DE2423577A1 - Elektronenstrahlschweissverfahren - Google Patents

Elektronenstrahlschweissverfahren

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DE2423577A1
DE2423577A1 DE2423577A DE2423577A DE2423577A1 DE 2423577 A1 DE2423577 A1 DE 2423577A1 DE 2423577 A DE2423577 A DE 2423577A DE 2423577 A DE2423577 A DE 2423577A DE 2423577 A1 DE2423577 A1 DE 2423577A1
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DE
Germany
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gap
electron beam
welding
filler material
butt joint
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DE2423577A
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English (en)
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Mutuo Kamosida
Hisanori Okamura
Tomohiko Shida
Munenobu Suzuki
Tomio Umino
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/0046Welding
    • B23K15/0053Seam welding
    • B23K15/0073Seam welding with interposition of particular material to facilitate connecting the parts, e.g. using a filler

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)

Description

  • Elektronenstrahlschweißverfahren Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektronenstrahlschweißverfahren, insbesondere auf ein Elektronenstrahlschweißverfäiren, bei dem ein Hilfszusatzwerkstoff verwendet wird.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Minimalweite des Spalts soll vorzugsweise 0,3 mm sein, da eine geringere Spaltweite praktisch nicht die Erzielung der erfindungsgemäß angestrebten Ergebnisse zuläßt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (14)

  1. Patentans #rüche
    #lektronenstrahlschweißverfähren, d a d ur c h g e k e n n -zeichnet, daß man auf die Oberkanten der Stoßverbindungsoberflächen der zu verschweißenden Werkstücke (10, 10') einen diese beim Schmelzen benetzbaren Hilfszusatzwerkstoff (z. B. 14) aufbringt, zwischen den Stoßverbindungsoberflächen einen Spalt (12) vorsieht, der das Fließen einer Schmelze des Hilfszusatzwerkstoffes im wesentlichen bis zu den Unterkanten der Stoßverbindungsoberflächen ermöglicht, und auf den Hilfszusatzwerkstoff einen Elektronenstrahl (16) zum Schweißen einwirken läßt.
  2. 2. Elektronenstrahlschweißverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen den zu verschweißenden Werkstücken (10, 10') einen Spalt (12) vorsieht und auf die Oberkanten des Spaltes einen Hilfszusatzwerkstoff (14, 24, 28) aufbringt, der zum Füllen des Spaltes durch Schmelzen mittels Bestrahlung durch einen Elektronenstrahl (16) bemessen und beschaffen ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man zusätzlich in den Spalt (12) einen Zusatzwerkstoff (30) einfügt, der ein geringeres Volumen als das Spaltvolumen aufweist, und auf den Hilfszusatzwerkstoff (14) sowie auf den Zusatzwerkstoff (30) einen Elektronenstrahl (16) einwirken läßt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man zusätzlich als Gegenhalt an den Unterkanten des Spaltes (12) ein Plattenstück (14') vorsieht, das zur Ausschaltung von Schweißfehlern bei einer solchen Schweiß anordnung geeignet ist, und auf den Hilfszusatzwerkstoff (14) einen Elektronenstrahl einwirken läßt.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Weite des Spaltes (12) im Bereich von 0,3 bis 10 mm liegt.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Hilfszusatzwerkstoff in Form einer Platte (14) aufbringt.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Hilfszusatzwerkstoff in Form einer rund Stange (24) aufbringt.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Kupferabschreckblöcke (26, 26') an den entgegengesetzten Seiten der runden Stange (24) unter gegenseitigem Kontakt angeordnet werden.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Hilfszusatzwerkstoff in Form einer konvexen Platte (28) aufbringt, deren vorragender Teil in den Spalt (12) hineinreicht.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 3 oder Anspruch 4 in Rückbeziehung auf Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Spalt (12) einzufügende Zusatzwerkstoff (30) die Form einer Platte aufweist.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzwerkstoffplatte (30) mit einer der Stoßverbindungsoberflächen der zu verschweißenden Werkstücke (10, 10') heftverschreißt wird.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Bereiche (32) der St oßverbindungsoberflächen der zu verschweißenden Werkstücke (10; 10') in engem Kontakt miteinander gehalten werden.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 9 in Rückbeziehung auf Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das als Gegenhalt dienen de Plattenstück die Form einer konvexen Platte aufweist, deren vorragender Teil in den Spalt (12) hineinreicht.
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 4 in Rückbeziehung auf Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Spalt (12) einzufügende Zusatzwerkstoff (30) Pulverform aufweist.
DE2423577A 1973-05-16 1974-05-15 Elektronenstrahlschweissverfahren Pending DE2423577A1 (de)

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