Wie funktioniert das Elektronenstrahlschweißen? Vorteile &Anwendungen

In diesem Artikel erfahren Sie was Elektronenstrahlschweißen ist ? Es ist Funktionsprinzip, Ausstattung, Anwendungen, Vorteile, und mehr. Laden Sie auch die PDF-Datei herunter dieses Artikels am Ende.

Elektronenstrahlschweißen

Was ist EBM?

EBM oder Elektronenstrahlschweißen ist ein Schweißverfahren, das die Wärme nutzt, die durch einen Strahl hochenergetischer Elektronen erzeugt wird. Elektronen treffen auf das Werkstück und ihre kinetische Energie wird in thermische Energie umgewandelt Erhitzen des Metalls, damit die Seiten des Werkstücks verbunden werden können und eine Schweißnaht nach dem Einfrieren gebildet werden kann.

Auch das Elektronenstrahlschweißen ist ein Flüssigschweißverfahren. Dabei wird die Metall-Metall-Verbindung in einem flüssigen oder geschmolzenen Zustand gebildet. Es wird auch Schweißverfahren genannt, weil es Elektronen verwendet „kinetische Energie zwei Metallwerkstücke zu verbinden.

Als EBM erfunden wurde?

Dieses Schweißen wurde 1958 vom deutschen Physiker Karl-Heinz erfunden. Bei diesem Schweißverfahren trifft ein hoher Elektronenstrom auf die Schweißplatten, wo seine kinetische Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird.

Diese Wärmeenergie reicht aus, um die Werkstücke zu schmelzen und zu einem Stück zu verbinden. Dieser gesamte Vorgang findet im Vakuum statt, ansonsten Elektronen mit Luftpartikeln kollidieren und ihre Energie verlieren.

Wenn Sie die Elektronenstrahlschweißmaschine kaufen möchten, kostet das EBW-112x102x66 in Sciaky rund 1.000.000 USD. Die Maschine verfügt über ein computergesteuertes 30-kW-W2000-Hartvakuumstrahlschweißgerät mit einer Niederspannungspistole (60 KV).

EBM-Ausrüstung

Folgend sind die Geräte von EBM:

1. Elektronenkanone
2. Anode
3. Magnetische Linsen
4. Elektromagnetische Linse und Ablenkspule
5. Werkstückhalterung
6. Vakuumkammer
7. Netzteil

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1. Elektronenkanone

Es ist die wichtige Ausrüstung des Elektronenstrahlschweißens. Es ist eine Kathodenröhre (Minuspol), die Elektronen erzeugt, beschleunigt und an einem Ort konzentriert. Diese Waffe wird oft aus Wolfram- oder Tantallegierungen hergestellt. Der Kathodenfaden erhitzt sich auf 2500°C für die kontinuierliche Abgabe von Elektronen.

2. Anode

Die Anode ist ein positiver Pol direkt hinter der Elektronenkanone. Seine Hauptfunktion besteht darin, eine negative Ladung anzuziehen (in diesem Fall Elektronen), die ihnen einen Weg gibt und ihnen nicht erlaubt, von ihrem Weg abzuweichen.

3. Magnetische Linsen

Es gibt eine Reihe magnetischer Linsen, die nur die konvergierenden Elektronen passieren lassen. Sie alle absorbieren divergierende Elektronen mit niedriger Energie und liefern einen hochintensiven Elektronenstrahl.

4. Elektromagnetische Linse und Ablenkspule

Elektromagnetische Linsen werden verwendet, um den Elektronenstrahl auf das Werkstück zu fokussieren, und eine Ablenkspule lenkt den Strahl auf den erwarteten Schweißbereich ab. Dies sind die letzten Einheiten des EBW-Prozesses.

5. Werkstückhaltevorrichtung

Bei diesem Schweißverfahren werden CNC-Tische verwendet, um Werkstücke zu halten, die sich in alle drei Richtungen drehen können. Schweißplatten werden mit geeigneten Vorrichtungen auf dem CNC-Tisch befestigt.

6. Vakuumkammer

Wie Sie wissen, findet dieser gesamte Prozess in einer Vakuumkammer statt. Das Vakuum wird durch mechanische oder elektrisch betriebene Pumpen erzeugt. Der Druckbereich in der Vakuumkammer beträgt etwa 0,1 bis 10 Pa.

7. Netzteil

Dieser EBM-Schweißprozess verwendet eine Stromquelle, um einen kontinuierlichen Elektronenstrahl für den Schweißprozess bereitzustellen. Der Schweißspannungsbereich für Niederspannungsgeräte oder zum Dünnschweißen beträgt etwa 5 – 30 kV und für Hochspannungsgeräte oder 70 – 150 kV zum Dickschweißen.

Arbeitsprinzip des Elektronenstrahlschweißens

Es arbeitet nach dem Prinzip der Schweißelektronenstrahlbearbeitung. Dieser Prozess nutzt die kinetische Energie von Elektronen Wärme zu erzeugen. Diese Wärme wird verwendet, um zwei Schweißplatten zu verschweißen.

Trifft ein hoher Elektronenstrom auf die Schweißplatten, wird dessen kinetische Energie in Wärmeenergie umgewandelt. Diese Wärmeenergie reicht aus, um eine Schmelzverbindung zu bilden, indem zwei Metallplatten miteinander verbunden werden.

Arbeitsweise des Elektronenstrahlschweißens

EBM ist ein Schweißverfahren Nutzung von Wärme, die durch einen Strahl hochenergetischer Elektronen erzeugt wird. Die Elektronen treffen auf das Werkstück und ihre kinetische Energie wird in thermische Energie umgewandelt, die das Metall erhitzt, sodass die Seiten des Werkstücks verbunden werden und nach dem Gefrieren eine Schweißnaht gebildet werden kann.

Das Verfahren wird in der Vakuumkammer bei einem Druck von etwa 2 x 10&supmin;&sup7; bis 2 x 10&supmin;&sup6; psi (0,0013 bis 0,0013 Pa) durchgeführt. Ein solch hohes Vakuum ist erforderlich, um einen Energieverlust des Elektrons bei Stößen mit Luftmolekülen zu verhindern.

Die Elektronen werden von einer Kathode (Elektronenkanone) emittiert. Durch eine zwischen Kathode und Anode angelegte Hochspannung (ca. 150 kV) werden die Elektronen auf 30 % – 60 % der Lichtgeschwindigkeit angeregt. Die kinetische Energie der Elektronen reicht aus, um die angestrebte Schweißnaht zu schmelzen. Ein Teil der Energie des Elektrons wird in Röntgenstrahlung umgewandelt.

Durch ein elektrisches Feld angeregte Elektronen werden dann in der Fokussierspule zu einem dünnen Strahl fokussiert. Die Ablenkspule bewegt den Elektronenstrahl entlang der Schweißnaht. Der Elektronenstrahl kann Werkstücke mit einer Dicke von 0,004″ (0,01 mm) bis 6″ (150 mm) aus Stahl und bis zu 20″ (500 mm) aus Aluminium schweißen.

Elektronenstrahlschweißen kann verwendet werden zum Verbinden von Metallen, einschließlich Metallen, die selten mit anderen Schweißmethoden geschweißt werden:hochschmelzende Metalle (Wolfram, Molybdän und Niob) und chemisch aktive Metalle (Titan, Zirkonium und Beryllium).

Elektronenstrahlschweißen ist auch in der Lage, unterschiedliche Metalle zu verbinden. Die Anordnung erfolgt wie in der Abbildung gezeigt.

Vorteile des Elektronenstrahlschweißens

1. Dichte durchgehende Schweißnaht.
2. Es hat eine geringe Verzerrung.
3. Schmale Schweißnaht und schmale Wärmeeinflusszone.
4. Füllmetall ist nicht erforderlich.
5. Es kann sowohl einheitliche als auch Diffusionsmetalle schweißen.
6. Das Elektronenstrahlschweißverfahren bietet eine hohe Metallverbindungsrate.
7. Es kann verwendet werden, um harte Materialien zu schweißen.
8. Es bietet Schweißen mit hoher Oberflächengüte.
9. Der gesamte Prozess im Vakuum weist weniger Schweißfehler auf.

Nachteile des Elektronenstrahlschweißens

1. Seine Ausrüstung ist sehr teuer.
2. Es hat hohe Produktionskosten.
3. Diese Art des Schweißens hat Röntgenstrahlung.
4. Es hat hohe Investitions- oder Installationskosten.
5. Regelmäßige Wartung ist erforderlich.
6. Die Größe des Werkstücks ist je nach Vakuumkammer begrenzt.
7. Es erfordert hochqualifizierte Arbeitskräfte.

Anwendungen des Elektronenstrahlschweißens

1. Es wird in der Luft- und Raumfahrtindustrie und in der Schifffahrtsindustrie für Infrastrukturarbeiten verwendet.
2. Diese Art des Schweißens wird im Allgemeinen in der Automobilindustrie zum Verbinden von Zahnrädern, Getriebesystemen, Turboladern usw. verwendet.
3. EBM wird zum Verbinden von Titan und seinen Legierungen eingesetzt.
4. Es wird in der Elektronikindustrie verwendet, um elektronische Steckverbinder zu schweißen.
5. Dieses EBM-Schweißverfahren wird auch in Kernreaktoren und in der medizinischen Industrie eingesetzt.

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