Elektronenstrahlschweißen (EBW)
Nach dem Lesen dieses Artikels lernen Sie das Elektronenstrahlschweißen anhand eines Diagramms.
Beim Elektronenstrahlschweißen wird ein Strahl von Wahlen verwendet, um das Metall dort zu schmelzen, wo es geschweißt werden muss. Dieses Verfahren wurde in den frühen fünfziger Jahren gleichzeitig in den USA und in Westdeutschland entwickelt.
In EBW wird ein erhitzter Faden als Quelle für Elektronen verwendet, die zu einer ringförmigen Feldanode und durch diese hindurchfließen. Der Elektronenstrahl wird anschließend mit Hilfe einer Fokussierspule fokussiert. Es passiert dann einen engen Durchgang in Richtung des zu verschweißenden Werkstücks, das in einer Vakuumkammer angeordnet ist.
Das Werkstück kann bewegt werden, um die erforderliche Schweißgeschwindigkeit zu erreichen. Somit sind die Hauptelemente eines EBW-Systems eine Elektronenemissions- und Beschleunigungseinheit, eine Strahlfokussiereinheit und eine Vakuumkammer zum Halten des Werkstücks. Es ist üblich, das Gerät mit Ausnahme der Vakuumkammer als EBW-Pistole zu bezeichnen.
Damit sich die Elektronen ununterbrochen bewegen können, muss in der gesamten EBW-Pistolensäule und in der Kammer ein Vakuum mit einem Druck von 10 -1 bis 10 -2 Torr (mm Quecksilber) verwendet werden. Es wurden jedoch EBW-Pistolen entwickelt, die sowohl bei mittlerem Vakuum als auch bei atmosphärischem Druck betrieben werden können, jedoch ist ihre Wirksamkeit im Vergleich zu Hochvakuumkanonen viel geringer, z Der Grenzwert liegt bei etwa 50 mm und darf in nichtvakuumbetriebenen Einheiten 12 mm nicht überschreiten.
Bei den EBW-Kanonen handelt es sich um zwei Typen: Diode und Triode. Die Ausdrücke entsprechen gleichnamigen Elektronenventilen. Die Durchdringungskraft des Elektronenstrahls hängt von der Geschwindigkeit der Elektronen ab, die durch die Größe der Beschleunigungsspannung gesteuert wird. Abhängig von der Beschleunigungsspannung werden die EBW-Pistolen als Niederspannungs- und Hochspannungstypen mit einem Spannungsbereich zwischen 15-30 kV und 70 150 kV ausgelegt. Abb. 2.43 zeigt eine EBW-Einheit vom Diodentyp.
Die EBW-Schweißnähte sind sehr schmal und können vom Volldurchdringungstyp mit einem Verhältnis von Breite zu Durchdringung von 1: 20 sein, verglichen mit 5: 1 abgeschirmtem Metalllichtbogenschweißen und 2: 1 Gas-Metalllichtbogenschweißen. Mit einer EB-Energiedichte von nahezu 5 × 10 8 W / mm 2 ist es möglich, jedes bekannte Metall zu schmelzen und somit zu verschweißen.
Kommerzielle Anwendungen von EBW umfassen das Schweißen von Superlegierungen, hochschmelzenden Metallen, reaktiven Metallen und rostfreien Stählen. Bauteile aus Titan, Beryllium, Molybdän und Zirkonium werden normalerweise durch EBW geschweißt. Es ist in der Elektronik-, Nuklear-, Flugkörper- und Flugzeugindustrie weit verbreitet.
Typische Anwendungen von EBW sind das Schweißen von Gruppenradgetrieben, komplizierte Ventilanordnungen aus korrosionsbeständigen Legierungen für die Automobilindustrie sowie Druckkapseln und Raketenrahmen.
