DE2820707A1

DE2820707A1 - Verfahren zum verschweissen einer langen trennfuge mittels eines beweglichen elektronenstrahlschweissgeraetes

Info

Publication number: DE2820707A1
Application number: DE19782820707
Authority: DE
Inventors: Peter Ing Grad Anderl; Erwin Kappelsberger; Karl Heinz Dipl Ph Steigerwald
Original assignee: Steigerwald Strahltecknik GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1977-05-11
Filing date: 1978-05-11
Publication date: 1978-11-16
Also published as: GB1597466A; FR2390237A1; JPS5415442A; US4175226A; FR2390237B1

Description

Verfahren zum Verschweißen einer langen Trennfuge mittels eines beweglichen Elektronenstrahlschweißgerätes.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen einer langen Trennfuge zwischen zwei Werkstückteilen mittels eines Elektronenstrahlschweißgerätes, welches eine relativ zu den Werkstückteilen bewegliche Vakuumkammer mit einer Strahlaustrittsöffnung hat, deren Rand durch eine die Relativbewegung zulassende Abdichtanordnung gegen eine erste Seite der Werkstückteile abgedichtet ist, bei welchem die noch nicht verschweißte Trennfuge auf der ersten Seite der Werkstückteile durch einen aufgeklebten Folienstreifen und auf einer

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entgegengesetzten zweiten Seite durch eine evakuierbare Kammer abgedichtet wird und die Trennfuge dann mit dem Elektronenstrahl verschweißt wird, indem das Elektronenstrahlgerät relativ zu der Werkstückanordnung entlang der Trennfuge bewegt wird.

Ein solches Verfahren ist aus der US-PS 31 36 882 bekannt. Der aufgeklebte Folienstreifen und die evakuierbare Kammer auf der dem Elektronenstrahlschweißgerät entgegengesetzten Seite der Werkstücke gewährleisten ein lokales Vakuum im Schweißbereich. Die Abdichtung des Randes der Vakuumkammer des Elektronenstrahlschweißgerätes gegenüber den Werkstückteilen erfolgt im allgemeinen durch eine Druckstufendichtung. Die Vakuumkammer auf der Werkstückrückseite kann die Form einer langgestreckten, die Trennfuge überbrückenden Wanne haben, deren Ränder durch aufgeklebte Folienstreifen abgedichtet sind.

Bei dem bekannten Verfahren werden zur Abdichtung der Trennfuge druckhaftende Klebestreifen aus Kunststoff, wie sie im Prinzip auch für Verpackungszwecke verwendet werden, benutzt. Solche Folienstreifen gewährleisten jedoch keine sichere Abdichtung, da sie empfindlich gegen mechanische sowie thermische Beanspruchungen sind und bei relativ breiter Trennfuge den Belastungen durch den Luftdruck oft nicht standzuhalten vermögen. Außerdem wird der Folienstreifen ggf. beim Zuschweißen der Trennfuge zumindest' in der Mitte durch den Elektronenstrahl zerstört und verbrannt, wobei sich große Mengen von Gasen und Dämpfen entwickeln, die das Vakuum untragbar verschlechtern und die Vakuumkammer sowie das Strahlerzeugungssystem verschmutzen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abdichtanordnung anzugeben, die eine sichere Abdichtung gewährleistet und, falls sie beim Schweißen durch den Strahl zerstört wird, praktisch keine störenden Gase oder Dämpfe entwickelt.

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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einem Elektronenstrahlschweißverfahren des oben erwähnten Typs zur Abdichtung der Trennfuge ein Streifen aus Metall verwendet wird, der an zwei auf entgegengesetzten Seiten der Trennfuge liegenden, jedoch im Abstand von dieser endenden Bereichen mit der Oberfläche der Werkstoffteile verklebt ist, vorzugsweise mittels beidseits haftender Papieroder Kunststoffklebestreifen. Der Metallstreifen ist mechathermlscn

nisch sowie /sehr widerstandsfähig, ferner zersetzt er sich nicht und entwickelt kaum Dämpfe, wenn er vom Elektronenstrahl getroffen wird. Die Klebstreifen oder Klebmasse können soweit vom Schweißbereich entfernt angeordnet werden, daß auch sie keine störenden Mengen von Dämpfen abgeben.

Besonders gut hat sich ein Streifen aus Kupferfolie bewährt, die z.B. eine Dicke von 0,05 bis 0,5 mm, vorzugsweise 0,1 mm und eine Breite von 50 bis 250 mm, insbesondere 100 bis 200 mm haben kann. Ein weiteres gut geeignetes Material ist austhenitischer Stahl.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 zwei zu verschweißende Werkstückteile mit einer Trennfuge, deren eine Seite durch eine Folienabdichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und deren andere Seite durch eine lange stationäre evakuierbare Kammer abgedichtet ist.

Fig. 2 eine Schnittansicht in einer Ebene 2-2 der Fig.

In Fig. 1 ist eine Werkstückanordnung 10 dargestellt, die aus zwei Metallplatten 12 und 14 besteht, welche miteinander verschweißt werden sollen. Zum Verschweißen dient ein nicht

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dargestelltes Elektronenstrahlschweißgerät mit einer Strahlkanone und einer Vakuumkammer, die eine Strahlaustrittsöffnung hat, welche durch eine Druckstufendichtung oder dgl. so bezüglich der in Fig. 1 oberen Seiten 12a bzw. 14a der Metallplatten abdichtbar ist, daß das Elektronenstrahlschweißgerät relativ zur Werkstückanordnung 10 längs einer Trennfuge 16 bewegt werden kann, ohne das Vakuum in der Vakuumkammer zu beeinträchtigen.

Damit das Vakuum in der Vakuumkammer aufrechterhalten werden kann, muß die noch nicht verschweißte Trennfuge 16 abgedichtet werden. Dies erfolgt erfindungsgemäß durch einen Metallfolienstreifen 20, der in Randbereichen, die einen ausreichenden Abstand von der Trennfuge 16 haben, mit der Werkstückanordnung 10 verklebt ist, z.B. durch beidseitig klebende, selbsthaftende Klebestreifen 22, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Die untere, d.h. dem Elektronenstrahlschweißgerät abgewandte Seite der Trennfuge ist entweder durch eine langgestreckte evakuierbare Kammer 26 abgedichtet oder ebenfalls durch einen Folienstreifen und zusätzlich eine der Vakuumkammer des Elektronenstrahlschweißgerätes gegenüberstehende mobile evakuierbare Vakuumkammer, die den Strahlaustrittsbereich umgibt und abdichtet. Dort wo die Werkstücke bereits miteinander verschmolzen sind, ist die Trennfuge durch eine Schweißnaht verschlossen, so daß dort keine besondere Abdichtung mehr erforderlich ist.

Die abdichtende Folie 20 soll folgende Bedingungen erfüllen:

1) Das Folienmaterial sollte sich, wenn es durch die vom Elektronenstrahl erzeugte Wärme geschmolzen wird, möglichst nicht mit der Schmelze im Schweißbereich und der entstehenden Schweißraupe verbinden.

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2) Das Folienmaterial soll im Auftreffbereich des Elektronenstranls so abschmelzen bzw. verdampfen, daß zwischen dem Rand 28 des verbleibenden Restes aer Folie 20 und der Schmelze im Schweißbereich 30 ein Zwischenraum von ca. 5 bis 10 mm entsteht (Fig. 1). Unter diesen Voraussetzungen lassen sich die üblichen Messungen der Strahlposition bezüglich der Trennfuge und die Nachregelung der Strahlposition auf die Trennfuge einwandfrei durchführen, als wäre die Trennfuge nicht mit einer Folie abgedeckt.

3) Das Folienmaterial soll sich unter der thermischen Einwirkung des Elektronenstrahls nicht so verziehen, daß die verbleibenden Folienreste die Abdichtung der mobilen Vakuumkammer an der Auslaufstelle der Schweißnaht bzw. Folienreste beeinträchtigen.

4) Die Folie muß so breit sein, daß die beidseitigen Klebestellen bzw. Klebestreifen 36 bei der Erhitzung des mittleren Teiles der Folie nicht soviel Gas entwickeln, daß das Vakuum in der Umgebung des Elektronenstrahls zu stark verschlechtert wird.

5) Das Folienmaterial soll so flexibel sein, daß es sich an Unebenheiten der V7erkstückoberflache im Bereich der Trennfuge anschmiegt, insbesondere auch dann, wenn die an die Trennfuge angrenzenden Teile der Oberfläche 26 etwas versetzt sind.

6) Die Folie muß eine solche mechanische Festigkeit haben, daß sie beim Evakuieren durch den Druck der Umgebungsluft nicht in die Trennfuge hineingezogen wird.

Ein Folienmaterial, das allen diesen Bedingungen sehr gut genügt, ist eine halbharte Kupferfolie mit 0,1 mm Dicke und

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100 nun Breite. Je nach Anwendungsfall kann man selbstverständlich von diesen Werten abweichen und Foliendicken zwischen
0,05 und 0,5 mm sind ebenfalls brauchbar.

Ein weiteres Material, das sich gut bewährt hat, ist
austenitischer Stahl mit einer Dicke von etwa 0,05 bis 0,2 mm Dicke. Die Breite kann hier etwas geringer sein, 70 mm sind
im allgemeinen ausreichend. Selbstverständlich kann man unabhängig vom Folienmaterial auch mit größeren Breiten, z.B. bis zu 200 mm, arbeiten.

Die oben als Beispiel erwähnte 0,1 mm dicke Kupferfolie
ist biegsam genug, um sich an kleinere Versetzungen, z.B. bis 2 mm, zwischen den an die Trennfuge 16 angrenzenden Rändern
der Werkstückteile 12 und 14 zuzulassen. Sie ist steif genug, so daß sie nicht in die Trennfuge hineingesaugt wird. Sie wirft
sich bei der Erhitzung durch den Elektronenstrahl nicht und sie wird durch den Elektronenstrahl genügend weit zurückgeschmolzen, so daß ein genügend großer Flächenbereich um die Schweißstelle für Messungen und dgl. frei liegt. Die geschmolzenen
Ränder sind ziemlich glatt und homogen, so daß die Abdichtung der beweglichen Vakuumkammer nicht nennenswert beeinträchtigt wird, wenn die Abdichtung über die Folienreste gleitet.

Als Klebestreifen 22 wurden zweiseitig mit druckhaftendem Kleber beschichteter gewebeverstärkter Klebestreifen, O,25 mm dick und 19 mm breit, sowie zweiseitig mit druckhaftendem
Kleber beschichteter gewebeverstärkter Klebestreifen, O,IO mm dick und 15 mm breit verwendet, die sich beide als gut geeignet erwiesen.

Die Folien konnten von Hand oder mit einer hinter der
Auslaufstelle aus der Vakuumkammer angeordneten Rakel leicht
wieder vom Werkstück entfernt werden.

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Da beim Beginn des Schweißens Sorge dafür getragen werden soll, daß die Trennfuge 16 ausreichend evakuiert ist, kann die Folie hierfür mit einer Perforation versehen sein, die so angeordnet ist, daß sie beim Schweißbeginn mit der Vakuumkammer des Elektronenstrahlschweißgerätes bzw. der rückseitigen, getrennt evakuierbaren mobilen Vakuumkammer kommuniziert.

Nachdem die Metallfolie 20, die auf der Seite des Elektronenstrahlschweißgerätes zur Abdichtung des Spaltes dient, in den Bereich der innersten Druckstufe der Vakuumkammer des Schweißgerätes gelangt ist, kann als Alternative zum Zerstören der Folie durch den Elektronenstrahl auch die Folie in der Vakuumkammer vom Werkstück abgelöst und aufgewickelt werden. Anstatt die Folie ganz von den Klebestreifen bzw. mit den Klebestreifen abzulösen, kann die Folie auch in dem Bereich, in dem sie nicht mittels Kleber oder Klebestreifen mit der Werkstückoberfläche verbunden ist, mit zwei rotierenden Messern aufgeschnitten werden und der dabei entstehende mittlere Streifen in der innersten Druckstufe der Vakuumkammer aufgerollt werden. Das vollständige oder teilweise Entfernen der Folie ermöglicht einen besseren Durchgriff der Vakuumpumpen der beweglichen Vakuumkammer in die Trennfuge. Entsprechendes kann auch bei der mobilen Vakuumkammer auf der Werkstückrückseite durchgeführt werden.

Selbstverständlich werden auch die Stirnseiten der Trennfuge 16 vakuumdicht verschlossen, z.B. ebenfalls durch eine Metallfolie der beschriebenen Art.

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Le e rs e i t

Claims

Patentansprüche

ti.)/ Verfahren zum Verschweißen einer langen Trennfuge zwischen

zwei Werkstückteilen mittels eines Elektronenstrahlschweißgerätes, welche eine relativ zu den Werkstückteilen bewegliche Vakuumkammer mit einer Strahlaustrittsöffnung hat, deren Rand durch eine die Relativbewegung zulassende Abdichtanordnung gegen eine erste Seite der Werkstückteile abgedichtet ist, wobei die noch nicht verschweißte Trennfuge auf der ersten Seite der Werkstückteile durch einen aufgeklebten Folienstreifen und auf einer entgegengesetzten zweiten Seite der Werkstückteile durch eine evakuierbare Kammer abgedichtet wird, und die Trennfuge dann mit dem Elektronenstrahl verschweißt wird, indem das Elektronenstrahlgerät relativ zu der Werkstückanordnung entlang der Trennfuge bewegt wird, dadurch gekennzeichnet , daß zur Abdichtung der Trennfuge ein Streifen (20) aus Metall verwendet wird und an zwei streifenförmigen Bereichen, die auf entgegengesetzten Seiten der Trennfuge (16) liegen und im Abstand von der Trennfuge enden, mit den Werkstückteilen (12, 14) verklebt wird.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Streifen aus Kupferfolie verwendet wird.
3.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Streifen aus austenitischem Stahlblech verwendet wird.
4.) Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß ein Streifen mit einer Dicke zwischen 0,05 und 0,5 mm verwendet wird.

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- Sr -
5.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Streifen mit einer Dicke in der Größenordnung von 0,1 mm verwendet wird.
6.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Streifen mit einer Breite von mindestens 100 mm verwendet wird.
7.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verkleben des Metallstreifens (20) mit den Werkstückteilen (12, 14) selbstklebende Klebestreifen (22) , die auf beiden Seiten klebfähig sind, verwendet werden.
8.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Elektronenstrahlschweißgerät entgegengesetzte Seite der Trennfuge (16) ebenfalls durch eine aufgeklebte Metallfolie und eine mobile Vakuumkammer abgedichtet wird.
9.) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein die Trennfuge (16) abdeckender mittlerer Teil des Metallfolienstreifens in der Vakuumkammer von der Werkstückoberfläche entfernt und aufgewickelt wird, bevor er den Elektronenstrahl (18) erreicht.

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