04.2 Schmelzschweißen/Strahlschweißen - Elektronenstrahlschweißen

Question 1

Elektronenstrahlschweißen - Erzeugung des Elektronenstrahls

Answer 1

1. Heizen der Wolframkathode durch Widerstandserwärmung

• Elektronen werden ausgedampft

2. Anlegung der Beschleunigungsspannung (UA) zwischen Kathode und Anode und der Steuerspannung zwischen Kathode und Steuerelektrode
3. Erzeugung des Elektronenstrahls durch Reduzierung der Steuerspannung

• Werkstück muss elektrisch leitend sein!
• Erlektronenstrahl wird bis auf 2/3 der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt
• Hochkonzentrierte Energie auf kleiner Fläche (Laser schafft das nicht -> Elektronen reflektieren so gut wie gar nicht

Question 2

Strahlerzeuger

Answer 2

• Druckdrossel und Strahlrohrventil dienen dazu, das benötigte hohe Vakuum für die Strahlerzeugung unabhängig vom Kammerdruck halten zu können
• Elektromagnetische Spulen zur Strahlformung, Fokussierung und zur schnellen Ablenkung des Elektronenstrahls

Question 3

Elektronenstrahlschweißen - Vorteilhafte Anwendungen (7)

Answer 3

• Dickblechapplikationen
• Wekstoffkombinationen
• Hohe Schweißnaht-Reproduzierbarkeit
• Schweißen oxidschichtbehafteter Werkstoffe (Mg, Al)
• Qualitativ hochwertige Schweißverbindungen
• Präzisionsschweißen (Rundnähte)
• Schweißen reaktiver Werkstoffe

Question 4

Elektronenstrahlschweißen - Idealzustand

Answer 4

Hochvakuum –> Minimierung der Divergenz im Strahl durch Kollision mit Luft Atomen

• Wanddicken bis zu 300mm bei Längen-zu-Breite-Verhältnissen von bis zu 50:1 aus niedrig- und hochlegierten Werkstoffen können in einer Lage und ohne Zusatzwerkstoffe schnell und präzise gefügt werden
• Im Vergleich zum Schutzgas-Engspaltschweißen kann die Fertigungszeit um einen Faktor von ca. 20 bis 50 reduziert werden

Question 5

Elektronenstrahlschweißen - Schnelle Strahlablenkung

Answer 5

Ermöglicht hochfrequente Steuerung -> Mehrkapillartechnik, auch Strahlsprungs- oder Mehrstrahltechnik

Anwendungen:

• Schweißen paralleler Nähte
• Unterschiedliche Wäremeeinbringung
• Verzugsarmes Schweißen von Rundnähten

Question 6

Elektronenstrahlschweißen - Schweißen im Feinvakuum

Answer 6

• Mehr Divergenz im Strahl
• Eignet sich immer noch hervorragend für dünnwandige Bleche

Question 7

Elektronenstrahlschweißen - Arbeitsform

Answer 7

Üblicherweise wird beim Elektronenstrahlschweißen das Werkstück bewegt, während der Strahl stationär in horizontaler oder vertikaler Position auf das Werkstück gerichtet bleibt

Question 8

Elektronenstrahlschweißen - Nahtformen

Answer 8

• Zu bevorzugende Nahtform: I-Naht
• Auch T-Stöße können verwendet werden
• T-Stoß mit I-Naht nur, wenn Festigkeitsanforderungen an die Verbindung gering sind
• Häufig werden Zentrierungen und Bearbeitungszugaben vorgesehen
• Axialnähte: Übermaßpassungen (Presssitze) sollten als Nahtvorbereitung gewählt werden -> Bei Schweißbeginn setzt Querschrumpfung ein (kann zu erheblicher Vergrößerung des Schweißspaltes im gegenüberliegenden Fugenbereich führen)

Question 9

Elektronenstrahlschweißen - Werkstoffe

Answer 9

• Nahezu alle Stähle
• Aluminium und Aluminiumlegierungen
• Magnesiumlegierungen
• Kupfer und Kupferlegierungen
• Titan
• Wolfram
• Gold
• Werkstoffkombinationen (z.B. Cu-Stahl, Bronze-Stahl)
• Elektrisch leitfähige Keramiken

Question 10

Elektronenstrahlschweißen - Anwendung

Answer 10

Besonders Anwendungen wo geringe Wärmeeinbringung und die präzise programmierbare Steuerung wichtig ist, oder beim Fügen großer Querschnitte

Question 11

Elektronenstrahlschweißen - Arbeitsschutz

Answer 11

• Geräte unterliegen bei Überschreiten bestimmter Grenzwerte der Röntgenschutzverordnung -> Benennung von Strahlenschutzbeauftragten notwendig
• Anlagen sind gegen das Austreten von Röntgenstrahlung zu schützen (z.B. bei Hochspannungsanalgen durch Auskleiden mit Blei)
• Bei Erfüllung weiterer Sicherheitsauflagen gilt die Anlage als Vollschutzgerät -> Keine weiteren Schutzmaßnahmen erforderlich
• Bei Anlagen mit erhöhter Strahlungsemissionen muss ein Kontrollbereich festgelegt werden innerhalb dessen Mitarbeiter ein Dosimeter tragen müssen

Question 12

Elektronenstrahlschweißen - Nachteile (4)

Answer 12

• Röntgenstrahlungsschutz notwendig
• Magnetische Beeinflussung auf den Elektronenstrahl
• Nur leitende Materialien schweißbar
• Bauteilgröße limitiert durch Vakuumkammer

Question 13

Elektronenstrahlschweißen - Vorteile (6)

Answer 13

• Hoher Wirkungsgrad
• Hohe Eindringtiefe
• Kein Einfluss der Atmosphäre
• Sehr hohe Prozessstabilität
• Schnelle Strahlablenkung (50kHz)
• Nahtsuch- bzw. -verfolgungssystem