Verfahren zum Elektronenstrablschweissen von Werkstücken Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Elektronenstrahlschweissen von Werkstücken, die eine Legierung enthalten.
Beim Elektronenstrahlschweissen von Werkstücken wurden in den Schweissstellen Porositäten festgestellt, wenn die Schweissung das Werkstück nicht völlig durch drungen hat.
Auf Porosität in der Schweissung stiess man insbe sondere bei solchen Elektronenstrahlschweissungen, bei denen die Schweissstellen ein grosses Verhältnis zwi schen Schweisstiefe und Breite haben. Beim Herstellen solcher Schweissungen ist die Leistungsdichte (MW pro Flächeneinheit) an dem Teil des Werkstückes hoch, auf den der Elektronenstrahl trifft. Beim Schweissen mit hoher Leistungsdichte dringt der Elektronenstrahl in nerhalb eines kurzen Zeitintervalles tief in das Werk stück ein. Dabei bilden sich mit Metalldampf gefüllte Taschen.
Entsprechend dem Fortschreiten der Schweis- sung bewegt sich der Elektronenstrahl relativ zum Werk stück und das verschmolzene Metall, von dem der Elek tronenstrahl fortrückt, verfestigt sich innerhalb kurzer Zeit. Es ist einzusehen, dass sich der Dampf in den Taschen während des Erstarrens des Metalls konden siert und so diese Taschen in dem verfestigten Metall eingeschlossen sind. Auf diese Weise bilden sich die Porositäten. Bisher wurde versucht, die Porositäten da durch zu unterdrücken, dass die Leistungsdichte des auf das Werkstück einfallenden Elektronenstrahles redu ziert wurde.
Zu diesem Zweck wurde der Elektronen strahl in bezug auf das Werkstück defokussiert, so dass der Elektronenstrahl oberhalb der Oberfläche des Werk stückes oder innerhalb des Werkstückes fokussiert ist und die vom Elektronenstrahl getroffene Fläche wesent lich vergrössert ist. Ein weithin ähnliches Ergebnis wur de erzielt mit einem Elektronenstrahl niedriger Span nung (15000 bis 30000 V). Um beim Schweissen mit einem defokussierten Elektronenstrahl oder einem Elek tronenstrahl geringer Leistungsdichte die geforderte Durchdringung zu erreichen, muss die tatsächliche Lei- stung des Elektronenstrahles beim Herstellen einer Schweissung vorgegebener Dimensionen so hoch oder höher sein, als die Gesamtleistung für einen Elektronen strahl hoher Leistungsdichte.
Das Elektronenstrahl- schweissen von Legierungen mit einem defokussierten Elektronenstrahl verhältnismässig niedriger Leistungs dichte hat zwar zu Schweissungen geführt, die zwar frei sind von Porositäten, aber eine fast völlige Verarmung der Legierungskomponenten in den Schweissungen auf weisen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, diesen Nachteil zu überwinden und ein Verfahren zum Schweissen mit Elektronenstrahlen zu beschreiben, bei dem die herge stellten Schweissungen frei sind von Porosität und der Gehalt der Legierungskomponenten erhalten ist.
Erfindungsgemäss wird das dadurch erreicht, dass der Elektronenstrahl auf der Oberfläche des Werkstük- kes zur Einwirkung gebracht wird, dass Elektronenstrahl und Werkstück während der Einwirkung des Elektro nenstrahles relativ zueinander bewegt werden und dass oberhalb des Werkstückbereiches, über den der Elek tronenstrahl fortschreitet, ein dauernder Druck zum Zwecke einer Unterdrückung des Abdampfens von Le gierungskomponenten aus dem Werkstück erzeugt wird.
Zur Erzeugung eines entsprechenden Druckes kann z. B. die zur Schweissung vorgesehene Oberflächenstelle des Werkstückes mit einem sie umgebenden schmalen Graben versehen werden, derart, dass der Elektronen strahl innerhalb des Grabens auf die Oberfläche des Werkstückes auftrifft. Weiterhin kann ein Elektronen strahl mit einer Leistungsdichte, die in bezug auf den Bereich des Werkstückes, auf den der Elektronenstrahl einwirkt, durch Defokussierung reduziert ist, verwendet werden.
Die weitere Ausbildung der Erfindung beschäftigt sich insbesondere mit der Schweissung von Zirkonlegie- rungen, die unter dem Namen Zircaloy bekannt sind. Die Tabelle I zeigt die Zusammensetzung der Legierun gen Zircaloy-2 und Zircaloy-4 . Beim Schweissen dieser Legierungen ist es erforderlich, dass der Gehalt der verschiedenen Konstituenten erhalten bleibt.
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<I>Tabelle <SEP> I</I>
<tb> Element <SEP> Zircaloy-2 <SEP> Zircaloy-4
<tb> Zinn <SEP> 1,20 <SEP> bis <SEP> 1,70 <SEP> 0/0 <SEP> 1,20 <SEP> bis <SEP> 1,70 <SEP> 0/0
<tb> Eisen <SEP> 0,07 <SEP> bis <SEP> 0,20 <SEP> 0/0 <SEP> 0,18 <SEP> bis <SEP> 0,24 <SEP> 0/0
<tb> Chrom <SEP> 0,05 <SEP> bis <SEP> 0,15 <SEP> 0/0 <SEP> 0,07 <SEP> bis <SEP> 0,13 <SEP> 0/0
<tb> Nickel <SEP> 0,03 <SEP> bis <SEP> 0,08 <SEP> 0/o <SEP> 0,007 <SEP> Maximum <SEP> 0/0
<tb> Zircon <SEP> Rest <SEP> Rest Bei der Legierung Zircaloy-2 soll die Summe der Eisen-, Chrom- und Nickelgehalte überall innerhalb des Bereiches von 0,18 bis 0,380/o liegen.
Bei der Legierung Zircaloy-4 soll die Summe der Eisen- und Chromgehalte überall innerhalb des Berei ches von 0,28 bis 0,370/o liegen.
Es wurde festgestellt, dass, wenn die Eisen- und Chromanteile der Zircaloy-Legierungen erhalten blei ben, dann auch die anderen Legierungsanteile erhalten bleiben.
Anhand der Zeichnung und von Ausführungsbei- spielen werden Einzelheiten der Erfindung näher er läutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Elektro- nenstrahlschweissvorrichtung zur Durchführung des Ver fahrens gemäss der Erfindung, Fig. 2 ein Makrofotogramm eines Schnittes längs ei ner Schweissung, die in bekannter Weise mit einem Elektronenstrahl hoher Leistungsdichte hergestellt wur de, Fig.3 ein Makrofotogramm eines transversalen Schnittes der Schweissung gemäss Fig. 2, Fig.4 vorbereitete Platten für eine Stumpfstoss- schweissung mit einem defokussierten Strahl, Fig.5 ein Makrofotogramm eines transversalen Schnittes durch Schweissungen hergestellt an Stellen, wie sie in Fig.
4 gezeigt sind, Fig.6 den seitlichen Aufriss einer Stumpfstoss- schweissung nach dem Verfahren gemäss der Erfindung, Fig. 7 einen seitlichen Aufriss einer Probe, in der eine Schweissraupe hergestellt ist, nach dem Verfah ren gemäss der Erfindung, Fig. 8a ein Makrofotogramm eines transversalen Schnittes durch die Schweissstelle an einer Probe, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist, Fig. 8b ein ähnliches Makrofotogramm einer Probe, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist, Fig.
9a, 10a, l la drei Proben, auf welchen Schweiss- schichten nach dem Verfahren der Erfindung hergestellt sind, Fig.9b, 10b, llb Endflächen der Proben gemäss Fig. 9a, 10a, 11a, Fig. 12a einen Grundriss einer anderen Probe, auf welche Schweissschichten nach dem Verfahren gemäss der Erfindung aufgebracht sind, Fig. 12b die Endfläche der Proben gemäss Fig. 12a, Fig. 13 eine perspektivische Darstellung der Proben gemäss Fig. 12a und 12b, Fig. 14 die Vergrösserung des Teiles XIV der Pro ben gemäss Fig. 13, Fig. 15 eine perspektivische Darstellung einer Pro be, die aus einer Mehrzahl von Blöcken besteht, die nach dem Verfahren gemäss der Erfindung verschweisst sind, Fig.
16a einen Grundriss eines Endblockes der An ordnung gemäss Fig. 15, Fig. 16b die Endfläche des Blockes gemäss Fig. 16a, Fig. 17 den vergrösserten Teil innerhalb des Kreises XVII des Blockes gemäss Fig. 16b, Fig. 18 eine perspektivische Darstellung einer Pro be, die eine Mehrzahl Blöcke einschliesst, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren verschweisst sind, Fig. 19 die Stirnfläche eines der inneren Blöcke nach Fig. 18, Fig. 20 eine Vergrösserung des mit dem Kreis XX bezeichneten Teiles des Blockes gemäss Fig. 19, Fig.21 eine Vergrösserung des Bereiches einer Schweissung des Blockes gemäss Fig. 18, durch die der Teil des eingeschweissten Materials gezeigt wird, sowie des verbundenen Materials, das zur chemischen Analyse entfernt ist, Fig.
22 anhand einer Fotografie einen Vergleich von Schweissraupen, hergestellt nach der Erfindung, mit Schweissraupen, hergestellt nach bekannten Verfah ren.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zum Elektronenstrahl- schweissen dargestellt. Die Vorrichtung enthält eine als Säule 30 ausgeführte Elektronenkanone, in der ein nie driger Druck dauernd aufrechterhalten wird, vorzugs weise ein Druck von 10-2 @Hg. Ein Elektronenstrahl E wird auf ein Werkstück W geschleudert, das auf einer beweglichen Plattform 31 montiert ist. Der Elektronen strahl E entstammt einer Elektronenwolke, die aus einer erhitzten Kathode 35 verdampft ist. Der Flug der Elektronen wird durch ein Gitter 37 gesteuert, an wel ches ein entsprechendes Steuerpotential gelegt ist.
Das System Kathode-Gitter hängt von einer Abdeckung 39 herab, die den im allgemeinen becherförmigen Teil 41 des säulenförfriigen Aufbaus 30 der Elektronenka none abdeckt. Diese Abdeckung ist vakuumdicht an den Teil 41 befestigt, kann aber durch Verdrehung zweier Justierwellen 43 zum Zwecke der Justierung des Sy stems Kathode-Gitter bezüglich zur Anode geneigt wer den. In der Grundfläche 45 des Teiles 41 der Elektro nenstrahlkanone ist eine ringförmige Anode 47 befestigt. Ein hohes Beschleunigungspotential, welches die Elek tronen so beschleunigt, dass sich ein Strahl ausbildet, ist zwischen die Kathode 35 und die Anode 47 gelegt.
Der Elektronenstrahl passiert einen säulenartigen Aufbau, der aus einem Ventil 49, einer Blende 51 und einem optischen System 53 besteht. Das optische Sy stem enthält eine Anzahl von Spiegeln 55, 57, 59 für die Projizierung eines Bildes des Fleckens, der durch den Elektronenstrahl auf dem Werkstück W hervorgeru fen wurde, durch eine Betrachtersäule 61, durch die man den Strahl beobachten kann.
Die Vorrichtung ist ausserdem mit einem magnetischen Linsensystem 63 versehen, das zur Fokussierung des Strahles E dient und mit Ablenkungsspulen 65, durch welche ein Strom fliesst, um magnetische Felder zur Fixierung des Strah les an einer zu verschweissenden Verbindungsstelle zu erzeugen oder für das Hin- und Herlenken des Strahles über die Verbindungsstelle. Die Ablenkung wird durch das Fliessen entweder eines Wechsel- oder Gleichstro mes durch die Ablenkungsspulen 65 erreicht. Durch nicht dargestellte Einrichtungen für das Fixieren der Wellenform des Wechselpotentials kann eine gewünschte Strahlintensität auf dem Werkstück erreicht werden. Ist z.
B. die Ablenkung stark sinusförmig, so verweilt der Strahl E periodisch an den äusseren Enden der Ver bindungsstelle I, ist er dagegen sägezahnförmig oder rechteckig, dann verweilt der Strahl E nicht wesentlich an irgendeinem Punkt des Werkstückes W.
Beim Gebrauch der Vorrichtung gemäss Fig. 1 wird der Strahl an der Verbindungsstelle I des Werkstückes W fokussiert und .das Werkstück relativ zum Strahl be wegt, während der Strahl auf die Verbindungsstelle I trifft, um eine Schweissung zu verursachen. Während der Schweissung kann der Strahl um die Verbindungs stelle I herum hin und her oszillieren, da an die Spulen 65 ein alternierendes Potential gelegt ist.
üblicherweise beträgt die Spannung zwischen der Anode 47 und Kathode 35 zwischen 90 und 100 kV. Die Fokussierungslinsen 63 werden mit Strom versorgt, damit der Strahl an der Verbindungsstelle I auf dem Werkstück W, wo er auftrifft, fokussiert wird. Unter diesen Umständen ist die Leistungsdichte an dem Punkt, wo der Strahl auftrifft, hoch und es entsteht eine schma le tiefe Schweissung, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist. In diesem Falle treten Wurzelporositäten in der Schweis- sung auf. Solche typischen Lunker 71 sind in den Fig. 2 und 3 gezeigt. Diese Lunker 71 können dadurch eliminiert werden, dass die Leistungsdichte des Elek tronenstrahles E reduziert wird. Zu diesem Zweck wird der Elektronenstrahl defokussiert.
Der Fleck, der durch den Elektronenstrahl an dem Punkt, wo er auf das Werkstück W trifft, hervorgerufen wird, ist dann von wesentlichem Flächeninhalt, und um die gewünschte Durchdringungstiefe zu erreichen, ist es notwendig, dass die gelieferte Gesamtleistung wesentlich erhöht wird. Während die Herabsetzung der Leistungsdichte eine we sentliche Verringerung der Porosität zur Folge hat, tritt dabei jedoch ein Verlust an Legierungsbestandteilen in dem Schweissmaterial auf.
Während des Schweissvorganges wird das Material in dem Bereich, wo der Elektronenstrahl einwirkt, ver dampft. Ein Teil des Grundmaterials verdampft, wäh rend dessen die Pumpeinrichtung arbeitet, um das Va kuum, während die Schweissung fortschreitet, aufrecht zuhalten.
Entsprechend der weiteren Ausbildung der Erfin dung wird ein Graben um den Bereich herum vorge sehen, in dem die Schweissung stattfinden soll, um den Gehalt an Legierungskomponenten im Schweissmaterial zu erhalten.
Fig. 6 zeigt ein Werkstück Wl, und zwar das End stück, das derart verschweisst ist. In diesem Fall be-
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Tabelle <SEP> 1a
<tb> Schweiss-Parameter
<tb> Schweissungen <SEP> 8-4-l <SEP> 8-5-1 <SEP> 11-9-6 <SEP> 1-18-1
<tb> Strahlenspannung <SEP> 120 <SEP> kV <SEP> 90 <SEP> kV <SEP> 90 <SEP> kV <SEP> 90 <SEP> kV
<tb> Strahlstrom <SEP> 20 <SEP> mA <SEP> 20 <SEP> mA <SEP> 20 <SEP> mA <SEP> 13,2 <SEP> mA
<tb> Linsenstrom <SEP> (Amp.) <SEP> 0,530 <SEP> 0,438 <SEP> 0,518 <SEP> 0,530
<tb> Amplitude <SEP> der <SEP> Ablenkung <SEP> 9 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> Oberwellenanteil <SEP> 10 <SEP> - <SEP> - <SEP> <U>A <SEP> (mm)</U> <SEP> 254 <SEP> 254 <SEP> 127 <SEP> 203
<tb> v <SEP> (mm<U>/</U>min) <SEP> <B>381</B> <SEP> 254 <SEP> 254 <SEP> 127 steht das Werkstück aus den Teilen P1 und P2, die zwischen sich eine Verbindungsstelle I1 bilden,
wo die Schweissung stattgefunden hat. Jeder Teil P1 und P2 ist mit einer Vertiefung an den benachbarten Oberflä chen der Verbindungsstelle Il versehen. Von den zu- sammenstossenden Teilen P1 und P2 wird ein Graben oder eine Aussparung D1 um den Bereich herum gebil det, wo der Elektronenstrahl auftrifft. Im Werkstück W1, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, verlaufen die Wände des Grabens D1 konisch. Der Graben Dl kann z. B. Abmessungen aufweisen, wie sie in Fig. 6 eingetragen sind.
In Fig. 7 ist ein Werkstück W2 gezeigt, das mit einem Graben D2 für die Aufnahme einer Schweiss- raupe versehen ist. Die Wandungen der Gräben Dl oder D2 schränken in jedem Falle den Dampfzufluss aus dem Schmelzbad, hervorgerufen durch den Elektronenstrahl E, ein und verhindern dadurch die Verarmung der Le gierungskomponenten.
Die Schweissmaterialzusammensetzung der Schweiss- stellen an den Werkstücken W1 und W2 wurden ver glichen mit den Schweissmaterialzusammensetzungen der Schweissung am Werkstück W3, das aus zusammen- stossenden Teilen P3 und P4 gebildet ist und eine Ver bindungsstelle 13 aufweist. Die Werkstücke W1, W2 und W3 bestanden aus einer Zircaloy-4-Legierung. Das Werkstück W3 war geschweisst mit einem defokussier- ten Elektronenstrahl.
Fig. 5 zeigt Fotografien von Schnitten durch Schweissstellen des Werkstückes W3. Für den Zweck der Analyse sind diese Schweissstellen bezeichnet mit 8-4-1 und 8-5-l.
Die Fig. 8a und 8b zeigen Fotografien von Schnitten durch Schweissstellen an den Werkstücken W1 und W2. Diese Schweissstellen sind bezeichnet mit 1-18-1 und 11-9-6.
In Tabelle I sind die Parameter oder Einstellungen der Vorrichtung gemäss Fig. 1 eingetragen für die Schweissungen, die Eisen- und Chromanalysen des Aus gangsmaterials und des Schweissmaterials und die Be schaffenheit jeder Schweissstelle auf Grund von Rönt genuntersuchungen. Frühere Erfahrung hat gezeigt, dass genügend Angaben bezüglich auf das chemische Verhal ten gewonnen werden können lediglich durch Messung des Gehaltes von Eisen und Chrom. Die Verarmung an diesen beiden Elementen gibt auch die allgemeine Rich tung bezüglich der Metalle Zinn und Nickel an.
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<I>Chemie</I>
<tb> Grundmaterial <SEP> 0,270 <SEP> 0216 <SEP> 0,209 <SEP> 0,200
<tb> 0,283
<tb> Fe <SEP> Schweissmaterial <SEP> 0,233 <SEP> 0,198 <SEP> 0,211 <SEP> 0,200
<tb> Grundmaterial <SEP> 0,118 <SEP> 0,116 <SEP> 0,092 <SEP> 0,090
<tb> Cr <SEP> Schweissmaterial <SEP> 0,092 <SEP> 0,086 <SEP> 0,084 <SEP> 0,084
<tb> <I>Röntgenanalyse</I>
<tb> Güte <SEP> der <SEP> Schweissung <SEP> Porös <SEP> Rein <SEP> 2 <SEP> Flecke <SEP> Rein In der ersten Zeile der Tabelle Ia sind die einzelnen Schweissungen bezeichnet; in der zweiten Reihe sind die Elektronenstrahlspannungen angegeben; in der drit ten Reihe ist der Elektronenstrahlstrom eingetragen. In der vierten Reihe sind die verwendeten Fokussierungs- ströme für das Linsensystem 63 angegeben.
Die fünfte Reihe zeigt die Amplitude der Ablenkung des Elektro- nenstrahles; der Elektronenstrahl wurde nur abgelenkt für die Schweissung 8-4-1. Die Ziffer 9 besagt, dass die Amplitude 2,97 mm betrug (9-0,013 Zoll). Die nächste Reihe gibt den Oberwellengehalt des Auslen kungspotentials an; die Zahl 10 bezeichnet die dritte Oberwelle, so dass dem Ablenkungspotential ein schma ler Bereich der Abflachung verliehen wurde. Die nächste mit A bezeichnete Reihe gibt den Abstand in mm zwi schen der inneren Oberfläche des Oberteiles 81 der Kammer 83 und der Oberfläche des geschweissten Werkstückes an.
Der Abstand ist in Beziehung gebracht zum Fokussierungsstrom, um den Bereich der Fokus sierung des Elektronenstrahles festzusetzen. Die Ge schwindigkeit des Werkstückes im Verhältnis zur Ge schwindigkeit des Elektronenstrahles in mm/min ist in der nächsten mit v bezeichneten Reihe angegeben. Die Analysen für das Eisengrund- und Schweissmaterial sind angegeben in der neunten und zehnten Reihe und ent sprechend für Chrom in der elften und zwölften Reihe.
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Tabelle <SEP> I1
<tb> Amplitude
<tb> der
<tb> Schweissungen <SEP> Strahlenspannung <SEP> Strahlstrom <SEP> Linsenstrom <SEP> Ablenkung <SEP> A <SEP> (mm) <SEP> v <SEP> (mm/min) <SEP> Identifi in <SEP> kV <SEP> in <SEP> mA <SEP> in <SEP> Amp <SEP> Oberwelle <SEP> kation
<tb> 9-14-5 <SEP> 90 <SEP> 20 <SEP> 0,518 <SEP> 0 <SEP> 127 <SEP> 254 <SEP> A
<tb> 9-15-1 <SEP> 90 <SEP> 20 <SEP> 0,518 <SEP> 0 <SEP> 127 <SEP> 254 <SEP> A
<tb> 9-15-2 <SEP> 90 <SEP> 20 <SEP> 0,518 <SEP> 0 <SEP> 127 <SEP> 254 <SEP> A
<tb> 9-15-3 <SEP> 90 <SEP> 20 <SEP> 0,518 <SEP> 0 <SEP> 127 <SEP> 254 <SEP> A
<tb> 9-15-4 <SEP> 110 <SEP> 20 <SEP> 0,600 <SEP> 5 <SEP> 10 <SEP> 127 <SEP> 305-12,7 <SEP> B
<tb> 9-15-5 <SEP> 110 <SEP> 20 <SEP> 0,600 <SEP> 5 <SEP> 10 <SEP> 127 <SEP> 305-12,7 <SEP> B
<tb> (5-A)
<tb> 9-15-6 <SEP> 110 <SEP> 20 <SEP> 0,
600 <SEP> 5 <SEP> 10 <SEP> 127 <SEP> 305-12,7 <SEP> B
<tb> 9-15-7 <SEP> 110 <SEP> 20 <SEP> 0,600 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 127 <SEP> 305-12,7 <SEP> C
<tb> 9-15-8 <SEP> 110 <SEP> 20 <SEP> 0,600 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 127 <SEP> 305-12,7 <SEP> C Die folgende Tabelle HI zeigt die Analysen für das Eisen und das Chrom im Muttermaterial und im Die dreizehnte Reihe zeigt die Güte der Schweissung, wie sie durch Röntgenstrahlenanalyse bestimmt wurde. Die Schweissungen 8-5-1 und l-18-1 waren rein, während die Schweissstelle 11-9-6 einige Porosität hatte.
Die Tabelle Ia zeigt den Vorteil der Erfindung. Die Legierungserschöpfungen für die Schweissungen, die mit Gräben versehen waren, waren klein, nämlich 0,002 und 0,000 für Eisen und 0,008 und 0,006 für Chrom im Vergleich zu 0,050 und 0,018 bzw. 0,026 und 0,030. <I>Beispiel 1</I> Die Fig. 9a, 9b, 10a, 10b, 11a, llb zeigen die wichtigen Abmessungen der Proben, an welchen Elek- tronenstrahlschweissungen nach dem erfindungsgemäs- sen Verfahren durchgeführt wurden. Für alle Proben hatte der Graben eine Tiefe von 2,16 bis 2,3 mm. Für Fig. 9a und 9b war die Breite der Gräben 2,4 und 2,7 mm.
Für die Proben gemäss Fig. 10a und 10b be trug die Breite zwischen 3,2 und 3,3 mm und für die Proben nach Fig. 11a und llb zwischen 5,0 und 5,2 mm.
Tabelle II zeigt die Parameter der Schweissungen an den Proben gemäss Fig. 9a, 9b, 10a, 10b, 11a, 11b. Schweissmaterial und die Verarmung Q der verschie denen Schweissungen.
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<I>Tabelle <SEP> 111</I>
<tb> Schweissungen <SEP> 5 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8
<tb> 5-A
<tb> Grabenbreite <SEP> (mm) <SEP> 2,5 <SEP> 2,5 <SEP> 3,0 <SEP> 5,0 <SEP> 2,5 <SEP> 3,0 <SEP> 5,0 <SEP> 3,0 <SEP> 5,0
<tb> Schweissparameter <SEP> A <SEP> A <SEP> A <SEP> A <SEP> B <SEP> B <SEP> B <SEP> C <SEP> C
<tb> Grundmaterial <SEP> 0,134 <SEP> 0,134 <SEP> 0,136 <SEP> 0,137 <SEP> 0,133 <SEP> 0,
<B>1</B>32 <SEP> 0,134 <SEP> 0,135 <SEP> 0,134
<tb> (Fe) <SEP> Schweissmaterial <SEP> 0,133 <SEP> 0,133 <SEP> 0,130 <SEP> 0,125 <SEP> 0,138 <SEP> 0,133 <SEP> 0,123 <SEP> 0,133 <SEP> 0,132
<tb> A <SEP> 0,001 <SEP> 0,001 <SEP> 0,006 <SEP> 0,012 <SEP> <B><I>-0,005</I> <SEP> -0,001</B> <SEP> 0,011 <SEP> 0,002 <SEP> 0,002
<tb> Grundmaterial <SEP> 0,092 <SEP> 0,092 <SEP> 0;094 <SEP> 0,096 <SEP> 0,092 <SEP> 0,096 <SEP> 0,092 <SEP> 0,094 <SEP> 0,092
<tb> (Cr) <SEP> Schweissmaterial <SEP> 0,080 <SEP> 0,080 <SEP> 0,080 <SEP> 0,072 <SEP> - <SEP> 0,080 <SEP> 0,081 <SEP> 0,072 <SEP> 0,072 <SEP> 0,084
<tb> 0,012 <SEP> 0,012 <SEP> 0,014 <SEP> 0,024 <SEP> 0,012 <SEP> 0,015 <SEP> 0,020 <SEP> 0,022 <SEP> 0,088 Die erste Reihe der Tabelle III bezeichnet die Schweissungen. Die Zahlen 1, 2, 3 usw. sind die letzten Ziffern der 9-15-Bezeichnung.
Das bedeutet, dass die 1 die Schmelze 9-15-1 bezeichnet. In der zweiten Reihe ist die Grabenbreite angegeben. In der dritten Reihe ist die Bezeichnung angegeben, die in der äusser- sten rechten Spalte der Tabelle II verwendet wurde, um anzuzeigen, welche Parameter verwendet wurden beim Herstellen der analysierten Schweissungen.
Die anderen Spalten geben die Eisen- und Chromanalysen des Mut-
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<I>Tabelle <SEP> IV</I>
<tb> Schweissung <SEP> kV <SEP> mA <SEP> Linsenstrom <SEP> v <SEP> (mm/min) <SEP> A <SEP> (mm) <SEP> Röntgenanalyse
<tb> Amp.
<tb> 11-6-5 <SEP> 90 <SEP> 20 <SEP> 0,518 <SEP> 254 <SEP> 127 <SEP> fleckig
<tb> 11-6-6 <SEP> 90 <SEP> 20 <SEP> 0,518 <SEP> 254 <SEP> 127 <SEP> 2 <SEP> Flecken
<tb> 11-6-7 <SEP> 90 <SEP> 20 <SEP> 0,518 <SEP> 254 <SEP> 127 <SEP> rein
<tb> 11-9-10 <SEP> 90 <SEP> 20 <SEP> 0,578 <SEP> 254 <SEP> 127 <SEP> fleckig Diese Schweissungen wurden durchgeführt ohne Ab lenkung des Elektronenstrahles. Die letzte Reihe der Tabelle IV zeigt die Ergebnisse der Röntgenstrahlen analyse. Die Bezeichnung rein bedeutet, dass die ent sprechende Schweissung völlig frei von Porosität war.
Die Bezeichnung zwei Flecke bedeutet, dass es nur zwei poröse Flecken gab.
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<I>Tabelle <SEP> V</I>
<tb> /o <SEP> /a
<tb> Nr. <SEP> Proben <SEP> Fe <SEP> Cr <SEP> A <SEP> Fe <SEP> A <SEP> Cr
<tb> 01 <SEP> Schweissung <SEP> 11-6-5 <SEP> 0,204 <SEP> 0,080 <SEP> 0,004 <SEP> 0,012
<tb> 02 <SEP> Grundmaterial <SEP> 11-6-5 <SEP> 0,208 <SEP> 0,092
<tb> 03 <SEP> Schweissung <SEP> 11-6-6 <SEP> 0,209 <SEP> 0,084 <SEP> 0,002 <SEP> 0,008
<tb> 04 <SEP> Grundmaterial <SEP> 11-6-6 <SEP> 0,211 <SEP> 0,092
<tb> 05 <SEP> Schweissung <SEP> 11-6-7 <SEP> 0,206 <SEP> 0,084 <SEP> 0,005 <SEP> 0,008
<tb> 06 <SEP> Grundmaterial <SEP> 11-6-7 <SEP> 0,211 <SEP> 0,092
<tb> 07 <SEP> Schweissung <SEP> 11-9-10 <SEP> 0,209 <SEP> 0,084 <SEP> 0;
002 <SEP> 0,008
<tb> 08 <SEP> Grundmaterial <SEP> 11-9-10 <SEP> 0,211 <SEP> 0,092 Für jede der analysierten Schweissungen gibt die erste Reihe das Eisen und Chrom für das Schweissma- terial und die zweite Reihe das Eisen und Chrom für das Muttermaterial an. Die fünfte Spalte gibt die Ände rung im Eisengehalt und die sechste Spalte die Ände rung im Chromgehalt an. Die Tabelle offenbart, dass die Legierungskomponenten im wesentlichen erhalten blei ben. termaterials und des Schweissmaterials und ihre Verar mung A an.
<I>Beispiel 2</I> Die Fig. 12a und 12b zeigen die hauptsächlichen Abmessungen einer Probe, auf die eine Mehrzahl von Schweissungen gemacht wurden. In diesem Fall beträgt die Tiefe aller Gräben etwa 1,2 mm. Tabelle IV zeigt die angewendeten Schweissparameter beim Herstellen der Schweissungen. Die Fig. 13 und 14 zeigen Teile von einer Schweiss- raupe und dem anliegenden Material, die chemisch ana lysiert wurden. Die Gräben 201 der Fig. 13 sind breit, weil ein Teil des Schweissmaterials entfernt wurde, um die Röntgenaufnahme zu erleichtern.
Die Tabelle V unten zeigt die Verarmung an Eisen und Chrom. <I>Beispiel 3</I> In Fig. 15 ist gezeigt wie eine Probe aus einer Mehr zahl von Blöcken 91 zu einem grösseren Block 93 zu- sammengeschweisst wurde. In allen Fällen war ein Graben 95 um die Verbindungsstelle 15 bis 19 zwischen den Blöcken vorgesehen.
Die Fig. 16a und 16b zeigen eine Aufsicht und einen Blick auf die Stirnfläche einer der Blöcke 91 vor der Schweissung. Fig. 17 zeigt die Dimensionen der Ver tiefung 97 des Blockes, die den Graben 95 bilden. Im dargestellten Fall verlaufen die seitlichen Wände 99 der Gräben 95 mit einem schmalen Winkel fast parallel zur Schweissung.
Die Fig. 18, 19 und 20 zeigen die Abmessungen eines zweiten Satzes von Blöcken 91, die ebenfalls zu einem grösseren Block zusammengeschweisst wurden. Die Dimensionen der Vertiefungen 97 des Blockes 91,
EMI0006.0002
Tabelle <SEP> V1
<tb> Schweissung <SEP> kV <SEP> mA <SEP> Strom <SEP> Linsen <SEP> A <SEP> (mm) <SEP> Röntgenanalyse
<tb> Amp.
<SEP> v <SEP> (mm/min)
<tb> 1-15-1 <SEP> 110 <SEP> 10,2 <SEP> 0,599 <SEP> 381 <SEP> 127 <SEP> 2 <SEP> oder <SEP> 3 <SEP> Flecke
<tb> 1-15-2 <SEP> 110 <SEP> 10,2 <SEP> 0,599 <SEP> 381 <SEP> 127 <SEP> 2 <SEP> oder <SEP> 3 <SEP> Flecke
<tb> 1-15-3 <SEP> 100 <SEP> 10,5 <SEP> 0,565 <SEP> 203 <SEP> 127 <SEP> rein
<tb> 1-15-4 <SEP> 100 <SEP> 10,5 <SEP> 0,565 <SEP> 203 <SEP> 127 <SEP> rein
<tb> 1-15-5 <SEP> 90 <SEP> 15,2 <SEP> 0,520 <SEP> 203 <SEP> 127 <SEP> Flecke <SEP> durchgehend
<tb> 1-18-1 <SEP> 90 <SEP> 13,2 <SEP> 0,530 <SEP> 203 <SEP> 127 <SEP> rein
<tb> 1-18-4 <SEP> 100 <SEP> 20 <SEP> 0,567 <SEP> 508 <SEP> 127 <SEP> Flecke <SEP> durchgehend
<tb> 1-18-5 <SEP> 110 <SEP> 8,3 <SEP> 0,595 <SEP> 203 <SEP> 127 <SEP> Flecke <SEP> durchgehend
<tb> 1-18-6 <SEP> 120 <SEP> 15 <SEP> 0,
638 <SEP> 508 <SEP> 127 <SEP> 4 <SEP> oder <SEP> 5 <SEP> Flecke
<tb> 1-18-7 <SEP> 120 <SEP> 20 <SEP> 0,639 <SEP> 635 <SEP> 127 <SEP> 2 <SEP> oder <SEP> 3 <SEP> Flecke In der linken Spalte sind die einzelnen Schweissun- gen bezeichnet. Die äussere rechte Spalte gibt die Ergeb nisse der Röntgenstrahlenanalyse an.
Man sieht, dass, von allen röntgenographisch analysierten Schweissungen drei völlig frei waren von Porosität und drei nur zwei
EMI0006.0005
<I>Tabelle <SEP> VII</I>
<tb> /o <SEP> <B>%</B>
<tb> Nr. <SEP> Proben <SEP> Fe <SEP> Cr <SEP> Fe <SEP> Q <SEP> Cr
<tb> <B>01</B> <SEP> 1-15-1 <SEP> 0,200 <SEP> 0,088 <SEP> 0,000 <SEP> 0,002
<tb> Grundmaterial <SEP> _
<tb> 02 <SEP> 1-15-1 <SEP> 0,200 <SEP> 0,090
<tb> Schweissmaterial
<tb> 03 <SEP> 1-15-2 <SEP> 0,227 <SEP> <B>0,088</B> <SEP> 0,000 <SEP> 0,004
<tb> Grundmaterial
<tb> 04 <SEP> 1-15-2 <SEP> 0,227 <SEP> 0,084
<tb> Schweissmaterial
<tb> 05 <SEP> 1-15-3 <SEP> 0,233 <SEP> 0,086 <SEP> 0,006 <SEP> 0,006
<tb> Grundmaterial
<tb> 06 <SEP> 1-15-3 <SEP> 0,227 <SEP> 0,080
<tb> Schweissmaterial
<tb> 07 <SEP> 1-15-6 <SEP> 0,203 <SEP> 0,090 <SEP> 0,007 <SEP> 0,
002
<tb> Grundmaterial
<tb> 08 <SEP> 1-15-6 <SEP> 0,193 <SEP> 0,088
<tb> Schweissmaterial
<tb> 09 <SEP> 1-15-5 <SEP> 0,200 <SEP> 0,090 <SEP> 0,000 <SEP> 0,004
<tb> Grundmaterial
<tb> 10 <SEP> 1-15-5 <SEP> 0,200 <SEP> 0,086
<tb> Schweissmaterial
<tb> 11 <SEP> 1-18-1 <SEP> 0,200 <SEP> 0,090 <SEP> 0,000 <SEP> 0,006
<tb> Grundmaterial
<tb> 12 <SEP> 1-18-1 <SEP> 0,200 <SEP> 0,084
<tb> Schweissmaterial
<tb> 13 <SEP> 1-18-4 <SEP> 0,200 <SEP> 0,092 <SEP> 0,007 <SEP> 0,006
<tb> Grundmaterial welche den Graben 95 bilden, sind in Fig. 20 gezeigt. Fig. 21 zeigt die Bereiche, von welchen das Schweiss- material und das Muttermaterial für Analysenzwecke entnommen wurde.
Für jeden der Blöcke gezeigt in den Fig. 15 bis 20.
Die folgende Tabelle VI zeigt die Schweissparame- ter, die beim Zusammenschweissen der verschiedenen Blöcke verwendet wurden. oder drei Stellen und eine vier oder fünf Stellen aufweist. In der folgenden Tabelle VII ist die Verarmung an Eisen und Chrom im Schweissmaterial an entgegenge setzten Enden der verschweissten Blöcke gezeigt. Man sieht, dass die Verarmung verhältnismässig gering ist.
EMI0007.0000
<B>0/0 <SEP> 0/0</B>
<tb> Nr. <SEP> Proben <SEP> Fe <SEP> Cr <SEP> A <SEP> Fe <SEP> Q <SEP> Cr
<tb> 14 <SEP> 1-18-4 <SEP> 0,193 <SEP> 0,086
<tb> Schweissmaterial
<tb> 15 <SEP> 1-18-5 <SEP> 0,227 <SEP> 0,086 <SEP> 0,027 <SEP> 0,006
<tb> Grundmaterial
<tb> 16 <SEP> 1-18-5 <SEP> 0,200 <SEP> 0,080
<tb> Schweissmaterial
<tb> 17 <SEP> 1-18-6 <SEP> 0,227 <SEP> 0,084 <SEP> 0,000 <SEP> 0,004
<tb> Grundmaterial
<tb> 18 <SEP> 1-18-6 <SEP> 0,227 <SEP> 0,080
<tb> Schweissmaterial
<tb> 19 <SEP> 1-18-7 <SEP> 0,227 <SEP> 0,084 <SEP> 0,000 <SEP> 0,004
<tb> Grundmaterial
<tb> 20 <SEP> 1-18-7 <SEP> 0,227 <SEP> 0,080
<tb> Schweissmaterial Ein bemerkenswertes Merkmal der mit dem erfin- dungsgemässen Verfahren hergestellten Schweissung ist in Fig.
22 dargestellt, die Fotografien von Schweissun- gen 101 mit Gräben 103 um den geschweissten Bereich herum und Schweissungen 105, die ohne solche Gräben hergestellt wurden, zeigt. Die Schweissungen 101 und 105 wurden in einem Arbeitsgang mit der Elektronen- strahlschweissvorrichtung durchgeführt, so dass die Pa rameter für beide Schweissungen 101 und 105 identisch waren. Man sieht, dass die Schweissung 105, die ohne Gräben 103 hergestellt wurde, verhältnismässig breit ist, während bei der Schweissung 101, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt wurde, die Schweissraupe schmal und wesentlich schmaler in ihrer Breite ist als die des Grabens 103.
Der Effekt des Gra bens, nämlich das Einengen der Schweissraupe, ist eine bemerkenswerte Erscheinung.