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Lieferantenverzeichnis: Maschinen zum Elektronenstrahlschweißen

 

Lexikon: Maschinen zum Elektronenstrahlschweißen

Synonyme: Elektronenstrahlschweißtechnik, Elektronenstrahl-Technik, Elektronenstrahlschweißen

Maschinen zum Elektronenstrahlschweißen, Elektronenstrahl-Technik

Quelle: Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik der RWTH Aachen

Definition

Als Ausrüstungen und Maschinen zum Elektronenstrahlschweißen werden Komponenten, Universalmaschinen und Sondermaschinen angeboten. Beim Elektronenstrahlschweißen werden die zu verschweißenden Werkstücke von einem fokussierten Strahl stark beschleunigter Elektronen beschossen. Beim Auftreffen der Elektronen auf die Nahtstelle wird die kinetische Energie der Teilchen vom Werkstoff mit einem Wirkungsgrad von 90-95% absorbiert und in Wärme umgesetzt. Das Elektronenstrahlschweißen gehört gemäß DIN 1910 zur Verfahrensgruppe Schmelz-Verbindungsschweißen und dort zur Untergruppe Strahlschweißen. Benachbarte Verfahren sind das Laserstrahlschweißen und das Lichtstrahlschweißen.

Die Erzeugung des Elektronenstrahls erfordert immer ein Vakuum im Elektronenstrahl-Generator. Verfahrensunterschiede gibt es beim Grad des Vakuums in der Arbeitskammer. Je nach der zu verschweißender Werkstoff-Kombination und den Anforderungen an Schweißnahtqualität einerseits und Taktzeit andererseits werden als Verfahrensvarianten das Elektronenstrahlschweißen im Hochvakuum, im Feinvakuum und das atmosphärische Elektronenstrahlschweißen eingesetzt. Beim Elektronenstrahlschweißen unter Atmosphärendruck durchläuft der Elektronenstrahl mehrere Vakuumkammern mit stufenweise reduziertem Unterdruck bevor er zum Schweißen in die Arbeitskammer eintritt.

Wesentliche Komponenten von Maschinen zum Elektronenstrahlschweißen sind der Elektronenstahl-Generator mit elektromagnetischer Fokussierlinse, elektromagnetischem Ablenksystem und Hochspannungsversorgung, die Arbeitskammer, Handhabungseinrichtungen für Werkstück oder Elektronenstrahl-Generator, die Vakuumausrüstung für Generator und Arbeitskammer und die Anlagensteuerung.

Funktionsprinzip

Der Aufbau eines Elektronenstrahl-Generators entspricht dem Prinzip einer Kathodenstrahlröhre, nur eben bei sehr hoher Spannung. Eine Wolframkathode wird entweder durch einen Heizstrom direkt oder über eine Glühwendel indirekt beheizt. Aus der beheizten Kathode treten im Vakuum durch thermische Emission Elektronen aus. Zwischen Kathode und Anode wird eine Hochspannung von typisch 60 ? 200 kV angelegt. Dadurch werden die freien Elektronen auf ca. 2/3 der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Über die als Wehneltzylinder bezeichnete Steuerelektrode kann der Elektronenfluss dosiert werden. Die Anode ist mit einem Loch versehen, durch das die Elektronen aus dem Generator quasi herausgeschossen werden.

Elektromagnetische Fokussierspulen sorgen durch die Strahlkonzentration für eine hohe Leistungsdichte am Schweißpunkt. Mittels elektromagnetischer Ablenkspulen kann der Elektronenstrahl berührungslos abgelenkt werden. In Universalmaschinen zum Elektronenstrahlschweißen wird das Werkstück von einem Koordinatentisch in einer großen Arbeitskammer verfahren und dadurch die Schweißnaht gezogen. Taktmaschinen dagegen verwenden mehrere kleine, werkstückspezifisch angepasste Arbeitskammern die schnell zu evakuieren sind. Beladen, Evakuieren, Schweißen, Fluten und Entladen eines Werkstücks können so in unterschiedlichen Takten erfolgen.

Der am Schweißpunkt auftreffende Elektronenstrahl wird dort mit dem hohen Wirkungsgrad von 90-95% vom Werkstoff absorbiert und in Wärme umgesetzt. Beim Elektronenstrahlschweißen werden Leistungsdichten von bis zu 100kW / mm2 erreicht, bereits ab 1kW / mm2 verdampft der Werkstoff spontan. Dadurch kann der Elektronenstrahl immer tiefer in das Werkstück eindringen. Es entsteht eine von einer Schmelze umgebene Dampfkapillare. Dieses wird als Tiefschweißeffekt bezeichnet. Schweißtiefen von bis zu 300 mm sind in Stahlwerkstoffen möglich. Das Elektronenstrahlschweißen ermöglicht sehr schmale Nähte mit einem Verhältnis von Schweißtiefe zu Nahtbreite von 50:1. Zu beachten ist die Entstehung von Röntgenstrahlen.

Einsatzbereich

Maschinen zum Elektronenstrahlschweißen eignen sich zur Herstellung von Verbindungen zwischen nahezu allen schmelzschweißgeeigneten metallischen Werkstoffen. Für manche Metalle und Metallpaarungen ist Elektronenstrahlschweißen das einzig mögliche Schweißverfahren. Aufgrund der hohen Investitionskosten und guten Automatisierbarkeit wird das Elektronenstrahlschweißen vor allem in der Serienfertigung eingesetzt. Blechdicken von 0,1 mm bis 300 mm können geschweißt werden. Andere Stärken des Verfahrens sind sehr schmale Schweißnähte, geringer Wärmeverzug, hohe Schweißgeschwindigkeit und günstiger energetischer Wirkungsgrad.
Einsatz finden Maschinen zum Elektronenstrahlschweißen in der Serienfertigung von Automobilzulieferindustrie, Elektroindustrie, Feinwerktechnik und Medizintechnik. Aufgrund der speziellen Werkstoffe und Anforderungen sind Kraftwerksbau, Nukleartechnik sowie Luft- und Raumfahrt ebenso wichtige Anwenderbranchen.

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