DE2919813B2

DE2919813B2 - Vorrichtung zum Schweißen zylindrischer Werkstücke mittels eines Elektronenstrahls

Info

Publication number: DE2919813B2
Application number: DE2919813A
Authority: DE
Inventors: Seiichi Iida; Akira Hiroshima Kato; Shiso Akashi Kihara; Masaharu Minami; Michitsune Shima; Toshikazu Shimoyama; Genta Takano
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1978-05-17
Filing date: 1979-05-16
Publication date: 1981-02-19
Also published as: GB2021025B; GB2021025A; DE2919813A1; US4393294A; JPS54167115U; FR2426332A1; FR2426332B1; DE2919813C3; JPS5844938Y2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schweißen zylindrischer Werkstücke mittels eines Elektronenstrahls längs einer Umfangsschweißlinie.

Es ist bekannt, daß mittels eines Elektronenstrahls anderenfalls undurchführbare Bearbeitungen von Bohrungen, Nuten, Schlitzen usw. mit hoher Präzision und in kurzer Zeit ausführbar sind, und daß bei Verwendung eines Elektronenstrahls für das Schweißen aufgrund der Arbeitsweise unter einem hohen Unterdruck zahlreiche Vorteile erzielt werden können. Beispielsweise läßt sich auf diese Weise eine Schweißnaht mit hoher Reinheit und ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften sowie Korrosionsbeständigkeit herstellen; außerdem wird auf diese Weise das bisher undurchführbare Schweißen von dünnen Blechen oder Folien möglich, wobei keine Blaseneinschlüsse (Lunker) und auch keine Schlacke gebildet werden und das Schweißen von Werkstoffen mit hohem Schmelzpunkt ebenfalls möglich wird.

Eine bisherige Schweißvorrichtung zur Herstellung einer Umfangsschweißnaht mittels eines Elektronenstrahls besitzt den Aufbau gemäß Fig. 1, wobei zwei mittels eines Elektronenstrahls 101 miteinander zu verbindende Werkstücke 102 und 103 auf einem Drehtisch 105 festgespannt werden, der durch einen Antriebsmotor 104 in Drehung versetzbar ist Diese beiden Werkstücke 102, 103, der Motor 104 und der Drehtisch 105 sind dabei in ein zylindrisches Gehäuse 109 eingesetzt, das mit Hilfe von scheibenförmigen oberen und unteren Endplatten 107 bzw. 108 unter Zwischenfügung von Dichtringen 106. vakuumdicht verschlossen wird. Das Vakuumgehäuse 109 wird über

ίο eine Absaugleitung 111 mit einer Vakuumpumpe UO zum Evakuieren des Inneren des Gehäuses 109 verbunden. Ein EJektronenrohr 113 zur Ausstrahlung eines Elektronenstrahls 101 gegen eine Schweißlinie 112 längs der Fuge zwischen den beiden Werkstücken 102 und 103 ist an der Mantelwandfläche des Vakuumgehäuses 109 montiert

Da bei dieser bisherigen Vorrichtung der Antriebsmotor 104 und der Drehtisch 105, zusätzlich zu den beiden zylindrischen Werkstücken 102 und 103, im Inneren des Vakuumraums 114 angeordnet sind, muß das Vakuumgehäuse ziemlich groß ausgebildet werden, woraus sich der Nachteil erhöhter Fertigungskosten ergibt Aufgrund des großen Volumens des Vakuumraums 114 muß außerdem eine Vakuumpumpe mit hoher Förderleistung eingesetzt werden. Weiterhin ist die Anordnung des Motors 104 zum Drehen der beiden Werkstücke 102, A03 innerhalb des Vakuumraums 114 für die Wartung des Motors 114 und anderer Teile ungünstig, wobei zudem die Gefahr besteht daß Schmieröl aus dem Motor verdampfen und das Innere des Vakuumraums 114 verunreinigen oder das in letzterem herrschende Vakuum beeinträchtigen kann.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Schweißvorrichtung der eingangs genannten Art, die sich durch eine kompakte Bauweise mit verkleinerter Vakuumkammer auszeichnet wobei das Innere der Vakuumkammer nicht durch Schmieröl od. dgl. beeinflußt wird und sich zudem Wartungsarbeiten einfach durchführen lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch zwei scheibenförmige Trennplr.tten, die an ihren Außenumfangsflächen mit ringförmigen, aufblasbaren Schlauchdichtungen versehen und die Ober bzw. unter der Schweißlinie in die zylindrischen Werkstücke so einsetzbar sind, daß die Schlauchdichtungen gegen die Innenumfangsflächen der Werkstücke andrücken und dabei eine von den beiden Trennplatten sowie den Innenumfangsflächen der Werkstücke begrenzte erste Vakuumkammer festgelegt wird, durch zwei ringförmige, feststehende Kammerwandteile, die an ihren Innenumfangsflächen mit ringförmigen, aufblasbaren Schlauchdichtungen versehen sind und die sich außerhalb der Werkstücke über bzw. unter der Schweißlinie befinden, derart, daß die Schlauchdichtungen gegen die Außenumfangsflächen der Werkstücke andrücken, durch einen ringförmigen Drehkammerwandteil, der derart um die beiden feststehenden Kammerwandteile herum angeordnet ist, daß seine Innenumfangsfläche über Dichtungselemente mit den Außenumfangsflächen

6" der feststehenden Kammerwandteile in Gleitberührung steht, so daß eine durch die Außenumfangsflächen der beiden Werkstücke, die beiden feststehenden Kammerwandteile und die Innenumfangsfläche des Drehkammerwandteils begrenzte zweite Vakuumkammer gebildet wird, und durch ein zum Emittieren eines Elektronenstrahls gegen die Schweißlinie der beiden Werkstücke vorgesehenes Elektronenrohr in solcher Anordnung am Drehkammerwandteil, daß bei einer

Drehung des Drehkamroerwandteils relativ zu den Werkstücken eine Elektronenstrahlschweißung der zylindrischen Werkstöcke längs ihrer Schweißlinie durchführbar ist.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine bisherige Vorrichtung zur Herstellung einer Umfangsschweißnaht mittels eines Elektronenstrahls im Längsschnitt, und im Vergleich dazu

Fig.2 eine erfindungsgemäße Schweißvorrichtung im Längsschnitt.

Bei der Vorrichtung gemäß Fig.2 werden zwei Stahlrohre 11 und 12 - z.B. zur Herstellung einer pneumatischen Rohrleitung — als Werkstücke, die an ihren Stoßflächen miteinander verbunden werden sollen, auf einem Arbeitstisch 13 übereinander angeordnet, wobei der Arbeitstisch 13 mittels eines Antriebsmechanismus 14 und eines Antriebsmotors 15 beliebig lotrecht verstellt und in Drehung versetzt werden kann.

Eine scheibenförmige obere Trennplatte 17 weist in ihrer Außenumfangsfläche eine aufblasbare Schlauchdichtung 16 auf, die durch Aufblasen in Abdichtberührung mit der Innenumfangsfläche des oberen Stahlrohrs 11 zu bringen ist Eine ähnliche scheibenförmige untere Trennplatte 19 ist ebenfalls mit einer in ihre Außenumfangsfläche eingelassenen, aufblasbaren Schlauchdichtung 18 versehen, die in Dichtungsberührung mit der Innenumfangsfläche des unteren Stahlrohrs 12 zu bringen ist Die beiden Trennplatten 17 und jo 19 sind in ihrem Mittelbereich materialeinheitlich miteinander verbunden, so daß das Volumen einer ersten, zwischen oberer und unterer Trennplatte 17 bzw. 19 und Innenumfangsflächen der Stahlrohre 11 und 12 festgelegten Vakuumkammer 20 klein gehalten werden kann. Zwischen die untere Trennplatte 19 und den Arbeitstisch 13 ist ein Abstandstück 22 eingefügt, mit dessen Hilfe die beiden Trennplatten 17 und 19 über bzw. unter einer Schweißnahtlinie 21 längs der Stoßflächen der beiden Stahlrohre 11 und 12 angeordnet werden können.

Ein ringförmiger oberer, feststehender Kammerwandteil 24 mit einer in seiner Innenumfangsfläche sitzenden aufblasbaren Schlauchdichtung 23, die durch Aufblasen in Abdichtberührung mit der Außenumfangs- « fläche des oberen Stahlrohrs 11 ?-i bringen ist, ist an mehreren oberen Trägern 25 befestigt. Ein ringförmiger unterer, feststehender Kammerwandteil 27 mit einer in seiner Innenumfangsfläche angeordneten aufblasbaren Schlauchdichtung 26, die mit der Außenumfangsfläche des unteren Stahlrohrs 12 in Dichtungsberiihrung zu bringen ist, wird von mehreren unteren Pfosten bzw. Trägern 28 in fester Lage gehalten. Ein ringförmiger Drehkammerwandteil 31 mit in seiner Innenumfangsfläche angeordneten Ringdichtungselementen 29 und 30, die in Gleitberührung mit den AuBenumfangsflächen von oberem und unterem Kammerwandteil 24 bzw. 27 stehen, ist mit Hilfe von Schub- bzw. Axiallagern auf einem ringförmigen Tragtisch 33 montiert und somit frei relativ zu den feststehenden oberen und unteren Kammerwandteilen 24 bzw, 27 drehbar.

Selbstverständlich sind die Außenumfangs· bzw. Mantelflächen der beiden feststehenden Kammerwandteile 24 und 27, mit denen die Ringdichtungselemente 29 bzw. 30 am Drehkamrnerwandteil 31 in Gleitberührung <λ stehen, durch Schleifen feinbearbeitet, so daß die Vakuumdichtheit ein°r zweiten Vakuumkammer gewährleistet wird, die durch die Innenumfangsfläche des Drehkammerwandteils 31, die beiden feststehenden Kammerwandteile 24 und 27 sowie die Außenumfangs- bzw, Mantelflächen der Stahlrohre 11 und 12 festgelegt wird. Wahlweise können die Dichtungselemente 29 und 30 an der Außenumfangsfläche von oberem und unterem Kammerwandteil 24 bzw. 27 befestigt sein. An die aufblasbaren Schlauchdichtungen 16, 18, 23 und 26 sind weiterhin über Steuerventile 37 vier Rohrleitungen 36 zur Druckanlegung angeschlossen, während die anderen Enden dieser Rohrleitungen 36 mit einem Druckspeicher 35 verbunden sind, um von diesem Druckluft zu den betreffenden aufblasbaren Schlauchdichtungen 16,18,23 und 26 zuzuführen.

Ein Elektronenrohr 39 zur Ausstrahlung eines Elektronenstrahls 38 gegen die Schweißlinie bzw. -naht 21 zwischen den Stahlrohren 11 und 12 ist unter Zwischenfügung einer Dichtung 40 am Drehkammerwandteil 31 angebracht Zur Bestrahlung der gesamten Schweißlinie 31 mit dem Elektronenstrahl 38 steht ein Antriebszahnrad 42, das mit einem auf dem Tragtisch 33 angeordneten Antriebsmotor 41 verbunden ist, mit einem Zahnradkranz 43 an der Außenumfangsfläche des Drehkammerwandteils 31 in Eingriff, so daß das Elektronenrohr 39 längs der Schweißlinie 21 um die Stahlrohre 11 und 12 herum bewegbar ist Weiterhin ist an diesem Drehkammerwandteil 31 eine Vakuumpumpe 44 montiert, welche die erste Vakuumkammer 20 über die zweite Vakuumkammer 34 und den Spalt zwischen den Stahlrohren 11 und 12 evakuiert Eine getrennte, nicht dargestellte Vakuumpumpe kann jedoch auch auf der oberen Trennplatte 17 angeordnet sein, um die erste Vakuumkammer 20 unmittelbar zu evakuieren.

Im Betrieb der beschriebenen Vorrichtung werden zunächst auf dem Arbeitstisch 13 zwei Stahlrohre bzw. zylindrische Werkstücke U und 12 aufeinander gesetzt worauf der Arbeitstisch 13 durch Betätigung des Antriebsmechanismus 14 so lotrecht eingestellt wird, daß der Elektronenstrahl 38 auf die Schweißlinie 21 ausgerichtet ist und damit die Stahlrohre 11 i:nd 12 für die Bearbeitung eingestellt sind. Sodann wird durch öffnen der entsprechenden Steuerventile 37 Druckluft zu den jeweiligen aufblasbaren Schlauchdichtungen 16, 18,23 und 26 geleitet, und die beiden Vakuumkammern 20 und 34 werden durch diese aktivierten Schlauchdichtungen in einem vakuumdichten Zustand gehalten. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Dichtungselemente 29 und 30 zwischen den beiden festen Kammerwandteilen 24 und 27 sowie dem Drehkammerwandteil 31 stets mit einem vorgegebenen Druck anliegen, so daß ein zweckmäßiger Spielraum für Abnutzung gegeben ist.

Sodann werden durch Betätigung der Vakuumpumpe 44 die beiden Vakuumkammern 20 und 34 evakuiert. Wenn ein vorbestimnUer Unterdruck erreicht ist, wird Tiiudü des Antriebsmotors 41 der Drehkammerwandteil 31 mit konstanter Drehzahl in Drehung versetzt, so daß der vom Elektronenrohr 39 emittierte Elektronenstrahl 38 ebenfalls umläuft und die beiden Stahlrohre 1 ( und 12 längs der Schweißlinie 21 miteinander verschweißt.

Wenn der Drehkammerwandteil 31 eine volle Umdrehung durchgeführt hat, werden das Elektronenrohr 39 und der Antriebsmotor 41 abgeschaltet, und nach dem Ablassen der Druckluft aus den Schlauchdichtungen 16, 18, 23 und 26 durch entsprechende Betätigung der Stecerventile 37 werden die miteinander verschweißten Stahlrohre 11 und 12 beispielsweise mittels eines Krans vom Arbeitstisch 13 abgehoben.

Da bei der beschriebenen Vorrichtung die Vakuum-

kammern nur um eine kreisförmige Schweißünie herum angeordnet sind und die Abdichtung dieser Vakuumkammern mittels aufblasbarer Schlauchdichtungen erfolgt, kann das Volumen der Vakuumkammern im Vergleich zum Volumen der Vakuumkammer bei der bisherigen Vorrichtung wesentlich verkleinert werden, wobei sich auch die Arbeitsgänge schnell durchführen lassen. Da sich außerdem, im Gegensatz zur bisherigen Vorrichtung, keine mechanischen Bauteile, wie ein Antriebsmotor od. dgl. in den Vakuumkammern befinden, besteht keine Gefahr für eine Verunreinigung des Inneren der Vakuumkammer bzw. -kammern durch Schmieröl od. dgl. Außerdem werden Wartung und Inspektion der mechanischen Bauteile dadurch erheblich vereinfacht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zum Schweißen zylindrischer Werkstücke mittels eines Elektronenstrahls längs einer Umfangsschweißlinie, gekennzeichnet

durch zwei scheibenförmige Trennplatten (17,19), die an ihren Außenumfangsflächen mit ringförmigen, aufblasbaren Schlauchdichtungen (16 bzw. 18) versehen und die Ober bzw. unter der Schweißlinie (21) in die zylindrischen Werkstücke (11, 12) so einsetzbar sind, daß die Schlauchdichtungen gegen die Innenumfangsflächen der Werkstücke andrükken und dabei eine von den beiden Trennplatten sowie den Innenumfangsflächen der Werkstücke begrenzte erste Vakuumkammer (20) festgelegt wird, durch zwei ringförmige, feststehende Kammerwandteile (24,27), die an ihren Innenumfangsflächen mit ringförmigen, aufblasbaren Schlauchdichtungen (23,26) versehen sind und die sich außerhalb der Werkstücke (11, 12) über bzw. unter der Schweißlinie (21) befinden, derart, daß die Schlauchdichtungen (23,26) gegen die Außenumfangsflächen der Werkstücke andrücken, durch einen ringförmigen Drehkammerwandteil (31), der derart um die beiden feststehenden Kammerwandteile (24, 27) herum angeordnet ist, daß seine Innenumfangsfläche über Dichtungselemente (29,30) mit den Außenumfangsflächen der feststehenden Kammerwandteile in Gleitberührung steht, so daß eine durch die Außenumfangsflächen der beiden Werkstücke, die beiden feststehenden Kammerwandteile und die Innenumfangsfläche des Drchkammerwandteils begrenzte zweite Vakuumkammer (34) gebildet wird, und durch ein zum Emittier:'η eines Elektronenstrahls (38) gegen die Schweißlinie (21) der beiden Werkstücke (11, 12) vorgesehenes Elektronenrohr (39) in solcher Anordnung am Drehkammerwandteil (31), daß bei einer Drehung des Drehkammerwandteils relativ zu den Werkstücken eine Elektronenstrahlschweiöung der zylindrischen Werkstücke (11, 12) längs ihrer Schweißlinie (21) durchführbar ist