DE1615199C3 - Vorrichtung zum Elektronenstrahl schweißen großvolumiger Bauteile - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Elektronenstrahlschweißen großvolumiger Bauteile mit einem Vakuumbehälter relativ kleiner Abmessungen, der mit rund um die zu erstellende Schweißung an das zu schweißenden Bauteil anlegbaren Dichtungsorganen versehen ist und in seinem Inneren eine Elektronenkanone enthält.

Die Methode der Elektronenstrahlschweißung bietet insbesondere beim Arbeiten unter Vakuum im Vergleich zur älteren Lichtbogenschweißung erhebliche Vorteile, wobei vor allem die geringe Materialbeeinflussung über den unmittelbaren Vcrschweißungsbereich hinaus und die Möglichkeit zur Erstellung auch sehr tiefer Schweißnähte' ohne irgendwelche Vorbereitung der aneinander grenzenden Kanten der zu verschweißenden Bauteile genannt werden können. .

Diesen Vorteilen der Elektronenstrahlschweißung als solcher stehen jedoch eine Reihe von Nachteilen gegenüber, die mit den bisher bekannten Vorrichtungen für die Vornahme solcher Elektronenstrahlschweißungen verbunden sind.

So sind viele der bisher bekannten Schweißvorrichtungen für Arbeiten im Vakuum auf einen Einsatz bei nur relativ kleinen Abmessungen der miteinander zu verschweißenden Teile beschränkt, da sie wie die aus der französischen Patentschrift 1 404 827 bekannte Schweißvorrichtung einen feststehenden Vakuumbehälter aufweisen, in den die zu verschweißenden Teile nacheinander durch eine Schleuse eingebracht werden müssen, der naturgemäß nicht beliebig groß gehalten werden kann. Der gleiche Nachteil ist auch weiteren bekannten und in den französischen Patentschriften 1 367 806 und 1 383 226 beschriebenen Schweißvorrichtungen eigen, da diese Vakuumbehälter besitzen, in denen Elektronenkanonen fest installiert sind, während die zu verschweißenden Bauteile, die im allgemeinen von gleicher Form sind, nacheinander gegen den Vakuumbehälter angelegt werden, was naturgemäß auch nur für Bauteile mit relativ kleinen Abmessungen angängig ist.

Aus der französischen Patentschrift 1367 459 ist weiter eine Schweißvorrichtung der eingangs erwähnten Art bekannt, die sich auch für die Durchführung

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von Elektronenstrahlschweißungen an Bauteilen grö- rungsform für eine erfindungsgemäß ausgebildete

ßerer Abmessungen eignet. Bei dieser bekannten Schweißvorrichtung,

Schweißvorrichtung sind Dichtungsorgane für die F i g. 5 einen Längsschnitt durch die Schweißvor-

Abdichtung des Vakuumbehälters gegenüber den zu richtung von F i g. 4, und

schweißenden Bauteilen vorhanden, die als Gleit- 5 F i g. 6 einen Längsschnitt durch die zwischen dem

dichtungen ausgebildet sind und sich auf der Ober- Vakuumbehälter und die miteinander zu verschwei-

fläche der zu verschweißenden Bauteile verschieben ßenden Bauteile eingeschobene aufblähbare Dich-

lassen, während die für die Durchführung der Elek- tung in größerem Maßstab.

tronenstrahlschweißung verwendete Elektronenka- Das in F i g. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel benone im Vakuumbehälter fest angeordnet ist und sich io zieht sich auf die Verschweißung von Hülsen 1 mit gemeinsam mit diesem verschieben läßt. Eine solche einem perforierten Blech 2 entlang kreisförmiger Ausbildung der Scliweißvorrichtung ermöglicht zwar Trennfugen 8. In diesem Falle stützt sich ein Vakudas Arbeiten an großvolumigen Bauteilen, ihr Ein- umbehälter 11, der durch eine Wand 12 begrenzt satz ist jedoch praktisch auf ebene Schweißstücke be- wird, die mit einem Aufhängehaken 13 versehen ist schränkt, wobei außerdem verlangt werden muß, daß 15 und beispielsweise durch Zugstäbe 14 festgehalten diese Schweißstücke eine glatte Oberfläche aufwei- wird, die an fest mit der Wand 12 verbundenen Achsen, da andernfalls die Nachführung der Elektronen- sen 24 angreifen und mittels Scheiben 25 und kanone und mit ihr des gesamten Vakuumbehälters Schrauben 26 auf der zu verschweißenden Hülse 1 an den Fortgang der Schweißnaht zu erheblichen und benachbarte Hülsen 1 α drücken, unter Zwischenin der Praxis nicht mehr tragbaren Undichtigkeiten 20 schaltung einer durch Einfüllen von Wasser aufblähführen würde. baren Dichtung 15 auf das perforierte Blech 2 ab.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Die aufblähbare Dichtung 15, die im einzelnen in

eine Schweißvorrichtung der eingangs erwähnten Art F i g. 6 dargestellt ist, weist ein ringförmiges Gehäuse

so auszubilden, daß sie sich an zu verschweißende 65 von U-förmigem Querschnitt auf, das beispiels-

Bauteile praktisch beliebiger Oberflächenform und 25 weise mittels Schrauben 66 an der Wand 12 des Va-

Oberflächenrauhigkeit ansetzen läßt und damit eine kuumbehälters 11 befestigt ist. Oberhalb des zu ver-

Verschweißung solcher Bauteile auch bei beliebig schweißenden Bauteils wird das Gehäuse 65 durch

großen Dimensionen dafür ermöglicht. eine ringförmige nachgiebige Membran 67 von L-för-

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch migem Querschnitt verschlossen, deren einer Arm

gelöst, daß die Elektronenkanone mit vom Vakuum- 30 mit dem Gehäuse 65 in Berührung steht, während

behälter unabhängigen Führungen versehen ist, die der andere zur Abstützung auf dem zu verschweißen-

sich auf dem zu schweißenden Bauteil abstützen und den Bauteil bestimmt ist. Die Membran 67 wird zwi-

der Elektronenkanone einen der zu erstellenden sehen dem Gehäuse 65 und einem in dessen Innerem

Schweißung entsprechenden Weg aufzwingen, und befestigten Ring 68 festgehalten, der Düsen, wie bei-

daß die Dichtungsorgane aus einer aufblähbaren sta- 35 spielsweise 69, für den Einlaß oder den Auslaß eines

tischen Dichtung bestehen, die sich der Oberflächen- Strömungsmediums zum Aufblähen der Dichtung,

form des zu schweißenden Bauteils ungeachtet von vorzugsweise von Wasser, trägt.

Oberflächenunregelmäßigkeiten anschmiegt. In gleicher Weise trägt der Ring 68 Speisedüsen

Dank der erfindungsgemäßen Ausbildung der für einen Kühlmittelkreislauf 70, der im Inneren der Schweißvorrichtung bleibt der Vakuumbehälter in 4° Kammer 71 angeordnet ist, die von der Membran 67 seiner Lage relativ zu den zu verschweißenden Bau- und dem Ring 68 begrenzt wird. Ein zweiter Kühlteilen fest, und nur die Elektronenkanone selbst folgt kreislauf wird auf der Wand des Gehäuses 65 von dem Verlauf der zu erstellenden Schweißnaht. Dabei Kanälen 72 gebildet, die in einen die Wand des die übernehmen die zu verschweißenden Bauteile selbst Membran 67 tragenden Gehäuses 65 außen umkleidie Führung der Elektronenkanone, womit eine ge- 45 denden Ring 73 eingearbeitet sind. Demzufolge benaue Ausführung der Schweißnaht in jedem Falle findet sich der zweite Kühlkreislauf 72 im Innern des sichergestellt ist. Behälters 1 und bildet eine thermische Barriere vor

Ausgestaltungen der Erfindung und bevorzugte der Membran 67.

Ausführungsformen dafür sind in Unteransprüchen Die Membran 67 wird im übrigen durch den

gekennzeichnet, wobei für diese Unteransprüche 50 Kreislauf 70 auf einer relativ niedrigen Temperatur

ebenso wie für den Hauptanspruch Schutz nur je- gehalten. Sie vermag daher ohne weiteres ihre nach-

weils für die Gesamtheit der Merkmale eines jeden giebigen Eigenschaften beizubehalten und läßt sich

Anspruches, also einschließlich etwaiger Rückbezie- vielmals, ohne ihre Wirksamkeit zu verlieren, aufbla-

hungen, begehrt wird. sen und wieder entleeren. Vorzugsweise besteht die

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand be- 55 Membran 67 aus Neopren oder einem analogen Ma-

vorzugter Ausführungsbeispiele veranschaulicht; da- terial, das sich unter der Einwirkung des Druckes im

bei zeigt in der Zeichnung Inneren der Kammer 71 an alle Unebenheiten anle-

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Schweißvor- gen kann, die an den miteinander zu verschweißen-

richtung gemäß einer ersten Ausführungsform der den Teilen vorhanden sein können, und auf diese

Erfindung, 60 Weise eine vollkommene Abdichtung zwischen den

F i g. 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Aus- Bauteilen und dem Behälter gewährleistet,

führungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Auf diese Weise kann der Behälter 11 unter Va-

Vorrichtung, bei der die miteinander zu verschwei- kuum gesetzt werden.

ßenden Bauteile Hülsen sind, die nach einem Würfel- Außerdem setzt sich die Wand 12 in einer Pumpmuster miteinander verbunden werden sollen, 65 anlage fort, die an einem Flansch 16 angeschlossen

F i g. 3 einen Querschnitt durch die Schweißvor- werden kann, und trägt ein Beobachtungsfenster 17.

richtung von F i g. 2, Im Inneren des Behälters 11, der bei der darge-

F i g. 4 einen Querschnitt durch eine dritte Ausfüh- stellten Ausführungsform im wesentlichen die Form

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eines Zylinders aufweist, ist eine Elektronenkanone 6 zueinander senkrechten Richtungen auf einem festen

unmittelbar auf das Ende eines Tragarmes 5 aufge- Träger 33 verschieben läßt, der sich mit vier Füßen

setzt, der die gesamte Länge der zu verschweißenden 37 auf den vier Köpfen 31 α der äußersten Hülsen 31

Hülle 1 durchsetzt und an beiden Enden dieser Hülle abstützt. Die Verschiebung des Schlittens 35 wird

durch zwei feste Zentrierringe 3 und durch Kugella- 5 durch einen Motor 38 gesteuert, der gleichfalls auf

ger 4 zentriert wird, die seine Drehung in der Hülle 1 dem Träger 33 ruht. Der Motor 38 wird ebenso wie

zulassen, welche Drehung eine zu dem inneren Um- die Elektronenkanone 32 selbst elektrisch über Kabel

fang der Hülle 1 vollkommen konzentrische Kreisbe- 39 bzw. 40 versorgt, die in Rohren 41 und 42 liegen,

wegung der Elektronenkanone 6 hervorruft. die über Faltenbälge 43 mit der Elektronenkanone

Ein im Inneren des Behälters 11 auf dem Arm 5 io 32 und dem Motor 38 verbunden sind und die Wand

sitzender Motor 7 ermöglicht die Leerlaufsteuerung des Behälters 36 in Kugelgelenken 44 durchqueren,

des Radius dieser Kreisbewegung, um die Achse des Außerhalb des Behälters 36 sind die Kabel 39 und

Elektronenstrahls genau mit der Achse der Schweiß- 40 an einen in der Zeichnung nicht dargestellten

naht 8 zusammenfallen zu lassen. Speisekreis angeschlossen, sie sind jedoch lang ge-

Am anderen Ende der Hülse 1 ist der Arm 5 bei- 15 nug, um unter Verschiebung in den Rohren 41 bzw.

spielsweise über ein System von Zahnrädern 10 mit 42 die Verschiebung der Elektronenkanone 32 zuzu-

einem Motor 9 für die Steuerung seiner Drehbewe- lassen.

gung verbunden, der in abnehmbarer Weise an dem In gleicher Weise kann über ein in einem der den

Zentrierring 3 in der Hülse 1 festgeklemmt ist. Behälter 36 durchquerenden Rohre gleitendes Rohr

Die Hochspannungsversorgung der Elektronenka- 20 der Elektronenkanone 32 ein Kühlmittel zugeführt

none 6 wird über zwei Leiter 20 sichergestellt, die werden.

auf die gesamte Länge des Trägers 5 in ein Isolier- Der Verschluß des Behälters 36 und seine Abdich-

material eingeschlossen und demzufolge ohne Un- tung werden vervollständigt durch dicht mit dem

terbrechung eingekapselt sind. Die Verbindung zu Ende jeder Hülse 31 verbundene Stopfen 46. Wie der

einem üblichen Hochspannungsversorgungskabel 25 Behälter 11, so ist auch der Behälter 36 mit einer

wird über einen Spezialstecker 21 gewährleistet. Pumpanlage verbunden, die in den Fig. 2 und 3

Eine statische mittels Luft aufblasbare Dichtung nicht sichtbar ist, und weist ein Beobachtungsfenster

18, die mit zwei Lippendichtungen 19 zur Gewährlei- 47 auf.

stung der dynamischen Abdichtung kombiniert ist, Auf diese Weise läßt sich im Innern des Behälters

schließt den Vakuumbehälter 11 zwischen dem rotie- 30 36 ein ausgezeichnetes Vakuum erzielen und die von

renden Arm 5 und der Hülse 1 ab. der Elektronenkanone 32 ausgesandten Elektronen-

Sobald durch das Einsetzen der Dichtungen 15, 18 strahlen schaffen nach Maßgabe ihrer Verschiebung und 19 ein vakuumdichter Abschluß des Behälters entlang der Trennlinie zwischen den Hülsen 31 eine 11 erreicht ist, kann das Vakuum mit Hilfe der wirksame und tiefe Verschweißung.
Pumpanlage, die bei 16 angeschlossen ist, erzeugt 35 Für gewisse Fälle jedoch, beispielsweise zum und anschließend die Lage der Elektronenkanone 6 Vereinigen von ebenen Platten, bedient man sich durch den Steuermotor 7 eingeregelt werden. An- vorzugsweise einer anderen Abwandlung einer Ausschließend wird der Arm 5 in Drehung versetzt, und führungsform der erfindungsgemäßen Schweißvorder von der Elektronenkanone 6 ausgehende Elektro- richtung, die in den F i g. 4 und 5 dargestellt ist. Dort nenstrahl verschweißt die Hülse 1 mit dem perforier- 40 ist ein Behälter 50 von im wesentlichen rechteckigem ten Blech 2. Dank der Zentrierung des Armes 5 in Querschnitt auf die beiden Platten 51 und 52, die der Hülse 1 selbst wird eine absolute Genauigkeit der miteinander verschweißt werden sollen, zu beiden Schweißnaht erreicht, während die absolute Dichtig- Seiten ihrer Trennfuge 53 unter Zwischenlage einer keit des Behälters 11 durch das Aggregat aus den aufblähbaren und kühlbaren Dichtung 54 aufgesetzt, aufblähbaren Dichtungen 15 und 18 und durch die 45 wobei eine Pumpanlage 45 die Evakuierung des Be-Lippendichtungen 19 selbst dann sichergestellt wird, hälters 50 gestattet. Der Behälter 50 wird von einem wenn das Blech 2, auf dem der Behälter 11 ruht, eine Querbalken 55 durchsetzt, der parallel zu der nicht absolut gleichförmige Oberfläche aufweist. Die Schweißnaht 53 angeordnet ist und wenigstens ein Wand 12 wird im übrigen von keinem Organ durch- biegsames elektrisches Kabel 58 für die Speisung setzt, das im Laufe der Verschiebung der Elektro- 5° einer Elektronenkanone 57 und von Motoren zur nenkanone6 die Gefahr einer Verschlechterung der Steuerung der Verschiebung des Schlittens 56, auf Abdichtung hervorrufen könnte. Das Vakuum in dem die Elektronenkanone 57 ruht, trägt,
dem Behälter 11 kann dementsprechend sehr ausge- Jedes der miteinander zu verschweißenden Bauprägt sein, was die Verschweißung erleichtert. teile 51 und 52 trägt eine zu der Trennlinie 53 paral-

Die F i g. 2 und 3 stellen eine andere Ausführungs- 55 lele Schienenführung, die auf dem Bauteil 51 aus

form im Schnitt dar, bei der die miteinander zu ver- einer beispielsweise aufgepunkteten Platte 59 und auf

schweißenden Bauteile Hüllen 31 sind, die Abstands- dem Bauteil 52 aus einem Stab 60 mit U-förmigem

platten 30 tragen, die entlang zweier zueinander Querschnitt besteht, der in gleicher Weise aufge-

senkrechter Geraden 28 miteinander und mit End- schweißt ist und dessen Dicke im Mittelpunkt gleich

platten 27 verschweißt werden sollen. 60 der der Platte 59 ist, wobei die zu den miteinander zu

Ein Vakuumbehälter 36 von im wesentlichen par- verschweißenden Flächen der Bauteile 51 und 52

allelepipedonischer Form ist in dichter Weise über parallele Fläche 61 des Stabes 60 zur gleichen Zeit

die Hülsen 31 oder mindestens einen Teil davon und bearbeitet wird wie diese. Der Schlitten 56 mit der

über die Blechplatten 27 unter Zwischenlage von Elektronenkanone 57 stützt sich auf einer Seite auf

Dichtungen 34 gestülpt, die der Dichtung 15 in 65 der Platte 59 unter Zwischenschaltung einer Rolle 62

F i g. 6 ähneln. ab, während er auf der anderen Seite bei seiner Ver-

Im Inneren des Behälters 36 ruht eine Elektronen- Schiebung durch die eine Schiene bildende Bezugskanone 32 auf einem Schlitten 35, der sich in zwei fläche 61 des Stabes 60 geführt wird. Eine sich auf

dieser Fläche 61 abstützende Rolle 63 gewährleistet dabei die Führung.

Auf diese Weise läßt sich die Elektronenkanone 57 entlang der Trennfuge 53 ohne Abweichung davon verschieben, so daß der Elektronenstrahl ständig genau auf diese Linie ausgerichtet ist. In manchen Fällen kann die Elektronenkanone 57 von einem mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Pumpanlage verbundenen Gehäuse 64 umgeben sein, das einen Betrieb der Elektronenkanone 57 unter einem sehr ausgeprägten Vakuum gestattet, während der Behälter 50 lediglich unter einem Vorvakuum steht.

Gleichgültig welche Ausführungsform Verwendung findet, der Vakuumbehälter kann stets mit hoher Wirksamkeit an den miteinander zu verschweißenden Bauteilen zur Anlage kommen, während sich die Elektronenkanone verschiebt, indem er sich in gleicher Weise an diesen Bauteilen abstützt, ohne daß jemals die Gefahr einer Schädigung der Abdichtung des Aggregats bestünde.

Die erfindungsgemäße Schweißvorrichtung hat

ίο außerdem einen sehr kleinen Rauminhalt, sie läßt sich dementsprechend leicht auf einer Baustelle zur Montage verschiedener Teile transportieren.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   !..Vorrichtung zum Elektronenstrahlschweißen großvolumiger Bauteile mit einem Vakuumbehälter relativ kleiner Abmessungen, der mit rund um die zu erstellende Schweißung an das zu schweißende Bauteil anlegbaren Dichtungsorganen versehen ist und in seinem Inneren eine Elektronenkanone enthält, dadurch gekenn ζ eichnet, daß die Elektronenkanone (6; 32; 57) mit vom Vakuumbehälter (11; 36; 50) unabhängigen Führungen (4; 59; 62) versehen ist, die sich auf dem zu schweißenden Bauteil (1, 2; 30; 51, 52) abstützen und der Elektronenkanone einen der zu erstellenden Schweißung entsprechenden Weg aufzwingen, und daß die Dichtungsorgane aus einer aufblähbaren statischen Dichtung (15; 34; 53) bestehen, die sich der Oberflächenform des zu schweißenden Bauteils ungeachtet von Oberfiächenunregelmäßigkeiten anschmiegt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch an Öffnungen für das zu verschweißende Bauteil (1, 2) angeordnete Dichtungen (18, 19, 46) für den vakuumdichten Verschluß des Vakiiumbehälters (M'; 36).
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufblähbare Dichtung (15) eine nachgiebige ringförmige Membran (67), die an einem starren Ring (68) befestigt ist und zusammen mit diesem eine Druckkammer (71) begrenzt, und im Inneren der Druckkammer einen Kühlmittelkreislauf (70) aufweist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (67) und der Ring (68) im Inneren eines Gehäuses (65) von U-förmigem Querschnitt biegen, dessen vierte Seite die Membran bildet und das am Vakuumbehälter (11; 36; 50) befestigt ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der nachgiebigen Membran (67) und im Inneren des Vakuumbehälters (11; 36; 50) ein zweiter Kühlkreislauf (72) angeordnet ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5 zum Schweißen längs eines Kreises mit einem in dichter Weise rund um ein zu verschweißendes Rohr angeordneten zylindrischen Vakuumbehälter und einer auf einem im Rohr zentrierten Speisearm sitzenden Elektronenkanone, gekennzeichnet durch Abdichtungsorgane (18, 19) zum Abdichten des Speisearmes (5) gegen das Rohr (1), durch einen Getriebemotor (9, 10) zur Steuerung der Drehbewegung der Elektronenkanone (6) im Inneren des Vakuumbehälters (11) rund um die Achse des Speisearmes und des Rohres von dem dem Speisearm gegenüberliegenden Ende des Vakuumbehälters aus und durch einen Steuermotor (7) zur Steuerung der Lage der Elktronenkanone im Inneren des Vakuumbehälters (F i g. 1).
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 zum Schweißen längs einer Geraden mit einem in dichter Weise rund um die Verbindungslinie zu verschweißender Bauteile befestigten Vakuumbehälter von im wesentlichen parallelepidonaler Form und einem auf die Bauteile im Inneren des Vakuumbehälters abgestützten Träger, gekennzeichnet durch einen selbstfahrenden Schlitten (35) als Träger für die Elektronenkanone (32), der sich längs mindestens zweier zueinander und zum Träger (33) senkrechter Richtungen verschieben läßt, und durch Kugelgelenke (44) für den Durchtritt von Speiseleitungen (39 und 40) für den Schlitten und die Elektronenkanone durch die Wand des Vakuumbehälters (36) (F i g. 2).
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 5 mit einem in dichter Weise auf miteinander zu verschweißenden Bauteilen befestigten Vakuumbehälter von rechteckigem Querschnitt, gekennzeichnet durch eine fest mit jedem der Bauteile (51, 52) verbundene und zur Schweißnaht parallele Schienenführung (59 und 60), durch einen auf der Schienenführung beweglichen selbstfahrenden Schlitten (56) als Träger für eine Elektronenkanone (57) und durch Speisekabel (58) für den Schlitten und die Elektronenkanone, die abgeknickt an einem Querbalken (55) im Vakuumbehälter (50) aufgehängt sind (Fig. 4). '