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Elektronenstrahlschweißverfahren Die Erfindung bezieht sich auf ein
Elektronenstrahlschweißverfahren, insbesondere auf ein Elektronenstrahlschweißverfäiren,
bei dem ein Hilfszusatzwerkstoff verwendet wird.
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Es ist übliche Praxis beim Elektronenstrahlschweißen, daß die Stoßverbindung
soberflächen der zu verschweißenden Werkstoffe unter voller gegenseitiger Berührung
ohne Spalt dazwischen angeordnet werden. Andererseits soll es auch im Fall des Verschweißens
einer Welle
mit einem Zahnrad vorzuziehen sein, einen engen Paßsitz
zwischen der Welle und der Innenumfangsoberfläche einer Bohrung im Zahnrad vorzusehen.
Dies gilt, da, wenn ein Spalt zwischen zwei zu verschweißenden Stoßverbindungsflächen
vorliegt, ein Teil des Elektronenstrahls, der eine hohe Energiedichte aufweist,
durch den genannten Spalt treten wird, wodurch der Strahlwirkungsgrad sinkt oder
die Bildung von Schweißfehlern, wie z. B. Hohlräumen oder Durchbrennstellen aufgrund
des Abtropfens einer dadurch erzeugten Schmelze auftritt. Davon abgesehen weist
das Elektronenstrahlschweißen den Nachteil auf, daß der Elektronenstrahl wegen seiner
äußerst engen Strahlbreite dazu neigt, die Stoßverbindungsoberflächen der Werkstoffe
nicht zu treffen, wodurch unverschweißte Bereiche verbleiben oder ein unerwünschtes
einseitiges Schmelzen an nur einer der Stoßverbindungsoberflächen der zu verschweißenden
Werkstoffe auftritt.
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Andererseits erfordert die Vorbedingung der Anordnung der Stoßverbindungsoberflächen
ohne Spalt eine komplizierte Maschinenmeßbearbeitung vor dem Schweißen, so daß sehr
genaue Werkzeuge und Befestigungsvorrichtungen sowie hohe Fertigkeiten für die Oberflächenvorbereitung
und die Oberflächenausrichtung der zu verschweißenden Werkstoffe erforderlich sind.
Außerdem werden wegen der enganliegenden Stoßve rbindungsoberflächen der zu verschweißenden
Werkstoffe die absorbierten Stoffteilchen, wie z. B. Feuchtigkeit oder Öl, zwischen
den Stoßverbindung soberflächen eingefangen bzw. festgehalten, so daß sich die Bildung
unerwünschter Schweißfehler ergibt. Wichtiger ist noch, daß bekanntlich das Elektronenstrahlschweißen
meistens zum Verschweißen von verschiedenen Werkstoffarten wie im Fall des Bogenschweißens
angewendet wird. Dies erfordert manchmal die Verwendung eines Zusatzmetalls zwecks
Verhinderns von Schweißfehlern oder
Verbesserungen der Qualität
der Schweißstellen. Das Elektronenstrahlschweißen führt beim Erstreben eines solchen
Ziels wegen der Abwesenheit eines Spalts zwischen den Stoßverbindungsoberf lächen
der zu verschweißenden Werkstoffe zu Schwierigkeiten, so daß eine besondere Anordnung
für diesen Zweck getroffen werden muß.
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Die japanische Patentpublikation Nr. Sho-40-27 043 behandelt ein
Elektronenstrahlschweißverfahren für ein Material großer Dicke. Sie richtet sich
auf das Vermeiden von Schwierigkeiten infolge einer Begrenzung der Eingangsenergie
des Elektronenstrahls wegen der Kapazitl der elektrischen Stromquelle eines Schweißgeräts,
wenn man die Eingangsenergie im Fall des Verschweißens von Werkstoffen mit einer
beträchtlichen Dicke zu steigern wünscht. Die in dieser Publikation vorgeschlagene
Lehre besteht darin, daß ein Spalt zwischen den Stoßverbindungsoberflächen der zu
verschweißenden Werkstoffe vorgesehen wird und daß dann eine Mehrzahl von Zusatzwerkstoffen
gleicher Art wie der der zu verschweißenden Werkstoffe oder der Art, die die zu
verschweißenden Werkstoffe beim Schmelzen zu benetzen vermag, nacheinander in den
vorgesehenen Spalt eingefügt werden, während ein Elektronenstrahl auf die Zusatzwerkstoffe
jedesmal, wenn sie eingefügt werden, zwecks teilweisen oder vorrückenden Schmelzens
einzeln nacheinander zur Einwirkung gebracht wird, wobei der gesamte Schweißvorgang
durch Wiederholen der genannten nacheinander erfolgenden Einfügung von Zusatzwerkstoffen
vollendet wird. Nach anderen Angaben der oben referierten Publikation werden Elektronenstrahlschweißverfahren
vorgeschlagen, wonach ein Aluminiumblech zwischen den Stoßverbindungsoberflächen
von Stahl- und Kupferkörpern eingefügt oder wonach ein Aluminiumblech als Gegenhaltmaterial
für die Stoßverbindungsschweißstelle zwischen einem Stahl- und einem Kupferkörper
verwendet
wird, wodurch man ein Durchdringen von Schweißwulsten
bis zum Gegenhaltmaterial hin bewirkt und dadurch Aluminium vom Gegenhaltmaterial
den so erzeugten Schweißstellen zugeführt wird, obwohl das Bogenschweißen nicht
befriedigend auf das Verschweißen von Stahl- und Kupferkörpern anwendbar sein soll.
Jedoch liefert diese Lösung nur einen teilweisen Erfolg, da Feuchtigkeit oder öliges
Material an solchen Stoßverbindungsoberfläcin adsorbiert und dazwischen eingeschlossen
wird, so daß sich wiederum die Bildung der genannten Schweißfehler ergibt und zusätzlich
Schwierigkeiten der gleichmäßigen Verteilung von Aluminium durch die Schweißstellen
auftreten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elektronenstrahlschweißverfahren
anzugeben, das die Durchführung der Schweißvorgänge in einfacher und zwangsläufiger
Weise zuläßt und ausgezeichnete Schweißstellen ohne Schweißfehler ergibt.
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Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist ein
Elektronenstrahlschweißverfahren, mit dem Kennzeichen, daß man auf die Oberkanten
der Stoßverbindungsoberflächen der zu verschweißenden Werkstücke einen diese beim
Schmelzen benetzbaren Hilfszusatzwerkstoff aufbringt, zwischen den Stoßverbindungsoberflächen
einen Spalt vorsieht, der das Fließen einer Schmelze des Hilfszusatzwerkstoffes
im wesentlichen bis zu den Unterkanten der Stoßverbindungsoberflächen ermöglicht,
und auf den Hilfszusatzwerkstoff einen Elektronenstrahl zum Schweißen einwirken
läßt, oder alternativ mit dem Kennzeichen, daß man zwischen den zu verschweißenden
Werkstücken zunächst einen Spalt vorsieht und auf die Oberkanten des Spaltes einen
Hilfszusatzwerkstoff aufbringt, der zum Füllen des Spaltes durch 5 dimelzen mittels
Bestrahlung durch einen Elektronenstrahl bemessen und beschaffen ist.
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In Weiterbildung der Erfindung ist es zweckmäßig und vorteilhaft,
daß man zusätzlich in den Spalt einen Zusatzwerkstoff einfügt, der ein geringeres
Volumen als das Spaltvolumen aufweist, und auf den Hilfszusatzwerkstoff sowie auf
den Zusatzwerkstoff einen Elektronenstrahl einwirken läßt. Dadurch wird das Einströmen
einer Schmelze in den Spalt in der Anfangsphase des Elektronenstrahlschweißens erleichtwt,
wodurch sich auch eine besonders befriedigende, von Schweißfehlern freie Schweißstelle
ergibt. Weiter liefert im Fall des Elektronenstrahlschweißens von Werkstücken oder
Werkstoffen verschiedener Art, die mehrere bekannte Schwierigkeiten beim Verschweißen
ergeben, die Anwesenheit von Einlage- oder Zusatzwerkstoffen bei dieser Art des
Schweißens Schweißstellen mit guter Gleichmäßigkeit.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung eines solchen Spaltes
ist, daß jeweils die Schmelzen des Hilfszusatzwerkstoffes aufgrund der Einstrahlung
von Elektronenstrahlen einfach durch den Spalt bis zu seinem Unterende fließen können,
wodurch sich eine gleichmäßige Schweißverbindung vom Boden bis zum oberen Ende ergibt.
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Nach einer zusätzlichen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
daß man als Gegenhalt an den Unterkanten des Spaltes ein Plattenstück vorsieht,
das zur Ausschaltung von. Schweißfehlern bei einer solchen Schweißanordnung geeignet
ist, und auf den Hilfszusatzwerkstoff einen Elektronenstrahl einwirken läßt. In
dieser Weise läßt sich das Heraustropfen einer Schmelze aus dem Spalt verhindern,
während Nadelfehler, wie z. B. Poren oder unvollkommenes Eindringen bei den erhaltenen
Schweißstellen vermieden werden können.
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Die Erfindung gibt also ein Elektronenstrahlschweißverfahren an,
das die folgenden Schritte umfaßt: Anordnung eines Hilfszusatzwerkstoffs auf den
Oberkanten der Stoßverbindungsoberflächen der zu verschweißenden Werkstücke, welcher
Hilfszusatzwerkstoff beim Schmelzen die zu verschweißenden Werkstoffe zu benetzen
vermag; Vorsehen eines Spaltes zwischen den Stoßverbindungsoberflächen der zu verschweißenden
Werkstoffe; und Einwirkenlassen eines Elektronenstrahls auf den Hilfszusatzwerkstoff,
wodurch die Schmelze des Hilfszusatzwerkstoffs in den Spalt bis zu seinen Unterkanten
fließt.
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Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten
Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen: Fig. 1 a und 1 b Perspektivansichten
einer Schweißstelle während bzw. nach dem Elektronenstrahlschweißen n wobei ein
auf den Oberkanten der Stoßverbindungsoberflächen der zu verschweißenden Werkstücke
angeordnetes Plattenstück gezeigt ist; Fig. 2 eine Ansicht einer Schweißstelle zum
Elektronenstrahlschweißen mit einer oben auf den zu verschweißenden Werkstücken
angeordneten runden Stange; Fig. 3 eine Ansicht einer Schweißstelle zum Elektronenstrahlschweißen
mit einer auf den zu verschweißenden Werkstükken angeordneten runden Stange zusammen
mit Kupferabschreckblöcken, die auf den gegenüberliegenden Seiten der runden Stange
im engen Kontakt mit dieser angeordnet sind;
Fig. 4 eine Ansicht
einer Schweißstelle zum Elektronenstrahlschweißen, wobei auf den zu verschweißenden
Werkstükken ein Plattenstück mit konvexer Form angeordnet ist; Fig. 5 a und 5b Perspektivansichten
einer Schweißstelle während bzw. nach dem Elektronenstrahlschweißen, wobei ein Zusatzwerkstoff
im Spalt zwischen den zu verschweißenden Werkstücken eingefügt ist; Fig. 6 eine
Ansicht einer Schweißstelle zum Elektronenstrahlschweißen mit einem auf den zu verschweißenden
Werkstücken angeordneten Plattenstück und einem im Spalt eingefügten Zusatzwerkstoff,
wobei die unteren Teile der Stoßverbindungsobgflächen der zu verschweißenden Materialien
unter Fortfall eines Spaltes in engen gegenseitigen Kontakt gebracht sind; Fig.
7 eine Ansicht einer Schweißstelle zum Elektronenstrahlschweißen mit zwei daran
angeordneten Plattenstücken, und zwar einem auf den Oberkanten und einem unter den
Unterkanten eines zwischen den beiden zu verschweißenden Werkstücken gebildeten
Spaltes; und Fig. 8 eine Ansicht einer Schweißstelle zum Elektronenstrahlschweißen,
wobei zwei Plattenstücke wie in Fig. 7 vorgesehen sind und zusätzlich ein Zusatzwerkstoff
in den Spalt eingefügt ist.
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In Fig. la erkennt man einen Spalt 12 zwischen den Stoßverbindungsoberflächen
der zu verschweißenden Werkstücke 10, 10', wobei
ein Hilfszusatzwe##kstoff-Plaftenstück
14 auf den Oberkanten des Spaltes 12 angeordnet ist. Wenn man einen Elektronenstrahl
16 von oben auf die Platte 14 einstrahlen läßt, wird der Teil der Platte 14, der
so bestrahlt wird, geschmolzen und dann sowohl aufgrund seiner Schwerkraft als auch
aufgrund der Stoßwirkung des Elektronenstrahls 16 in den Spalt 12 hineingetrieben.
Nach Vollendung des Schweißvorganges ist eine Länge einer konkaven Nut 18 gebildet,
wie Fig. 1 b zeigt. Eine andere Rolle der Platte 14 ist, daß der unter der Nut 18
befindliche, im Querschnitt halbkreisförmige Teil 22 der Platte 14 absorbiert werden
kann, wodurch sich die parallele Wulst im Material mit einer äußerst gering gehaltenen
Restspannung der Schweißstelle ergibt.
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Fig 2 ist eine Ansicht zur Erläuterung des Elektronenstrahlschweißens
mit einer auf die Oberseite der zu verschweißenden Werkstücke aufgebrachten runden
Stange aus Hilfszusatzwerkstoff. Es ist wieder ein Spalt 12 zwischen den Stoßverbindungsoberflächen
der zu verschweißenden Werkstücke 10, 10' vorgesehen, und eine runde Stange 24 wird
auf die Oberkanten des Spaltes 12 aufgebracht sowie anschließend dem Elektronenstrahlschweißen
unterworfen. Diese Schweißart hat den Vorteil, Ersparnisse an der Zusatzwerkstoffmenge
zu erzielen.
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Fig. 3 erläutert das Elektronenstrahlschweißen mit einer auf die
Oberseite der zu verschweißenden Werkstücke aufgebrachten runden Stange in Verbindung
mit Abschreckblöcken. Auch hier ist ein Spalt 12 zwischen den Stoßverbindungsoberflächen
der zu verschweißenden Werkstücke 10, 10' vorgesehen, und dann bringt man eine runde
Staii ge 24 aus einem Hilfszusatzwerkstoff auf die Oberkanten des Spaltes 12
auf,
wobei zu beiden Seiten dieser runden Stange 24 zwei Kupferabschreckblöcke 26, 26'
angebracht werden, die sich in direktem Kontakt mit der runden Stange 24 befinden.
Die Anordnung der Abschreckblöcke 26, 26' verringert wegen der mittels der Abschreckblöcke
verringerten Schmelzenmenge der runden Stange weitgehend im Kopfteil der Schweißwulst
gebildete halbkreisförmige Teile.
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Fig. 4 veranschaulicht eine Schweißstelle zum Elektronenstrahlschweißen
unter Verwendung einer konvexen Platte, die auf die Oberkante des Spalts aufzubringen
ist. Man erkennt wieder einen zwischen den Stoßverbindungsoberflächen der zu verschweißenden
Werkstücke 10, 10' geschaffenen Spalt 12, wobei hier eine konvexe Platte 28 aus
dem Hilfszusatzwerkstoff in umgekehrter Lage auf die Oberseite der zu verschweißenden
Werkstücke so aufgebracht ist, daß der Vorsprung der konvexen Platte 28 in den Spalt
12 hineinreicht. Anschließend wird das Elektronenstrahlschweißen in gleicher Weise
wie in den vorhergehenden Fällen durchgeführt. Diese Schweißart erleichtert die
Einhaltung eines Spalts von konstanter Weite.
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Eine Kohlenstoffstahlplatte mit einer Dicke von 30 mm (Japan Industrial
Specification, Symbol SB 42) und ein niedrig legierter Stahl (JIS BA 24) der gleichen
Dicke werden mit einem dazwischen vorgesehenen Spalt von 0,5 mm angeordnet, wobei
eine rostfreie Stahlplatte (JIS SUS 304) einer Dicke von 10 mm auf den Oberkanten
des Spaltes angeordnet wird. Die Schweißbedingungen des Elektronenstrahls diw eißens
in diesem Beispiel waren folgende: Beschleunigungsspannung 60 kV, Strahlstrom 350
mA, Schweißgeschwindigkeit 50 mm/min, Strahlamplitude 3 mm und Frequenz 2000 Hz.
Das Elektronenstrahlschweißen wurde unter Ablenkung des Strahls in einer Richtung
senkrecht zur Schweißrichtung
vorgenommen. Der Fokussierpunkt
des Strahls wurde dabei auf die zu verschweißenden Werkstückoberflächen eingestellt.
Es wurden ausgezeichnete Schweißstellen erhalten.
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Fig. 5 und 6 veranschaulichen das Elektronenstrahlschweißen unter
Verwendung eines weiteren Zusatzwerkstoffes, der in den Spalt eingefügt wird, zusätzlich
zu einer auf die Oberseite der zu verschweißenden Werkstücke aufgebrachten Hilfszus
atzwerkstoffplatte.
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Gemäß Fig. 5 a ist wieder ein Spalt 12 zwischen den Stoßverbindungsoberflächen
der zu verschweißenden Werkstücke 10, 10' vorgesehen, und man bringt dann eine Platte
14 aus dem Hilfszusatzwerkstoff auf die Oberkanten des Spaltes 12 auf, nachdem man
einen Zusatzwerkstoff 30 in den Spalt eingefügt hat. Dann läßt man den Elektronenstrahl
16 darauf einstrahlen, wodurch sich eine Schweißnaht 20 (Fig.
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5b) ergibt, an die sich eine Länge einer konkaven Nut 18 in der Platte
14 anschließt. Eine weitere Rolle der Platte 14 ist die Geringhaltung der Ausdehnung
des im Querschnitt halbkreisförmigen Teils 22 unter der Nut 18, wodurch die Restspannung
der Schweißstelle verringert wird. Dabei soll die Menge des Zusatzwerkstoffes 30,
der in den Spalt 12 eingefügt wird, geringer als das Innenvolumen des Spaltes sein.
Sowohl der in den Spalt einzufügende Zusatzwerkstoff als auch die auf die Oberseite
der zu verschweißenden Werkstücke aufgebrachte Platte aus dem Hilfszusatzwerkstoff
dienen als Zusatz- oder Füllwerkstoffe für den so vorgesehenen Spalt. Die Form des
in den Spalt 12 einzufügenden Zusatzwerkstoffes 30 kann vorzugsweise eine Platte
oder Pulver sein. Außerdem können die zu verschweißenden Werkstücke auf einem Werkzeug
oder einer Einspannvorrichtung angeordnet werden, das bzw. die sich zur Rotation
oder linearen Bewegung in einer Schweißkammer eignet, so daß es zweckmäßig ist,
eine
Platte zwischen dem Werkzeug bzw. der Einspannvorrichtung und den zu verschweißenden
Werkstücken vorzusehen, um das Werkzeug bzw. die Vorrichtung vor einer Bestrahlung
durch Elektronenstrahlen zu schützen. Falls der in den Spalt einzufügende Zusatzwerkstoff
in Pulverform ist, ergibt sich der Vorteil, daß gewünschte Zusätze in einfacher
Weise dosiert und eingeführt werden können und sich ebenfalls gute Schweißverbindungen
ergeben. Zusätzlich ermöglicht die Erfindung im Gegensatz zum bekannten Schweißverfahren,
bei dem ein Zusatzwerkstoff, der zwischen den zu verschweißenden Werkstücken ohne
verbleibenden Spalt dazwischen eingefügt ist, dem Schweißen unterworfen wird, eine
einfache Vorbereitung der Stoßverbindungsoberflächen der Werkstücke durch Maschinenbearbeitung
und erfordert keine Genauigkeit beim Einstellen der Werkstücke in ihre Lage, da
ein Zusatzwerkstoff zwischen den zu verschweißenden Werkstücken nach Vorsehen eines
ausreichenden Spalts eingefügt wird. Insbesondere können die Stoßverbindungsoberflächen
der zu verschweißenden Werkstücke einfache Brennschneidoberflächen sein.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß
(1) eine Ausschaltung von Schweißfehlern, die für das Elektronenstrahlschweißverfahren
typisch sind, wie z. B. Bogenbildung, leicht erreicht wird; daß (2) die Begrenzung
der Energieverteilungsart der Elektronenstrahlen von einer Schweißeinrichtung in
hohem Ausmaß gesenkt werden kann, so daß eine Elektronenschleuder von einfachem
und unaufwendigem Aufbau, wie sie beim Elektronenstrahlschmelzen verwendet wird,
einsetzbar ist; und daß (3) im Fall des bekannten Umfangsschweißens, wobei, wenn
ein Spalt zwischen zwei Werkstücken vorliegt, das Schweißen des einen Teils ein
Schrumpfen hervorrufen kann, wodurch sich der Spalt zum anderen Teil auf ein größeres
Ausmaß
erweitert, so daß sich bei dieser Schweißart bisher Schwierigkeiten
ergeben, erfindungsgemäß auch beim Auftreten einer solchen Diskrepanz der Hilfszusatzwerkstoff
eine Schmelze in genügender Menge zum Ausfüllen des Spaltes liefert, so daß keine
Möglichkeit der Entstehung solcher Schweißfehler auftritt.
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Die Weite des erfindungsgemäß vorzusehenden Spaltes sollte zum Verschweißen
von Werkstücken mit einer Dicke von 10 mm vorzugsweise nicht mehr als 10 mm sein.
Ein Spalt von mehr als 10 mm Weite steigert das Volumen der erforderlichen Zusatzwerkstoffschmelze
mit entsprechendem Anstieg des elektrischen Leistungsverbrauchs.
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Die Minimalweite des Spalts soll vorzugsweise 0,3 mm sein, da eine
geringere Spaltweite praktisch nicht die Erzielung der erfindungsgemäß angestrebten
Ergebnisse zuläßt.
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Vorzugsweise soll die Spaltweite in dem Fall des Schweißens von Werkstücken
mit relativ niedriger Dicke entsprechend gering gehalten werden. Außerdem soll die
Weite eines Spaltes mit einem darin eingefügten Zusatzwerkstoff vorzugsweise in
der Größenordnung von 1 mm sein.
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Kurzum hängt die Weite des Spaltes von der Dicke der zu verschweißenden
Werkstoffe oder Werkstücke, der Fluiditäten der Schmelzen des Hilfszusatzwerkstoffes
oder des Zusatzwerkstoffes, der inden Spalt einzufügen ist, und den Bedingungen
des Elektronenstrahlschweißens ab. Daher ist es sehr zu empfehlen, die Spaltweite,
die zwischen den Stoßverbindungsoberflächen der zu verschweißenden Werkstücke vorzusehen
ist, unter Berücksichtigung dieser genannten Bedingungen zu bestimmen, um eine gleichmäßige
Ausbildung der Schweißstelle
zu erreichen. Außerdem macht die
Anordnung eines solchen Spaltes eine genaue Maschinenbearbeitung der Stoßverbindungsoberflächen
überflüssig oder reduziert diese Maschinenarbeit auf ein geringeres Ausmaß, so daß
die gesamten Schweißkosten gesenkt werden.
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Bei dem Elektronenstrahlschw eißverfahren mit Hilfszusatzwerkstoffplatte
und Zusatzwerkstoff läßt sich die Menge des Hilfszusatzwerkstoffs verringern bzw.
läßt sich Hilfszusatzwerkstoff einsparen, wenn anstelle der erstgenannten Platte
eine runde Stange aus Hilfszusatzwerkstoff verwendet wird. Außerdem kann die zusätzliche
Anordnung der Kupferabschreckblöcke auf den gegenüberliegenden Seiten der runden
Stange unter gegenseitiger Berührung das Ausmaß eines im Querschnitt halbkreisförmigen
Teils im Kopfteil der Schweißwulst sehr gering halten. Zur Konstanthaltung der Spaltweite
ist es besonders vorteilhaft, als Hilfszusatzwerkstoff ein Plattenstück von konvexer
Form zu verwenden, wobei der konvexe Vorsprung in den Spalt hineinreicht.
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Falls ein plattenförmiger Zusatzwerkstoff zum Einfügen in den Spalt
verwendet wird, soll diese Platte vorzugsweise mit dem einen der zu verschweißenden
Werkstücke heftverschweißt werden. Die Heftverschweißungen sollten vorzugsweise
die Form einiger Punkte haben.
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Dies ermöglicht eine ausreichende Wärmekonzentration in der platte,
wodurch das Fließen der Schmelze der oben aufgelegten Platte in den Spalt erleichtert
wird. Wenn dagegen ein Zusatzwerkstoff in Pulverform verwendet wird, kann die Schmelze
der oben aufgelegten Platte in die Zwischenräume des Pulvers eindringen.
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Fig. 6 zeigt eine Anordnung, bei der zwischen den unteren Bereichen
32 der Stoßverbindungsflächen der zu verschweißenden Werkstücke 10, 10' kein Spalt
vorgesehen ist, der Spalt 12 jedoch im übrigen
nach oben hin bis
zum oberen Ende der Werkstücke vorliegt, wobei außerdem ein Zusatzwerkstoff 30 in
den Spalt 12 eingefügt ist und eine Platte 14 aus Hilfszusatzwerkstoff auf den Oberkanten
des Spaltes 12 liegt. Bei dieser Ausführungsart des erfindungsgemäßen Schweißverfahrens
ergibt sich eine einfache Einfügung des Zusatzwerkstoffs, und #leichzeitig werden
Schweißfehler, wie z. B. Nadelfehler, vermieden, die leicht am Schwanz- oder Spitzenteil
einer Schweißraupe oder -naht auftreten.
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Fig. 7 veranschaulicht das Elektronenstrahlschweißverfahren, bei
dem eine Platte 14 aus Hilfszusatzwerkstoff auf die Oberkanten des Spaltes 12 aufgebracht
ist und zusätzlich eine weitere Platte 14' als Gegenhalt an den unteren Kanten des
Spaltes verwendet wird. Die Gegenhaltplatte 14' dient zur Ausschaltung von Schweißfehlern,
wie z. B. Nadelfehlern, die am Spitzenteil einer Schweißraupe auftreten könnten.
In gleicher Weise würde es auch bei dieser Schweißart vorteilhaft sein, statt der
Platte 14 eine runde Stange oder diese und zusätzlich Kupferabschreckblöcke zu beiden
Seiten der runden Stange zu verwenden, um die gleichen Wirkungen zu erzielen, wie
sie im vorigen Beispiel angegeben wurden. Schließlich ist auch die Anordnung einer
umgekehrten konvexen Platte anstelle der glatten Platte 14' möglich, wobei die konvexe
Erhebung von unten her in den Spalt 12 hineinreicht, so daß diese zur genauen Einhaltung
der Spaltweite beiträgt.
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Fig. 8 veranschaulicht das Elektronenstrahlschweißverfäiren für den
Fall, in dem eine Platte 14 aus Hilfszusatzwerkstoff auf den Oberkanten der zu verschweißenden
Werkstücke 10, 10' liegt, ein Zusatzwerkstoff 30 zusätzlich in den zwischen den
Werkstücken 10, 10' vorgesehenen
Spalt 12 eingefügt ist und eine
weitere Platte 14' als Gegenhalt an den unteren Kanten der Werkstücke 10, 10' anliegt.
So sind die Werkstücke zum Elektronenstrahlschweißen bereit. Die in den Spalt 12
eingefügte Zusatzwerkstoffplatte 30 und die Gegenhaltplatte 14' verhelfen zu ausgezeichneten
Schweißstellen. Gleichfalls ist klar, daß auch bei dieser Schweißart die Verwendung
einer runden Stange aus Hilfszusatzwerkstoff oder einer solchen runden Stange zusammen
mit den Kupferabschreckblöcken oder einer Hilfszusatzwerkstoffplatte konvexer Form
anstelle der genannten einfachen Platte oder auch eines Zusatzwerkstoffes in Form
einer in den Spalt eingefügten Platte, die mit einer der Stoßverbindungsoberflächen
der zu verschweißenden Werkstücke heftverschweißt ist, oder statt dessen von Zusatzwerkstoffen
in Pulverform zur Erzielung der gleichen Wirkungen wie in den vorstehend beschriebenen
Beispielen möglich ist.
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Ein Niedrigkohlenstoffstahl (JIS SB 42) einer Dicke von 20 mm wurde
für die zu verschweißenden Werkstücke verwendet, und man sah einen Spalt von etwa
1,6 mm zwischen den# Stoßverbindungsoberflächen der zu verschweißenden Werkstücke
vor. Eine rostfreie Stahlplatte (JIS SUS 304) mit einer Dicke von 5 mm wurde auf
die Oberkanten des Spaltes aufgebracht, während eine rostfreie Stahlplatte (SUS
304) mit einer Dicke von 10 mm als Gegenhalt für die Unterkanten des Spaltes verwendet
wurde. Außerdem wurde eine rostfreie Stahlplatte (SUS 304) mit einer Dicke von 1
mm in den Spalt eingefügt. Die Teile wurden in der genannten Weise auf eine einfache
Einspannvorrichtung aufgesetzt und dann mit dieser in einer Schweißkammer angeordnet,
die auf etwa 5 x 10 Torr evakuiert wurde, worauf das Elektronenstrahlschweißen unter
folgenden Bedingungen erfolgte: Beschleunigungsspannung 150 kV, Strahlstrom 35 mA
und Schweißgeschwindigkeit
0,5 m/min. Der Fokussierpunkt des Elektronenstrahls
wurde im wesentlichen auf die Mitte der Dicke der zu verschweißenden Materialien
eingestellt. Das Aussehen einer nach dem Schweißen erhaltenen Schweißstelle war
derart, daß sich eine Länge einer konkaven Nut oder eines konkaven Teils in der
auf die Oberkanten des Spalts aufgebrachten Platte gebildet hatte, während die Breite
der Schweißwulst eine gute Parallelität zeigte und etwa 1,9 mm betrug. Das Schmelzen
der zu verschweißenden Werkstücke war auf einen sehr geringen Grad beschränkt, und
die Makrosegregation, wie sie oft beim bekannten Elektronenstrahlschweißen angetroffen
wird, wurde als sehr geringfügig befunden, so daß man ausgezeichnete Schweißstellen
erhielt.
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Ein anderer Versuch wurde durchgeführt, indem Niedrigkohlenstoffstahl
(JIS SB 42) brenngeschnitten wurde und sich somit rauhe Oberflächen als Stoßverbindung
soberf lächen der zu verschweißenden Werkstücke ergaben. Eine rostfreie Stahlplatte
(SUS 304) einer Dicke von 8 mm wurde auf die Oberkanten des zwischen den Stoßverbindungsflächen
gebildeten Spaltes aufgebracht. Es folgten die gleichen Verfahrensschritte wie im
vorherigen Fall mit der Ausnahme, daß ein Elektronenstrahl einer Amplitude von 2
mm und einer Frequenz von 500 Hz in einer Richtung senkrecht zur Schweißrichtung
abgelenkt wurde, um Schweißfehler aufgrund schlechten Eindringens oder Durchdringens
der zu verschweißenden Materialien zu verhindern. Die Versuchsergebnisse waren voll
befriedigend.
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Das Elektronenstrahlschweißverfahren gemäß der Erfindung läßt sich
zum Verschweißen von Werkstoffen gleicher Art oder verschiedener Arten unter den
genannten Stählen, Stahlgüssen, Ni-Basislegierungen, Co-Basislegierungen, Cr-Basislegierungen,
Mo-Basislegierungen, Aluminium und Aluminiumlegierungen, Kupfer und Kupferlegierungen
usw. anwenden.