CH460198A - Verfahren zum Elektronenstrahlschweissen von Werkstücken - Google Patents

Verfahren zum Elektronenstrahlschweissen von Werkstücken

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CH460198A
CH460198A CH921767A CH921767A CH460198A CH 460198 A CH460198 A CH 460198A CH 921767 A CH921767 A CH 921767A CH 921767 A CH921767 A CH 921767A CH 460198 A CH460198 A CH 460198A
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CH
Switzerland
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sep
electron beam
workpiece
welding
weld
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CH921767A
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R Itoh Fujio
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Westinghouse Electric Corp
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    • H01J37/30Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/315Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for welding
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
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Description


  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.

    
EMI0002.0000     
  
    <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-  
EMI0003.0005     
  
    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.

      
EMI0004.0000     
  
    <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.

    
EMI0004.0011     
  
    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.       
EMI0005.0000     
  
    <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-  
EMI0005.0004     
  
    <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.  
EMI0005.0006     
  
    <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.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Verfahren zum Elektronenstrahlschweissen von Werkstücken, die eine Legierung enthalten, dadurch ge kennzeichnet, dass der Elektronenstrahl auf der Ober- fläche des Werkstückes zur Einwirkung gebracht wird, dass Elektronenstrahl und Werkstück während der Ein wirkung des Elektronenstrahles relativ zueinander be wegt werden und dass oberhalb des Werkstückberei ches, über den der Elektronenstrahl fortschreitet, ein dauernder Druck zum Zwecke einer Unterdrückung des Abdampfens von Legierungskomponenten aus dem Werkstück erzeugt wird. UNTERANSPRÜCHE 1.
    Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass die zur Schweissung vorgesehene Ober flächenstelle des Werkstückes mit einem sie umgebenden schmalen Graben versehen wird, derart, dass der Elek tronenstrahl innerhalb des Grabens auf die Oberfläche des Werkstückes auftrifft. 2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass ein Elektronenstrahl verwendet wird, des sen Leistungsdichte in bezug auf den Bereich des Werk stückes, auf den er einwirkt, durch Defokussierung re duziert ist.
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