DE1615443C2 - Strahl-Schweißverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Strahl-Schweißverfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei dem bekannten Elektronenstrahl-Tiefschweißverfahren, wie es in der DE-PS 10 87 295 beschrieben ist wird das Werkstück zu Beginn des Schweißvorganges mit einem Strahl hoher Energie durchstoßen, wobei sich eine den Strahl umgebende Dampfkapillare bildet die durch den Dampfdruck des durch den Strahl verdampften Werkstückmaterials offengehalten wird. Beim Schweißen einer Naht das im wesentlichen mit den gleichen Strahlparametern erfolgt die auch für das Durchstoßen verwendet worden waren, wandert diese Dampfkapillare mit dem Strahl entlang der Schweißbahn. Da in der Schweißkapillare ein für ihr Offenhalten erforderlicher Dampfdruck benötigt wird, muß der Strahl beim bekannten TTlefschweißen eine verhältnismäßig hohe Energie haben und das Werkstückmaterial zum Teil über die Verdampfungstemperatur erhitzen. Das die Dampfkapillare umgebende Werkstückmaterial ist daher sehr heiß und dementsprechend dünnflüssig, außerdem treten in ihm wegen des erheblichen Energieumsatzes starke Strömungen auf, was beides die Neigung des geschmolzenen Werkstückmaterials, aus dem Schweißbereich herauszufließen, fördert

Aus der DE-PS 10 87 295 ist es auch bekannt die Relativgeschwindigkeit zwischen Strahl und Werkstück in Abhängigkeit von der Ladung zu regeln, die der Strahl nach Durchdringen der zu verschweißenden Werkstücke an eine in Strahlrichtung hinter diesen angeordnete Elektrode abgibt Die Regelung soll dabei so erfolgen, daß der Strahl die beiden Werkstücke immer in demselben Maß durchdringt Zu Beginn des Schweißvorganges durchstößt der Strahl die Werkstükke plötzlich und praktisch ohne jeden Übergang unter der Bildung der Dampfkapillare, so daß die Vorschubgeschwindigkeit dann augenblicklich auf den Nennwert ansteigt

Es ist ferner Gegenstand des älteren Patents 15 65 865, den Strahl in eine durch das Werkstückmaterial gehende, vorgebildete Eintrittsöffnung einzuführen, die dann vom Strahl längs der Schweißnaht mitgeführt wird. Dabei schmilzt Werkstückmaterial an der Seite der öffnung ab, auf die der Strahl zuwandert, und das abgeschmolzene Werkstückmaterial fließt unter der Wirkung der Oberflächenkräfte zu der Seite der öffnung, von der der Strahl wegwandert, wo es dann unter Bildung der Schweißnaht erstarrt Zwischen dem Strahl und der Öffnung stellt sich dabei ein gewisser Gleichgewichtszustand ein, da bei zunehmendem Durchmesser der öffnung die Energieübertragung vom Strahl auf die Wandung der Öffnung abnimmt während bei abnehmendem Durchmesser der Öffnung die Materialverluste durch aus der Öffnung herausdampfendes oder herausspritzendes Werkstückmaterial zunehmen. Das im Mittel verlorengehende Werkstückmaterial wird durch die beim Schweißen auftretenden Schrumpfungen im wesentlichen ausgeglichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 hinsichtlich des Überganges vom Herstellen der tiefen öffnung zum Schweißen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst

Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen eines solchen Verfahrens.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung werden also beim Bilden der Eintrittsöffnung andere Strahl- und Vorschubparameter verwendet als beim nachfolgenden Schweißen der Naht Dadurch wird vermieden, daß beim Schweißen zu viel Material verlorengeht oder der Schweißvorgang in einen reinen Schneidvorgang umklappt was im allgemeinen eintritt wenn man mit Verfahrensparametern, die zum Bohren einer Eintrittsöffnung ausreichender Größe geeignet sind, auch beim nachfolgenden Schweißen arbeitet -

Es hat sich gezeigt daß sich für praktisch alle Werkstückmaterialien und Werkstückdicken die gegenüber der nachfolgenden normalen Bearbeitung erforderlichen Änderungen der Strahldaten und der Strahlführung ohne Schwierigkeiten experimentell ermitteln lassen; die Ergebnisse dieser Ermittlungen können beispielsweise in Form einer Tabelle oder einer graphischen Darstellung für verschiedene Werkstückdicken und/oder Werkstückmaterialien übersichtlich zusammengestellt werden, so daß die bei einer speziellen Bearbeitung erforderlichen Betriebskenngrößen einfach abgelesen werden können.

Vorzugsweise wird während der Herstellung der Eintrittsöffnung der Energiestrahl mit erhöhter Leistung betrieben, und vor dem Übergang zur normalen Bearbeitung wird die Leistung auf den dafür erforderlichen niedrigeren Wert herabgesetzt Zur Herstellung der Eintrittsöffnung kann der Energiestrahl auch in einer Kreisbahn bewegt werden, deren Durchmesser etwa dem Durchmesser der gewünschten Eintrittsöffnung entspricht

In der folgenden Tabelle sind für das Schweißen von rostfreiem Stahl mit einem Elektronenstrahl die zum Herstellen der Eintrittsöffnung (»Bohren«) und zum normalen Schweißen (»Schweißen«) geeigneten Arbeitsdaten zusammengestellt Nach dem Herstellen der Eintrittsöffnung werden die zum Schweißen geeigneten

Strahldaten eingestellt und der Strahl etwa 0,5 Sekunden lang angehalten, bevor er zwecks Ausführung des Schweißvorganges mit der angegebenen Schweißgeschwindigkeit weiterbewegt wird. Entsprechende Tabellen lassen sich auch für beliebige andere Werkstoffe und Werkstoffdicken anfertigen. Es liegt auf der Hand, daß statt der Tabellen auch graphische Darstellungen benutzt werden können.

Bohren

Werkstückdicke

Strahlspannung

kV

Strahlstrom

mA

Mittlerer Strahldurchmesser

mm

Schweißen

Strahlspannung

Sekunden kV

Strahlstrom

mA

Mittlerer Schweiß-Strahl- geschwindigdurchmesser keit

mm

mm/Sek.

150

0,2

150

15

0,3

Patentschutz wird nur begehrt jeweils für die Gesamtheit der Merkmale eines jeden Anspruches, also einschließlich seiner Rückbeziehung.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Strahlschweißverfahren, insbesondere Elektronenstrahlschweißverfahren, mit einem in eine tiefe öffnung hineinreichenden Strahl, welche durch den für das nachfolgende Schweißen dienenden Strahl erzeugt wird und welche bei Bewegung des Strahls relativ zum Werkstück längs einer gewünschten Schweißbahn mit dem Strahl mitwandert, dadurch gekennzeichnet, daß im Vergleich zum nachfolgenden Schweißen der Strahl zur Herstellung der tiefen öffnung mit erhöhter Energie auf das Werkstück einwirkt und daß vor dem Übergang zum Schweißen der bereits auf die dafür geeigneten Parameter eingestellte Strahl vorübergehend in der hergestellten tiefen öffnung angehalten wird, bis sich der für das Schweißen erforderliche Gleichgewichtszustand zwischen dem Strahl und der Wandung der hergestellten tiefen öffnung eingestellt hat

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl während der Herstellung der tiefen öffnung mit erhöhter Leistung betrieben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl zur Herstellung der tiefen öffnung in einer Kreisbahn bewegt wird, deren Durchmesser etwa dem Durchmesser der tiefen öffnung entspricht