sein Umhüllen einer Elektrodenspitze einer aus Wolfram kann. Durch diese Maßnahme wird die thermoio- oder thoriertem Wolfram bestehenden nichtabschmel- nische Emissionsfähigkeit der Elektrode wesentlich zenden Elektrode für Lichtbögen kleiner Leistung erhöht. Eine solche Elektrode zündet schon bei niemit vorzugsweise pulverförmigem Thoriumdioxid, 5 drigen Temperaturen einen beständigen Lichtbogen, wobei man die Elektrodenspitze mit dem pulver- der an der Spitze der Elektrode entsteht und auch förmigen Thoriumdioxid beschichtet und unter An- dort nach längerem Gebrauch der Elektrode verwendung von Wärme das Thoriumdioxid auf die bleibt. In ähnlicher Weise verhält sich auch eine aus Elektrodenspitze aufbackt. Thorium bestehende nichtabschmelzende Elektrode,

Zum Lichtbogenschweißen unter Schutzgas mit io deren Spitze mit Zirkonium überzogen ist. Zum nichtabschmelzender Elektrode werden hauptsäch- Auftragen der Zirkoniumoxidmenge wird die Wollich Wolframelektroden verwendet. Zur Erhöhung framelektrode in einem Brei oder einer Suspension der Emissionskraft der Elektrode und zur Einleitung von Zirkoniumoxid in Wasser eingetaucht und soeines stabilen Lichtbogens ist es bekannt, bei der dann herausgenommen. Als Bindemittel kann hierzu Herstellung der Wolframelektroden vor dem Sintern 15 auch Wasserglas dienen. Nach einem Antrocknen geringe Mengen anderer Metalle oder Metalloxide, wird die Elektrode ungefähr eine Minute bei etwa wie vor allem Thorium und Thoriumdioxid, beizur 1500 ⁰C behandelt. Man erhält so einen grauen hargeben. Derart thorierte Wolframelektroden enthalten ten, kräftig gebundenen Überzug von etwa einem bis etwa 2 °/o Thorium. Erhöht man die Beimen- Millimeter in Bereich der Elektrodenspitze. Ein gung über 2 °/o, so nimmt die Emissionskraft der 20 derartiger Auftrag bzw. Überzug an der Elektroden-Elektrode langsam noch weiter zu, doch steigt gleich- spitze erhöht die Zündwilligkeit und die Zündsicherzeitig die Versprödung stark an. Außer der Zugabe heit beträchtlich. Es besteht jedoch die Gefahr, daß von Thorium und Thoriumdioxid sind auch Zugaben die Überzugsschicht, insbesondere während des von Zirkon, Rhenium und anderen hochschmelzen- Schweißbetriebes durch unvermeidbare geringfügige den Metallen und Metalloxiden bekannt. Von den 25 Erschütterungen oder bei höherer Strombelastung aufgeführten Beimengungen hat die Thoriumbeimen- der Elektrode durch Aufschmelzung sich von der gung den Vorteil, daß sie eine geringe Neigung zum Elektrodenspitze ablöst, wobei die Schmelze von der Ausdampfen aufweist. Damit bleibt die gute Emis- Elektrodenspitze abtropfen und das Werkstück versionsfähigkeit der Elektrode länger erhalten. unreinigen kann. Die Elektrode wird sodann un-

Bei dem Versuch, Mikroschmelzschweißverfahren, 30 brauchbar. Beim Einsatz derartiger Elektroden, z. B. das sind Schweißverfahren für Blechdicken unter i_n der Serienfertigung von Kleinteilen, besteht somit 1,0 mm mit — im Falle der Lichtbogenschweißung die Gefahr der Entstehung von Ausschußteilen.
— weniger als 12 A Schweißstromstärke, nach dem Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Wolfram-Schutzgas- und Plasmaschweißverfahren in verfahrensmäßige Maßnahmen eine dauerhafte, geeiner automatisierten Fertigung einzusetzen, wurde 35 gen mechanische Erschütterungen sowie gegen Aufbeobachtet, daß mit den herkömmlichen Wolfram- Schmelzungen gesicherte Überzugsschicht zu schafelektroden und thorierten Wolframelektroden bei be- f_en, wobei die Elektrode noch nach einer Vielzahl rührungsloser Zündung, die durch einen hochfre- von Zündungen, z.B. nach 8000 Zündungen eine quenten Funküberschlag eingeleitet wird, keine ein- gute Zündwilligkeit bzw. Zündsicherheit bei einer wandfreie Zündfolge zu erreichen war. Eine Ver- ₄₀ geringen Stromstärke von 0,5 A aufweisen soll, suchsreihe ergab, daß selbst thorierte Wolframelek- Hierbei geht die Erfindung von einem Verfahren troden keine exakte Zündfähigkeit besitzen und daß zum Umhüllen einer Elektrodenspitze einer aus sie im Mittel nach etwa 60 Zündungen ihre Zünd- Wolfram oder thoriertem Wolfram bestehenden fähigkeit weitgehend verloren hatten. Genauere Be- nichtabschmelzenden Elektrode für Lichtbögen kleiobachtungen zeigten, daß zu Beginn des Versuchs 45 ner Leistung mit vorzugsweise pulverförmigem Thodie Zündung von der Spitze der Elektrode aus er- riumdioxid aus, wobei man die Elektrodenspitze folgte, und daß mit zunehmender Zahl der Zündun- mit dem pulverförmigen Thoriumdioxid beschichtet gen ein immer größerer Teil der Elektrodenoberfläche und unter Anwendung von Wärme das Thoriuman der Zündung beteiligt war. Nach im Mittel 60 dioxid auf die Elektrodenspitze aufbackt. Gemäß Zündungen — dieser Mittelwert wurde aus einem ₅₀ dem erfinderischen Verfahren erhitzt man die mit sehr weiten Streubereich errechnet — erfolgte eine pulverförmigem Thoriumdioxid beschichtete Elek-Rückzündung in der Brennerhülse. Nach weiteren trodenspitze langsam bis zum Schmelzen des Tho-Zündversuchen konnte dann bald überhaupt keine riumdioxides und zündet darauffolgend zunächst bei Zündung mehr erreicht werden. Die ursprüngliche einer niedrigen Stromstärke einen Lichtbogen und Zündfähigkeit läßt sich bei thorierten Wolframelek- ₅₅ vergrößert sodann den Elektrodenabstand unter troden dadurch wieder herstellen, daß die Elektro- starker Erhöhung der Stromstärke über den nordenspitze angeschliffen wird. Die starke Abnahme malen Arbeitsbereich hinaus, bis die Thoriumdioxid- und das unterschiedliche Verhalten der Zündfähig- schmelze aufsintert.

keit in Abhängigkeit von der Zahl der Zündungen Durch diese erfinderische Verfahrensweise erhält

erschwert in starkem Maße die Anwendung des 60 man einen, selbst bei Schweißtemperatur festen und

Wolfram-Schutzgas-Schweißens und des Plasma- dauerhaften Thoriumdioxidüberzug im Bereich der

Schweißens zur mechanisierten Herstellung von Mi- Elektrodenspitze. Bedingt dadurch, daß man die

kroschweißverbindungen, denn hier kommt es in Elektrode langsam bis zum Schmelzen des pulverför-

erster Linie darauf an, einwandfreie Zündfolgen er- migen Dioxides erhitzt, oxidiert auch die Oberfläche

zielen zu können. 65 der Wolframelektrode zu Wolframoxid. Das Thori-

Zur Vermeidung dieses Nachteiles wurde bereits umdioxid tritt bei weiterer Erhitzung in Verbindung

vorgeschlagen, eine aus Wolfram oder thoriertem mit dem Wolframoxid der Elektrode und vereinigt

Wolfram bestehende Elektrode mit Metalloxid zu sich mit diesem im Schmelzfluß. Durch die weitere

starke Erhöhung der Stromstärke über den normalen Arbeitsbereich der Elektrode hinaus, sintert die Thoriumdioxidschmelze zu einer hochwärmefesten thermoionischen emissionsfähigen Schicht.

Nach einem weiteren Merkmal des erfinderischen Verfahrens wird das pulverförmige Thoriumdioxid mit einem Kleber auf die Elektrodenspitze aufgetragen. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, ein Gemisch aus mehreren Metalloxiden in der vorbeschriebenen Verfahrensweise auf die Elektrodenspitze durch Schmelzsintern aufzubringen. Durch geeignete Wahl eines solchen Gemisches, z. B. aus einer bei sehr hoher Temperatur schmelzenden und einer bei wesentlich geringerer Temperatur schmelzenden Metall-Nichtmetall-Verbindung, wird das Aufsintern durch die bei vielen solchen Gemischen auftretenden Temperaturstürze der Schmelztemperatur durch relativ geringe Beimengungen der niedriger schmelzenden Metall-Nichtmetall-Verbindung zur sehr hochschmelzenden erleichtert.

Die gemäß dem erfinderischen Verfahren gebildete Elektrode wurde unter den gleichen Bedingungen, bei denen die herkömmlichen Elektroden nach im Mittel 60 Zündungen ausfielen, erprobt. Nach über 8000 Zündungen zeigten diese Elektroden keine Abnähme der einwandfreien Zündfähigkeit. Neben der guten Dauerzündfähigkeit besitzen die Elektroden die Eigenschaft, mit herkömmlichen Stromquellen von 0,5 A noch stabil zu zünden. Darüber hinaus ließ sich eine gezündete Plasmasäule bei einer Stromleistung von nur 20 Watt bis auf 25 mm auseinanderziehen.

Ausführungsbeispiel:

Das Aufbringen der Thoriumdioxidschicht konnte erfolgreich auf handelsübliche Wolframelektroden mit dem Durchmesser von 0,5 bis 1 mm wie folgt durchgeführt werden:

Die Wolframelektrodenspitze wurde mit einer dünnen Klebstoffschicht überzogen und in pulverförmiges Thoriumdioxid getaucht. Durch den Klebstoff bleibt eine ausreichende Menge Thoriumdioxid an der Wolframelektrodenspitze haften. In der Induktionsspule eines Hochfrequenzgenerators wurde darauf die überzogene Elektrodenspitze sehr langsam bis zu einem Farbumschlag des ursprünglich weißen Thoriumdioxidüberzuges erhitzt. Die weitere Erhitzung erfolgte unter einem Schutzgas bis zum Schmelzen des Thoriumdioxides. Nach dem Erkalten des geschmolzenen Thoriumdioxidüberzuges wurde die Elektrode in einem Brenner eingespannt und bei einem Elektrodenabstand von etwa 0,3 mm und einer Stromstärke von 5 A gezündet. Zum Einbrennen des Überzuges wurde darauf der Elektrodenabstand auf etwa 3 mm vergrößert und gleichzeitig die Stromstärke auf etwa 15 A erhöht. Nach etwa einer halben Minute Brenndauer ist der Thoriumdioxidüberzug ausreichend eingebrannt.

Überzüge aus Metall-Nichtmetall-Verbindungen, die in ihren Eigenschaften dem Thoriumdioxid entsprechen, lassen sich leicht finden, z. B. Hafniumkarbid und Tantalkarbid.

Durch die gefundene Elektrode hoher Zündsicherheit ist es möglich, Mikroschmelzschweißverfahren nach dem Wolfram-Schutzgas- und Plasmaschweißverfahren in automatisierten Fertigungen vor allem der Schwachstromtechnik anzuwenden. Darüber hinaus ist die Elektrode zum Zünden und Betreiben von Lichtbogen kleiner Leistung, z. B. in Gasentladungsröhren vorteilhaft einsetzbar.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Umhüllen einer Elektrodenspitze, einer aus Wolfram oder thoriertem Wolfram bestehenden nichtabschmelzenden Elektrode für Lichtbogen kleiner Leistung mit vorzugsweise pulverförmigem Thoriumdioxid, wobei man die Elektrodenspitze mit dem pulverförmigen Thoriumdioxid beschichtet und unter Anwendung von Wärme das Thoriumdioxid auf die Elektrodenspitze aufbackt, dadurch gekennzeichnet, daß man die mit pulverförmigem Thoriumdioxid beschichtete Elektrodenspitze langsam bis zum Schmelzen des Thoriumdioxides erhitzt und man darauffolgend zunächst bei einer niedrigen Stromstärke einen Lichtbogen zündet und ferner unter Vergrößerung des Elektrodenabstandes unter starker Erhöhung der Stromstärke über den normalen Arbeitsbereich hinaus die Thoriumdioxidschmelze aufsintert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das pulverförmige Thoriumdioxid mit einem Kleber auf die Elektrodenspitze aufbringt.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch aus mehreren Metalloxiden auf die Elektrodenspitze durch Schmelzsintern aufbringt.