Verfahren und Einrichtung zum Schmelzen von Metall mittels Elektronenstrahlen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Abschmelzen
von stabförmigen Metallblöcken durch Beschuß mittels Elektronenstahlen unter Hochvakuum.Method and device for melting metal by means of electron beams
The invention relates to a method and a device for melting
of rod-shaped metal blocks by bombardment with electron beams under high vacuum.
Es sind Elektronenstrahlschmelzöfen bekannt, in denen stabförmige
Metallblöcke durch Beschuß mittels Elektronenstrahlen abgeschmolzen werden. Das
abgeschmolzene Metall tropft in einen gekühlten Tiegel und erstarrt darin zu einem
Schmelzblock. Als Elektronenquellen werden beispielsweise Elektronenkanonen benutzt,
die vorzugsweise getrennt vom eigentlichen Schmelzraum evakuiert werden können.
Der stabförmige Metallblock, dessen eines Ende laufend durch Beschuß mit Elektronen
auf Schmelztemperatur erhitzt und abgeschmolzen wird, kann sowohl vertikal als auch
horizontal sowie auch in geneigter Richtung entsprechend der Abschmelzgeschwindigkeit
nachgeschoben werden. Der Vorschub des abzuschmelzenden Metallblocks in den Schmelzraum
kann kontinuierlich oder diskontinuierlich, beispielsweise auch nach Art des an
sich bekannten Pilgerschrittes, erfolgen. Es sind auch Elektronenstrahlschmelzöfen
bekannt, die nur mit einer einzigen oder auch mit mehreren Elektronenkanonen ausgerüstet
sind, wobei auch mehrere Elektronenkanonen nur zum Abschmelzen des stabförmigen
Metallblocks verwendet werden.There are electron beam melting furnaces are known in which rod-shaped
Metal blocks are melted by bombardment with electron beams. That
Molten metal drips into a cooled crucible and solidifies into one
Fusible block. Electron guns, for example, are used as electron sources,
which can preferably be evacuated separately from the actual melting chamber.
The rod-shaped metal block, one end of which is continuously bombarded with electrons
heated to melting temperature and melted, can be vertical as well
horizontally as well as in an inclined direction according to the melting speed
be pushed. The advance of the metal block to be melted into the melting chamber
can be continuous or discontinuous, for example also according to the type of
known pilgrimage step. There are also electron beam melting furnaces
known to be equipped with only a single electron gun or with multiple electron guns
are, with several electron guns only to melt the rod-shaped
Metal blocks can be used.
Bekannt ist ferner, einen Metallblock dadurch aufzubauen, daß pulverförmiges
Metall kontinuierlich zugeführt und mittels eines Lichtbogens in einer Schutzgasatmosphäre
aufgeschmolzen wird. Der Lichtbogen brennt zwischen einer Kathode und dem als Anode
geschalteten Metallblock, welcher während des Aufschmelzprozesses rotiert und auf
dessen erhitztes Ende das Metallpulver fällt.It is also known to build up a metal block in that powdery
Metal fed continuously and by means of an electric arc in a protective gas atmosphere
is melted. The arc burns between a cathode and the anode
switched metal block, which rotates and opens during the melting process
the heated end of which the metal powder falls.
Bei der Erfindung handelt es sich um das fortlaufende Abschmelzen
eines Endes eines Metallblocks durch Erhitzung dieses Endes mittels Elektronenstrahlen
unter Hochvakuum. Im Gegensatz zu dem vorerwähnten Stand der Technik wird im vorliegenden
Fall ein Metallblock unter Hochvakuum durch Beheizung mittels Elektronenstrahlen
abgeschmolzen und nicht ein Metallblock aufgebaut durch Zuführen und Aufschmelzen
von Metallpulver in Schutzgasatmosphäre mittels Lichtbogenbeheizung.The invention is continuous melting
one end of a metal block by heating that end with electron beams
under high vacuum. In contrast to the prior art mentioned above, in the present
Case a metal block under high vacuum by heating with electron beams
melted and not a metal block built up by feeding and melting
of metal powder in a protective gas atmosphere by means of arc heating.
Bei einem Verfahren zum fortlaufenden Abschmelzen eines Endes eines
stabförmigen Metallblocks durch Erhitzung dieses Endes mittels Elektronenstrahlenbeschuß
unter Hochvakuum wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der abschmelzende Metallblock
während des Abschmelzprozesses um seine Achse gedreht wird. Hierdurch wird erreicht,
daß der stabförmige Metallblock selbst beim Ausfallen einer oder mehrerer, aber
nicht aller Elektronenkanonen, während des Schmelzprozesses gleichmäßig abschmilzt,
also nicht auf einer Seite mehr als beispielsweise auf der ihr gegenüber liegenden
Seite. Bei der Verwendung von beispielsweise Elektronenkanonen ist die Schmelzenergiedichte
über den gesamten Umfang des Metallblockendes nicht gleichmäßig verteilt. Es wechseln
über den Umfang des Metallblockendes gesehen Flächenelemente mit höherer Energiedichte
mit solchen niedrigerer Energiedichte ab. Erst durch das erfindungsgemäße Verfahren
wird erreicht, daß die Schmelzenergiedichte im zeitlichen Mittel konstant auf den
gesamten Umfang des Metallblockenden verteilt ist. Die Rotationsgeschwindigkeit
des Metallblocks kann dabei unabhängig von seiner Vorschubgeschwindigkeit eingestellt
werden, man kann aber auch die Rotationsgeschwindigkeit und die Vorschubgeschwindigkeit
des Metallblocks miteinander koppeln. Bei vielen Elektronenstrahlschmelzöfen ist
der abzuschmelzende stabförmige Metallblock an einer Haltestange befestigt, die
dann entsprechend der Abschmelzgeschwindigkeit des Metallblocks in den Schmelzraum
vorgeschoben wird. In diesen Fällen wird die Haltestange in Rotation versetzt. Die
Rotationsgeschwindigkeit für den stabförmigen Metallblock kann beliebig vorgegeben
werden. Zweckmäßigerweise wird sie in Abhängigkeit von dem Durchmesser des abzuschmelzenden
Metallblocks und/oder der Zahl der während des Schmelzprozesses zum Einsatz gelangenden
Elektronenkanonen gewählt. Sie kann während des Schmelzprozesses konstant gehalten
oder zeitweise erhöht oder vermindert werden. Auch bei Elektronenstrahlschmelzverfahren,
die mit anderen Elektronenstrahlsystemen arbeiten, kann der erfindungsgemäße Vorschlag
erfolgreich angewendet werden.
In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel
einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung schematisch
dargestellt.In a method for continuously melting one end of a
rod-shaped metal block by heating this end by means of electron beam bombardment
under high vacuum it is proposed according to the invention that the melting metal block
is rotated around its axis during the melting process. This achieves
that the rod-shaped metal block itself if one or more, but
not all electron guns melt evenly during the melting process,
so not more on one side than, for example, on the opposite
Page. When using electron guns, for example, the melt energy density is
Not evenly distributed over the entire circumference of the metal block end. Switch it
Viewed over the circumference of the metal block end, surface elements with a higher energy density
with such a lower energy density. Only through the method according to the invention
it is achieved that the melt energy density is constant on average over time
entire circumference of the metal block ends is distributed. The speed of rotation
of the metal block can be set independently of its feed speed
but you can also set the rotation speed and the feed speed
of the metal block together. In many electron beam furnaces,
the rod-shaped metal block to be melted is attached to a support rod which
then according to the melting rate of the metal block into the melting chamber
is advanced. In these cases the handrail is set in rotation. the
The speed of rotation for the rod-shaped metal block can be specified as desired
will. It is expediently dependent on the diameter of the to be melted
Metal blocks and / or the number of those used during the melting process
Electron guns chosen. It can be kept constant during the melting process
or temporarily increased or decreased. Even with electron beam melting processes,
who work with other electron beam systems can use the proposal according to the invention
can be applied successfully.
In the figure is an embodiment
a device for performing the method according to the invention schematically
shown.
Der abzuschmelzende stabförmige Metallblock 1 ist an einer Haltestange
2 befestigt, die vakuumdicht über eineDruckstufenstrecke 3 in den Schmelzraum 4
entsprechend der Abschmelzgeschwindigkeit des Metallblocks vorgeschoben wird. Die
Druckstufenstrecke 3 wird beispielsweise aus den beiden Kammern 3 a, 3 b gebildet,
die über die Anschlußstutzen 5, 6 mit den schematisch dargestellten Vakuumpumpenaggregaten
7, 8 verbunden sind und getrennt evakuiert werden können. Der Schmelzraum 4 wird
durch die Ofenhaube 9 gebildet. Über den Anschlußstutzen 10, an den ein Vakuumpumpenaggregat
11 angeschlossen ist, wird der Schmelzraum evakuiert. An die Ofenhaube 9 ist vakuumdicht
ein Schmelztiegel 12 mit ablenkbarem Boden 13 angeschlossen. Der Schmelztiegel ist
von einem Kühlmantel 14 umgeben; auch der ablenkbare Schmelztiegelboden 13 kann
gekühlt werden. In dem Ausführungsbeispiel sind an die Ofenhaube 9 zwei Elektronenkanonen
15 vakuumdicht angesetzt. Die von ihnen ausgehenden Elektronenstrahlen 16 sind im
Ausführungsbeispiel so in an sich bekannter Weise fokussiert. daß sie auf das freie
Ende des abzuschmelzenden stabförmigen Metallblocks auftreffen. Durch den Elektronenstrahlenbeschuß
wird das freie Ende des Metallblocks auf Schmelztemperatur erhitzt. Das erschmolzene
Metall tropft in den Schmelztiegel 12 und erstarrt dort zum Schmelzblock 17. Auf
dem außerhalb des evakuierten Schmelzraumes sich befindenden Ende der Haltestange
2 ist ein Zahnrad 18 angeordnet. Es wird mittels des Zahnrades 19, das an
der Welle 20 des Motors 21 befestigt ist, angetrieben. Mit dem Motor
21 ist ein Gleitstück 22 fest verbunden, das auf einer Schiene 23 auf- und abwärts
gleiten kann. Der Motor 21 und die Haltestange 2 sind über ein Gestänge 24 miteinander
verbunden. Das am Motor 21 befestigte Teil des Gestänges 24 ist mit dem Motor fest
verbunden. Die Haltestange 2 ist über ein Zwischenstück 25 mit dem Gestänge so verbunden,
daß die Haltestange um ihre Achse rotieren kann, ohne daß das Gestänge mitbewegt
wird. An dem Gestänge ist ein Halteseil 26 befestigt, das mit einer an sich bekannten
Vorschubeinrichtung verbunden ist, so daß die Haltestange und damit auch der abzuschmelzende
Metallblock entsprechend der Abschmelzgeschwindigkeit in den Schmelzraum abaesenkt
bzw. vorgeschoben wird. Der Motor 2 wird im Ausführungsbeispiel in gleichem Maße
wie die Haltestange abgesenkt.The rod-shaped metal block 1 to be melted is attached to a holding rod 2, which is advanced in a vacuum-tight manner via a pressure stage section 3 into the melting space 4 according to the melting speed of the metal block. The pressure stage section 3 is formed, for example, from the two chambers 3 a, 3 b, which are connected to the schematically illustrated vacuum pump units 7, 8 via the connecting pieces 5, 6 and can be evacuated separately. The melting chamber 4 is formed by the furnace hood 9. The melting chamber is evacuated via the connecting piece 10, to which a vacuum pump unit 11 is connected. A crucible 12 with a deflectable bottom 13 is connected to the furnace hood 9 in a vacuum-tight manner. The crucible is surrounded by a cooling jacket 14; the deflectable crucible bottom 13 can also be cooled. In the exemplary embodiment, two electron guns 15 are attached to the furnace hood 9 in a vacuum-tight manner. In the exemplary embodiment, the electron beams 16 emanating from them are thus focused in a manner known per se. that they impinge on the free end of the rod-shaped metal block to be melted. The electron beam bombardment heats the free end of the metal block to the melting temperature. The molten metal drips into the melting crucible 12 and solidifies there to form the melting block 17. A gear 18 is arranged on the end of the holding rod 2 located outside the evacuated melting space. It is driven by means of the gear 19 which is attached to the shaft 20 of the motor 21 . A slider 22 is fixedly connected to the motor 21 and can slide up and down on a rail 23. The motor 21 and the holding rod 2 are connected to one another via a linkage 24. The part of the linkage 24 fastened to the motor 21 is firmly connected to the motor. The holding rod 2 is connected to the linkage via an intermediate piece 25 in such a way that the holding rod can rotate about its axis without the linkage being moved along with it. A tether 26 is attached to the linkage and is connected to a feed device known per se, so that the holding rod and thus also the metal block to be melted is lowered or advanced into the melting chamber in accordance with the melting rate. In the exemplary embodiment, the motor 2 is lowered to the same extent as the holding rod.
Die in der Figur dargestellte Einrichtung zur Drehung der Elektrode
während des Schmelzprozesses stellt lediglich ein Ausführungsbeispiel dar, auf das
die Erfindung nicht beschränkt werden soll. So ist es z. B. auch möglich, die gesamte
Einrichtung oder Teile der Einrichtung zur Erzeugung der Rotation des Metallblocks
während des Schmelzorozesses innerhalb des Schmelzraumes anzuordnen.The device shown in the figure for rotating the electrode
during the melting process represents only one embodiment to which
the invention is not intended to be limited. So it is z. B. also possible the entire
Device or parts of the device for generating the rotation of the metal block
to be arranged within the melting chamber during the melting process.