DE2159221A1 - Schweissverfahren - Google Patents

Schweissverfahren

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Publication number
DE2159221A1
DE2159221A1 DE19712159221 DE2159221A DE2159221A1 DE 2159221 A1 DE2159221 A1 DE 2159221A1 DE 19712159221 DE19712159221 DE 19712159221 DE 2159221 A DE2159221 A DE 2159221A DE 2159221 A1 DE2159221 A1 DE 2159221A1
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DE
Germany
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electron beam
welded
welding
parts
metal parts
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Pending
Application number
DE19712159221
Other languages
English (en)
Inventor
Rudolf Knoll
Ekkehard Dipl Ing Koerner
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Publication date
Application filed by Licentia Patent Verwaltungs GmbH filed Critical Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/0046Welding
    • B23K15/0053Seam welding

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Description

  • "Schweißverfahren" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen zweier Matallteile miteinander, deren Abmessungen in der Größenordnung von wenigen mm liegen und die sich mit ebenen Flächen berühren, mit Hilfe eines energiereichen, scharf gebündelten Elektronenstrahl.
  • Das Verfahren richtet sich insbesondere an die Verschweißung von aus Einzelteilen aufgebauten mechanischen Filtern, die in Longitudinalrichtung schwingende Resonatoren aufweisen, und sei daher am Beispiel derartiger Filter näher erläutert.
  • Ein solches mechanisches Filter ist in der Fig, 1 dargestellt. Es besteht aus zwei elektromechanischen Wandlern 1, aus zwei Endstücken 2 aus Koppeldrähten 3., Eopp6lstUcken 4 und den eigentlichen Resonatoren 5. In dem einen elektromechanischen Wandler wird die elektrische Energie in Schallenergie umgewandelt. Diese regt über Endstücke 2 die Koppeldrähte 3 und die Koppelstücke 4 die Resonatoren 5 zu mechanischen Schwingungen an und durchläuft dabei das Filter0 Am anderen Endstück wird die Schallenergie wieder abgenommen und in einen zweiten elektromechanischen Wandler 1 in elektrische Energie rückgewandelt Die Gesamtanordnung mit Ausnahme der Wandler besteht aus einer Metallegierung, die zu 80% Nickel enthält. Sie läßt sich aus einem Stück drehen. Der Ausschuß in der Fertigung ist dabei Jedoch sehr groß, da sich die verwendeten Metallegierungen nur sehr schwer drehen lassen und die notwendigen Toleranzen von 0,01 mm an allen Einzelstücken eingehalten werden müssen.
  • Man ist daher beim Aufbau von Filtern größerer Bandbreite dazu#übergegangen, dieses aus Einzelteilen zusammenzusetzen die miteinander verschweißt werden. Zu diesem Zweck wurden die Koppeldrähte angespitzt, auf-die Stirnfläche des benachbarten Resonators bzw. Koppelstücks gesetzt und unter Druck miteinander verschweißt. Diesen Vorgang zeigen die Figuren 2a und 2b. Bei einem derartigen Anfbauverfahren erfolgt Jedoch ein echlecht zu kontrollierender Materialauftrag bei A wie in der Fig. 2b dargestellt, welcher Anderungen in der Filterkurve hervorruft. Außerdem wird in der Umgebung von A, die in der Fig. 2b durch gestrichelte Linien abgegrenzt ist, durch den Schmelzvorgang beim Schweißen die Kristallstruktur in den Einzelteilen in hohem Maß gestört.
  • Hierdurch ergeben sich Anderungen in der ßchallgeschwindigkeit die nicht vorherbestimmt werden können und die die Filtereigenschaften ebenfalls beeinflussen. Weiterhin hat dieses Verfahren den Nachteil, daß - sofern die Stirnfläche -des Resonators 5 bzw. des Koppelstücks 4 abgedreht ist - der Schweißvorgang durch einen ggf. in der Mitte des Resonators bzw..
  • Koppelstücks verbliebenen Drehpimpels erschwert ist. Abhilfe könnte geschaffen werden, indem man die St irnfläche nicht abdreht sondern abschleift. ßchmalbandige Filter lassen sich dennoch nicht auf diese Weise herstellen, da der Schweißvp-rgang zu viele unkontrollierbare Toleranzen zurückläßt. Diese zwar vom Schweißen herrührenden Toleranzen lasten sictyin den Griff bekommen, wenn man die beiden Teile mit Flächen hoher Güte aneinanderfügt - also- keines der Teile mit einer Spitze ausbildet - und die Fuge zwischen den Teilen mit einem energiereichen, scharf gebündelten Strahl, etwa einem Elektronen- oder,LaserstriEl bestrahlt. Dieses Schweißverführen ist bekannt. Man bewegt dabei den Strahl in der Fuge so, daß über die gesamte Berührungsfläche eine Verschweißung der.
  • Teile stattfindet. Dieses Verfahren ist am Beispiel eines Filterausschnitts in Fig. 3 beschrieben. Der Koppeldraht 3 und der Resonator 5 werden mit ihren geschliffenen Stirnflächen aneinandergesetzt und mit Hilfe eines Elektronenstrahls, der in den Berührungsschlitz einfällt und in der von der Berührungsfläche angegebenen Ebene bewegt wird, miteinander verschweißt. Bei einem Filter, das aus sehr vielen Einzelteilen aufgebaut ist, wie es z. B. die Fig. 1 zeigt, ergeben sich Jedoch hierbei Schwierigkeiten, wenn solche Filter rationell gefertigt werden sollen. Es müßte dann nämlich der Elektronenstrahl jeweils auf die Ebenen der åeweiligen Berührungsflächen genau Justiert werden. Da der Elektronenstrahl nur einen Durchmesser von wenigen /u hat, die Fertigungstdleranzen jedoch in der Größenordnung von 0,01 mm pro Einzelteil liegen und diese sich über die gesamte Filterlänge in nicht vorsehbarer Weise auf- oder abbauen, kann dieser Vorgang nicht automatisiert werden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein unter Terwendung eines solchen Elektronenstrahls arbeitendes Schweißverfahren anzugeben, das eine rationelle Fertigung zuläßt, Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Elektronenstrahl in des Umgebung der miteinander zu verschweißenden Flächen senkrecht zu dieser Fläche derart bewegt wird, daß von ihm diese Fläche mit Sicherheit getroffen wird und daß die Bewegungsgeschwindigkeit so gewählt ist, daß bei der gegebenen Intensität des Strahles der von diesem getroffene Materialbereich der zu verbindenden Teile schmilzt. Dabei kann der Elektronenstrahl in einer Richtung einfallen, die in einer Ebene liegt, die mit den zu verschweißenden Flächen parallel ist. Der Strahl kann mit den zu verschweißenden Flächen Jedoch auch einen Winkel bilden.
  • Es sind heute Elektronenquellen zur Hand, deren Strahl auf zwei bis sieben /u Durchmesser gebündelt werden kann und die so energiereich sind, daß sie Metall in einer Tiefe von mehreren mm im Bruchteil einer Sekunde zum Schmelzen bringen.
  • Eine solche Strahlenquelle für die vorgenannte Aufgabe her-;^angezogen ergibt den Vorteil, daß aufgrund dieser zeitlichen Kürze, mit der eine Schweißung durchgeführt werden kann, die nähere Naterialumgebung sich nicht erwärmt und damit das Kristallgefüge um die Schweißstellen herum nicht gestört wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also in dem. Resonator zunächst nur eine Materialsäule zum Schmelzen gebracht. Da gemäß der Erfindung Strahlenquelle und zu verschweißende ObJekte gegeneinander bewegt werden, wobei bei dem vorliegenden Filter diese Bewegung in Filterlängsrichtung erfolgt, wird in dem Resonator und später in dem Koppeldraht, oder umgekehrt, nur eine scheibenförmige Ebene in Längsrichtung von wenigen /u Stärke geschmolzen. Die Verschweißung selbst besteht aus einer Linie, deren Breite vom Strahldurchmesser abhängig ist. Es werden also nicht die vollen Flächen verschweißt. Sollte diese Schweißverbindung in mehrfachen Fällen nicht ausreichend sein, kann die Schweißung wiederholt werden, wobei man das Filter mit seiner Längsachse als Drehachse gegenüber der Strahlenquelle verdreht. Man erhält auf diese Art und Weise zwei oder ggf.
  • mehr sich kreuzende Schweißlinien. Man kann hierbei so vorgehen, daß man das Filter kontinuierlich um seine Längsachse dreht und den Strahl mit einer von der Drehgeschwindigkeit abhängigen Frequenz längs des Filters in der Schweißstellenumgebung längs dem Filter hin und her bewegt. Die. Kristallstruktur ist aufgrund des geringen Strahldurchmessers nur in verschwindend geringem Maße gestört.
  • Wenn man aus zwei oder mehr Richtungen der vorgenannten Art gleichzeitig schweißt, dann ergibt sich infolge des Wärmeüberschusses am Kreuzungspunkt der beiden Linien, daß am Kreuzungspunkt auch die nähere Umgebung des Materiales schmilzt.
  • Dies kann u. U. von Vorteil sein (größere Festigkeit und.
  • geringere Koppeldämpfung).
  • Für die Bewegung des Elektronenstrahles bezüglich der Filterlängsachse genügt es, wenn diese Bewegung nicht wesentlich größer ist als die zu erwartenden Toleranzen an den Schweißstellen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es, dann möglich, die Strahlenquelle entlang einer Vorrichtung, in die sämtliche Filtereinzelteile eingespannt sind, zu führen und in den Umgebungen der Schweißstellen entsprechend der zu erwartenden Toleranzbreite einzuschalten. Da das Schweißen mit einem Elektronenstrahl im evakuierten Raum erfolgen muß, gewinnt man damit den erheblichen Vorteil, daß für die Schweißung eines kompletten Filters nur ein einziger Pump vorgang notwendig wird. Es ist sogar möglich, mit einer entsprechenden Anzahl von Haltevorrichtungen mehrere Filter parallel und/oder in Reihe in den evakuierten Schweißraum einzubringen und mit einem Pumpvorgang mehrere Filter zu schweißen. Bei einem Verfahren, wo der Strahl vor Jedem Einzelschweißvorgang auf die Schweißstelle Justiert werden müßten ist das nicht möglich.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sei am Beispiel der Fig 4 näher erläutert. In der Fig. 4 bedeutet 3 wieder einen Koppeldraht, der mit einem benachbarten Resonator 5 zu verschweißen ist. Ein Elektronenstrahl 6, der aus einer Elektronenstrahlquelle 7 stammt, dringt in den Resonator ein und bringt in diesem eine Materialsäule zum Schmelzen.
  • Dieser Vorgang beginne in der Stellung 3. Die Strahles quelle 7 wird in Längsrichtung der Resonatoranordnung bewegt bis zur Stellung C. Sie hat damit im dargestellten Beispiel die Berührungsflächen der beiden Einzelteile 3 und 5 passiert und diese miteinander verschmolzen. Es entsteht eine Schweißlinie 8, wie sie in Fig. 5a dargestellt ist und dort schraffiert hervorgehoben ist. Die Fig. 5b zeigt das Schweißbild gleichfalls im Querschnitt, das durch nachfolgendes Verschweißen aus einer um 900 verdrehten Richtung entstanden ist. Die Fig. 5c zeigt ein Schweißbild, wie es bei gleichem Verschweißen aus zwei um 90°\verdrehten Richtungen mit Hilfe zweier Elektronenstrahlquellen erhalten wird.
  • Der Strahleinfall braucht nicht parallel zu der von den Berührungsflächen angegebenen Ebene erfolgen, sondern kann mit dieser einen Winkel a einschließen, wie die Fig. 6 zeigt.
  • Das erfindungsgemäße Schweißverfahren ist ebenso geeignet, solche Einzelteile miteinander zu verschweißen, bei denen der eine, wie in der Fig. 7 dargestellt ist, ausgedreht ist.
  • Anstelle eines Elektronenstrahles kann für die Verschweißung in gleicher Weise ein Laserstrahl verwendet werden.

Claims (1)

  1. P a t e n t a n 8 X r ü c h e
    1.) Verfahren zum Verschweißen zweier Metallteile miteinander, deren Abmessungen in der Größenordnung von wenigen Millimetern liegen und die sich mit ebenen Flächen berühren, mit Hilfe eines energiereichen, scharf gebündelten Elektronenstrahls, dadurch'gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl in der Umgebung der miteinander zu verschweißenden Flächen senkrecht zu dieser Fläche derart bewegt wird, daß von ihm diese Fläche mit Sicherheit getroffen wird, und daß die Bewegungsgeschwindigkeit so gewählt ist, daß bei der gegebenen Intensität des Strahles der von diesem getroffene Materialbereich der zu verbindenden Teile schmilzt.
    2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl in einer Richtung einfällt die in einer Ebene liegt, die mit den zu verschweißenden Flächen parallel ist.
    5.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit den zu verschweißenden Flächen einen Winkel bildet.
    4.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißvorgang am gleichen ObJekt einmal oder öfter wiederholt wird, derart, daß bei jedem Schweißvorgang die zu verschweißenden Teile gegenüber dem Elektronenstrahl#verdreht sind, wobei die Senkrechte zur Ber#hrungsfläche die Drehachse ist.
    5.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit mehrer'en aus verschiedenen Richtungen gleichzeitig einfallenden Elektronenstrahlen geschweißt wird.
    6.) Verfahren nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus zwei um 900 versetzten Richtungen geschweißt wird.
    7:) Abänderung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahl ein Laserstrahl verwendet wird.
DE19712159221 1971-11-30 1971-11-30 Schweissverfahren Pending DE2159221A1 (de)

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DE (1) DE2159221A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5653812A (en) * 1995-09-26 1997-08-05 Monsanto Company Method and apparatus for deposition of diamond-like carbon coatings on drills

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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