Verfahren zur Herbeiführnng einer selbsttätigen Formierung an Liehtbogen-Elektroden. Durch ältere Untersuchungen an Iächt- bogenstromriclhtern, bezw. an Elektroden für Lichtbogenschweissung ist bereits bekannt, dass,
die Bedingungen für die Existenz des Lichtbogens .dann am .günstigsten sind, wenn die Elektroden mit einer 0$ydschieht be deckt sind.
Die vorliegende Erfindung bringt eine wesentliche Verbasserung der Verhältnisse hinsichtlich der Formierung an solchen Elek- trod@en, die sich in. einer Gasatmosphäre be finden, dadurch, dass! man die Elektroden in einem Gasgemisch arbeiten lässt,
dessen einer Teil die Formierung an den Licht- bogenelektroden bewirkt. Die mögliche Dauer unausgesetzten Betriebes von in Gas bren nenden Lichtibögen, insbesondere bei. Licht- bogenstromrichtern (Marg,Stromriohtem),
wird von der Lebensdauer der Elektroden bestimmt. Diese kannerhöht wenden durch eine Formierung an den Elektroden, die be- wirkt, @dassi die thermische Emission gering und dfie Feldemission gross, ist. Gleichzeitig,
aber erst mit zweiter Wichtigkeit, soll diese Formierung den Elektrodenranregungszus,tand in der Brennfleckebene und senkrecht ,dazu einschränken, sowie als ,Schutz gegen Zer- stäubungserscheimmgen und korrodierende oder andere chemische Angriffe wirken.
Eine praktisch erhebliche Wirkung er zielt man aber erst, wenn man für eine stän- dige Neuformierung an den Elektroden wäh rend, dies Betriebes @durch Wiederinstand- setzen: der infolge Durchschlags, Abbaus und so weiter zerstörten. Formierschiehten ,Sorge trägt.
Dies kann dadurch geschehen, @dass man eine bestimmte Metallelektrode mit einem Betriebsgas mit einer auf die Elek trode abgestimmten Zusammensetzung zu- sammenwirken. lässt.
Diese Abstimmung hat so zu erfolgen, da3 ider gewünschte Vorgang der Neuformierung in der günstigsten; Weise und in der erforderlichen Zeit gesichert ist.
Hierzu ist erforderlich, dass, auf dem re.- nen Elektrodenmaterial zum Teil sehr dünne Schichten mit einer elektrischen und einer Wärmeleitfähigkeit gebildet werden-, welche von den entsprechenden Leitfähigkeiten des reinen Metalles verschieden sind,
und dass diese Schichten, soweit sie durch den Betrieb zerstört werden, zur Sicherung eines unge- störten Betriebes, für den die Formier- schiebt benötigt wird, dauernd wieder er neuert werden.
Eine beispielsweise Ausführangform des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass als Elektrodenmaterial eine Legierung aus mindestens zwei Metallen verwendet wird, von denen hauptsächlich das eine die Formierung durch Bildung von Oberflächen- schichten bewirkt.
Man verwendet hierbei zweckmässigerweise die Metalle in feinster Verheilung (eutektische Legierung). Eine der Komponenten der Legierung soll, wie bereits erwähnt, die Eigenschaft aufweisen,
im Zusammenwirken mit dem Betriebsgas bei Erhitzung durch den Lichtbogen die er wähnten dünnen Schichten zu bilden,
die hinsichtlich elektrischer Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit vom reinen Metall ab weichen- Bei Verwendung einer Legierung aus mindestens zwei Metallen als Elektroden material soll das eine Metall höchstens nur wenig zur Bildung von.
Formierungsschich- ten neigen und damit einen übermässig star- ken Abbrandverlust der Elektroden verhin- dern. Bei dieser Komponente der Legierung müssen die Formierungs@schichten leichter abbaufähig sein als bei der
ersterwähnten Komponente. Besonders vorteilhaft ist die Wirkung des zweiten Legierungsbestandteils dann, wenn er nicht nur den Abbrandverlust des andern Bestandteils einschränkt,
sondern auch als Überträger des aggressiven Gases wirkt. Diese Wirkung ist wie erwähnt des- halb möglich,
weil die Schichten. beim zwei- ten Legierungsbestandteil leichter abbau fähig sind als beim ersten. Selbstverständ- lich kann jeder der beiden Bestandteile auch selbst Legierung oder chemische Verbindung sein.. Das Betriebsgas soll <RTI
ID="0002.0148"> ebenfalls aus einer Mischung bestehen, deren eine Komponente möglichst inaktiv .ist, während die andere auf die vorbeschriebene Schichtenbildung hinwirkt.
Der Anteil des aggressiveren Mi- schungsbestandteils soll möglichst nicht grösser sein, als für eine hinreichende Schich- tenbildung erforderlich ist, um sonstige zer störende Wirkungen (Korrosion, vermehrten Abbrand)
auf ein. Mindestmass zu be- schränken.
Man kann als Betriebsgas, des vorteil- hafterweise in einem geschlossenen Umlauf zu verwenden ist, auch ein solches becw. ein Gasgemisch verwenden, das (unter dem Ein flug des Liohtbogene)
einen aggressiven. Be- standteil (z. B. Sauerstoff) abspaltet bezw. liefert, während der Rest inaktiv ist,
oder man kann eine Mischung eines solchen unter dem Lnchtbogeneinfluss sich zersetzenden Gases mit einem inaktiven Gas verwenden. Weiterhin ist es möglich, die Anlage mit reinem inaktiven Gas zu betreiben,
wenn an einer beliebigen Stelle, etwa durch den Haupt- oder einen Hilfslichtbogen, ein aggressives Gas aus einen. festem Körper oder einer Flümigkeät freigemacht wird.
.Bei der Abstimmung sämtlicher verränder- licher Grössen ist die für die Formierung zur Verfügung stehende Zeit (Brennpausen bei Stromiriehterbetrieb) zu berücksichtigen,
fer ner die während der Belastungszeit an der Formierschicht auftretenden Beanspruchun- gen.
Um den Erfindungsgedanken, an einigen Beispielen des Verfahrens besser zu erläu- tern, sei angenommen, die Elektroden beii- stehen aas einer Legierung von Silber oder Gold mit Kupfer,
Mangan und/oder erdalka- lischen Metallen, seltenen Erden usw. Ander- seits bestehe das Betriebsgas aus einer Mi- schung von Stickstoff und Sauerstoff mit oder ohne einen <RTI
ID="0002.0307"> bestimmten Anteil an Kohlenoxyden oder aus Kohlensäure. allein. In allen Fällen wind ein bestimmter Sauer- stoffanteil im Gasumlauf vorhanden sein, der auf die angreifbare Komponente der Legierung,
also beispielsweise ,das Kupfer oder das Erdalkali, einwirkt und eine Schicht von Oxyd über dem Elektroden metall zu bilden bestrebt ist. Die Bildung dieser Schicht wird anderseits durch die An- wesenheit des andern Legierungsbestandteils,
z. B. Silber oder Gold, beschleunigt, da ins- besondere Silber als Sauerstoffübertr%olpr wirkt, jedoch in bestimmten und durch die Zusammensetzung der Legierung genau zu beherrschenden Grenzen, gehalten.
Diese Formierschichten wirken günstiger als eine einfache Oxydierung eines Elek- trodenmetalles.. Das Oxyd hat nämlich eine so viel geringere Wärmeleitfähigkeit als das Metall, dass: eine Wärmestauung,eintritt, die zu einem Verbrennen; :
des. Metallei, führen kann, während die Formierschicht infolge der Komgrösse der Legierung wesentlich dünner sein kann, anderseits auch selbst eine Mischung aus Metall und Metalloxyd dar- stellen:
kann, wodurch die 'M7ärmeleitfähig- keit zwar eingeschränkt, aber wenn man die richtige Abstimmung vornimmt, auf ihren ;
günstigsten, Wert gebracht wird. Bei der Formierchicht wird der Kathodenfall so stark herabgesetzt, dass, wie bereits erwähnt,
die thermische Emission durch eine vorwie- gend feldmässig bestimmte Emission ersetzt wird. Der für eine Bildung der Pormier- schichten nach dem erwähnten Beispiel gün- stigste Sauerstoffgehalt liegt etwa zwischen 1 und .d%.
Prei Verwendung eines Gasgemisches von höherem Sauerstoffgehalt als ä % kann man auch fortlaufend, d. h. ständig, oder perio disch einen: Teil -des:
Umlaufgases abblasen und durch frisches: Gas ersetzen, um eine Anreicherung :desselben mit .Stiokoxyden, die sich unter der Einwirkung des Lichtbogens bilden:
, zu vermeiden. Um die schädlichen Einwirkungen eines zu hohen Sauerstoff- gehaltes während der Oxybildung zu verhin- dern, kann auch der Anteil desjenigen Be- standteils, -der die Abbraudverluste herab setzt, also beispielsweise des Silber,
ver- grössert werden.. Hierdurch verschiebt sich der höchstzulässige :Sauerstoffgehalt nach oben.
Anderseits kann auch, wenn solche ,Sub- stanzen oder Gase mit dem Lichtbogen in Berührung kommen., :die selbst Sauerstoff ab spalten, der Gehalt an freiem Sauerstoff im Umlaufgas geringer als angegeben sein.
Wesentlich für die Ermöglichung der Ver- wirklichung des. Erfindungsgedankens ist, an den Lichtbogenfussgunkten die hin reichende Menge ,Sauerstoff bezw. Oxyd zur Bildung der Formiersehichten und diese Menge in möglichst konstanter Grösse zur Verfügung zu haben.
Hierbei soll der rest liche Teil der Gasmischung aus solchen ,Gasen bestehen, die nicht durch zusätzliche Reaktionen! den Betrieb der Lichtbogen- stromrichter .gefährden. Falls unerwünschte Reaktionen des Gases nicht ganz zu vermei den sind, so kann mann durch bekannte Mit tel diesen Reaktionen so entgegenwirken, :
dass die Gaszusammensetzung an der Zu- strömseite zum Lichtbogenraum, also das Gas den;
,gesamten Umlauf durch laufen! hat, wieder die ursprüngliche Zusam- mensetzung in annäh@emder Konstanz erhält. Durch dass erfindungsgemässe Verfahren lässt sich der Abbrand der Elektroden ganz wesentlich verringern. Ausserdem <RTI
ID="0003.0202"> wird auch ein -der Form nacherwünschter Abbrand, er zielt, :das heisst, der Abbrand ist gleich mässig, findet in :der Mitte der Elektroden statt, so dass es möglich ist, die Strömun:
gs.- verhäJtnisse des Betriebsgases und gegebe- nenäalls auch die Zündungsverhältnisse des Hilfslichtbogens .gut zu beherrschen.
Process for bringing about an automatic formation on light-arc electrodes. Due to older investigations on eight-arc currents, resp. It is already known on electrodes for arc welding that
The conditions for the existence of the arc are most favorable when the electrodes are covered with a sheet.
The present invention brings about a significant improvement in the conditions with regard to the formation of such electrodes which are in a gas atmosphere, in that! the electrodes are made to work in a gas mixture,
one part of which causes the formation on the arc electrodes. The possible duration of uninterrupted operation of light arcs burning in gas, in particular at. Arc converters (Marg, Stromriohtem),
is determined by the service life of the electrodes. This can be increased by a formation on the electrodes, which means that the thermal emission is low and the field emission is high. At the same time,
But only with second importance, should this formation limit the condition of the electrode excitation in the focal point plane and perpendicular to it, as well as act as protection against atomization discs and corrosive or other chemical attacks.
A practically significant effect can only be achieved if, for a constant re-formation on the electrodes during operation, repair is carried out: those destroyed as a result of breakdown, degradation and so on. Formierschiehten, take care.
This can be done by a specific metal electrode interacting with an operating gas with a composition that is matched to the electrode. leaves.
This coordination must be carried out in such a way that the desired process of re-formation is the most favorable; Manner and is secured in the required time.
For this it is necessary that on the pure electrode material very thin layers with an electrical and a thermal conductivity are formed which are different from the corresponding conductivities of the pure metal,
and that these layers, insofar as they are destroyed by operation, are continuously renewed to ensure undisturbed operation for which the forming slide is required.
One embodiment of the method according to the invention, for example, consists in using an alloy of at least two metals as the electrode material, one of which mainly effects the formation by forming surface layers.
The metals are expediently used in the finest healing (eutectic alloy). As already mentioned, one of the components of the alloy should have the property
to form the mentioned thin layers in cooperation with the operating gas when heated by the arc,
which differ from the pure metal in terms of electrical conductivity and thermal conductivity- When using an alloy of at least two metals as electrode material, the one metal should at most only little to form.
Formation layers have a tendency and thus prevent an excessively strong burn loss of the electrodes. With this component of the alloy, the formation layers must be more easily degradable than with the
first mentioned component. The effect of the second alloy component is particularly advantageous if it not only restricts the burn-off loss of the other component,
but also acts as a carrier of the aggressive gas. As mentioned, this effect is therefore possible
because the layers. the second alloy component is more easily degradable than the first. Of course, each of the two components can itself be an alloy or chemical compound. The operating gas should <RTI
ID = "0002.0148"> also consist of a mixture, one component of which is as inactive as possible, while the other works towards the layer formation described above.
As far as possible, the proportion of the more aggressive mixture component should not be greater than is necessary for sufficient layer formation to prevent other destructive effects (corrosion, increased burn-off).
to a. To restrict the minimum size.
One can also use such a becw as the operating gas, which is advantageously to be used in a closed circuit. use a gas mixture that (under the entry of the Liohtbogen)
an aggressive one. Component (e.g. oxygen) split off or. returns while the rest is inactive,
or a mixture of such an arc-decomposing gas with an inactive gas can be used. It is also possible to operate the system with pure inactive gas,
if at any point, e.g. through the main or an auxiliary arc, an aggressive gas comes out of you. a solid body or a Flümigkeät is cleared.
When coordinating all variable parameters, the time available for formation (firing pauses in the case of continuous operation) must be taken into account,
Furthermore, the stresses that occur on the forming layer during the loading time.
In order to better explain the idea of the invention using some examples of the method, it is assumed that the electrodes are an alloy of silver or gold with copper,
Manganese and / or alkaline earth metals, rare earths, etc. On the other hand, the operating gas consists of a mixture of nitrogen and oxygen with or without a <RTI
ID = "0002.0307"> certain proportion of carbon oxides or from carbonic acid. alone. In all cases there will be a certain proportion of oxygen in the gas circulation, which affects the vulnerable component of the alloy,
So for example, the copper or the alkaline earth acts and a layer of oxide over the electrode strives to form metal. The formation of this layer is on the other hand due to the presence of the other alloy component,
z. B. silver or gold, accelerated, since in particular silver acts as an oxygen transfer oil, but kept within certain limits that are precisely controlled by the composition of the alloy.
These forming layers have a more favorable effect than a simple oxidation of an electrode metal. The oxide has so much lower thermal conductivity than the metal that: a build-up of heat occurs that leads to burning; :
des. Metallei, while the forming layer can be considerably thinner due to the grain size of the alloy, on the other hand it can itself be a mixture of metal and metal oxide:
can, which restricts the thermal conductivity, but if you make the right adjustment, it can;
cheapest, value is brought. In the case of the forming layer, the cathode drop is reduced so much that, as already mentioned,
the thermal emission is replaced by a predominantly field-determined emission. The most favorable oxygen content for the formation of the pore-forming layers according to the example mentioned is approximately between 1 and .d%.
The use of a gas mixture with a higher oxygen content than -% can also be used continuously, i. H. constantly, or periodically a: part of the:
Blow off the circulating gas and replace it with fresh: gas in order to: enrich it with stiocoxides that are formed under the action of the electric arc:
, to avoid. In order to prevent the harmful effects of an excessively high oxygen content during the oxy formation, the proportion of that component that reduces the abrasion losses, for example the silver, can also be used.
be increased .. This shifts the maximum permissible: oxygen content upwards.
On the other hand, if substances or gases come into contact with the arc.,: Which split off oxygen themselves, the content of free oxygen in the circulating gas can be lower than specified.
It is essential to enable the realization of the inventive idea to have the sufficient amount of oxygen or oxygen at the arc roots. Oxide for the formation of the forming layers and to have this amount available in as constant a size as possible.
Here, the rest of the gas mixture should consist of gases that are not caused by additional reactions! endanger the operation of the arc converters. If undesired reactions of the gas cannot be completely avoided, these reactions can be counteracted by known means:
that the gas composition on the inflow side to the arc chamber, ie the gas the;
, run through the entire circulation! has got the original composition again in near @ emder Constance. The method according to the invention makes it possible to reduce the consumption of the electrodes very significantly. Also <RTI
ID = "0003.0202"> there is also a - the desired form of burn-off, it aims,: that means, the burn-off is even, takes place in: the middle of the electrodes, so that it is possible to:
gs.- ratios of the operating gas and, where applicable, also the ignition conditions of the auxiliary arc.