DE1615395B2

DE1615395B2 - Elektronenstrahlschweissmaschine

Info

Publication number: DE1615395B2
Application number: DE19671615395
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Sciaky, David, Chicago, IH. (V.StA.)
Priority date: 1966-05-06
Filing date: 1967-05-05
Publication date: 1971-12-30
Also published as: DE1615395A1; US3437785A; GB1114727A; FR1511795A

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektronenstrahlschweißmaschine mit Elektronenstrahlerzeugungsgerät, Werkstückabstützung und unter Schließdruck an das Werkstück anlegbarer, das Vakuum an der Schweißstelle gegen die Atmosphäre abdichtender Ummantelung des Elektronenstrahls.

Neben den bekannten Elektronenstrahlschweißmaschinen, bei denen metallische Werkstückteile mit Hilfe gebündelter Elektronenstrahlen in einer unter Hochvakuum stehenden Kammer verschweißt werden, wobei sich das ganze Werkstück in der Hochvakuumkammer befindet, sind auch bereits Elektronenstrahlschweißmaschinen bekannt, bei denen das notwendige Vakuum an der Schweißstelle durch eine örtliche Abdichtung der Schweißstelle erreicht wird, so daß nicht das gesamte Werkstück in eine Vakuumkammer eingeführt werden muß. Zu diesem Zweck wird ein mit Dichtungen versehener hohler, an eine Evakuierungsvorrichtung anschließbarer Schuh einseitig auf das Werkstück ao aufgesetzt, worauf das Innere des Schuhes evakuiert und das Werkstück verschweißt wird. Im Bereich der Schweißfuge muß dabei ein dichtendes Band vorgesehen werden, welches das Eindringen von Luft von der anderen Seite verhindert. Diese bekannte Schweißmaschine ist jedoch nur für bestimmte Arten von Schweißaufgaben brauchbar, wie etwa für Verschweißungen von stumpf aneinander anstoßenden Blechen.

Es besteht jedoch das Bedürfnis, auch aufeinanderliegende Werkstücke miteinander zu verschweißen, wobei die Schwierigkeit darin liegt, daß das Vakuum zusammenbricht, wenn das Elektronenstrahlbündel die Berührungszone zwischen den zu verschweißenden Werkstückteilen erreicht. Diese Berührungszone wirkt als Leckstelle, über die Atmosphäre in das Hochvakuum einbrechen kann; das Vakuum verschlechtert sich dann momentan und die Wirksamkeit der gebündelten Elektronenstrahlen ist so gering, daß keine Verschweißung mehr erfolgt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Elektronenstrahlschweißmaschine zu schaffen, bei welcher die zu verschweißenden Werkstücke derart in abdichtender Berührung gehalten werden, daß ein Lufteinbruch ausgeschlossen ist, wobei jedoch die aufgebrachten Abdichtkräfte keine unzulässig hohen Beanspruchungen in den Werkstücken hervorrufen dürfen.

Ausgehend von einer Elektronenstrahlschweißmaschine der eingangs erwähnten Art, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ummantelung ein nach Art eines Rohrstutzens ausgebildeter, den Elektronenstrahl mit dem Querschnitt des Schweißstellenflächenbereiches eng umgebender und an eine Vakuumpumpe angeschlossener erster Druckstempel ist, dem ein hohler, ebenfalls an eine Vakuumpumpe angeschlossener, koaxial zum ersten Druckstempel angeordneter zweiter Gegendruckstempel der Werkstückabstützung gegenüberliegt. Durch Gegeneinanderpressen der beiden Druckstempel ist es möglich, hohe Abdichtkräfte zwischen den Werkstücken zu erzeugen, ohne daß hierdurch einseitige Beanspruchungen der Werkstücke auftreten können, die das Werkstück ungünstig beanspruchen. Durch die gegeneinandergerichteten gleich großen Anpreßkräfte ist das Werkstück mit Ausnahme der im Bereich der Druckstempel wirkenden, notwendigen Dichtkräfte völlig entlastet.

Aus dem Gebiet der Widerstandsschweißmaschinen ist es zwar bekannt, gegeneinanderwirkende Druckstempel auf den zu verschweißenden Werkstücken zur Einwirkung zu bringen, jedoch erfolgt hierbei kein Druckausgleich in dem Sinn, daß eine einseitige Belastung vermieden ist, weil während des Schweißvorgangs durch die Punktschweißelektroden unterschiedlich starke Drücke auf die Werkstücke einwirken können. Diesen Druckstempeln kommt also lediglich die Aufgabe einer Werkstückeinspannvorrichtung zu, die eine einseitige Belastung des Werkstücks durch den Druck der Schweißelektroden nicht verhindert.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die erfindungsgemäße Elektronenstrahlschweißmaschine so ausgebildet, daß sich der erste Druckstempel und dessen Halterung gegenseitig über Kugelflächen berühren und mittels einer Überwurfmutter im Verhältnis zueinander festlegbar sind. Hierdurch ist eine räumliche Einstellung des Druckstempels, beispielsweise auf schräge Werkstückoberflächen, möglich. Außerdem kann der Druckstempel auch einer Bewegung des Werkstücks, etwa einer rotierenden Bewegung desselben, automatisch folgen.

Es empfiehlt sich, im Elektronenstrahlerzeugungsgerät Richtspulenanordnungen zur räumlichen Versetzung des Elektronenstrahls vorzusehen, um auf diese Weise die Herstellung großflächiger Schweißstellen oder geschlossener Schweißkurven zu ermöglichen.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schweißmaschine in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäß aufgebauten Elektronenstrahlschweißmaschine,

F i g. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Elektronenstrahlerzeugungsgeräts einer erfindungsgemäß ausgebildeten Elektronenstrahlschweißmaschine in Verbindung mit weiteren Bauteilen,

F i g. 3 eine Schnittansicht der Druckstempel der erfindungsgemäßen Schweißmaschine in einer Stellung, in der diese zwei zu verschweißenden Teile gegen die übrige Umgebung abgedichtet gegeneinanderpressen,

F i g. 4 das Bild einer kreisförmig ausgebildeten Punktschweißstelle,

F i g. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 4,

F i g. 6 eine Ansicht einer Schweißstelle mit zwei konzentrisch zueinander verlaufenden kreisringförmigen Schweißnähten, · .

F i g. 7 eine Ansicht einer Reihe aufeinanderfolgender Schweißstellen mit ovalförmig verlaufenden, geschlossenen Schweißnähten,

F i g. 8 einen Schnitt entlang der Linie 8-8 in F i g. 7 und

F i g. 9 eine Schnittansicht durch eine abgewandelte Ausführungsform des oberen Druckstempels.

In F i g. 1 ist die Elektronenstrahlschweißmaschine mit den erforderlichen Vakuumpumpen und Druckstempeln gezeigt.

Der Maschinenrahmen 10 der Schweißmaschine ist mit einem unteren, feststehenden Querarm 11 versehen, der an seinem in der Zeichnung links gelegenen Ende einen unteren hohlen Druckstempel trägt, der im folgenden auch als Matrize 12 bezeichnet ist. Diese in F i g. 3 im einzelnen dargestellte

Matrize hat die Grundform eines Rohres, das von einem axial verlaufenden Hohlraum 13 durchsetzt ist, der mit einer Rohrleitung 14 in Verbindung steht, die zu einer Vakuumpumpe führt, so daß im Hohlraum 13 ein benötigter Unterdruck erzeugt werden kann. In der Leitung 14 befindet sich ein elektromagnetisch gesteuertes Ventil 15.

Der obere Querarm 16 ist gegen den Maschinenrahmen 14 mittels des Gelenkes 17 verschwenkbar angeordnet. Er trägt an seinem freien Ende das Elektronenstrahlgerät 18 und weitere, in Verbindung mit F i g. 2 noch näher beschriebene Bauteile. Der Bauteil 20 kann als Trag- und Verbindungsstück zwischen dem Elektronenstrahlgerät 18 und den zugeordneten Teilen des beweglichen Quer- und Schwenkarms 16 aufgefaßt werden.

An das Trag- und Verbindungsstück 20 schließt sich ein oberer, im folgenden als Kiemmatrize 22 bezeichneter Druckstempel in Richtung von oben nach unten an. Auch die obere Kiemmatrize 22 weist einen Hohlraum 21 auf, der sie in Längsrichtung durchsetzt und der an eine Leitung 25 angeschlossen ist, die, wie noch näher erläutert wird, zu der Vakuumpumpe führt, die zur Evakuierung des Hohlraums 13 der unteren Matrize 12 dient. Auch die Leitung 25 enthält ein elektromagnetisch gesteuertes Ventil 26. Außerdem ist ein bewegliches Kabel 27 vorgesehen, das die elektrischen Versorgungsleitungen für das Elektronenstrahlgerät 18 umfaßt. Weiter ist, wie in F i g. 2 gezeigt ist, ein Gehäuse 28 vorgesehen, welches das Elektronenstrahlgerät 18 umgibt. Das Innere des Gehäuses 28 kann mittels der Leitung 30 evakuiert werden, wobei die Leitung 30 an eine noch zu beschreibende Hochvakuumpumpe angeschlossen ist. Der schwenkbare Arm 16 nimmt die Leitung 30 in seinem Hohlraum auf.

Die an die Leitung 30 angeschlossene Hochvakuumpumpe ist mit 50 bezeichnet. Das erforderliche Vorvakuum wird mittels der Vorvakuumpumpe 31 erzeugt, die zu diesem Zweck über die Leitung 32 mit der Hochvakuumpumpe 50 verbunden ist. Es ist demgemäß möglich, innerhalb des das Elektronenstrahlgerät 18 umgebenden Außengehäuses 28 das höchste Vakuum, d. h. den niedrigsten Druck, einzustellen, der zur Erzielung einwandfreier Schweißungen erforderlich ist. Unabhängig von dieser Hochvakuumerzeugungsanlage ist eine Vakuumpumpe 34 an die bereits erwähnten Rohrleitungen 14 und 25 angeschlossen, um unter Vermittlung der Verbindungsleitung 35 und des T-Stückes 36 innerhalb der Kiemmatrizen 12 und 22 den im Betrieb benötigten Unterdruck erzeugen zu können.

Innerhalb des Bereiches 37 ist die Verbindung zwischen den Rohrleitungen 25 und 35 elastisch ausgebildet, um die Beweglichkeit der im Schwenkarm 16 verlegten Rohrleitungen 25 zu gewährleisten. Die Pumpe 34 ist so ausgelegt, daß sie in der Lage ist, den erforderlichen Unterdruck in den Hohlräumen 13 und 21 der Kiemmatrizen 12 und 22 während der Schweißung zu erzeugen und aufrechtzuerhalten.

Wie aus F i g. 1 hervorgeht, stehen die Klemmmatrizen 12 und 22 während der Schweißung mit dem Werkstück 38, 40 in mechanischer Verbindung. Dieses Werkstück besteht in der Zeichnung aus einem durch Z-förmige Profile 40 auszusteifenden, gewölbten Metallblech 38. Der Querarm 16 muß also anheb- und absenkbar ausgebildet sein, um aus der Betriebsstellung und in sie gebracht werden zu können. Beides ist durch die Verschwenkbarkeit um das Gelenk 17 gewährleistet. Zur schnelleren Verschwenkung des Armes 16 um den Schwenkbolzen des Gelenkes 17 ist ein Servomotor 41 vorgesehen. Hierfür ist an die Kolbenstange 42 des als Kolbenzylindereinheit ausgeführten Servomotors eine Pleuelstange 43 angelenkt, die ihrerseits am Ausleger 44 des Arms 16 angreift. Hierdurch kann die Matrize 22 durch den Servomotor 41 wahlweise in verschiedene Höhenstellungen gebracht werden. Da es hierbei oft auf eine große Trenngeschwindigkeit der Matrizen ankommt, ist es zweckmäßig, eine weitere Kolbenstange mit Hilfe eines zweiten Servomotors 45 an die Pleuelstange 43 derart anzuschließen, daß die kombinierte Kraftwirkung beider Servomotoren zu der erforderlichen hohen Trenngeschwindigkeit der Kiemmatrizen führt. Dieselbe Wirkung kann durch einen entsprechend stärker ausgelegten Servomotor 41 erreicht werden.

Das an sich bekannte Elektronenstrahlgerät 18 ist in F i g. 2 in vergrößertem Maßstab gezeigt. Die Figur zeigt, daß die Emission der Elektronen mit Hilfe der Bandkathode 46 erfolgt. Das erzeugte Elektronenstrahlbündel tritt durch eine Ausnehmung 47 durch und gelangt über weitere Ausnehmungen 48 und 50 in den bereits erwähnten Hohlraum 21 der oberen Matrize 22, worauf es, wie der F i g. 3 zu entnehmen ist, das Werkstück 38, 40 erreicht. Mit Hilfe eines Kugelventils 51 ist es möglich, in der Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schweißungen die Ausnehmung 47 völlig zu verschließen. Das ermöglicht die Abdichtung des das Hochvakuum führenden Gehäuses 28, so daß die Hochvakuumpumpe 50 nicht übermäßig beansprucht wird.

In dem an die Ausnehmung 42 angrenzenden Teil 52 sind Richtspulen untergebracht, die es ermöglichen, das Elektronenstrahlbündel zu beeinflussen und genau auf die Schweißstelle am Werkstück 38, 40 auszurichten.

Der die Ausnehmung 50 bildende Teil 53 weist weitere Spulenanordnungen dieser Art auf, wobei elektromagnetisch wirksame Teile vorgesehen sind, um das Elektronenstrahlbündel in Richtung quer zu seiner Längsrichtung zu verschieben. Mit Hilfe einer Reihe von Spulenanordnungen ist es beispielsweise möglich, das Magnetfeld kreisen zu lassen, so daß das Elektronenstrahlbündel eine entsprechende, kreisförmige oder anders geformte, durch die Spulenanordnung bestimmte, geschlossene oder offene Bahn beschreibt. Auf diese Weise wird es möglich, der Schweißnaht beispielsweise eine kreisringförmige Gestalt zu geben, wie sie in F i g. 4 gezeigt ist. Ebenso kann die in F i g. 6 bei 69 und 70 gezeigte doppelringförmige Schweißnaht erzeugt werden. In F i g. 7 und 8 sind bei 71 und 72 langgezogene, geschlossene Schweißnähte gezeigt, die neben vielen anderen denkbaren Schweißnahtformen erzeugt werden können.

Die in Fig. 1 gezeigte Elektronenstrahlschweißmaschine kann, wenn erforderlich, auch so automatisiert werden, daß sie nach Auslösen eines Fußschalterkontakts selbsttätig arbeitet. Die hierzu verwendbaren, gegebenenfalls auch mit Programmsteuerung arbeitenden Steuerungssysteme sind an sich bekannt und werden deshalb nicht im einzelnen beschrieben.

Wenn die an sich bekannte und daher nicht näher beschriebene Steuerung des Servomotors 41 den

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Servomotor so eingestellt hat, daß es zu einer Ver- in den Matrizen ein Unterdruck aus, der Vorausschwenkung des Auslegers 44 um den Bolzen des Setzung dafür ist, daß das Elektronenstrahlbündel an Gelenkes 17 im Uhrzeigersinn gekommen ist, dann der Schweißstelle unter den Schweißbedingungen bedeutet das, daß sich die bewegliche Kiemmatrize steht. Gleichzeitig oder unmittelbar vor der ein-22 anhebt, wodurch es möglich wird, die Werkstück- 5 setzenden Wirkung des Elektronenstrahlerzeugungsteile 38, 40 in Schweißlage zu bringen. Die Hohl- systems sind im Teil 52 der Schweißmaschine die zur räume 13, 21 der Matrizen 12 und 22 sind während Bündelung des Elektronenstrahls notwendigen Eindieses Teiles des Arbeitsvorganges entlüftet. Da die richtungen in Wirkung gesetzt worden. Gleichzeitig Ventile 15 und 26 zuvor geschlossen worden sind können die im Teil 53 angeordneten elektromagne- und da auch das Kugelventil 51 in eine Lage ge- ίο tischen Einrichtungen eingeschaltet werden, die den bracht worden ist, in der die Kugel 51 die Aus- Elektronenstrahl entlang bestimmter, geschlossener nehmung 47 verschließt, befindet sich die zur oder offener Kurven steuern. Der Ausdruck Kurve Emission der Elektronen dienende Bandkathode 46 steht dabei auch für im Grenzfall lineare oder winkunter der Einwirkung des Hochvakuums, so daß die lig zueinander verlaufende gerade Linien.
Hochvakuumpumpe 50 nur in dem Ausmaß in Tätig- 15 In F i g. 9 ist eine gegenüber der F i g. 3 abkeit zu halten ist, wie es die Aufrechterhaltung des gewandelte Ausführungsform der oberen Hohl-Hochvakuums gerade erfordert. Da die Ventile 15 matrize 22 gezeigt, bei der diese eine obere, sphä- und 26 geschlossen sind, gilt das Gesagte für die rische, nach außen konvex geformte Begrenzungs-Matrizenhohlräume 13 und 21 entsprechend, so daß, fläche 64 besitzt. Die Fläche liegt an einer komplevon der Zeitspanne völliger Entlüftung der Räume 20 mentären, d. h. nach unten konkaven Gegenfläche 13 und 21 abgesehen, auch die Pumpe 34 lediglich des die Evakuierungsleitung 25 enthaltenden Schweißin dem Maß in Betrieb zu halten ist, daß das Be- maschinenteiles an. Außerdem können Ringtriebsvakuum in den Matrizenhohlräumen aufrecht- dichtungen 65 vorgesehen sein. Eine Überwurfkappe erhalten wird. 66 hält die genannten Teile dichtend zusammen. Bei

Es bedarf daher lediglich einer Verschwenkung des 25 dieser Ausgestaltung besteht die Möglichkeit, die Auslegers 44 um die Achse des Gelenks in einer dem Matrizen 22 einer Bewegung des Werkstücks autoUhrzeigersinn entgegengesetzten Richtung, um zu matisch folgen zu lassen, etwa einer rotierenden Beerreichen, daß die Matrizen 12 und 22 in die Klemm- wegung desselben. Die Erfordernisse des ausreichenstellung übergehen, was dadurch erreicht wird, daß den Klemmdrucks und der Dichtigkeit der Verbindie Servomotorsteuerung reversiert wird. 30 dung bleiben dabei gewahrt, wobei der Vorteil der

Die Matrizen 12 und 22 befinden sich dann in der Anordnung darin besteht, daß es einer besonderen

Klemmstellung und das Werkstück in der sich über- Steuerung der Bewegung der Matrize 22 nicht be-

lappenden Lage der Werkstückteile 38 und 40, wobei darf; sie macht die Bewegung des Werkstücks völlig

die erforderlichen Klemm-, Abdichtkräfte und der selbsttätig mit.

erforderliche Schweißdruck vom Servomotor 41 ge- 35 Die F i g. 4 und 5 lassen beispielsweise die Ausliefert werden. Der Servomotor übt also einerseits bildung der Schweißstellen erkennen, wie sie mit der die Klemmkräfte aus und sorgt andererseits für die beschriebenen Elektronenstrahlschweißmaschine vererforderliche Abdichtung der Hohlmatrizenränder an wirklicht werden können. Die Schweißnaht ist hier den Oberflächen der Werkstückteile, an die die als ein geschlossener Ring gezeigt, wobei, um prak-Matrizen zur Anlage gebracht sind, und weiter auch 4° tisch auftretende Verhältnisse zu nennen, der Außendafür, daß die Werkstückteile 38 und 40 innerhalb durchmesser einer Naht 13 mm und der Innendurchdes Klemmbereichs dichtend aneinander anliegen messer etwa 8 mm betragen kann. Die Schweißzone (s. F i g. 3). Die Querschnitte der Matrizen und ihrer ist demgemäß etwa 2,5 mm breit, und der gesamte Hohlräume sind dabei so geformt, daß die jeweilige Schweißzonenbereich beträgt etwa 60% der durch Schweißstelle völlig innerhalb der · Ränder der Ma- 45 den Außendurchmesser der Schweißnaht bestimmten trizen liegt, unabhängig davon, welche Ausbildung Fläche. Während einer derartigen Schweißung wird die zu erzeugende Schweißnaht im einzelnen haben die Elektronenstrahlerzeugungsvorrichtung so gesoll. Wenn beispielsweise bei einer Punktschweißung steuert und gegebenenfalls geregelt, daß es zu einer der Durchmesser der annähernd als Kreisfläche aus- Tiefe der Metallschmelzzone kommt, die der gegebildeten Schweißstelle 13 mm beträgt, dann wird 50 samten Werkstückdicke an der Schweißstelle entman die Matrizen 12 und 22 zweckmäßig mit einem spricht. Infolge der völligen Abdichtung der Schweiß-Außendurchmesser von 18 mm und einem Innen- stelle gegen die Umgebung vermag es auch nicht zu durchmesser von 11mm ausführen. Das bedeutet, einem Luft- bzw. Sauerstoffzutritt zur Schweißstelle daß die Matrizen aus einem Werkstoff entsprechen- zu kommen. Damit wird eine die Güte derartiger der Festigkeit und vor allem Härte bestehen müssen. 55 Schweißungen stark beeinträchtigende Oxydation Geht man von einem Anpreßdruck von 3500 Kilo- vermieden.

pond/cm², absolut gesehen, aus, so entsteht ein spe- Wenn aus bestimmten Gründen besonders kleine zifischer Klemmdruck von 460 Kilopond/cm² als und trotzdem feste Schweißstellen erforderlich sind, Voraussetzung dafür, daß der abgedichtete Ab- kann es vorteilhaft sein, die Schweißzonen nach Schluß zwischen den Matrizen und den Werkstücken 60 F i g. 6 auszubilden, in der zwei ringförmige und einerseits und den Werkstückteilen andererseits den koaxial zueinander angeordnete Schweißnähte geauftretenden Forderungen entspricht. zeigt sind. Dabei kann die äußere Schweißringzone

Nachdem auf diese Weise die zu verschweißenden einen Außendurchmesser von 13 mm und einen

Werkstückteile 38 und 40 zwischen den Matrizen 12 Innendurchmesser von 8 mm, die innere Schweiß-

und 22 eingeklemmt worden sind, werden die Ventile 65 ringzone einen Außendurchmesser von 6 mm und

15 und 26 geöffnet, und es wird die Kugel des Kugel- einen Innendurchmesser von nur 3 mm haben. Auch

ventils 51 in eine Stellung gebracht, in der die Aus- hierbei entspricht die Schweißzonenfläche etwa 60°/o

nehmung 47 freigelegt ist. Es bildet sich demgemäß der Fläche, die vom Außenumfang der größeren

Ringzone mit einem Durchmesser von rund 13 mm umschlossen ist.

Um die Wirksamkeit der Abdichtung zwischen den Werkstückteilen, durchweg Blechen oder Platten, an der Schweißstelle zu erhöhen, kann es zweckmäßig sein, zwischen die Bleche oder Platten eine Aluminiumfolie einzulegen, soweit nicht andere Werkstoffe infolge Vorliegens besonderer Verhältnisse zu bevorzugen sind. In jedem Fall muß ein solcher Folienwerkstoff gewählt werden, daß bei der Nieder-Schmelzung der Folie gegebenenfalls entstehende Beimischungen, Legierungsbildungen, feste Lösungen u. dgl. die günstigen Eigenschaften der die Schweiße bildenden Metalle nicht verhindern. Wenn es nicht möglich ist, zusätzliche Stoffe innerhalb der Schweißzone vorzusehen, besteht die Möglichkeit, einen geschlossenen Ring, beispielsweise aus Indiumdraht oder auch einem anderen geeigneten Werkstoff so anzuordnen, daß die Schweißzone von diesem Ring völlig umgeben ist, wobei derselbe wieder zwischen den zu verschweißenden Werkstückteilen, Blechen, Platten od. dgl. angeordnet wird. Wenn der Klemmdruck auf die Kiemmatrizen ausgeübt wird, dichtet der unter dem hohen Klemmdruck nachgebende dünne Draht die Schweißzone nach außen völlig ab, so daß beim Durchtritt des Elektronenstrahlbündels keine Möglichkeit besteht, daß Luft an der Verbindungsstelle der Werkstückteile eindringt. Mit Folien der angegebenen Art können auch die Werkstückoberflächen im Klemmbereich beschichtet sein, um auch hier die Abdichtwirkung zu erhöhen. Durch mehr oder weniger scharfe Kantenausbildung an den Matrizenvorderseiten kann das gleiche erreicht werden.

Wie die F i g. 5 und 8 zeigen, führt die Schweißung mit Hilfe eines Elektronenstrahlbündels zu einer vollständigen Durchdringung der zu verbindenden Werkstückteile, die sich dadurch anzeigt, daß an einander gegenüberliegenden Stellen der Schweißnähte bzw. Schweißpunkte wulstförmige Metallauf werf ungen auftreten. Eine derartige Aufwerfung 68 tritt an der in F i g. 1 untenliegenden Begrenzungsfläche des Werkstückteils 40 auf, während eine etwas größere Metallwulstaufwerfung 67 auch an der oberen Begrenzungsfiäche des oberen Werkstückteils 38 festzustellen ist. Wird eine derartige Aufwerfung 68 gemäß F i g. 5 oder 74 gemäß F i g. 8 an der unteren Begrenzungsfläche des unteren Werkstückteils 60 nach F i g. 5 oder 75 nach F i g. 8 festgestellt, so besteht Gewißheit darüber, daß es zur Bildung einer das gesamte Werkstück durchsetzenden Schweißschmelzzone gekommen ist. Damit ist eine optimale Haltbarkeit der Schweißstelle gegenüber auftretenden Beanspruchungen angezeigt.

Bei der Herstellung kreisringförmiger Schweißstellen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Energie während der Schweißperiode in bestimmter Weise zu dosieren. Das kann dadurch geschehen, daß die Energie zunächst nur allmählich gesteigert wird, um sie während einer darauffolgenden Zeitspanne im wesentlichen konstant zu halten und anschließend wieder allmählich abfallen zu lassen, und zwar bevor es zum Schließen des kreisringförmigen Verlaufs der Schweißnaht kommt. Hierdurch werden nachteilige Cavitationserscheinungen innerhalb der Schweiße vermieden. Eine derartige zeitliche Energiesteuerung ist jedoch nicht nur bei ringförmig geschlossenen, sondern auch bei punkt- bzw. flächenförmigen Schweißstellen vorteilhaft.

Im vorstehenden wurde ausgeführt, daß die absolute Größe der Klemmkraft, mit der die Matrizen an die Werkstückverbindung im allgemeinen angelegt werden, etwa 3500 Kilopond/cm² beträgt. Dieser Wert ist keine Konstante, sondern wird vorteilhaft als Funktion der Härte und der Festigkeit des Werkstoffes der zu verschweißenden Werkstückteile gewählt. Außerdem sind die Dicke der Werkstückteile an der Schweißstelle einerseits und die Ausbildung der Oberfläche an der Schweißstelle andererseits von Einfluß. So hat es sich herausgestellt, daß langgestreckte Schweißstellen, wie sie in den F i g. 7 und 8 gezeigt sind, die Festigkeit der Verbindung erhöhen. Gleicherweise sind solche Schweißungen geeignet, im Innern von Bauteilverschweißungen auftretende Spannungen gleichmäßiger zu verteilen. Für bestimmte Anwendungsfälle können jedoch auch andere Schweißnahtformen vorteilhaft sein.

Hinsichtlich der Möglichkeit, die Dichtheit im Bereich der Berührungszone zwischen zu verschweißenden Werkstückteilen zu erhöhen, ist darauf hinzuweisen, daß an der Kontaktstelle der Werkstückteile abdichtende Schichten vorgesehen werden können. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Matrizen mit der Sekundärseite eines Schweißtransformators zu verbinden, womit es möglich ist, kurze kräftige Stromimpulse zur Einwirkung zu bringen, mittels derer das im Bereich der Berührungsstelle der Werkstückteile liegende Metall erweicht wird, so daß es in Verbindung mit dem gleichzeitig einwirkenden Klemmdruck zu einem dichten Abschluß der Werkstückteile kommt.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronenstrahlschweißmaschine mit Elektronenstrahlerzeugungsgerät,Werkstückabstützung und unter Schließdruck an das Werkstück anlegbarer, das Vakuum an der Schweißstelle gegen die Atmosphäre abdichtender Ummantelung des Elektronenstrahles, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung ein nach Art eines Rohrstutzens ausgebildeter, den Elektronenstrahl mit dem Querschnitt des Schweißstellenflächenbereiches eng umgebender und an eine Vakuumpumpe (34) angeschlossener, erster Druckstempel (21, 22) ist, dem ein hohler, ebenfalls an eine Vakuumpumpe angeschlossener, koaxial zum ersten Druckstempel angeordneter, zweiter Gegendruckstempel (12, 13) der Werkstückabstützung (11) gegenüberliegt.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich erster Druckstempel (21, 22) und Halterung desselben gegenseitig über Kugelflächen (64) berühren und mittels einer Überwurfmutter (66) im Verhältnis zueinander festlegbar sind.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Elektronenstrahlerzeugungsgerät Richtspulenanordnungen zur räumlichen Versetzung des Elektronenstrahles innerhalb des ersten Druckstempels (21, 22) vorgesehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 109 553/242