DE2852583A1

DE2852583A1 - Energieschweissverfahren und einrichtung zu seiner durchfuehrung

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Publication number: DE2852583A1
Application number: DE19782852583
Authority: DE
Inventors: Karl Heinz Dipl Ph Steigerwald
Original assignee: Steigerwald Strahltecknik GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1977-12-05
Filing date: 1978-12-05
Publication date: 1979-06-07
Also published as: IT1106140B; GB1604240A; IT7852182A0; FR2410530A1; US4272665A; JPS5486449A

Description

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P 94-DE/PAT

10219DE/AT Dr.v.B/Schä

Steigerwald Strahltechnik GmbH Haderunstrasse 1a, 8000 München 70

Energiestrahlschweißverfahren und Einrichtung zu seiner Durchführung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energiestrahl schweißverfahren gemäß Anspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Einrichtung, insbesondere eine Elektronenstrahlschweißmaschine, zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Beim Verschweißen zweier Werkstückteil ränder einer Werkstückanordnung, die eine Fuge wechselnder Breite bilden, mittels eines Energiestrahles, insbesondere Elektronenstrahles, ist es bekannt, den Strahl mehr oder weniger periodisch quer zur Längsrichtung der zu verschweißenden Fuge abzulenken ("wedeln"). Die von Spitze zu Spitze gerechnete Amplitude der Querablenkung

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muß am Ort der Fuge mindestens gleich, vorzugsweise etwas größer sein als die maximale Breite der Fuge, um eine annehmbare Schweißnaht im wesentlichen gleichbleibender Breite zu bilden. Ferner muß in den Schweißbereich ein Zusatz- oder Füllmaterial eingeführt werden, um die Fuge auszufüllen. Es ist ferner aus der DE-AS 12 70 708 bekannt, die pro Längeneinheit der Fuge zugeführte Menge des Zusatzmaterials, also kurzgesagt die Zuführungsgeschwindigkeit des Zusatzmaterials, in Abhängigkeit von der Breite der Fuge zu steuern.

Unter den oben erwähnten Bedingungen ist der Energiebedarf für die Herstellung eines Stückes vorgegebener Länge der Schweißnaht (Streckenenergie)zwar im wesentlichen konstant, es ändern sich jedoch die örtlichen Verhältnisse des Energiebedarfs. Wenn die Breite der Fuge und damit die Zuführungsgeschwindigkeit des Zusatzmaterials klein sind, wird die Energie des Energiestrahls hauptsächlich zum Aufschmelzen der Werkstückteil ränder benötigt. Bei großer Breite der Fuge und mithin hohen Vorschubgeschwindigkeiten des Zusatzmaterials ist hingegen ein wesentlicher Teil der Strahlenergie zum Aufschmelzen des Zusatzmaterials erforderlich.

Es ist aus der US-PS 31 31 289 bekannt, die Schwingungsform des periodischen Signals, das die Querablenkung eines Elektronenstrahls über eine zu verschweißende Fuge steuert, zu ändern. Hierdurch wird jedoch lediglich die Energieverteilung quer zur Fuge beeinflußt und nicht die Energieverteilung längs derFuge, wie es erforderlich ist, um die Energieverteilung an die wechselnde Fugenbreite anzupassen.

Aus der US-PS 34 17 223 ist ferner ein Elektronenstrahlschweißverfahren bekannt, bei dem ein Zusatzmaterial in den Schweißbereich eingeführt wird. Bei manchen Ausführungsformen dieses bekannten Verfahrens wird der Anteil der Strahl energie, der vom Werkstückmaterial aufgenommen wird, und der Anteil der Strahl energie, der von Zusatzmaterial aufgenommen wird, durch eine entsprechende Ablenkung des Strahls gesteuert, der in einer ersten Stellung hauptsächlich das Werkstückmaterial und in einer zweiten Stellung hauptsächlich das Zusatzmaterial trifft, Eine Anpassung der Energieverteilung zwischen Werkstückmaterial und Zusatzmaterial in Abhängigkeit von . der Breite einer zu verschweißenden Fuge oder irgendeine andere Steuerung der

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Energieverteilung sind im bekannten Falle jedoch nicht vorgesehen.

Eingehende Untersuchungen der Verhältnisse beim Energiestrahl schweißen insbesondere Elektronenstrahlschweißen mit Zusatzmaterial haben jedoch gezeigt, daß Schweißnähte optimaler Qualität nur dann erzielt werden können, wenn dem von der Breite der Fuge abhängigen Verhältnis des Energiebedarfes zunAufschmelzen des Zusatzmaterials und des Werkstückmaterials Rechnung getragen wird. Aufgrund dieser Erkenntnisse liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung anzugeben, durch die den wechselnden Verhältnissen bei wechselnder Breite einer zu verschweißenden Fuge Rechnung getragen werden kann und einwandfreie Schweißnähte auch bei stark wechselnder Fugenbreite erzielt werden können, wie es insbesondere beim Verschweißen von Werkstücken mit größerer Dicke, beispielsweise 50 mm und darüber, oft der Fall ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren der eingangsgenannten Art mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Die Unteransprüche betreffen Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sowie vorteilhafte Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.

Bei einem Energiestrahl-vorzugsweise Elektronenstrahl schweißverfahren gemäß der Erfindung.

Bei einem Energiestrahl- vorzugsweise Elektronenstrahlschweißverfahren gemäß der Erfindung wird also die aufgrund der in Abhängigkeit von der Fugenbreite kontinuierlich veränderten Zusatzmaterialmenge erforderliche, kontinuierliche Veränderung der Energieeinbringung und -verteilung längs des Schweißweges durch variable Periodizität und/oder durch intermittierenden Verlauf einer durch funktionell Änderung ihrer Längs- und Querkomponenten definierten j mehr oder weniger periodischen Oszillationsbewegung des Energiestrahls bewerkstelligt. Die Ablenkung des Elektronenstrahls enthält dabei auf alle Fälle eine Querkomponente solcher Amplitude, daß die maximale Breite der Fuge und zusätzlich noch angrenzende Teile der Werkstückränder erfaßt und

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auf diese Weise ein einwandfreies Verschmelzen der Werkstückränder gewährleistet ist.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 bis 4 graphische Darstellungen der Amplitude einer Querablenkung eines Elektronenstrahls in Abhängigkeit von der Zeit;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung;

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung und

Fig. 6a eine schematische Darstellung eines Teiles einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Zur Durchführung der Erfindung kann im Prinzip jede Strahl schweißmaschine verwendet werden, die eine Vorrichtung zum Zuführen von Zusatzmaterial in den Schweißbereich und eine Vorrichtung zur Messung der Breite oder des Querschnittes der Fuge längs der zu bildenden Schweißnaht enthält. Ferner muß eine zusätzliche Anordnung vorgesehen sein, um die erfindungsgemäße Steuerung der Strahlablenkung zu bewirken.

In den Figuren 1 und Z ist schemätisch der zeitliche Verlauf von Ablenksignalen dargestellt, mit denen ein Elektronenstrahl in einer Elektronenstrahlschweißmaschine quer zur Längsrichtung der Schweißnaht abgelenkt wird. Entsprechend sind auch die Auslenkungen des Elektronenstrahls von einer mittleren Strahl richtung, die vorzugsweise auf die Mitte der Fuge zwischen den beiden zu verschweißenden Werkstückteil rändern einer Werkstückanordnung gerichtet ist. Der Elektronenstrahl wird bei dem Verfahren gemäß Fig. 1 und 2 jeweils impulsartig kurzzeitig in abwechselnden Richtungen von der Mitte

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der Fuge aus nach der Seite hin abgelenkt und zwischen diesen Zeitspannen, in denen der Strahl impulsartig ausgelenkt wird, liegen Intervalle, in denen der Strahl nicht abgelenkt wird. In diesen Intervallen trifft der Strahl in erster Linie auf das Zusatz- oder Füllmaterial auf, das gewöhnlich in Form eines Drahtes oder Bandes in die Mitte der Fuge oder des Schweißbereiches eingeführt wird. Die Dauer der Zeitspannen, in der der Strahl impulsartig in wechselnden richtungen ausgelenkt wird, und die Amplitude dieser Auslenkungen sind konstant. Die Dauer der Intervalle, in denen der Strahl nicht abgelenkt ist und in erster Linie auf das Zusatzmaterial fällt, hängt dagegen von der Breite der Fuge ab, die in geeigneter Weise gemessen wird, und zwar ist die Dauer der Perioden ohne Strahlablenkung um so länger, je breiter die Fuge ist. Die Signalverläufe gemäß Figur 1 und 2 entsprechen also einem breiteren bzw. einem schmäleren Teil der Fuge.

In den Figuren 3 und 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des vorliegenden Verfahrens dargestellt, das im Prinzip dem gemäß Fig. 1 und 2 entspricht. Figur 3 zeigt den Signalverlauf bei relativ großer Breite und Figur 4 bei relativ kleiner Breite der zu verschweißenden Fuge. Die Auslenkungen großer Amplitude, die jeweils einzelne Halbwellen abwechselnder Polarität darstellen, entsprechen denen in Fig. 1 und 2. Während der Intervalle, deren Dauer von der Fugenbreite abhängt, ist die Amplitude der Auslenkung jedoch nicht wie bei dem Verfahren gemäß Fig. 1 und 2 Null, sondern hat einen kleinen, von Null verschiedenen Wert.

In den ersten, von der Fugenbreite unabhängigen Zeitspannen mit den Strahlauslenkungen großer Amplitude können auch zwei oder mehr Halbwellen abwechselnder Amplitude enthalten sein.

Beidon Ausführungsfonnen gemäß Fig. 1 bis 4 wechseln sich also Zeitspannen konstanter Dauer, währenddessen die Ablenkungsamplitude einen vorgegebenen maximalen Wert hat, mit Zeitspannen veränderlicher Dauer, in denen die Amplitude einen kleinen Wert (ggf. gleich Null ) hat, ab, und die Dauer dieser zweiten Zeitspannen nimmt mit zunehmender Fugenbreite zu.

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Anstelle einer sinuswellenförmigen Ablenkung können selbstverständlich auch andere Schwingungsformen, z.B. dreieckförmige Ablenksignale verwendet werden.

Fig. 5 zeigt eine Elektronenstrahlschweißmaschine 12 mit einer Steuerschaltung für die Strahlablenkung, mit der die oben anhand der Figuren 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsformen des vorliegenden Verfahrens durchgeführt werden können. Die Elektronenstrahlschweißmaschine 12 ist nur schematised dargestellt, sie enthält ein Strahlerzeugungssystem 14, das einen fokussierten Elektronenstrahl 16 hoher Energie (z.B. 100 kW) liefert, der auf eine Werkstückanordnung 18 gerichtet ist, die eine zu verschweißende Fuge 20 bildet. Die Werkstückanordnung 18 kann auf einem Support angeordnet sein, der sie entlang der Fuge 20 durch den Weg des Elektronenstrahls 16 transportiert. Der Elektronenstrahl 16 ist durch Ablenkspulen 22 quer zur Fuge 20 ablenkbar, die Frequenz und Amplitude der Ablenkung wird durch eine Steuerschaltung 10 gesteuert.

Die Elektronenstrahl schweißmaschine 12 enthält eine Vorrichtung 24 bekannter Bauart, die ein draht- oder bandförmiges Zusatzmaterial 26 in das durch den Elektronenstrahl 16 im Schweißbereich erzeugtes Schmelzbad einführt.

Die Breite der Fuge 20 wird durch irgendeine geeignete Meßvorrichtung gemessen, die beispielsweise eine Gammastrahlungsquelle 28, die hinter der Werkstückanordnung 18 angeordnet ist und ein Gammastrahlungsbündel liefert, von dem ein der Breite der Fuge 20 entsprechender Teil auf einen (vom Strahl erzeugungssystem 14 aus gesehen) vor der Werkstückanordnung angeordneten Gammastrahlungsdetektor 30 fällt, der ein der Breite der Fuge 20 entsprechendes Breite-Signal liefert. Selbstverständlich können auch andere Typen von Meßvorrichtungen zur Bestimmung der Breite oder des Querschnitts der Fuge verwendet werden.

Die Steuerschaltung 10 enthält einen Sinusgenerator 32, der eine Sinusschwingung liefert, aus der die in den Figuren t bis 4 dargestellten Signale erzeugt werden. Die Frequenz der Sinusschwingung kann zum Beispiel zwischen 400 und 4000 Hz liegen und verstellbar sein. Der Ausgang des Sinusgenerators • 32 ist mit dem Eingang eines Doppelweggleichrichters 34 gekoppelt der ein

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Ausgangssignal liefert, das die doppelte Frequenz des Ausgangssignales des Sinusgenerators 32 hat.Der Ausgang des Doppelweggleichrichters 34 ist mit dem Eingang einer Zählerschaltung 36 gekoppelt, der nach Empfang einer vorgegebenen, vorteilhafterweise einstellbaren Anzahl von Eingangsimpulsen einen Ausgangsimpuls liefert, der einem Setzeingang eines Flipflops 38 als Setzsignal zugeführt wird. Das Setzen des Zählers 36 bestimmt die Anzahl der Auslenkungen großer Amplitude des Elektronenstrahls; die in denFiguren 1 bis 4 dargestellten Schwingungen werden also erzeugt, wenn der Zähler 36 auf "1" eingestellt ist.

Der Ausgang des Sinusgenerators 32 ist ferner mit den Eingängen zweier Torschaltungen 40 und 42 gekoppelt. Der Ausgang der Torschaltung 42 ist mit einer Spannungsteilerschaltung 44 verbunden, mit der die Amplitude der Strahlauslenkungen größerer Amplitude eingestellt werden kann. Der Ausgang der Torschaltung 40 ist mit einer Potentiometer-Schaltung 46 verbunden, die zur Einstellung der Amplitude der Strahlauslenkung in den Perioden veränderlicher Dauer einstellbar ist. Die Torschaltungen 40 und 42 sind mit ihren Steuereingängen an einen Setz- bzw. Rücksetzausgang S bzw. R des Flipflops 38 angeschlossen, so daß die Torschaltung 40 durchlässig und die Torschaltung 42 gesperrt ist, wenn sich das Flipflop 38 in gesetztem Zustand befindet und umgekehrt.

Der Ausgang der Torschaltung 40, die die Sinusschwingung durchläßt, wenn das Flipflop 38 gesetzt ist, ist ferner mit einer Impulsformungsschaltung 48 verbunden, die Impulse einer vorgegebenen, konstanten Fläche erzeugt, die einer Integrierschaltung 50 zugeführt werden, welche diese Impulse integriert und ein entsprechendes Gleichspannungssignal erzeugt, das einem ersten Eingang einer Vergleichsschaltung 52 zugeführt wird, die aus einemDifferenzverstärker bestehen kann.

Dem anderen Eingang der Vergleichsschaltung 52 wird das Breite-Signal vom Gammastrahlungsdetektor 30 zugeführt. Das Breite-Signal wird ferner der Zusatzmaterial-Zuführungsvorrichtung 24 zugeführt, um die Zuführungsgeschwindigkeit des Zusatzmaterials im wesentlichen proportional zur Breite der Fuge 20 zu steuern.

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Der Ausgang der Vergleichsschaltung 52 ist über eine weitere Torschaltung 54 mit einem Rücksetzeingang des Flipflops 38 verbunden. Die Torschaltung 54 erhält ein Steuersignal von einer Schaltungsanordnung, die einen Zweiweggleichrichter 56 und eine Teilerschaltung 58 mit dem Teilungsfaktor 2 enthält.Der Eingang des Zweiweggleichrichters 56 ist mit dem Ausgang der Torschaltung 40 gekoppelt und der Ausgang der Gleichrichterschaltung 56 ist mit der Teilerschaltung 58 verbunden, deren Ausgang das die Torschaltung 54 durchschaltende Steuersignal liefert.

Das Rücksetzsignal vom Ausgang der Torschaltung 54 wird ferner der Integrierschaltung 50, der Teilerschaltung 58 und der Zählerschaltung 36 zur Rückstellung dieser SchaTtungsanordnungen zugeführt.

DieAusgangssignale der Spannungsteilerschaltungen 44 und 46 werden über Trennverstärker 60 bzw. 64_S z.B. Emitterverstärker, dem Eingang eines Leistungsverstärkers 62 zugeführt, der ein Ausgangssignal zur Steuerung der Ablenkspulen 22 liefert.

Bei der folgenden Beschreibung der Arbeitsweise der Einrichtung gemäß Fig. 5 soll angenommen werden, daß die Zäherschaltung 36, das Flipflop 38, die Integrierschaltung 50und die Teilerschaltung 58 auf Null zurückgestellt sind. Wenn der Sinusgenerator 32 eingeschaltet wird und ein sinusförmiges Ausgangssignal liefert, wird dieses Signal durch die Vollweggieichrichterschaltung 34 vollweggleichgerichtet, so daß der Zähler 36 jede Halbwelle dieses Signals zählt. Das Sinussignal wird ferner durch die Torschaltung 42 zur Spannungsteilerschaltung 44 durchgelassen und steuert über die Verstärker 60 und 62 die Ablenkspulen, welche eine der Einstellung der Zehnerschaltung 36 entsprechende Anzahl von Auslenkungen des Elektronenstrahls aus seiner unabgelenkten mittleren Strahl richtung quer zur Fuge 20 bewirken.

Nach der eingestellten Anzahl von Ablenksignalimpulsen erzeugt die Zählerschaltung 36 ein Setzsignal, das das Flipflop 38 in den gesetzen Zustand umschaltet. Die Torschaltung 42 wird dadurch gesperrt, während die Torschaltung 40 nun durchgeschaltet wird. Die Integrierschaltung 50 beginnt nun die Impulse konstanter Fläche, die von der ImpuTsformungsschaltung erzeugt werden zu integrieren und das Gleichspannungsausgangssignal, der Integrierschaltung steigt dementsprechend proportional der Anzahl der Auslenkungen

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kleiner Amplitude (die gleich Null sein kann) an, die durch die Schaltungsanordnung aus dem Spannungsteiler 46, dem Verstärker 64 und dem Verstärker 62 erzeugt werden. Die Spannungsteilerschaltungen 44 und 46 können, wie dargestellt, Potentiometer enthalten, so daß die Amplituden nachWunsch eingestellt werden können.

Wenn die dem ersten Eingang der Vergleichsschaltung 52 zugeführte Ausgangsgleichsspanung der Integrierschaltung 50 das von der Fugenbreite-Meßvorrichtung, d.h. deniGammastrahlungsdetektor 30, erzeugte Breite-Signal überschreitet, ändert sich der Wert des Ausgangssignales der Vergleichsschaltung 52. Die Torschaltung 54 wird durch den nächsten Ausgangsimpuls der Teilerschaltung 58 durchgeschaltet und gibt dann das umgeschaltete Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 52 als Rücksetzsignal an den Rücksetzeingang des Flipflops 38, die Teilerschaltung 58 und die Zählerschaltung 36 weiter. Der Zweck der Schaltungsanordnung 56-58 besteht darin, zu gewährleisten, daß die Zeitspannen, deren Dauer durch das Breite-Signal gesteuert wird, immer einer geraden Anzahl von Halbwellen der Sinusschwingung entsprechen, so daß diese Zeitspannen immer von großen Ablenkimpulsen entgegengesetzter Polarität eingerahmt sind.

Die Vorrichtung zur Messung der Breite der Fuge 20 ist vorzugsweise so nahe wie möglich beim Schweißbereich angeordnet und/oder es ist eine Verzögerungsschaltung vorgesehen, die die Verzögerung zwischen der Breite-Messung und dem Schweißvorgang kompensiert.

Die gewünschte, von der Fugenbreite abhängige Verteilung der Strahl energie auf das Werkstückmaterial bzw. Zusatzmaterial kann auch dadurch bewirkt werden, daß man die Frequenz und Amplitude einer Querkomponente und die Frequenz einer Längskomponente der Strahlablenkung (bezogen auf die Richtung der Fuge) konstant hält und die Amplitude der Längskomponente der Strahlablenkung in Abhängigkeit von der Spaltbreite ändert. In diesem Falle kann die Strahlablenkung einer Ellipse entsprechen, bei der die Länge der einen, zur Fuge 20 parallelen Achse veränderlich ist. Eine solche gesteuerte Strahlablenkung läßt sich durch eine relativ einfache Schaltungsanordnung erzeugen, wie sie beispielsweise in Fig. 6 dargestellt ist. Diese Schaltungsanordnung enthält einen Sinusgenerator 80, der ein

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Steuersignal konstanter Amplitude für die die Querablenkung bewirkenden Ablenkspulen 22 liefert. Das Sinussignal wird ferner einem Phasenschieber 82 zugeführt, der eine Phasenverschiebung von 90° bewirkt und das auf diese Weise erzeugte Quadratur-Signal wird Ablenkspulen 86 für die Längsablenkung des Strahls über einen Verstärker 84 zugeführt, dessen Verstärkungsgrad durch das Breite-Signal gesteuert wird. Der Strahlweg, der in Fig. 6 übertrieben groß dargestellt ist, hat also die Form einer Ellipse und die Länge der zur Fuge 20 parallelen Achse dieser Ellipse wird durch das Breite-Signal gesteuert.

Fig. 6a zeigt eine Abwandlung der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 6. Der Ausgang eines Sinusgenerators 80 ist über eine Torschaltung 90 mit denAblenkspulen 22 und über eine Torschaltung 92 sowie eine dieser in Reihe geschaltete steuerbare Phasenschieberschaltung 82' mit den Ablenkspulen 86 verbunden. Die Torschaltungen werden durch einstellbare Ausgänge einer Zählerschaltung 94 gesteuert, die ferner einen Ausgang zur Steuerung des Betrages der Phasenverschiebung der Phasenschieberschaltung 82' hat.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 6a ist sehr vielseitig. Sie erzeugt zum Beispiel eine kreuzförmige Strahlabi ^jnkung, wenn die Zählerschaltung 94 so eingestellt ist, daß die Torschaltungen 90 und 92 während aufeinanderfolgender Perioden der Sinusschwingung vom Sinusgenerator 80 abwechselnd geöffnet und geschlossen werden und die Phasenverschiebung z.B. gleich Null ist. Die Strahlablenkung ist X-förmig, wenn die Torschaltungen 90 und 92 dauernd durchgeschaltet sind und die Phasenschieberschaltung 82' während jeder zweiten Periode der Sinusschwingung eine Phasenverschiebung von 180° bewirkt. Offensichtlich lassen sich noch viele andere Ablenkmuster einstellen, insbesondere wenn die Zählerschaltung 94 die einzelnen Halbwellen der Sinusschwingung zählt.

Anstelle von Sinusschwingungen können bei den oben erläuterten Ausführungsbeispielen auch andere Schwingungsfornien, z.B. Dreieckschwingungen, Trapezschwingungen oder dergl. verwendet werden.

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Durch die vorliegende Erfindung läßt sich also die Energieverteilung an die unterschiedlichen Verhältnisse bei sich ändernder Fugenbreite so anpassen, daß sich optimale Schweißnähte ergeben, z.B. indem, wie anhand der Figuren 1 bis 5 erläutert wurde, der Abstand zwischen den beiderseits der Null-Linie befindlichen Wellenhälften der Ablenkschwingung, deren Amplituden auf die Breite der zu bildenden Sc'iweißnaht oder Schmelzzone abgestimmt sind, variiert wird. In die Zwischenräume zwischen den Oszillationsausschlägen kann eine periodische Ablenkfunktion von vergleichsweise kleiner Amplitude eingelagert werden. In Querrichtung wird die Amplitude der Oszillationsbewegung des Energiestrahls entsprechend der technisch erforderlichen Schweißnahtbreite vorzugsweise konstant gehalten. Anstatt die Energieeinbringung und -verteilung längs des Schweißweges durch variable Periodizität in Abhängigkeit von der Fugenbreite zu steuern, oder zusätzlich hierzu, kann eine entsprechende funktionell Änderung der Längs- und Querkomponenten der Strahlablenkung bewirkt werden. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht also darin, daß die Energieeinbringung bzw. -verteilung in der Hauptsache längs zur Schweißnaht je nachAbhängigkeit von der Fugenbreite geändert wird .

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Claims

P94-DE

10219DE Dr.v.B/Schä

Steigerwald Strahltechnik GmbH, Haderunstrasse 1a, 80Ü0 München 70

Energiestrahlschweißverfahren und Einrichtung zu seiner Durchführung

Patentans ρ _r ü c h e

1 ..'Energiestrahlschweißverfahren zum Bilden einer Schweißnaht längs einer Fuge wechselnder Breite zwischen zwei zu verschweißenden
Werkstückteil rändern einer Werkstückanordnung, bei welchem ein Energiestrahl auf einen die Fuge enthaltenden Schweißbereich gerichtet,
durch eine entsprechende Relativbewegung zwischen der Werkstückanordnung und einer mittleren Strahlrichtung unter Bildung der Schweißnaht längs der Fuge geführt und außerdem eine wiederholte Ablenkung des Energiestrahls von der mittleren Strahlrichtung mit einer in Quer- und/oder

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einer in Liiri^snVi.-.iicg mc·»' Fiv;=· verlaufenden Koiiiponente bewirkt wird, bei weiche;*; ferner tin /υ -,.«t / . ite>·!.' i in den Sduvvipbereioh el·; -jo F=iM»·-., die Breite der Fiuio ·;Γ>;ΐθΝ';οη ^cv/ie (!ic ί·':··ιιΐ)θ do:·, pro Länyonoit.hüi r der Fuge zugeführten Zu'ut/rtit.erit:! ^ i..i wesentlichen proportional zur Fugenbrei te gesteuert wird, d α d ι. y c h u e k ο π η ^ ο i ι. h η ;>

daß die Αίφΐ ittde ."'indesf'Tis einer r-Küpfmente der wiederhol ten Ablon'-; ^!'i in Abhärr.jiqkei t >/uti der t^:\i ^vcbr^i te gesteuert wird.

2. triers i es trat, isc-r'.vüii'verf aiii -ι r 11 ·_ ί ϊ Anspria.li 1, da d υ · c is

g e k fc: r. η 2. e i l η π e t, .i..i, die Amplitude der K;.rf)onen^f^

oder Koi.ipcrititt··'! der Ablenkuiri d'..·:; Lnerciiestrahls derart gesteuert iv, daii die /.ei tspr-r,i:e, v/anr-f.-id d-.-r^-ri u^r Lneryic .tr-uil im Ber^ic'i 'ior !•litte d-i Vu·,': '-.·).;■] i t > ι i;t. /'it^-jii-'t-iidiM' iji'i.'ite der Fuge zunis."^;.

3. tner·; if-%|[ ih ί'..ί,ίιν,'!Μι-ν ·ι⁽ .h '.π η i."h Anspruch !, bei veldi. ; <iur Lnery iesr r in! ■.■ .in· μ- ti τ wiir.lvi ί.-I ti.-i nblonkinu! iiuur uiier Jio Fuge (j'../rdeK ν;·'·:ί, <l -; ..! ii r ι. μ j e !». e η r>. ζ e ί l h η e t,

daü die liüuf \<ß ..M t, ;;it di-r .if.-j- [ f.-.ί-jiestrahl mit einer vor-ienebenon Ainpl i tii-.I'"' quer- /ur Fuqe at.q· u:nkt wird, während die mittler.· StrahlrichtuiTj bc/üj! ich der './etv.si ii,"uarv>rdriwnn in Längsrichtung ι\·^' Ficjt» fortschreitet, in AbharuiiqKeit von der Fugenbreite gesteuert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h q e k e η π ζ ^ι i c h-

n e t, dt\i) d-.;i· Lnerqif·¹'.trahl im Zutie der wiederhol ten Ablenkün :

wahrend erster ^ei tspariru-n in it v^rha! tri ismahicj q ro per Ampl i t'.id · un-i ./"'t.-.'. i zweiter Zei tspanneri mit relativ kleiner Amplitude quer zur L~;ri : ;r ic; ^ ιί ί der Fuge abgelenkt wird und d.iiJ die Dauer der 2v/eiten Zei tr.p πιΐ,'.ιι in Abhängigkeit, von der Fugc-iibriii te (jesteuert wird.

b. Verfiir.ii ti ti'i'\ί ;ιη·.[.>π.'_Ιι -·, d a d u V t \\ ·] ϋ k ti η η s e i '. h -

η e t, d ;.:. (ii'- C tf.tn i-it. I >■ -:».·! wührerid der /weiten /ei t^p.tr.ru'ti >:1".'γι

Null ist.

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BAD ORIGINAL

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Quer- und Längsrichtung der Fuge verlaufenden Komponenten der wiederholten Ablenkung gleiche Frequenz, jedoch verschiedene Phase haben.

7. Energiestrahl schweißverfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der in Querrichtung der Fuge verlaufenden Komponente der Strahlablenkung während der ersten Zeitspannen mindestens so groß ist, daß der Energiestrahl bei der Ablenkung die ganze Breite der Fuge und Teile der angrenzenden Werkstückteil ränder überstreicht.

8. Energiestrahlschweißverfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn zeichnet, daß jede erste Periode der Strahlablenkung eine einzige Auslenkung dos Strahls von der mittleren Strahl richtung enthält und dab die Strahlablenkung in aufeinanderfolgender erster Periode sich von der Mitte der Fuge aus in entgegengesetzten Richtungen erstrecken

9. Energiestrahl schweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Strahl richtung im wesentlichen mit der Mitte oer Fuge zusammenfällt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche* dadurch gekennzeichnet, da;> als Energiestrahl ein Elektronenstrahl verwendet wird.

11. Einrichtung zur Durchführung des Energiestrahls-hweißverfahrens nach Anspruch 1 mit einem Strahlerzeugungssystem, das einen sich längs einer Strahlachse ausbreitenden Energiestrahl liefert,

einem Werkstücksupport zur Halterung einer Werkstückanordnung, die eine

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-4-zu verschweißende Fuge aufweist, im Wege des Energiestrahls;

einer Vorschubvorrichtung zum Erzeugen einer längs der Fuge gerichteten Relativbewegung zwischen einer mittleren Strahl richtung und der die Fuge enthaltenden Werkstückanordnung;

einem Ablenksystem zur Ablenkung des Energiestrahls quer zu seiner Fortpf1anzungsri chtung;

einer ein Breite-Signal liefernden Vorrichtung zum Messen der Breite der zu verschweißenden Fuge;

einer Zusatzmaterialzuführungsvorrichtung zum Zuführen von Zusatzmaterial in einen vom Energiestrahl in der Werkstückanordnung erzeugten Schweißbereich, und

einer Vorrichtung zum Steuern der Menge des von der Zusatzmaterial-Zuführungsvorrichtung pro Längeneinheit der Fuge in den Schweißbereich eingeführten Zusatzmaterials durch das Breite-Signal, gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung (32 bis 64 in Fig. 5; 80,82,84 in Fig. 6; 80, 82', 90, 92,94 in Fig. 6A) zur Steuerung der Ablenkanordnung (22; 86) durch das Breite-Signal.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennz e i c h η e t, daß die Steueranordnung während erster Zeitspannen eine Ablenkung des Energiestrahls quer über die Fuge mit einer vorgegebenen konstanten Amplitude und während zweiter Zeitspannen, die sich mit den ersten abwechseln, eine Ablenkung mit einer geringeren Amplitude als während der ersten Zeitspanne bewirkt und daß die Dauer der zweiten Zeitspannen durch das Breite-Signal gesteuert ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung eine wiederholte Ablenkung des

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Strahles aus der mittleren Strahlrichtung mit einer ersten Komponente, die quer zur Längsrichtung der Fuge verläuft und einer zweiten Komponente, die parallel zur Längsrichtung der Fuge verläuft, bewirkt und daß die Amplitude der zweiten Komponente durch das Breite-Signal gesteuert ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Komponenten gleiche Frequenz, jedoch unterschiedliche, insbesondere um 90 Grad verschiedene Phasen haben.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, d a d u r ch gekennzei chnet, daß sie als Elektronenstrahlschweißmaschine ausgebildet ist.

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