NO143867B - Elektronstraale-bearbeidelses-apparat med dynamisk tetning - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et elektronstråle-bearbeidelsesapparat av den type som har dynamisk tetning, og som omfatter en øvre og en nedre plate for fastspenning av et arbeidsstykke derimellom og for avgrensning av henholdsvis øvre og nedre, faste vakuumkamre som strekker seg i.arbeidsretningen på hver side av arbeidsstykket og er avtettet mot arbeidsstykket ved hjelp av tetningsanordninger, og en elektronkanon som er anordnet i forbindelse med det øvre vakuumkammer og er. bevegelig i arbeidsretningen.

Mange fordeler oppnås ved anvendelse av elektronstråle-maskinering ved at f.eks. hull, spor, slisser etc.,

som ikke kunne produseres ved hjelp av andre metoder, kan fremstilles raskt og nøyaktig. Dersom videre elektronstråle-bearbeidelse anvendes ved sveising, kan det oppnås sveiser med meget gode mekaniske egenskaper og god korrosjonsmotstand, på grunn av at sveiseoperasjonen utføres under tilstander med høy-vakuum. Sveising av tynne plater og folier, som ikke kan utføres ved hjelp av andre kjente sveisemetoder, kan også oppnås, innleiringer av blærer og slagg eliminerers, og materia-' ler med høyt smeltepunkt kan også sveises. I den senere tid er elektronstråle-bearbeidelse blitt benyttet i stor ut-strekning på grunn av de ovenfor omtalte fordeler. Et eksempel på et elektronstråle-sveiseapparat som benyttes for sådanne materialer, er av typen med dynamisk tetning og utfører ■'. sveising under bevegelse av en elektronkanon, idet en dynamisk tetning benyttes til å forsegle et bevegelig vakuumkammer som omgir elektronkanonen, og faste tetninger benyttes til å forsegle faste vakuumkamre som omslutter arbeidsstykket som skal sveises. Effektiviteten av disse tetninger har direkte innvirkning på graden av vakuum i sveisekammeret som består av de respektive vakuumkamre, og som et resultat kan disse iblant påvirke selve sveiseoperasjonen. Særlig dersom kon-vensjonelle pakninger benyttes til å forsegle sveisekammeret

i tilfeller hvor det kreves sveising av lange deler, kan pakningene ikke lett tilpasses til bølgedannelser på arbeidsstykkets overflate, slik at tetningen kan bli mangelfull. I tilfeller med lange arbeidsstykker trenger videre ikke sporet som skal sveises, å være rettlinjet, men kan anta vilkårlig

form. I sådanne tilfeller må det tas tilbørlig hensyn slik at en elektronstråle på nøyaktig måte kan strålebehandle den tilsiktede sveis. I tidligere kjente elektronstråle-sveise-apparater av typen med dynamisk tetning ble imidlertid sådan presisjon oppnådd bare ved at man stolte på operatørens dyk-tighet .

Et elektronstråle-bearbeidelsesapparat av den innledningsvis angitte type er eksempelvis kjent fra SE-AS

382 934. Dette kjente apparat omfatter glidetetningér som glir langs en overflate av et stålplatearbeidsstykke i ret-ning av en sveiselinje. Slike stålplater som skal sammen-sveises, har vanligvis en ru . eller ujevn overflate, idet de f.eks. er dekket av et lag av glødeskall, og det vil derfor være vanskelig å oppnå vakuumtetning med denne kjente anordning. Sveiselinjen eller sveisesømmen vil dessuten etter sveising oppnå en høy temperatur på grunn av sveisevarmen,

og dersom glidetetningene krysser sveiselinjen, er det stor fare for at de vil smelte og bli ødelagt.

Fra SE-AS 378 777 er det videre kjent en anordning

i hvilken de partier som skal sveises, i sin helhet er avtettet ved hjelp av faste tetninger. Ved bevegelse av sveise-strålen tilveiebringes tetningen mellom anordningens øvre, faste kammer og sveisehodet ved utnyttelse av elastisiteten av langstrakte, leppeformede, fjærende elementer, og anordningen omfatter ikke noe bevegelig kammer med dynamisk tet-ningsanordning.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et elektronstråle-bearbeidelsesapparat av typen med dynamisk tetning i hvilket de omtalte ulemper er eliminert eller i det minste sterkt redusert, og i hvilket evakueringstiden kan for-kortes og tetningseffektiviteten for sveisekammeret kan økes på grunn av tetningsanordninger som er godt tilpasset til undulasjoner i arbeidsstykkets overflate. Et annet formål er å sørge for at elektronstrålen nøyaktig følger en kontur som er opptegnet på arbeidsstykket, slik at sådanne prosesser som sveising, elektronstråleskjæring etc. kan utføres med en høy grad av presisjon.

Ovennevnte formål oppnås ved hjelp av e* elektronstråle-bearbeidelsesapparat som er av den innledningsvis angitte type og som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at det på den øvre plate er anordnet en bevegelig plate som avgrenser et bevegelig kammer som står i forbindelse, med det øvre vakuumkammer og er avtettet mot den øvre plates overflate ved hjelp av glidetetninger, idet elektronkanonen er anordnet på den bevegelige plate, og idet en øvre vegg av det øvre vakuumkammer avgrenser en åpning i form av et i arbeidsretningen forløpende, V-formet spor for en kileremtetning som er anbragt i sporet foran og bak elektronkanonen, men er ført oppover og ut av det bevegelige kammer og gjennom et remtet-nings-føringsrør som er montert på den bevegelige plate og strekker seg i arbeidsretningen, slik at det omslutter elektronkanonen, og at det på den bevegelige plate er montert en posisjonsdetektor som er innrettet til å krysse arbeidsstykket på tvers av arbeidsretningen, og som kan drives slik at den innstiller elektronkanonen i overensstemmelse med en på arbeidsstykket opptegnet kontur.

Ved hjelp av apparatet ifølge oppfinnelsen oppnås liten størrelse på de benyttede vakuumkamre idet bare et begrenset rom som omgir en del av sveisesømmen, evakueres da det benyttes en kombinasjon av spesielle tetningskonstruk-sjoner. Som et resultat av dette kan evakueringshastigheten av det nødvendige pumpesystem reduseres, og pumpesystemet blir lite av størrelse og mindre kostbart. Videre elimineres, ødeleggelse av glidetetningene, da disse glir på den maski-nerte overflate av den øvre, faste plate, til forskjell fra anordningen ifølge det omtalte SE-AS 382 934. På denne måte sikres opprettholdelse av god vakuumtetning. Ved hjelp av posisjonsdetektoren sikres videre at elektronstrålen nøyaktig følger sveiselinjen, hvilket er en forutsetning for oppnåelse av god sveising, idet strømtettheten er meget høy da elektronstrålen gjøres så tynn som mulig.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende

i forbindelse med en foretrukket utførelse under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser et delvis gjennomskåret frontriss av den foretrukne utførelse av elektronstråleappa-ratet, og fig. 2 viser et delvis gjennomskåret sideriss av apparatet på fig. 1.

Idet det henvises til fig. 1 og 2, er et arbeidsstykke 1 fast understøttet i apparatet ved hjelp av en øvre fast plate 2 og en nedre fast plate 3, hvilke plater fast-spenner arbeidsstykket 1 på sine øvre og nedre overflater.

Et øvre vakuumkammer 4 og et nedre vakuumkammer 5 som omgir arbeidsstykket på både dets øvre og nedre overflater, er dannet henholdsvis i de øvre og nedre faste plater 2 og 3. Et uttømmingsrør 6 (se fig. 2) for tilkopling til en vakuumpumpe (ikke vist) for evakuering av det øvre vakuumkammer 4 er montert på sideflaten av den øvre faste plate 2, og et uttøm-mingsrør 7 er montert på lignende måte på en nedre overflate av den nedre faste plate 3. De øvre og nedre vakuumkamre 4 og 5 er forseglet ved hjelp av pakninger 10 og 11 som er anordnet langs kontaktflater 8 og 9 mellom de øvre henholdsvis nedre faste plater 2 og 3 og arbeidsstykket 1 og omgir de nevnte vakuumkamre 4 og 5. Utenfor pakningene 10 og 11 er dannet øvre henholdsvis nedre hjelpevakuumkamre 12 og 13 som omgir de øvre og nedre vakuumkamre 4 og 5 langs hele omkret-sen av disse. Disse øvre og nedre hjelpevakuumkamre 12 og 13 evakueres via uttømmingsrør 14 henholdsvis 15 som er montert på den øvre faste plate 2 henholdsvis den nedre faste plate 3. De øvre og nedre hjelpevakuumkamre 12 og 13 er forseglet ved hjelp av indre rørformede, oppblåsbare tetninger 16a henholdsvis 16b, og ytre rørformede, oppblåsbare tetninger 17a henholdsvis 17b som er anordnet på de respektive sider av disse hjelpevakuumkamre. De indre og ytre, oppblåsbare tetninger 16a, 16b henholdsvis 17a, 17b blåses opp ved hjelp av luft som tilføres via lufttilførselsrør 18a, 18b henholdsvis

19a, 19b som er montert på den øvre faste plate 2 henholdsvis den nedre faste plate 3, slik at de kan tilpasse seg selv til eventuelle ujevnheter, såsom undulasjoner i arbeidsstykkets 1 overflate. Pakninger 20 og 21 er også anordnet utenfor de

ytre, oppblåsbare tetninger 17a og 17b. Følgelig er både det øvre og det nedre vakuumkammer 4 hhv. 5 firdobbelt forseglet. Det øvre vakuumkammers 4 øvre vegg er åpen via et V-formet spor 22 som er dannet i en rett linje i lengderetningen (dvs. arbeidsretningen). På den øvre faste plate 2 er anordnet en plate 23 som er bevegelig i arbeidsretningen ved hjelp av en

ledeskrue 25 fra en drivanordning 24 som er montert på en frontflate av platen 23. Denne bevegelige plate 23 føres nøyaktig i arbeidsretningen ved hjelp av styre- eller førings-ruller 23b som vandrer over den øvre overflate av den øvre faste plate 2, og føringsruller 23c som vandrer over sideflaten av den øvre faste plate 2 og som er understøttet ved hjelp av føringsrullholdere 23a som er festet på motstående sideflater av den bevegelige plate 23. Et bevegelig vakuumkammer 26, som kommuniserer med det øvre vakuumkammer 4 via det V-formede spor 22, er dannet i den bevegelige plate 23. Det skal bemerkes at apparatets arbeidskammer omfatter både det øvre og det nedre vakuumkanmer 4 og 5 og det bevegelige vakuumkammer 26. Det bevegelige vakuumkammer 26 er forseglet ved hjelp av en pakning 28 som er anordnet langs en overflate 27 av den bevegelige plate 23 som vender mot den øvre faste plate 2 og omgir det bevegelige vakuumkammer 26. Et hjelpevakuumkammer 29 er dannet utenfor pakningen 28 og er tettet ved hjelp av den'nevnte pakning 28 og en annen pakning 3 0 som er anordnet utenfor hjelpevakuumkammeret 29. Det bevegelige vakuumkammer 26 er følgelig dobbelt forseglet ved hjelp av pakningene 28 og 30. Hjelpevakuumkammeret 29 evakueres via et uttømmingsrør 31 som er montert på den øvre overflate av den bevegelige plate 23. Et remtetnings-føringsrør 32 med omvendt U-form er anordnet på den bevegelige plate 23 med sin overliggende del eller brodel direkte over det V-formede spor 22 og strekker seg parallelt med arbeidsretningen. Det indre av remtetningsføringsrøret 32 kommuniserer med det indre av det bevegelige vakuumkammer 26 ved både de fremre og bakre, opprettstående deler av reratet-nings-føringsrøret hvor de er forbundet med den bevegelige

plate 23 (se fig. 2). En V-formet tetning eller kileremtetning 33 som passer i det V-formede spor 22 i vakuumkammerets 4 øvre vegg for forsegling av det øvre vakuumkammer 4 og det bevegelige vakuumkammer 26, er innført i den fremre, opprettstående del av remtetnings-føringsrøret 32 ved hjelp av en føringsrull 34 som er montert inne i det bevegelige vakuumkammer 26, og remtetningen er deretter ført via en førings-rull 35 langs brodelen og ned gjennom den bakre, opprett-

stående del av føringsrøret og deretter tilbake til vakuum-kammerét 26 hvor den igjen passerer inn i det V-formede spor 22. Det bevegelige vakuumkammer 26 kan følgelig tettes på effektiv måte, også mens det beveger seg i overensstemmelse med bevegelsen av den bevegelige plate 23. En elektronkanon 36 er montert på den bevegelige plate 23, idet det mellom kanonen og platen er anordnet et fleksibelt element som i den viste utførelse er i form av en belg 37, og dette element er forbundet med en elektronkanondrivende anordning 38 som er festet på den bevegelige plate 23 via en klemanordning 39. Det indre av elektronkanonen 3 6 kommuniserer med vakuumkam-meret 26 og evakueres via uttømmingsrør 40 og 41 som er montert på elektronkanonen. Elektronkanonen 36 er forbundet med en mateanordning 42 for tilsats- eller sveisetråd, hvilken anordning arbeider samtidig med elektronkanonens drivanordning 38. Denne trådmateanordning 4 2 tilfører den spen-ning og strøm som er nødvendig for generering av elektronstrålen. En posisjonsdetektor 43 er også montert på den bevegelige plate 23 for detektering av stillingen av opptegningen på arbeidsstykket 1 via en belg 44 som er beliggende like foran elektronkanonen 36, og detektorens 43 detektor-føler 43a er beliggende inne i det øvre vakuumkammer 4 som vist på fig. 2, og kan-drives slik at den krysser arbeidsstykket 1 i arbeidsretningen. Den øvre del av posisjonsdetektoren 43 kan beveges mot venstre eller høyre (i rett vin-kel med arbeidsretningen) for å følge opptegningslinjen på arbeidsstykket 1, mens den beveger seg langs det V-formede spor 22 i overensstemmelse med bevegelsen av den bevegelige plate 23. Den nevnte elektronkanon-drivanordning 38 driver elektronkanonen 36 i overensstemmelse med et deteksjonssig-nal som utsendes fra posisjonsdetektoren 43, slik at elektronstrålen følger opptegningen på arbeidsstykket 1.

Et eksempel på en sveiseoperasjon som gjør bruk av det beskrevne apparat, skal beskrives i det følgende.

Et arbeidsstykke 1 er innspent mellom den-øvre faste plate 2 og den nedre faste plate 3 og er festet på en slik måte at den tilsiktede sveis "A" er beliggende like under elektronkanonen 36. I de tilfeller hvor den tilsiktede sveis "A" er kortere enn lengden av både det øvre og det nedre vakuumkammer 4 " hhv. 5, er endeflatetetninger 4 6 og 47 anordnet ved arbeidsstykkets 1 for- og bakside, og disse endeflatetetninger 46 og 47 presses fra sine for- og bak-sider ved hjelp av trykkplater 4 8 og 4 9 (se fig. 2) for å omslutte et forseglet volum og derved tillate både det øvre og det nedre vakuumkammer 4 hhv. 5 å evakueres. I de tilfeller hvor bredden av arbeidsstykket 1 er smalere enn bredden av både det øvre og det nedre vakuumkammer 4 hhv. 5, kan samme resultat oppnås ved anvendelse av lignende endeflatetetninger og trykkplater. Så snart arbeidsstykket 1 er blitt festet i stilling, blir både de indre og de ytre, oppblåsbare tetninger 16a, 16b hhv. 17a, 17b oppblåst ved hjelp av sine respektive lufttilførselsrør 18a, 18b, 19a og 19b, slik at disse tetninger kleber tett til de øvre og nedre overflater av arbeidsstykket 1 eller de øvre og nedre overflater av trykkplatene 48 og 49. På denne måte blir både det øvre og det nedre vakuumkammer 4 hhv. 5 og det øvre og det nedre hjelpevakuumkammer 12 hhv. 13 effektivt- forseglet. Samtidig' med evakuering av både det øvre og det nedre hjelpevakuumkammer 12 hhv. 13 og hjelpevakuumkammeret 29, blir arbeids-eller sveisekammeret som omfatter det øvre og det nedre vakuumkammer 4 hhv. 5 og det bevegelige vakuumkammer 26, evakuert. Da det øvre vakuumkammer 4 og det nedre vakuumkammer 5 på sin utside er forsynt med respektive hjelpevakuumkamre 12 hhv. 13, kan de lettvint evakueres, og da de videre er forseglet på firdobbelt måte, kan en høy grad av vakuum oppnås. Det samme er øgså tilfelle med hensyn til det bevegelige vakuumkammer 26. Etter at det indre av sveisekammeret har nådd en forutbestemt grad av vakuum, blir den bevegelige plate 23 presset i sveiseretningen ved på-virkning av drivanordningen 24. Under denne periode detek-terer posisjonsdetektorens 43 detektorføler 43a, som er beliggende på den linje som skal sveises, opptegningen og beveger seg langs denne. Et posisjonsdeteksjonssignal som genereres som reaksjon på bevegelsen av posisjonsdetektoren 43, tilføres til elektronkanonens drivanordning 38, og denne anordning justerer elektronkanonen 36, slik at elektronstrålen som utsendes fra elektronkanonen 36, kan utføre nøyaktig bestråling langs den tilsiktede sveiselinje. Under bevegelse av den bevegelige plate 23 trekkes kileremtetningen 33 bort fra det V-formede spor 22 ved fronten av den bevegelige plate 23, og blir på nytt innført i det V-formede spor 22 ved baksiden av den bevegelige plate 23, slik at vakuumet i sveisekammeret alltid kan opprettholdes, også under selve sveiseoperasjonen. Samtidig med driften av elektronkanonens drivanordning 38 sørger trådmate-anbrdningen 4 2 for konti-nuerlig tilførsel av sveisestrømmen for generering av elektronstrålen .

I den beskrevne utførelse anbringes kileremtetningen 33 automatisk i det V-formede spor på grunn av trykkfor-skjellen mellom atmosfæretrykket og det dannede vakuum, og på grunn av dennes kilevirkning hviler et stort trykk på overflatene mellom den øvre faste plate 2 og det på denne monterte arbeidsstykke 1. Således kan en effektiv tetning opprettholdes. I det tilfelle hvor kileremtetningen 33 er dannet av gummi, sikres på grunn av tetningens elastisitet en effektiv tetning ved hjelp av kontakttrykk fra pakningen som er montert på det bevegelige vakuumkammer 26, selv om overflaten av den øvre faste plate 2 ikke ligger i flukt med overflaten av kileremtetningen 33.

Det vil innses at da remtetningsføringsrøret 32 har omvendt U-form og passerer over elektronkanonen 36, kan bevegelse av kileremtetningen 33 utføres jevnt og uten for-styrrelse, og det er ingen fare for at for store krefter kan virke på kileremtetningen 33.

Som foran nevnt, gjelder det beskrevne eksempel for en sveiseoperasjon som utføres med apparatet ifølge oppfinnelsen. Imidlertid kan også andre operasjoner eller prosesser, såsom elektronstråle-skjæring, hulldannelse etc, ut-føres med apparatet ifølge oppfinnelsen. Når det gjelder hulldannelse, er det bare nødvendig å bestråle arbeidsstykket intermitterende med en elektronstråle.

Claims (3)

1. Elektronstråle-bearbeidelsesapparat av den type som har dynamisk tetning, og som omfatter en øvre og en nedre plate for fastspenning av et arbeidsstykke derimellom og for avgrensning av henholdsvis øvre og nedre, faste vakuumkamre som strekker seg i arbeidsretningen på hver side av arbeidsstykket og er avtettet mot arbeidsstykket ved hjelp av tetningsanordninger, og en elektronkanon som er anordnet i forbindelse med det øvre vakuumkammer og er bevegelig i arbeidsretningen, karakterisert ved at det på den øvre plate (2) er anordnet en bevegelig plate (23) som avgrenser et bevegelig kammer (26) som står i forbindelse med det øvre vakuumkammer (4) og er avtettet mot den øvre plates (2) overflate ved hjelp av glidetetninger (28, 30), idet elektronkanonen (36) er anordnet på den bevegelige plate (23), og idet en øvre vegg av det øvre vakuumkammer (4) avgrenser en åpning i form av et i arbeidsretningen forløpende, V-formet spor (22) for en kileremtetning (33) som er anbragt i sporet (22) foran og bak elektronkanonen (36), men er ført oppover og ut av det bevegelige kammer (26) og gjennom et remtetnings-føringsrør (32) som er montert på den bevegelige plate (23) og strekker seg i arbeidsretningen, slik at det omslutter elektronkanonen (36), og at det på den bevegelige plate (23) er montert en posisjonsdetektor (43) som er innrettet til å krysse arbeidsstykket (1) på tvers av arbeidsretningen, og som kan drives slik at den innstiller elektronkanonen (36) i overensstemmelse med en på arbeidsstykket opptegnet kontur.

2. Elektronstråle-bearbeidelsesapparat ifølge krav 1, karakterisert ved at det i den bevegelige plate (23) er anordnet et hjelpevakuumkammer (29) som omslutter det bevegelige kammer (26) og er avtettet ved hjelp av de nevnte glidetetninger (28, 30).

3. Elektronstråle-bearbeidelsesapparat ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at de øvre og nedre plater (2 hhv. 3) avgrenser hjelpevakuumkamre (12 hhv. 13) som omslutter sine respektive f aste vakuumkamre (4 hhv. 5) og er avtettet mot arbeidsstykket ved hjelp av oppblåsbare tet-ningselementer (16a, 17a hhv. 16b, 17b).