DE1849774U - Vorrichtung zum schweissen von metallen und nichtmetallen bei normaldruck. - Google Patents

Description

• "Vorrichtung zum Schweißer von Metallen

  und Nichtmetallen bei Normaldruck"

  Es ist bekannt, Elektronen unter Veuum zu erzeugen und damit

  unter VaLe-num vorzur-ab-cen. Vo=ichtungen dieser

  Ast gestatten es dünne und dicke Werkstücke aus Metall oder

  Nichtmetall zu schweißen bzu. zu vrbinden ohne Flußmittel

  und Zusatzmaterial zu verwenden. Hochgereinigte Metallet die

  s. B. durch Schmelzen unter einem Druck kleiner als 10"'Torr

  gereinigt vurden lassen sich unte gleichem Druck, bei dem sie

  geschmolzen wurden, sehr gut durch Elektronenstrahlen schweißens

  Dies beruht darauf, daß nach dem Schmelzen unter Vakuum keine

  Gase mehr frei werden ; die beim Schweißen ssur Porenbildnng

  fiihren< Man erhält somit porenfrei 3 Schweißnähte.

  Anderssieht es aus v/e m Metalle die nicht durch Schmelsen

  hergestelli ; wurden LI-zrch Blektronenstrahlenunter

  Vakuum geschweißt werden. Bei diesem Vorgang werden eingeschlossene

  Gasezum Teil frei und verlassen uter Verspritzen von Metallteil-

  cen die Scheißzone. Der Rest der Gase kann bei dem normaler-

  weise kursseitigen Aufsohmeisen niht so schnell entkommen und

  dehnt sich entsprechend dem geringen auf ihm lastenden Druck aus.

  Beim späteren Erstapren des Metalle ird das Gas dann in Form von

  gSSeres Gasblasen eingefroren. Maa erhält dadurch Schweißnähte

  die von größeren Poren durchseist ind< Dies wirkt sich auf die

  Festigkeit sehr nachteilig aus nsd ist bei Festigkeitsunter-

  suchungen und Biegeproben schnell : m entdecken

  Ein weiterer Nachteil des Schweißens unter Vakuum ist der große Aufwand für die maschinellen Vorrichtungen zum Einspannen und Bewegen der Schweißstücke in einem entsprechend großen Vakuumbehälter. Das Einbringen in einen solchen Behälter ist bei

  großen Vierkstücken.. wie z. B. Tragflächen von Flugzeugen. meist

  nicht möglich.
• Es ist daher naheliegend, nach einem Ausweg zu suchen, der sowohl große Gasblasen in der Schweißnaht verhindert als auch den relativ großen Aufwand an Vakuumausrüstung und maschinellen Vorrichtungen erübrigt. Dies erreicht man bei vorentgasten Stoffen : ; wenn man die Schweifung bei normalem Atmosphärendruck : durchführt.
• Hierbei ist es nötig, den Elektronenstrahl aus seinem evakuierten Erzeugungsraum an die Atmosphäre herauszuführen. Dies geschieht praktischerweise durch eine Öffnung und eine Druckstufenstrecke, da nur so die nötige Strahl- und Energiekonzentration erreicht werden kann. Solche Einrichtungen sind unter der technischen Bezeichnung "Elektronenstrahlgeneratoren" bekannt. Sie bilden den Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung ; in ihnen wird ein Elektronenstrahl unter Vakuum erzeugt und über Druckstufen in die Atmosphäre oder in überdruckkammern geschossen. So können

  z. B. Elektronen durch Spannungen bis zu 200 kV beschleunigt und

  über eine Austrittsdüse von 0, 3 bis 1 mm Durchmesser in die

  Atmosphäre austreten. Dabei ist es mögliche Elektronenstrahl-

  ströme von 20 mA und mehr zu erzeugen. Um die Austrittsdüse vor Verunreinigungen zu schützen, wird oft in die erste Kammer ein Schutzgas eingeleitete so daß in ihr der Druck zumindest gleich dem im Verwendungsraum der Elektromenstrahlen ist. Die Austrittsdüse wird dann mit einem Schutzgasstrom gespült, der aber nicht ausreicht ; das Werkstück beim Schweißen von Oxydation oder gar-Verbrennung zu schützen « Bei anderen Schweißverfahren, z. B. dem Lichtbogenschweißen, wird schon Schutzgas verwendet, das der Schweißzone zugeführt wird.

  Inmanchen Fällen, z. B. dem"Arcatom-"Verfahren brennt ein Licht-'

  bogen in diesem Schutzgas, wodurch außer dem Schutz gegen Oxydation auch eine bessere Schweißung erzielt wird.
• Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, diese bekannte Benutzung eines Schutzgases für das Schweißen mit Elektronenstrahlen nutzbar zu machen. Dies erreicht man, indem man um die Austrittsdüse eines Elektronenstrahlgenerators einen Ringkanal mit einer ringförmigen oder mehreren kreisförmig angeordneten Öffnungen anbringt, der durch eine Zuleitung mit dem Schutzgas versorgt wird. Das Schutzgas strömt parallel und in Richtung des Elektronenstrahles aus. Die Wurzelseite der Schweißnaht wird zusätzlich durch einen eirbelfreien Schutzgasstrom abgedeckt.
• Der Abstand zwischen Austrittsdüse und Werkstück soll dabei nach Möglichkeit nicht größer als 10 mm sein, weil die Elektronen auf ihrem Weg durch freiwerdende Metalldämpfe und Gase bereits gebremst und gestreut werden, wobei sie auf das Werkstück treffen.
• Als Beispiel sei angeführt, daß ein Edelstahlblech von 2 mm Dicke bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 30 cm/min mittels einer Beschleunigungsspannung von 90 kV und einem Elektronenstrahlstrom von 74 mA einwandfrei durchgeschweißt wird. Ein Schliffbild der Schweißnaht zeigt in der Mitte der Schweißnaht eine deutliche Einengung gegenüber der Eintritt-und Austrittstelle des Elektronenstrahles. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, daß sich um den Elektronenstrahl im Inneren des Werkstückes ein positiver Ionenschlauch bildet, der zu einer Konzentration des Elektronenstrahles führt, ähnlich wie es bei Fadenstrahlen

  bekanntist.

• Die beiliegende Zeichnung stellt eine erfindungsgemäße Vorrichtung dar.
• Der schematisch dargestellte Elektronengenerator besteht aus einem Gehäuse 1 mit den drei Kammern 2, 3 und 4, die durch die Vakuum-

  leitungen 5, 6 und 7 dauernd evakuiert werden. In ihnen herrschen

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  beispielsweise Drucke von rund 10 49 md 1 Torr.

• In der innersten Kammer 2 befindet sich der Heizdraht 10, der die Elektronen erzeugt und sich auf einer Spannung von beispielsweise -90 kV gegenüber dem geerdeten Gehäuse 1 befindet. Zu seiner Isolation ist er daher in dem meist keramischen Isolator 11 eingesetzt. Der Elektronenstrahl 12 wird durch nicht gezeigte bekannte elektrostatische oder magretische Mittel konzentriert.
• Er geht nacheinander durch die Blende 13 in der Zwischenwand 9 und die Blende 14 in der Zwischenwand 10. Weiterhin tritt er

  dann durch die Austrittsoffnusg 15 in der Vorderplatte 16 in die

  Atmosphäre. An dieser Stelle ist es zweckmäßig, in bekannter Weise eine kleine Kammer 17 vorzusehen, der über die Leitung 18 ein Schutzgas oder auch die aus der Kammern 2, 3, 4 abgesaugte Luft zugeführt wird. Der Druck in der kleinen Kammer 17 wird gleich oder-ein wenig höher als der Außendruck gemacht, um das Eindringen von Staub und unerwünschten Dämpfen in die Kammern 2, 3s 4 zu verhindern. Der Außendruck wird im folgenden als Atmosphärendruck bezeichnet ; er kann aber auch etwas darunter oder darüber liegen, also z. B. 50C Torr oder 2 At betragen. Er wird je nach dem zu schweißenden Metall und der nötigen Temperatur entsprechend gewählt.
• In der Zeichnung ist ein Elektronenstrahlgenerator der bisher üblichen Bauart dargestellt. Vor seine Vorderwand 16 ist ein Konstruktionsteil 20 gesetzt, z. B. angeschraubt. Dieses Teil 20 besitzt an der Stelle, an der der Elektronenstrahl 12 durch die

  Vorderwand 16 austritt ein LochS. Außerdem ist der Ringkanal 22

  eingearbeitet, der in Strahlri&htus den ringförmigen Austritts-

  spalt 23 besitzt durch den das Schutzgas austreten kann, das

  durch die Leitung 24 zugeführt wird. Dieser Ringkanal 22 kann

  ., kanal 22 kann

  vorteilhafterweise in die Vorderplate 16 des Elektronengenarators

  eingearbeitet sein. Das Schutzgas, d B. Argon oder Helium um----

  gibt dann den Strahl 12 als ein Hülle die den Zutritt von Luft (Sauerstoff) und schädlichen Dämpfen zu seiner Auftreffstelle nicht gestattet.
• Der Strahl trifft dann auf das Werkstück 25 auf, das in dem dargestellten Beispiel aus den beiden Peilen 25 a und 25 b besteht, die miteinander verschweißt werden 3ollen und zu diesem Zweck durch die Spannvorrichtung 26 in ih@er gegenseitigen Lage festgehalten werden. Diese Spannvorrichtung besitzt auf der Rückseite des Werkstücks 25 an der Stelle des Schweißpunktes oder der Schweißnaht einen Kanal 30, de@ durch die Leitung 31 ebenfalls mit einem Schutzgas beschickt wird. Dieses Schutzgas schützt die Rückseite der Schweißstelle bei der hohen Erhitzung

  durch den Elektronenstrah112 vor Diner Oxydierung..

  Das Schweißverfahren und die geseifte Vorrichtung gestatten bei

  sehr großen Werkstücken dieses fet anzuordnen undcn Schweiß-

  apparat zu bewegen.. Sie vermeidet dabei all die Schwierigkeiten die bei Bewegungseinrichtungen innerhalb von Hochvakuumgefäßen auftreten.

Claims (4)

1. Schutzanspriche 1. Vorrichtung zum Schweißen von Metallen und Nichtmetallen bei etwa Normaldruck unter Verwendung eines Schutzgases, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schweißes mittels Elektronenstrahlen (12) vor der Austrittsdüse (15) eines Elektronenstrahlgen rators ein den Strahl (12) umgebender Ringkanal (22) mit einer in Strahlrichtung angeordneten ringförmigen oder mehreren kreisförmig angeordneten Öffnungen (23) angebracht ist, der durch eine Leitung (24) mit dem 3chutsgas versorgt wird.
2. 2. Vorrichtung zum Schweißen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung (26) für das zu schweißende Werkstück (25) an der Schweißstelle mit einem Kanal (30) versehen ist, der durch eine eine (31) ebenfalls mit dem Schutz- gas versorgt wird.
3. 3. Vorrichtung zum Schweißen nach A@spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Austrittsdüse (15) und dem zu schweißenden Werkstück we@iger als 20 mms vorzugsweise weniger als 10 mm, beträgt.
4. 4. Vorrichtung zum Schweißen nach a2spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (22) in die Vorderplatte (16) des Elektronengenerators eingearbeitet ist.