DD269809A1

DD269809A1 - Verfahren zum schweissen von metallkombinationen mit ladungstraegerstrahlen

Info

Publication number: DD269809A1
Application number: DD31199787A
Authority: DD
Inventors: Horst Ehrhardt
Original assignee: Zentralinstitut Schweiss
Priority date: 1987-12-31
Filing date: 1987-12-31
Publication date: 1989-07-12

Abstract

Die Erfindung kann beim Schweissen von Metallkombinationen, die schwer schweissbar sind, mit Ladungstraegerstrahlen angewendet werden, insbesondere beim Elektronenstrahlschweissen. Kennzeichnend ist, dass im Auftreffbereich des Ladungstraegerstrahles an der Fuegestelle der Werkstoffe ein Mehrangebot an Materialvolumen durch Querschnittsvergroesserung des Werkstoffes mit der hoeheren Verdampfungsrate sowie der besseren Waermeleitfaehigkeit gesichert wird.

Description

Erfindungsgemäß werden durch die spezielle Gestaltung des Fügebereiches durch die Metallverdampfung bedingte Materialverluste kompensiert, und es werden damit eine Verbesserung der Nahtgeometrie erreicht sowie Fehler infolge von Nahteinfall vermieden. Ein zusätzlicher Vorteil ist, daß größere Toleranzen bei der Nahtvorbereitung beim Schweißen mit Ladungsträgerstrahlen zugelassen werden können und die Strahlpositionierung erleichtert wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: die bekannte Nahtvorbereitung

Fig.2a...f: erfindungsgemäße Variante der Fügestellengestaltung

Bei der üblichen Gestaltung der Fügestelle nach Fig. 1 wird die Nahtvorbereitung als I-Stoß ausgeführt. Die zu verschweißenden unterschiedlichen Werkstoffe 2 und 3 werden an der Stoßstelle vom Elektronenstrahl 1 aufgeschmolzen und verbunden.

Erfindungsgemäß wird hier die Fügestelle entsprechend Fig. 2 gestaltet und dabei als wesentliches Merkmai ein Mehrangebot an Materialvolumen eines Werkstoffes im Auftreffbewich eines Elektronenstrahls 1 zur Verfügung gestellt. Das ist in verschiedenen Varianten nach Fig. 2 a... f möglich. Je nach Anwendungsfall, d. h. abhängig von Werkstoffkombination und Bauteilgeometrie, kann eine dieser Fügestellengestaltung gewählt werden.

Nach Fig. 2 a wird die Stoßkante eines Teils abgewinkelt, so daß beim Zusammenfügen ein Materialüberschuß 4 de3 Werkstoffes 3 gegeben ist. Schmilzt der Elektronenstrahl 1 den Stoßbereich auf, so werden bei der Nahtbildung die vorher genannten Vorteile wirksam. Voraussetzung ist, daß der Materialüberschuß auf die zu verschweißende Metallkombination und die Blechdicke durch eine Versuchsschweißung abgestimmt ist.

Eine andere Möglichkeit ist das Anstauchen einer Stoßkante in einseitiger, Fig. 2 b, oder symmetrischer Ausführung, Fig. 2c. In diese angestauchte Kante kann zur besseren Fixierung und Verbindung das Gegenstück leicht eingesetzt werden, Fig. 2d. Bei sehr dünnen Teilen empfiehlt sich die Nahtvorbereitung nach Fig. 2e. Hier entsteht eine Schweißverbindung ähnlich einer Bördelnaht. Liegen schwierige metallurgische Verhältnisse vor und ist die Verdampfungsrate beider Partner sehr hoch, so ist die Vorbereitung entsprechend Fig.2 f vorteilhaft.

Das günstige Anwendungsbeispiel für alle Verbindungstypen nach Fig. 2 liegt im Dünnblechbereich bis etwa 3 mm. Bei diesen Dicken kommt es noch zu einer gleichmäßigen Verteilung beider Meiaüe entlang der Naht'iefe; die hochstehenden Kanten werden gleichmäßig aufgeschmolzen, Wurzel und Oberraupe sind gut ausgebildet.

Für einen konkreten Fall wird die Verbindung CuNiSi mit CrNi-Stahl geschweißt. Bei einer Rohr-Rohr-Verbindung mit radialer Rundnaht wird die Fügestelle bsi einer Wandstärke von 3mm nach Fig. 2e gewählt. Dia Überlappung muß dabei 1 mm lang und 0,4mm dick sein. Sie dient gleichzeitig als Zentrierbund zum Fixieren der beiden Teile.

Claims

Verfahren zum Schweißen von Metallkombinationen mit Ladungsträgerstrahlen, insbesondere Elektronenstrahlen, gekennzeichnet dadurch, daß im Auftreffbereich des Ladungsträgerstrahles an der Fügestelle der Werkstoffe ein Mehrangebot an Materialvolumen durch Querschnittsvergrößerung des Werkstoffes mit der höheren Verdampfungsrate sowie der besseren Wärmeleitfähigkeit gesichert wird.

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schweißen von Metallkombinationen mit Ladungsträgerstrahlen, vorzugsweise Elektronenstrahlen, bei dem metallische Werkstoffe, die nur bedingt miteinander schweißbar sind, wie Kupfer mit Stahl oder Molybdän mit Stahl, qualitätsgerecht verbunden werden können.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, Werkstoffkombinationen mit Ladungsträgerstrahlen zu schweißen und ddbei verschiedene technologische Varianten anzuwenden, um auftretende metallurgische Probleme zu beseitigen oder zu verringern. Es kommt vor allem darauf an, die unterschiedlichen Schmelzpunkte und Wärmeleitfähigkeiten der Fügepartner zu berücksichtigen sowie den Vermischungsgrad im Schmelzbad zu steuern, was überwiegend durch Verschieben des Strahlauftreffpunktes quer zum Schweißstoß geschieht. Bei metallurgischer Unverträglichkeit der Partner hilft in einigen Fällen das Einbringen einer Zwischenschicht, meist als Folie, in die Stoßfuge. Der Vermischungsgrad kann auch durch Schweißen mit oszillierendem Strahl und verschiedenen Pendelfiguren gesteuert werden. Voraussetzung ist aber immer, daß der Elektronenstrahl sehr genau positioniert wird und diese Lage auch während der Relativbewegung zwischen Bauteil und Strahl über die gesamte Stoßlänge beibehält. Da aber die Toleranzen dafür sehr eng sind, kommt es durch die Summierung von festigungs- und anlagenbedingten Abweichungen zu unregelmäßigem Nahtverlauf und damit zu Fehlern. Um das zu vermeiden, ist eine ständige automatische Positionierung während des Schweißvorganges, eine sogenannte Heißpositionierung, erforderlich, die aber mit d* notwendigen Genauigkeit nicht realisierbar ist. Nachteilig ist auch, daß der Strahltreffpunkt zusätzlich zur Strahl/Stuß-Positionierung bei vielen Werkstoffkombinationen noch um einen genau definierten Betrag quer zur Stoßkante verschoben werden muß. Weitere Fehlermöglichkeiten sind bedingt durch die hohe Verdampfungsrate mancher Metalle beim Aufschmelzen im Vakuum. Der dadurch entstehende Materialverlust an der Fügestelle führt besonders bei geringen Querschnitten zu eingefallener Nahtoberfläche und schlecht ausgebildeter Wurzel oder Hohlräumen in der Schweißnaht.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Schweißen von Metallkombinationen mit Ladungsträgerstrahlen zu schaffen, mit dem os möglich ist, qualiiäisgürechle Verbindungen unterschiedlicher Werkstoffe zu gewährleisten.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugru ide, ein Verfahren zum Schweißen von Metallkombinationen mit Ladungsträgerstrahlen, insbesondere Elektronenstrahlen, zu intwickeln, mit dem auf einfache Weise der technologisch erforderliche Vermischungsgrad der Fügepartner erreicht wird sowie Verdampfungsverluste ausgeglichen werden. Erfindungsgemäß wild die Aufgabe dadurch gelöst, indem im Auftreffbereich des Ladungsträgerstrahles an der Fügestelle der Werkstoffe ein Mehrangebot an Materialvolumen durch Querschnittsvergrößerung des Werkstoffes mit der höheren Verdampfungsraie sowie der besseren Wärmeleitfähigkeit gesichert wird.

Eine oder beidb Fügekanten werden abweichend von der sonst üblichen I-Stoß-Vorbereitung derart gestaltet, daß das vorhei experimentell ermittelte zusätzliche Materialvolumen eines Werkstoffes zur Verfügung steht, was insbesondere beim Schweißen dünner Querschnitte vorteilhaft ist. Zweckmäßig ist es, eine Stoßkante abzuwinken oder anzustauchen, so daß dann beim Zusammenfügen ein für jede Metallkombination günstiges Werkstoffverhältnis im Schweißbereich vorliegt. Verschiedene Gestal'.ungsvarianten gestatten eine Auswahl, die sich vor allem nach den Werkstoffeigenschaften, der Materialdicke und der Bauteilgeometrie richtet. Die beim Fügen entstehende Kanto, welche durch 'je unterschiedliche Materialdicke ar. otcß entstellt, ist gleichzeitig eine gute Hilfe zur Positionierung des Strahls. °.:\ dünnen Querschnitten ist auch in Dickenrichtung eine gleichmäßige Vermischung der Partner bei allen Varianten gewährleistet. Erfindungsgemäß werden beispielsweise Verbindungen von Kupfer mit Stahl oder Chrom-Nickel-Stahl, Kupfer-Nickel-Legierungen, Molybdän mit Stahl in guter Qualität verschweißt. Dabei ist es zweckmäßig, die Fügestelle beim Schweißen von Kupfer und Kupferlegierungen durch Anstauchen oder mechanische Bearbeitung, wie in der Variante 2 b oder 2c der Zeichnung dargestellt, zu gestalten, mit einem Verhältnis der Blechdicken am Stoß von 1:1,25, wobei die Kupferlegierung das größere Materialvolumen aufweisi.