Was ist Elektronenstrahlschweißen?
Elektronenstrahlschweißen sind ein Verfahren, bei dem aus einer Elektronenröhre emittierte Elektronen durch magnetische und elektrische Felder beschleunigt werden, um das zu schweißende Werkstück zu erhitzen und zu schmelzen.
Die Kathode der Elektronenröhre emittiert bei Erwärmung heiße Elektronen. Dieses Emissionsphänomen beruht auf demselben Prinzip wie bei Kathodenstrahlröhren usw.
Der Prozess der Erwärmung und des Schmelzens durch Bestrahlung des Werkstücks mit diesen heißen Elektronen findet grundsätzlich im Vakuum statt.
Das Werkstück kann von dicken bis dünnen Blechen bearbeitet werden und zeichnet sich dadurch aus, dass im geschweißten Bereich kein Verzug zurückbleibt.
In jüngster Zeit werden auch Schweißverfahren eingesetzt, die in einer Niedervakuumumgebung durchgeführt werden können, sowie mit Elektronenkanonen betriebene Verfahren, die Elektronen aussenden.
Anwendungen des Elektronenstrahlschweißens
Für das Elektronenstrahlschweißen gibt es eine Reihe von Anwendungsmöglichkeiten für verschiedene Werkstoffe.
- Werkstoffe, die mit anderen Schweißverfahren schwer zu schweißen sind
Unähnliche Metallwerkstoffe wie Edelstahl und Eisen, Edelstahl und Kupfer - Hermetisch abgedichtete geschweißte Teile
Große Strukturen wie Drucktanks und Vakuumkammern, Kühlteile wie wassergekühlte Ummantelungen - Teile für verzugsarmes und Hochgeschwindigkeitsschweißen
Automobilteile wie Getriebe - Materialien, die eine Oxidation der Werkstückoberfläche während des Schweißens verhindern
Aktive metallische Werkstoffe wie Titan und Niob - Teile, die für Schlüssellochschweißen (Tiefschweißen), dünne Schweißraupen (Schweißgut) und verzugsarmes Schweißen geeignet sind
Metallische Werkstoffe mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie Kupfer und Aluminium
Funktionsweise des Elektronenstrahlschweißen
Wenn eine Kathodenwendel im Vakuum erhitzt wird, werden kontinuierlich Elektronen abgegeben. Die dabei entstehenden Elektronen werden als thermionische Elektronen bezeichnet.
Die emittierten heißen Elektronen werden dann durch eine Hochspannung (60-150 KV), die zwischen Kathode und Anode angelegt wird, beschleunigt, um einen Elektronenstrahl zu erzeugen.
Dieser Elektronenstrahl wird durch eine elektromagnetische Spule fokussiert und durch eine Ablenkspule in der Abtastrichtung gesteuert, so dass eine konzentrierte Bestrahlung eines bestimmten Punktes auf der Oberfläche des gewünschten Werkstücks möglich ist.
Die kinetische Energie der heißen Elektronen, die auf das Werkstück treffen, wird dann in Wärmeenergie umgewandelt, die die Oberfläche erhitzt und das Werkstück zum Schmelzen bringt, wodurch der Schweißvorgang abgeschlossen wird.
Der Punktdurchmesser des üblicherweise verwendeten Elektronenstrahlschweißens ist mit ca. 0,2 mm sehr klein, und die thermische Einwirkung auf den Rand der Schweißnaht ist minimal, so dass das Schweißen mit geringen Verformungen an der Metalloberfläche oder im Inneren durchgeführt werden kann.
Der Bereich und die Tiefe des Metalleinbruchs können durch die Einstellung der Leistung des Elektronenstrahls gesteuert werden, was das Schweißen eines breiten Spektrums von Blechdicken ermöglicht, von dünnen bis zu dicken Blechen.