Was ist Elektronenstrahlschweißen? - Definition und Verfahren

Was ist Elektronenstrahlschweißen?

Das Elektronenstrahlschweißen (EBW) ist ein Schmelzschweißverfahren, bei dem zwei zu verbindende Materialien mit einem Strahl von Hochgeschwindigkeitselektronen beaufschlagt werden. Die Werkstücke schmelzen und fließen zusammen, da die kinetische Energie der Elektronen beim Aufprall in Wärme umgewandelt wird. EBW wird häufig unter Vakuumbedingungen durchgeführt, um eine Streuung des Elektronenstrahls zu verhindern.

Elektronen werden über eine Elektronenkanone erzeugt und dann durch elektrische Felder auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt. Dieser Hochgeschwindigkeits-Elektronenstrom wird dann über Magnetfelder fokussiert und präzise auf die zu verbindenden Materialien aufgebracht.

Wenn die Elektronen auf die Materialien auftreffen, wird ihre kinetische Energie in Wärme umgewandelt, wodurch die Metalle schmelzen und zusammenfließen. Das Elektronenstrahlschweißen erfolgt im Allgemeinen im Vakuum, da das Vorhandensein von Gasmolekülen den Strahl streuen kann.

Aufgrund der hohen Spannungen beim EB-Schweißen und des erforderlichen Vakuums ist der gesamte Prozess computergesteuert und stark automatisiert. Die genaue Art der Technologie erfordert oft spezielle Vorrichtungen, um Teile zum Verbinden zu sichern, und CNC-Tische werden üblicherweise verwendet, um die Vorrichtungen und Werkstücke innerhalb der Schweißkammer zu bewegen.

Elektronenstrahlschweißgeräte sind sehr teuer, müssen streng gewartet werden, und die Unterstützung, die durch die Hochspannungs- und Hochvakuumtechnologien erforderlich ist, kann anspruchsvoll sein. Elektronenstrahlschweißungen sind jedoch unglaublich präzise, ​​stark und rein, der gesamte Prozess ist genau wiederholbar, und für viele Anwendungen und Materialien ist das Elektronenstrahlschweißen die beste Verbindungstechnologie, die es gibt.

Ein typisches Elektronenstrahlschweißverfahren

Obwohl jede Elektronenstrahl-Schweißaufgabe anders ist, gibt es bei EB Industries ein grundlegendes Verfahren, das es uns ermöglicht, sowohl die Schweißqualität als auch die Produktionsrate aufrechtzuerhalten.

• Die zu montierenden Teile werden gründlich geprüft und gereinigt;
• Vorrichtungen, um die Teile während des Schweißvorgangs sicher an Ort und Stelle zu halten, werden entwickelt. Wir versuchen, die Anzahl der Teile, die pro Vakuumzyklus geschweißt werden können, zu maximieren, um hohe Produktionsraten aufrechtzuerhalten. Vorrichtungen werden bei Bedarf in unserer kompletten Maschinenhalle nach Maß gefertigt;
• Die Teile werden in ihre Halterungen geladen und die Halterungen am CNC-Tisch des Elektronenstrahlschweißers befestigt. Der CNC-Tisch ist so programmiert, dass er die Teile während des Schweißvorgangs präzise unter dem Elektronenstrahl in Position bringt;
• Die Vakuumkammer wird gesichert und die Luft aus ihr herausgepumpt, um das erforderliche Teil- oder Vollvakuum gemäß der Kundenspezifikation zu erreichen;
• Falls erforderlich, werden Testschweißungen durchgeführt, um die richtige Strahlausrichtung und -fokussierung, Strahlleistung, Schweißdurchdringung und Gesamtqualität der Schweißnaht zu überprüfen. Die Parameter werden nach Bedarf angepasst und während aller Schweißvorgänge kontinuierlich überwacht;
• Wenn es sich um einen Produktionsschweißzyklus handelt, initiiert der Schweißer die CNC-Tabellenprogrammierung und den Elektronenstrahl-Zündzyklus. Anschließend werden die Teile elektronenstrahlgeschweißt;
• Am Ende des Schweißzyklus wird die Vakuumkammer abgepumpt und die Teile und Beschläge werden von der Schweißmaschine entfernt;
• Die Teile werden sorgfältig aus ihren Halterungen entfernt und dann einer vollständigen Qualitätskontrolle unterzogen.

Arbeitsweise des Elektronenstrahlschweißens

Das Elektronenstrahlschweißen (EB) ist ein Schmelzschweißverfahren, bei dem Elektronen durch eine Elektronenkanone erzeugt und durch elektrische Felder auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt werden. Dieser Hochgeschwindigkeits-Elektronenstrom wird mithilfe von Magnetfeldern scharf gebündelt und auf die zu verbindenden Materialien aufgebracht. Der Elektronenstrahl erzeugt beim Auftreffen auf die Werkstücke kinetische Wärme, wodurch diese schmelzen und sich miteinander verbinden.

Das Elektronenstrahlschweißen wird in einer Vakuumumgebung durchgeführt, da das Vorhandensein von Gas dazu führen kann, dass der Strahl gestreut wird. Aufgrund des Vakuumverfahrens und der verwendeten Hochspannungen ist dieses Schweißverfahren stark automatisiert und computergesteuert. Daher werden spezielle Vorrichtungen und CNC-Tische verwendet, um die Werkstücke in der Schweißvakuumkammer zu bewegen.

Jüngste Entwicklungen in der Technologie von Elektronenstrahlschweißmaschinen haben ein lokales Verfahren des Elektronenstrahlschweißens verwirklicht, bei dem die Elektronenstrahlkanone in einem Vakuumkasten auf der Seite des zu verbindenden Materials eingeschlossen ist, anstatt das gesamte Werkstück in einer Vakuumkammer zu platzieren.

Beim Elektronenstrahlschweißen wird das Elektron von der Kathode der Elektronenkanone erzeugt. Nach der Kathode ist ein Bechergitter vorgesehen. Es verhindert die Divergenz von Elektronen und kontrolliert sie. Wegen der an Kathode und Anode angelegten Hochspannung. Die positiv geladene Anode zieht das Elektron aus dem Bechergitter an.

Die Anode beschleunigt das Elektron und seine Geschwindigkeit erhöht sich und erreicht den Bereich von 50000 – 200000 km/s. Von der Anode wird der Hochgeschwindigkeits-Elektronenstrahl durch die magnetische Linse und die Ablenkspulen geleitet.

Die magnetische Linse fokussiert den Elektronenstrahl auf die gewünschte Stelle auf dem Werkstück. Und die Ablenkspule lenkt den Strahl auf den gewünschten Schweißbereich. Wenn der Hochgeschwindigkeits-Elektronenstrahl auf das Werkstück trifft, wird intensive Hitze erzeugt, die das Metall der beiden Werkstücke schmilzt und den Schweißbereich füllt. Die geschmolzene Schweißnaht verfestigt sich und bildet eine starke Schweißverbindung.

Anwendung des Elektronenstrahlschweißens

• Es wird in der Luft- und Raumfahrtindustrie zur Herstellung von Düsenkomponenten, Strukturteilen, Getriebeteilen und Sensoren verwendet.
• Es wird in der Stromerzeugungsindustrie verwendet.
• Es wird in der Raumfahrtindustrie zum Bau von Titantanks und -sensoren verwendet.
• Es wird in der Automobilindustrie zur Herstellung von Getriebesystemen, Zahnrädern und Turboladern verwendet.
• Es wird in der Elektro- und Elektronikindustrie verwendet, um Teile von Kupferstrukturen herzustellen.
• Die anderen Bereiche, in denen es verwendet wird, sind Nuklearindustrie, Medizin, Forschungszentren usw.

Vorteile des Elektronenstrahlschweißens

• Hohe Schweißgeschwindigkeit.
• Schweißen unterschiedlicher Metalle ist möglich.
• Hohe Schweißqualität und Präzision.
• Weniger Betriebskosten.
• Materialien mit hohen Schweißtemperaturen können problemlos geschweißt werden.
• Weniger Verzug durch weniger betroffene Hitzezone.
• Die Reinigungskosten sind vernachlässigbar.
• Es schweißt dickere Bleche im Bereich von 0,025 mm bis 100 mm.
• Es ist in der Lage, unzugängliche Verbindungen zu schweißen.

Nachteile des Elektronenstrahlschweißens

• Die Kosten für die Ausrüstung sind sehr hoch.
• Zur Bedienung ist ein hochqualifizierter Bediener erforderlich.
• Ein Hochvakuum ist erforderlich.
• Durch den Betrieb im Vakuum können große Aufträge nicht geschweißt werden.
• Es sind hohe Sicherheitsmaßnahmen erforderlich, um damit zu arbeiten.