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Schmelzschweissverfahren und Anordnung zu seiner Durchführung
Die Erfindung betrifft ein Schmelzschweissverfahren unter Verwendung von Elektronen und eine ordnung zur Durchführung des Verfahrens.
In letzter Zeit wurden zwei Verfahren zur Durchführung von Verschweissungen von Metallen und gierungen mit hohen Schmelzpunkten vorgeschlagen. In einem von diesen wird die Schweisshitze di einen Elektronenstrahl erhalten, der von einem elektrischen Draht herrührt und elektromagnetisch auf Arbeitsstück fokussiert wird. Bei dem andern Verfahren wird ein Plasmagenerator verwendet, der eine P maflamme erzeugt, die in der Art einer Oxyacetylenflamme verwendet werden kann. Die Erhitzung einem Elektronenstrahl verlangt eine Hochvakuumumgebung und dies wieder erfordert ein Vakuumgt das bis ungefähr 10-5 mm Hg Vakuum durch teure Vakuumpumpen ausgepumpt wird. Überdies wir Fokussierungssystem zwischen dem Draht und dem Arbeitsstück benötigt.
Eine derartige Ausrüstung daher kostspielig.
Das Schweissen mit einer Plasmaflamme hat den Nachteil, dass die Geschwindigkeit des heissen P mastrahles vom Generator Teile des Arbeitsstückes, wenn sie geschmolzen werden, wegblasen kann.
Gemäss der Erfindung wird nun vorgeschlagen, dass die Flächen des zu verschweissenden Arbeitsstu, miteinander in Kontakt gebracht, in eine Vakuum- oder Unterdruckkammer eingebracht und elektt als Anode ausgebildet werden daraufhin ein Plasmagenerator eingeschaltet und das erzeugte Plasma d die Kammer geführt wird, wo durch Anlegen einer Potentialdifferenz die Elektronen auf das als At ausgebildete Werkstück aufprallen, dieses erhitzen und verschweissen. Unter Plasma versteht man ein 1 weise oder vollständig ionisiertes Gas. Dabei ist es üblich, Vorrichtungen, in denen Plasma gebildet als Plasmageneratoren zu bezeichnen.
Die Zeichnung zeigt beispielsweise in Fig. l den Schweissprozess, angewendet auf das Verschwe von Thermoelementedrähten und in Fig. 2 die Anwendung bei einer Abschlussverschweissung eines Beh@ aus schwer schmelzbarem Metall für Kernbrennstoffelemente.
In Fig. 1 ist das Arbeitsstück, das die Drähte 1, 2 umfasst, derart angeordnet, dass diese parallel einander angeordnet sind und bei 3 in einem Vakuumgefäss 4 aneinanderliegende Enden aufweisen. letztere umfasst eine zentrale röhrenförmige Wand 4a, die sich zwischen den Endstücken 5 und 6 erstre Der Plasmagenerator 7 ist im Endstück 5 angeordnet. Der Generator hat eine zentrale Elektrode 8 innerhalb der zweiteiligen Aussenelektrode 9a, 9b angeordnet ist. die die Kathode und Anode mit B zum Plasmagenerator bilden.
Eine Quelle des plasmaformenden Gases ist mit dem ringförmigen Kana schen den Elektroden 8 und 9 verbunden, während der Teil 9b einen konvergenten Durchtritt abgrenzt, vom ringförmigen Kanal durch eine Düse 9c in das Innere eines Quarzrohres 10 führt, welches sich ko. im Gefäss 4 erstreckt. Am, dem Plasmagenerator 7 entgegenliegenden Ende erstreckt sich das Rohr 10@ das Endstück 6 und ist durch eine Leitung 11 mit einer Vakuumumlaufpumpe verbunden.
Ein weiteres Rohr 12 durchdringt das Endstück 6 und zeigt mit seinem offenen Ende gegen den magenerator 7. Das Rohr 12 wirkt als Tragorgan für das Werkstück 1, das elektrisch als Anode relativ Teil 9b der Elektrode verbunden ist. die die Kathode des Schweisssystems bildet.
Vor dem Arbeitsvorgang wird dieVakuumkammer zuerst mit einem inerten Gas, Z. B0 Argon, g
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nigt und dann auf ein Vakuum von ungefähr 100 mm Hg evakuiert. Der Plasmagenerator wird eingeschal- tet und ein Betrag an Argon dem Generator zugeführt. Der letztere ist bei ungefähr 300 W mit 20 V zwi- schen den Kathoden- und Anodenelektrodenteilen 9a, 9b angeregt und ein Gasplasma tritt aus den Düsen
9c aus. Das Plasmagas wirkt als eine reiche Elektronenquelle und, um eine Verschweissung der Thermo- elementedrähte 1, 2 zu bewirken, wird eine Spannung angelegt, so dass eine Potentialdifferenz von 120 V
Gleichspannung zwischen der Anode 3 und dem Elektrodenteil 9b besteht. Die Zeit, während welcher die
Potentialdifferenz angelegt ist, hängt von der Grösse und der Schmelztemperatur der Drähte 1 und 2 ab.
Das hochionisierte Gas oder Plasma vom Generator 7 und das Potential zwischen dem Arbeitstück und der Elektrode 9b rufen ein Elektronenbombardement auf das Werkstück hervor und bewirken eine Schmelz- verschweissung an den aneinanderliegenden Enden 3 der Drähte l, 2.
In der Fig. 2 tragen ähnliche Teile dieselben Bezugszeichen wie sie in Fig. 1 Verwendung finden. Das Arbeitsstück bei diesem Beispiel ist ein zylindrischer Behälter 13, der eine Abschlusskappe 14 besitzt, für die eine ringförmige Abschlussschweissung bei 15 notwendig ist. Das Arbeitsstück ist drehbar in einer Einspannvorrichtung (nicht dargestellt) angeordnet, so dass die aufeinanderfolgenden Teile des Ringes allmäh- lich in eine Lage gebracht werden, die dem verminderten Durchmesser des offenen Endes 16 einer Quarzröhre 17 gegenüberliegt, welche das Rohr 10 der Fig. l ersetzt. Durch Einschaltung des Plasmagenerators und Schaltung des Behälters als Anode wird die Schmelzverschweissung der Abschlusskappe 14 mit dem Behälter 13 durch die Sammlung der Elektronen vom ionisierten Gasplasma an der Anode bewirkt.
Der Arbeitsteil, der direkt dem offenen Ende 16 des Rohres 17 gegenüberliegt, sammelt vorzugsweise freie Elektronen. Durch Verdrehen des Arbeitsstückes derart, dass aufeinanderfolgende Teile des Werkstückes in diese Lage gebracht werden, wird eine ringförmige Abschlussdichtung gebildet.
Es kann erkannt werden, dass das oben beschriebene Verfahren eine wesentlich geringere Eingangsleistungbenötigt, im Vergleich zur gebräuchlichen Fadenkathode als Elektronenquelle, die 10 - 30 KV be- nötigen kann. Bei den gebräuchlichen Schweissprozessen mit Elektronenstrahlen ist ein,-feinefokussierung des Strahles auf 1 mm kaum möglich. Mit der Erfindung ist die Verschweissung von Thermoelementendrähten, die in einem Gehäuse mit 1 mm Durchmesser sich befinden, möglich.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schmelzschweissverfahren unter Verwendung von Elektronen, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen des zu verschweissenden Arbeitsstückes miteinander in Kontakt gebracht, in eine Vakuum- oder Unterdruckkammer eingebracht und elektrisch als Anode ausgebildet werden, daraufhin eine Plasmagenerator eingeschaltet und das erzeugte Plasma durch die Kammer geführt wird, wo durch Anlegen einer Potentialdifferenz die Elektronen auf das als Anode ausgebildete Werkstück aufprallen, dieses erhitzen und verschweissen.