DE2204295A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schweißen mit Elektronenstrahlen bei höheren Geschwindigkeiten - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Schweißen mit Elektronenstrahlen bei höheren GeschwindigkeitenInfo
- Publication number
- DE2204295A1 DE2204295A1 DE19722204295 DE2204295A DE2204295A1 DE 2204295 A1 DE2204295 A1 DE 2204295A1 DE 19722204295 DE19722204295 DE 19722204295 DE 2204295 A DE2204295 A DE 2204295A DE 2204295 A1 DE2204295 A1 DE 2204295A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- electron beam
- workpiece
- change
- speed
- oscillation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
- H01J37/302—Controlling tubes by external information, e.g. programme control
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
Description
Dr.W.P.Radt
Dipl.-Ing. E. E. Finkener
Dipl.-Ing. E. E. Finkener
Dipl.-Ing. W. Ernesti Patentanwälte |
Sciaky Bros., Inc. Chicago, Illinois 60638 |
463 Bochum Heinrich-König-Strafie 12 Fernspredier 415 SO, 4 23 27 Telegrammadresse: Radipatent Bochum |
USA |
71 195 EEF/US |
Verfahren und Vorrichtung zum Schweißen mit Elektronenstrahlen
bei höheren Geschwindigkeiten
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schweißen mit großer Geschwindigkeit mittels
Elektronenstrahlen hoher Leistungsdichte, die mit einer Elektronenkanone erzeugt, beschleunigt und fokussiert werden.
Die Verwendung von Elektronenstrahlen mit hoher Leistungsdichte erlaubt das Schweißen mit sehr hohen Geschwindigkeiten;
es wurde ,jedoch beobachtet, daß beim Erreichen einer bestimmten Schweißgeschwindigkeit mit einer entsprechenden
Leistungsdichte geschmolzenes Metall von der Zone, in der der Elektronenstrahl auf das Werkstück auftrifft, wegfließt,
was zu einer Schweißnaht führt, die nicht vollständig gefüllt ist und in der Hohlräume festgestellt wurden.
Beispielsweise hat man beim Nahtschweißen von 2,28 cm dickem, ferritischem, rostfreiem Stahl festgestellt, daß
eine gute Schweißung nur unterhalb einer Schweißgeschwindigkeit von 482 cm/min, erzielt wird, wenn die Stromstärke
in dem Elektronenstrahl 300 mA bei einer Spannung von 55
kV beträgt und der runde Strahl so fokussiert ist, daß seine schmälste Stelle in der Ebene der Oberfläche des
Metalls liegt. Wenn die Geschwindigkeit über 4-82 cm/min,
hinaus erhöht wird, erscheinen zunächst Kugeln an der oberen Fläche des Schweißbettes und, wenn die Geschwindigkeit
209342/0612
noch mehr gesteigert wird, vereinigen sich die Kugeln und bilden eine Wulst entlang der Oberfläche, während die
untere Seite des Schweißbettes zurückgesaugt und eine Sicke an der unteren Fläche der Schweißzone gebildet wird.
Um diese Nachteile zu vermeiden, ist man gezwungen, die Schweißgeschwindigkeit zu reduzieren. Da dies einen Nachteil
darstellt, könnte man die Möglichkeit in Erwägung ziehen, mit größeren Geschwindigkeiten unter Verwendung
eines Elektronenstrahls besonderer heterogener Art zu schweißen, der unterschiedliche Leistungsdichten an verschiedenen,
im Innern des Elektronenstrahls liegenden Punkten hat. Man kann beispielsweise einem Elektronenstrahl
eine höhere Leistungsdichte im Bereich der vorauslaufenden
Kante als im Bereich der ablaufenden Kante des Strahls
geben.
Um dieses Verfahren praktisch durchzuführen, ist es notwendig,
spezielle Elektronenstrahlkanonen zu entwickeln und herzustellen, da derartige Maschinen zur Zeit nicht
auf dem Markt sind. Darüber hinaus würde die Verwendung einer Elektronenkanone dieser Art schwierig und heikel
sein, da sie keine Flexibilität hat und die Herstellungskosten außerordentlich hoch wären. Selbst wenn eine solche
Kanone angeschafft werden könnte, wäre die Verwendung eines Elektronenstrahls dieser Art aus den im folgenden
dargelegten Gründen außerordentlich schwierig.
Ein Elektronenstrahl, der zum Schweißen benutzt wird, muß fokussiert werden, um ihn Änderungen der Entfernung zwischen
der Kanone und dem Werkstück anpassen zu können; ferner hängt die Stromstärke, die für die Fokussierspule
erforderlich ist, um den Strahl zu bündeln, auch von dem Beschleunigungspotential ab. Wenn die Stromstärke für die
209842/0812
Fokussierspule verändert wird, wird der Elektronenstrahl um die Längsachse des Elektronenstrahlweges gedreht. Wenn
der Strahl rund und in axialer Richtung symmetrisch ist, ruft eine Änderung der Fokussierung keine merkliche Änderung
der Symmetrie und keine wesentliche Änderung der Schweißeigenschaften des Strahls hervor. Hat der Strahl jedoch
eine ungleichmäßige Leistungsdichte, wenn sein Querschnitt beispielsweise birnenförmig ist, so würde eine
Änderung der Fokussierung die Orientierung des Elektronenstrahls in bezug auf die Naht, die geschweißt werden soll,
verändern. Der oben erwähnte Strahl, der bei einer bestimmten Entfernung zwischen Kanone und Werkstück und einer
bestimmten Beschleunigungsspannung eine höhere Leistungsdichte an der vorauslaufenden Kante und eine Zone
geringerer Leistungsdichte an der rückwärtigen Kante hat, könnte, wenn die Stromstärke der Fokussierspule verändert
wird, um sich einer Änderung der Entfernung des Strahls oder der Beschleunigungsspannung anzupassen, so gedreht
werden, daß seine vorauslaufende Kante eine geringere Leistungsdichte hätte, während die ablaufende Kante eine
Zone höherer Leistungsdichte aufwiese. Es würde also genau das Gegenteil von dem eintreten, was beabsichtigt ist.
Um dies wieder zu korrigieren, müßte die Elektronenkanone gedreht werden, damit der Elektronenstrahl wieder richtig
auf die Naht gelenkt wird. Dies ist natürlich außerordentlich unpraktisch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile
zu vermeiden; sie bezieht sich auf ein Verfahren, mit dem es möglich ist, Schweißnähte bei hohen Geschwindigkeiten
mit sehr hohen Leistungsdichten zu erzeugen, ohne daß die Gefahr besteht, daß innerhalb der Schweißzone
Fehler auftreten oder sich die Teile, die an ihrer Verbindungslinie
geschweißt werden, deformieren.
209842/0612
Bei Durchführung des bekannten Verfahrens zum Schweißen
mit Elektronenstrahlen stellt man fest, daß das Auftreten einer Schweißraupe oder Wulst auf der Oberfläche und
einer Sicke an der Unterseite darauf zurückzuführen ist, daß beim Schweißen mit hoher Energiedichte als Folge des
schnellen Schmelzens und einer leichten Verdampfung des
Materials auf der Bahn des Elektronenstrahls ein Loch entsteht. Das geschmolzene Material wird in die Spur der
Schweißnaht zurückgedrückt, kühlt sich ab und verfestigt sich sehr schnell, bevor alles zurückfließen und das gebildete
Loch wieder füllen kann. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, durch Verzögerung der Abkühlgeschwindigkeit
des geschmolzenen Metalls infolge eines Nacherhitzungseffektes, im Bereich der nachlaufenden Kante des oszillierenden
Strahlenwegs die Hohlräume wieder zu füllen, die durch den Strahl mit hoher Energiedichte erzeugt werden,
wodurch eine einwandfreie Schweißnaht über die gesamte Stärke der zu schweißenden Werkstücke erzeugt wird, die
völlig frei ist von Blasen, Poren, Rissen oder anderen Fehlern, die durch eine zu schnelle Abkühlung in der
Schweißzone entstehen. Durch die Anwendung des Verfahrens gemäß vorliegender Erfindung hat es sich als möglich erwiesen,
einwandfreie Schweißnähte an dicken Werkstücken bei Schweißgeschwindigkeiten von 875 bis 1250 cm/mino
herzustellen.
Das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung erlaubt es ferner, die obigen Ergebnisse in außerordentlich einfacher
Weise zu erzielen und dabei gleichzeitig eine große Flexibilität der Regulierung zu erhalten.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Schweißen mit Elektronenstrahlen, bei dem ein Elektronenstrahl mit
rundem Querschnitt entsprechend der gewünschten Schweiß-
209842/0612
naht an den stumpf aneinanderstoßenden oder sich überlappenden
Werkstücken, die geschweißt werden sollen, verschoben wird und "bei dem der Elektronenstrahl entlang
der Schweißlinie eine Hin- und Herbewegung ausführt, wobei von dem Strahl eine Zone "bestrichen wird, die eine
ablaufende Kante oder eine Hinterflanke an einem Ende, das
in Richtung der relativen Verschiebung der Werkstücke in "bezug auf die Elektronenkanone liegt und eine voreilende
Kante oder Vorderflanke am anderen Ende hat, das in entgegengesetzter Richtung liegt, wodurch eine Änderung in
der Leistungsdichte des Elektronenstrahls in der Weise erhalten wird, daß diese am meisten an der Hinterflanke
der vom Strahl bestrichenen Zone verringert wird und an der Vorderflanke am größten ist»
Die Durchschnittsgeschwindigkeit jeder Schwingung soll wenigstens zehn mal so groß sein wie die Geschwindigkeit,
mit der sich das Werkstück in bezug auf die Elektronenkanone bewegt, so daß eine Energieverteilung auf das Werkstück
über eine vorbestinmte Länge entlang der geidmschten
Schweißnaht erreicht wird, die an dem Werkstück entlanggeführt wird, wenn es in bezug auf die Elektronenkanone
bewegt wird, derart, daß dem gerade geschmolzenen Material Energie zugeführt xvird, um dessen Zusammenballung zu verzögern,
so daß es den Hohlraum infolge der gleichseitigen Wirkung der Schwerkraft und der Oberflächenspannung wieder
ausfüllen kann.
Als Beispiel kann eine Schweißung betrachtet x^erden, die
mit einer Geschwindigkeit von 720 cm/min, oder 120 mm/sec»
mit einem Elektronenstrahl, dessen Durchmesser 1 mm beträgt,
durchgeführt wird. Es stellt sich dabei heraus, daß sich der Elektronenstrahl 9 xfazm er mit einer Frequenz
vor, 60 Hz schwingt, in 1_ see» um 1 mm (der Dauer einer
120
2098A2/0812
halten Schwingungsperiode) ir. einer Sichtung verschiebt
und in der zweiten halben Schwingungsperiode zurückkehrt. Die mittlere Geschwindigkeit des Ausschlages in beiden
Eichtungen beträgt daher 120 mm/sec, Die Wirkung, die
dadurch erzielt wird, besteht darin, daß während des Ausschlages in Richtung der Bewegung des Werkstückes die Geschwindigkeit
des Strahls an dem Werkstück im Mittel Null ist, während sie während des Ausschlages in der entgegengesetzten
Eichtimg 240 sin/sec. beträgt, so daß sich eine
Skala von intensiv heißen Punkten in einem Abstand von 2Mi auf dem Werkstück ergibt. Der Ausschlag xvürde bei dem
vorliegenden Beispiel auf eine mittlere Ausschlaggeschwindigkeit von wenigstens 1200 mm/sec» dann erhöht, wenn
eine Frequenz; von wenigstens 600 Hz benutzt wird. Dies würde dazu führen, daß alle Abschnitte der Schweißnaht
wenigstens zehn mal überquert wurden.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zum
Schweißen mit Elektronenstrahlen, die sur Durchführung des Verfahrens geeignet ist.
Auf der Zeichnung sind Ausführuiigsbeispiele der Erfindung
dargestellt« Es zeigen?
llgur 1 eine schematische Darstellung einer Maschine
zum Schweißen mit Rlektr-onenstrahlen,
igur 2 eine Draufsicht auf die Zone;, die von einem
Elektronenstrahl bestrichen wird, der von der Maschine gemäß Figur 1 erzeugt wird,
Figuren graphische Darstellungen von. praktischen Bei-
4^ ~s spielen des Verfahrens -re?:._äf' ~ro:-:·!.5 "gander- Erfindung,
böi dw::?----- cüe -τ-..-.ι de:·? I \i rii:<ν,ι-:--,.te■-■x.-au:C
ciis Werki'i-iicke gelief^rte Leis'jung 'während
208842/0812
jeder Schwingung des Elektronenstrahls verändert wird,
Figuren
graphische Darstellungen einer Ausführungsform des Verfahrens, bei der die Konzentration des
Elektronenstrahls während der Schwingung des Strahls verändert wird,
Figuren graphische Darstellungen eines Ausführungsbei-5a "bis gpiels des Verfahrens, bei dem die Geschwindigkeit,
mit der der Elektronenstrahl hin- und herbewegt wird, während jeder Schwingung des Strahls
verändert wird,
Figur 6 eine schematische Darstellung der Steuerelemente einer Schweißmaschine, bei der die Stromstärke
des Elektronenstrahls, die von der Kanone geliefert wird, in Abhängigkeit von der Zeit verändert
wird, so daß sich eine Arbeitsweise entsprechend den Figuren 3a bis 3<1 ergibt,
Figur 7 eine schematische Darstellung der Steuerelemente für eine Schweißmaschine in Blockform, bei der
die Konzentration des Elektronenstrahls sich entsprechend der graphischen Darstellung der Figuren
4a bis 4d ändert,
Figur 8 eine schematische Darstellung der Steuerteile einer Schweißmaschine, bei der die Geschwindigkeit
des Ausschlages des Elektronenstrahls während jeder Schwingung des Strahls entsprechend
den auf den Figuren 5a bis 5g dargestellten Beispielen verändert wird und
Figur 9 eine schematische Darstellung der Steuereinrichtungen
einer Schweißmaschine, bei der die Kon-
209842/061 2
zentration des Elektronenstrahls, die Ablenkgeschwindigkeit
xind die Strahlstromstärke der Maschine einzeln oder gleichzeitig während jeder
Schwingung verändert werden können.
Mit dem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung gelingt es, eine wirksame Veränderung der Leistungsdichte, die auf die
zu schweißenden Werkstücke einwirkt, bei Verwendung eines homogenen Elektronenstrahls zu erhalten. Diese .Änderung
der Leistungsdichte, die tatsächlich die Energie des Elektronenstrahls darstellt, die auf die Werkstücke über
den Bereich einwirkt, der von dem Elektronenstrahl in der Zeiteinheit bestrichen wird, erhält man dadurch, daß der
Elektronenstrahl eine Hin- und Zurückbewegung entlang der Naht ausführt und durch Veränderung eines oder mehrerer
Parameter, die diese Leistungsdichte bestimmen, wie z.B. der Leistung des Elektronenstrahls, der Beschleunigungsspannung,
der Konzentration des Strahls oder der Geschwindigkeit der Verschiebung des Strahls während des
Schwingzyklus.
Auf Figur 1 ist eine Schweißmaschine dargestellt, bei der
die Elektronenkanone 1 einen Elektronenstrahl erzeugt, der auf den Schweißstoß, an dem die Werkstücke 3 aneinanderliegen,
gerichtet ist. Die zu schweißenden Werkstücke werden in Eichtung des Pfeiles B1 mit einer Relativgeschwindigkeit
ν in bezug auf die Elektronenkanone 1 verschoben. Bei der praktischen Durchführung des Verfahrens
kann die Elektronenkanone 1 fest angeordnet werden, während sich die Werkstücke 3 in Richtung des Pfeiles I?
bewegen.
Der Elektronenstrahl führt entlang der Schweißnaht eine Winkelbewegung zwischen den Grenzkanten 4- und 5, die die
Scheitel des Winkels Theta darstellen, aus.
2098A2/0S12
Die Schwingung des Elektronenstrahls um den Winkel Theta
(θ) kann mit bekannten elektronischen Vorrichtungen erhalten werden; die Größe des Winkels Theta bestimmt sich
als !Funktion der Art der Stärke-der Werkstücke, die geschweißt
werden sollen und als !Punktion der Leistungsdichte des Elektronenstrahls, wenn dieser sich nicht bewegt
.
Figur 2 ist eine Draufsicht auf die Fläche, die von einem
Elektronenstrahl auf den zu schweißenden Werkstücken, die einen quadratischen Querschnitt mit der Seitenlange
haben, bestrichen wird. Der Elektronenstrahl überfährt während seiner Winkelverschiebung eine Zone, bei der die
voreilende Kante an den Werkstücken durch die Kante 4 des Strahls gebildet wird, die in entgegengesetzter Sichtung
zur Verschiebung der Werkstücke 3 verläuft und bei der die ablaufende Kante 5 i^· Richtung der Verschiebung
der Werkstücke 3 liegt.
Gemäß der Erfindung wird die Leistungsdichte des Elektronenstrahls
während der zyklischen Verschiebung dadurch verändert, daß man die augenblickliche Geschwindigkeit
des Strahls, seinen !Fokus (Konzentration), seine Intensität
(Stromstärke) oder die Beschleunigungsspannung während jeder Periode derart ändert, daß die tatsächliche
Leistungsdichte einen maximalen Wert an der voreilenden Kante 4· der Schwingzone und einen Tiefstwert an der ablaufenden
Kante 5 hat.
Die Änderung der Leistungsdichte von der voreilenden Kante zur ablaufenden Kante kann linear oder nicht linear
je nach der Art der Schweißung, die durchgeführt werden
soll, erfolgen.
Wenn man mit "p" die Leistung des Elektronenstrahls be-
209842/0612
- ίο -
zeichnet, die eine Punktion von θ sain kann, mit
!le" die Breite eines (aus Gründen der Vereinfachung) quadratischen
Elektronenstrahls mit gleichmäßiger Leistungsdichte,
mit
"V" die Schwinggeschwindigkeit des Strahls, die sich ebenfalls
in Abhängigkeit von θ verändern kenn und mit "T" die Dauer der Schwingung,
so ergibt sich für die Leistungsdichte P die folgende Formelϊ
Dieser" Vert ist eine Funktion von Θ.
Wenn die Parameter in dieser Formel konstant sind, so ist
das Produkt ViD ·* a (siehe Figur 2) und der Nenner entspricht
der auf Figur 2 gestrichelt dargestellten Fläche.
Es ist Jedoch festzustellen, daß für ,jeden Punkt an den
zu schweißenden Werkstücken, der der Einwirkung des Elektronenstrahls
unterliegt, die Leistungsdichte nicht konstant ist, weil ein oder mehrere Parameter während jeder
Schwingbewegung des Elektronenstrahls geändert werden. Da aber die Frequenz der Schwingung viel größer ist als
die thermische Trägheit des zu schweißenden Materials, kann man die mittlere Leistungsdichte an jedem Punkt,
der dem schwingenden Elektronenstrahl ausgesetzt ist, rechnerisch ermitteln.
Bei dem auf den Figuren 3a bis 3d und 6 dargestellten Beispiel
wird die Ablenkung des Strahls mit konstanter Geschwindigkeit vorgenommen und die l-aistungsai ehte dadurch.
verändert, daß man die Leistung der iianone ändert"«, So
kann man aus Figur 3 a ersehen, daß die .änderung der Lage
209842/0612
des Strahls einer Sägezahnschwingung entspricht -und daß
die Geschwindigkeit der Verschiebung cL0 des Elektronenstrahls konstant ist. In obiger Formel sind daher das Produkt
ViE und die Länge der Schwingzone konstant.
Um das gewünschte Ergebnis zu erhalten, kann man die Leistung der Kanone in der aus der graphischen Darstellung
gemäß Figur 3b ersichtlichen Weise ändern. Die Leistungsdichte
(Figur 3c) ändert sich daher ebenfalls und folgt einer ähnlichen Kurve. Schließlich ist auf Figured
über den Bereich, der während jeder Schwingung des Strahls bestrichen wird, die Kurve der mittleren Leistungsdichte
dargestellt, die von der Kanone während einer Zeit erzeugt wird, die verglichen mit der Dauer jeder Schwingung
lang ist.
Bei diesem Beispiel ändert sich die Leistung der Elektronenstrahlkanone
in gesetzmäßiger Abhängigkeit von der Winkelablenkung des Strahls und in der Weise, daß die
maximale Leistung (Punkt 6 auf Figur 3b) da auftritt, wo der Elektronenstrahl in Höhe der vorauseilenden Kante 4
(Figur 1) ist und die geringste Leistung (Punkt 7 der Figur 3) an der Stelle vorliegt, an der der Elektronenstrahl
in Höhe der nachlaufenden Kante 5 der Schwingzone ist
(Figur 1).
Diese Änderung in der Leistung, die von der Kanone geliefert wird, kann man auf verschiedene Weise erhalten,
beispielsweise mit einer Triodenkanone durch Einwirkung auf das Potential der Steuerelektrode, wodurch die Stromstärke
des Strahls verändert wird.
Erfindungsgemäß kann dieses Ergebnis auch erzielt werden, ) indem man nicht auf die Leistung des Elektronenstrahls
einwirkt, sondern auf die Konzentration (Fokussierung) des
2098A2/0S12
Strahls in Abhängigkeit von der Ablenkung (Figur 4b). In diesem Fall erhält man unter Aufrechterhaltung einer Sägezahnschwingung
(Figur 4a) ebenfalls eine Änderung der Leistungsdichte in Abhängigkeit von der Ablenkung des Strahls
oder als Funktion der Lage des Strahls auf den zu schweißenden Werkstücken (siehe auch die Figuren 4c und 4d).
Eine Schweißmaschine, mit der die vorstehenden Verfahren durchgeführt werden können, ist auf den Figuren 6, 7? 8
und 9 dargestellt, auf denen mit 1 die Elektronenkanone, mit 3 die zu schweißenden Werkstücke, mit 8 der Wagen,
der die Werkstücke hält und transportiert, mit 9 die Fokussierspule und mit 10 die Ablenkungsspule bezeichnet
sind.
Bei dem auf Figur 8 dargestellten Beispiel, dessen Funktion in Zusammenhang mit den Figuren 5a bis 5g erläutert wird,
ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der die Leistung der Elektronenkanone konstant gehalten
wird, während man die Geschwindigkeit der Schwingung verändert, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Figur
5a zeigt die Kurve der Winke!verschiebung des Strahls als
Funktion der Zeit, während Figur 5b die Geschwindigkeit,
mit der sich der Elektronenstrahl auf den Werkstücken verschiebt, als Funktion der Zeit zeigt; auf Figur 5c ist die
Geschwindigkeit der Verschiebung des Strahls als Funktion der Ablenkung des Strahls dargestellt. In diesem Fall erhält
der Elektronenstrahl eine oszillierende Bewegung, die einer parabolischen Kurve folgt. Dabei erhält man eine
Änderung der Leistungsdichte in Abhängigkeit von der Winkelverschiebung und als Funktion des Auftreffpunktes des
Strahls auf die Werkstücke, wie es auf den Figuren 5d und
5e dargestellt ist.
Es ist möglich, joden gewünschten Wert der Leistungsdichte
2098^2/0612
als Funktion des Auftreffpünktes des Strahls zu erhalten,
in dem man auf die Parameter) wie oben erwähnt, einwirkt,
um sich den Eigenschaften des sehr verschiedenartigen zu schweißenden Materials anzupassen. Beispielsweise kann ein
Bereich niedriger Leistungsdichte an der voreilenden Kante, auf die eine Zone mit hoher Leistungsdichte folgt,
eingestellt werden, an die sich dann eine Zone geringer Leistungsdichte an der ablaufenden Kante anschließt.
Die Figuren 5ΐ und 5s sind graphische Darstellungen, die
die Wirkung der Beeinflussung der Schwingung des Strahls zeigen, derart, daß ein vorerhitzter Bereich am Beginn
der Schweißung und eine Macherhitzung hinter der Schweißnaht
erzielt wird, wie es beim Schweißen bestimmter Stoffe erforderlich ist. Figur ^f zeigt die augenblickliche
Geschwindigkeit des oszillierenden Strahls, Figur 5 die .Änderung der Leistungsdichte des Strahls entlang des Weges,
der von dem Strahl auf dem Werkstück zurückgelegt wird. Die Kurve von O bis 1 auf Figur 5f verdeutlicht die
Änderung der Geschwindigkeit, wenn der Strahl sich entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des Werkstückes, bezogen
auf die Elektronenkanone, bewegt. Der Abschnitt zwischen 1 und 2 zeigt die Änderung der Geschwindigkeit,
während der schwingende Strahl in der gleichen Richtung wie sich das Werkstück bewegt, zurückkehrt und der Abschnitt
zwischen 2 und 3 wieder die Änderung der Geschwindigkeit während sich der Strahl entgegengesetzt der
Bewegung des Werkstückes verschiebt.
Figur 5g zeigt die sich ergebende Leistungsdichte an dem
Werkstück über den von dem Strahl zurückgelegten Weg. Die Kurve von O bis 1 läßt die Änderung der Leistungsdichte
während der Zeit O bis 1 erkennen, wenn der Strahl sich entgegengesetzt der Bewegungsrichtung des Werkstückes bewegt}
die Kurve 1, 2 zeigt die Änderung oder Leistungs-
20 9 8 4 2 /ÖS12
dichte, wenn der Strahl in Sichtung der Bewegung des Werkstückes zurückkehrt und die Kurve 2-3 zeigt die
Änderung der Leistungsdichte während der dritten Schwingung des Strahls entlang dem Werkstück.
Bei den auf den Figuren 6, 7, 8 und 9 dargestellten Beispielen sind schematisch die Einrichtungen zur Änderung
der Leistung des Strahls, der Konzentration (Fokussierung) des Strahls und der Geschwindigkeit der Schwingungsbewegung
dargestellt. Mit A ist eine Einrichtung zum Steuern der Strahlstromstärke, mit B eine Einrichtung zum Steuern
der Ablenkung des Strahls und mit G eine Steuereinrichtung für die Fokkusierung des Strahls bezeichnet. Selbstverständlich
können zwei oder drei dieser Parameter gleichzeitig geändert werden, wenn es sich als notwendig erweist. Hierzu
benutzt man die auf Figur 9 dargestellte Einrichtung, bei der die Werkstücke 3 auf dem beweglichen Wagen 8 angeordnet
sind, der unterhalb der Elektronenkanone 1 bewegt wird.
Längs der Achse der Elektronenstrahlkanone sind eine Fokussierspule 9 und eine Ablenkungsspule 10 dargestellt,
so daß man je nach der Art des ausgewählten Verfahrens die Fokussierung, die Geschwindigkeit der Ablenkung oder
die Stromstärke der Elektronenstrahlkanone oder aber gleichzeitig mehrere dieser Parameter ändern kann.
ORIGINAL INSPECTED
Pat ent ans prüc he
09S42/0612
Claims (11)
- - 15 -tentansprücheVerfahren zum Schweißen von Werkstücken entlang einer estimmten Schweißnaht mit Hilfe eines Elektronenstrahls, der mit einer Elektronenstrahlkanone erzeugt, beschleunigt und fokussiert wird und den man auf das zu schweißende Werkstück richtet, wobei das Werkstück sich in bezug auf die Elektronenkanone bewegt, dadurch gekennzeichnet , daß der Elektronenstrahl mit einer vorgegebenen Amplitude entlang der Schweißnaht oszilliert und auf das Werkstück entlang seines Weges pro Querschnittseinheit eine Energie abgibt, die sich bei jeder Schwingbewegung so ändert, daß der Elektronenstrahl eine vorauseilende Kante mit hoher Energiedichte hat, die sich zu einer ablaufenden Kante mit reduzierter Energiedichte erniedrigt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingung mit einer Frequenz erfolgt, die so hoch ist, daß die mittlere Geschwindigkeit, mit der sich der Strahl in bezug auf das Werkstück bewegt, wenigstens eine Größenordnung höher ist als die Geschwindigkeit, mit der die Wärme von dem Auftreffpunkt des Strahls abgeleitet wird.
- 3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingung mit einer Frequenz erfolgt, die so hoch ist, daß die mittlere Geschwindigkeit, mit der sich der Strahl in bezug auf das Werkstück bewegt, wenigstens eine Größenordnung größer ist als die Geschwindigkeit des Werkstückes in bezug auf die Kanone.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, daß die Änderung der Energie pro Querschnittseinheit durch ÄndoruiVT der augenblicklichen Geschwindigkeit des Strahls wührend ,jeder Schwingungsperiode erzielt wird.209842/061 2
- 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Energie pro Querschnittseinheit durch Änderung der Stromstärke des Elektronenstrahls während jeder Schwingung erzielt wird, wobei alle übrigen Parameter konstant gehalten werden.
- 6o Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Energie pro Querschnittseinheit durch Änderung der Leistung des Elektronenstrahls während jeder Schwingung durch Änderung der Stromstärke des Strahls erzielt wird.
- 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Energie pro Querschnittseinheit durch Änderung des Beschleunigungspotentials der Elektronenstrahlkanone während jeder Schwingung erzielt wird.
- 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Energie pro Querschnittseinheit durch Änderung der Stromstärke des Elektronenstrahls erzielt wird.
- 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Energie pro Querschnittseinheit durch Änderung der Konzentration des Elektronenstrahls während jeder Schwingung erzielt wird.
- 10. Verfahren nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Strahls von 0 auf einen maximalen Wert vergrößert wird, wenn er in einer Richtung ausschwingt, die der Bewegungsrichtung des Werkstückes in bezug auf die Elektronenstrahlkanone entgegengesetzt ist und bis auf 0 abnimmt, wenn er sich in der gleichen Richtung wie das Werkstück bewegt.209842/0612
- 11. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des schwingenden Strahls von einem maximalen Wert auf O abnimmt und den maximalen Wert wieder erreicht, während er sich in "beiden Eichtungen in bezug auf die Bewegungsrichtung des Werkstückes "bewegt.12ö Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 11, bestehend aus einer Elektronenkanone mit Einrichtungen zum Erzeugen, Beschleunigen und Fokussieren eines Elektronenstrahls, Mitteln, mit denen der Elektronenstrahl auf das zu schweißende. Werkstück gerichtet wird, Einrichtungen zum Bewegen des Werkstückes in bezug auf die Elektronenstrahlkanone entlang eines gegebenen Weges, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlkanone Einrichtungen, mit denen dem Strahl in Längsrichtung des Weges Schwingungen mit einer bestimmten Amplitude aufgegeben werden und Mittel zum Verändern der Strahlgeschwindigkeit, der Konzentration des Strahls, der Beschleunigungsspannung und der Strahlstromstärke enthält, die einzeln oder gemeinsam während jeder Schwingung des Strahls eingesetzt werden.209842/0612Leerseite
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US12900071A | 1971-03-29 | 1971-03-29 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2204295A1 true DE2204295A1 (de) | 1972-10-12 |
Family
ID=22438015
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19722204295 Pending DE2204295A1 (de) | 1971-03-29 | 1972-01-29 | Verfahren und Vorrichtung zum Schweißen mit Elektronenstrahlen bei höheren Geschwindigkeiten |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US3746831A (de) |
JP (1) | JPS5241737B2 (de) |
AU (1) | AU456321B2 (de) |
BE (1) | BE777668A (de) |
BR (1) | BR7200796D0 (de) |
CA (1) | CA937998A (de) |
DE (1) | DE2204295A1 (de) |
FR (1) | FR2131303A5 (de) |
IT (1) | IT948840B (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3409060C1 (de) * | 1984-03-13 | 1985-09-12 | Messer Griesheim Gmbh, 6000 Frankfurt | Verfahren zum Energiestrahl-Schweißen von Werkstücken |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3887784A (en) * | 1971-12-27 | 1975-06-03 | Commissariat Energie Atomique | Welding guns |
US3965328A (en) * | 1974-12-19 | 1976-06-22 | Avco Corporation | Laser deep cutting process |
US20060102597A1 (en) * | 2004-11-16 | 2006-05-18 | Exponent, Inc. | Electron beam welding method and apparatus using controlled volumetric heating |
US8253062B2 (en) * | 2005-06-10 | 2012-08-28 | Chrysler Group Llc | System and methodology for zero-gap welding |
US8803029B2 (en) * | 2006-08-03 | 2014-08-12 | Chrysler Group Llc | Dual beam laser welding head |
US8198565B2 (en) * | 2007-04-11 | 2012-06-12 | Chrysler Group Llc | Laser-welding apparatus and method |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR1373891A (fr) * | 1962-09-15 | 1964-10-02 | United Aircraft Corp | Procédé pour le soudage de pièces au moyen d'un faisceau de particules électrisées |
NL297893A (de) * | 1962-09-15 | |||
US3378670A (en) * | 1964-03-23 | 1968-04-16 | Westinghouse Electric Corp | Method of craterless electron beam welding |
US3432335A (en) * | 1966-03-15 | 1969-03-11 | Lokomotivbau Elektrotech | Cyclically moving electron beam for uniform vapor deposited coating |
US3518400A (en) * | 1968-08-30 | 1970-06-30 | United Aircraft Corp | Method of welding with a high energy beam |
US3543134A (en) * | 1969-02-11 | 1970-11-24 | Smith Corp A O | Bi-directional direct current load supply |
-
1971
- 1971-03-29 US US00129000A patent/US3746831A/en not_active Expired - Lifetime
- 1971-11-29 CA CA128803A patent/CA937998A/en not_active Expired
- 1971-12-27 FR FR7146873A patent/FR2131303A5/fr not_active Expired
-
1972
- 1972-01-04 BE BE777668A patent/BE777668A/xx not_active IP Right Cessation
- 1972-01-10 AU AU37764/72A patent/AU456321B2/en not_active Expired
- 1972-01-11 IT IT67082/72A patent/IT948840B/it active
- 1972-01-29 DE DE19722204295 patent/DE2204295A1/de active Pending
- 1972-02-10 BR BR796/72A patent/BR7200796D0/pt unknown
- 1972-02-24 JP JP47019313A patent/JPS5241737B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3409060C1 (de) * | 1984-03-13 | 1985-09-12 | Messer Griesheim Gmbh, 6000 Frankfurt | Verfahren zum Energiestrahl-Schweißen von Werkstücken |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS4894646A (de) | 1973-12-05 |
BE777668A (fr) | 1972-05-02 |
JPS5241737B2 (de) | 1977-10-20 |
IT948840B (it) | 1973-06-11 |
CA937998A (en) | 1973-12-04 |
AU3776472A (en) | 1973-07-12 |
AU456321B2 (en) | 1974-12-12 |
FR2131303A5 (de) | 1972-11-10 |
BR7200796D0 (pt) | 1973-05-03 |
US3746831A (en) | 1973-07-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE1515197A1 (de) | Verfahren zum Schweissen mit Strahlungsenergie | |
DE2626825B2 (de) | Vorrichtung zum Schweißplattieren | |
DE3031808A1 (de) | Impulsschweissverfahren. | |
DE3229076A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum verschweissen des bodens eines rohrfoermigen behaelters aus kunstharz | |
CH395373A (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Schweissen oder Löten im dafür nicht direkt zugänglichen Innern eines Werkstückes | |
DE2204295A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Schweißen mit Elektronenstrahlen bei höheren Geschwindigkeiten | |
DE2632578C3 (de) | Verfahren zum mechanischen Lichtbogen-Verbindungsschweißen mit abschmelzender Drahtelektrode | |
DE69607273T2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Schweissen in einer Fuge mit verbesserten Lichtbogenspannungsdetektierung und Steuerung | |
DE2924003C2 (de) | Verfahren zur Elektronenstrahl- Nahtschweißung | |
EP0100933B1 (de) | Verfahren und Anordnung zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines fokussierten Elektronenstrahls | |
DE2647082A1 (de) | Laserschweissen | |
CH622731A5 (de) | ||
DE3511707C2 (de) | ||
CH619386A5 (de) | ||
DE2423577A1 (de) | Elektronenstrahlschweissverfahren | |
CH708916A2 (de) | Hybridschweissverfahren, -vorrichtung und -system für vertikal versetzte Komponenten. | |
DE2626826B2 (de) | Vorrichtung zum Schweißplattieren | |
DE4206583C2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden zweier themoplastischer Bauteile | |
DE102005038099B3 (de) | Verfahren zum Stumpfschweißen eines auf Biegung beanspruchten Werkstückes | |
EP1176218B1 (de) | Verfahren zur Schweissnahtglättung beim Strahlschweissen | |
AT266548B (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Lichtbogenschweißen | |
DE2634342C2 (de) | Verfahren und Einrichtung zum Steuern von Verfahrensparametern beim Energiestrahlschweißen | |
DE3050370C2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzschweissen inder Atmosph{re | |
DE2511915A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum steuern des lichtbogenschweissens | |
AT321068B (de) | Verfahren und Vorrichtung zum automatischen Lichtbogenschweißen mit pulsierendem Strom |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OHJ | Non-payment of the annual fee |