Elektronenstrahlschweißen:Prinzip, Arbeitsweise, Ausrüstung, Anwendung, Vor- und Nachteile

Heute lernen wir das Elektronenstrahlschweißen, das Prinzip, die Arbeitsweise, die Ausrüstung, die Anwendung, die Vor- und Nachteile mit seinem Diagramm kennen. Das Elektronenstrahlschweißen ist ein Flüssigschweißverfahren. Flüssigschweißen sind solche Schweißverfahren, bei denen die Metall-Metall-Verbindungsform in flüssigem oder geschmolzenem Zustand vorliegt. Dies wird auch als neues Schweißverfahren eingestuft, da es die kinetische Energie von Elektronen verwendet, um zwei Metallwerkstücke zu verschmelzen. Dieses Schweißen wurde 1958 vom deutschen Physiker Karl-Heinz entwickelt. Bei diesem Schweißverfahren trifft ein hoher Elektronenstrahl auf Schweißplatten, wo seine kinetische Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird. Diese Wärmeenergie reicht aus, um die Werkstücke zu schmelzen und zu einem Stück zu verschmelzen. Dieser ganze Vorgang findet im Vakuum statt, sonst kollidieren die Elektronen mit Luftteilchen und verlieren ihre Energie.

Elektronenstrahlschweißen:

Prinzip:

Dieses Schweißen funktioniert nach dem gleichen Prinzip der Elektronenstrahlbearbeitung . Dieser Prozess nutzt die kinetische Energie von Elektronen, um Wärme zu erzeugen. Diese Wärme wird weiter verwendet, um zwei Schweißplatten zu verschweißen. Trifft ein hoher Elektronenstrahl auf Schweißbleche, wandelt sich dessen kinetische Energie in Wärmeenergie um. Diese Wärmeenergie reicht aus, um zwei Metallplatten miteinander zu verschmelzen, um eine Schweißverbindung zu bilden.

Ausrüstung:

Stromversorgung:

Dieser Prozess verwendet eine Stromquelle, um einen kontinuierlichen Elektronenstrahl für den Schweißprozess bereitzustellen. Der Spannungsbereich des Schweißens beträgt etwa 5 – 30 kV für Niederspannungsgeräte oder für dünnes Schweißen und 70 – 150 kV für Hochspannungsgeräte oder für dickes Schweißen.

Elektronenkanone:

Es ist das Herzstück des Elektronenstrahlschweißens. Es ist eine Kathodenröhre (Minuspol), die Elektronen erzeugt, beschleunigt und auf einen Punkt fokussiert. Diese Waffe wird hauptsächlich aus Wolfram- oder Tantallegierungen hergestellt. Der Kathodenfaden wurde auf 2500 Grad Celsius erhitzt, um kontinuierlich Elektronen zu emittieren.

Anode:

Anode ist ein positiver Pol, der sich direkt nach der Elektronenkanone befindet. Seine Hauptfunktion besteht darin, negative Ladung (in diesem Fall Elektron) anzuziehen, ihnen einen Weg zu geben und ihnen nicht zu erlauben, von ihrem Weg abzuweichen.

Magnetische Linsen:

Es gibt eine Reihe magnetischer Linsen, die nur konvergente Elektronen passieren lassen. Sie absorbieren alle niederenergetischen und divergenten Elektronen und liefern einen hochintensiven Elektronenstrahl.

Elektromagnetische Linse und Ablenkspule:

Elektromagnetische Linse zur Fokussierung des Elektronenstrahls auf das Werkstück und Ablenkspule lenken den Strahl auf den gewünschten Schweißbereich ab. Dies sind die letzten Einheiten des EBW-Prozesses.

Werkstückhalterung:

EBW verwendet einen CNC-Tisch zum Halten des Werkstücks, der sich in alle drei Richtungen bewegen kann. Die Schweißplatten werden mit geeigneten Vorrichtungen auf den CNC-Tisch gespannt .

Vakuumkammer:

Wie wir wissen, findet dieser gesamte Prozess in einer Vakuumkammer statt. Das Vakuum wird durch eine mechanisch oder elektrisch angetriebene Pumpe erzeugt . Der Druckbereich in der Vakuumkammer beträgt etwa 0,1 bis 10 Pa.

Funktioniert:

Seine Arbeitsweise kann wie folgt zusammengefasst werden.

• Zuerst erzeugt die Elektronenkanone, die eine Kathode ist, Elektronen. Diese Elektronen bewegen sich zur Anode, die positiv geladen ist und direkt hinter der Elektronenkanone platziert ist.
• Die Anode beschleunigt die Elektronen und bildet einen Elektronenstrahl, der sich weiter in Richtung Magnetlinsen bewegt.
• Die Magnetlinsen sind eine Reihe von Linsen, die verwendet werden, um niederenergetische Elektronen zu absorbieren und die es nicht zulassen, dass divergierende Elektronen durch sie hindurchtreten. Sie liefern einen hochintensiven Elektronenstrahl.
• Nun passiert dieser Elektronenstrahl eine elektromagnetische Linse und eine ablenkende Spule, die verwendet werden, um den Elektronenstrahl an der erforderlichen Stelle zu fokussieren und abzulenken. Diese Einheit richtet den Hochgeschwindigkeits-Elektronenstrahl auf den Schweißhohlraum, wo seine Kinetik stattfindet Energie wird durch Kollision in Wärmeenergie umgewandelt. Diese Wärmeenergie wird verwendet, um eine Schweißnaht durch Schmelzen zu erzeugen. Dieser gesamte Schweißprozess wird in einer Vakuumkammer durchgeführt, da sonst die Elektronen mit Luftpartikeln im Weg kollidieren und ihre Energie verlieren.

Diese Arbeitsweise kann anhand des folgenden Videos leicht verständlich werden.

Anwendung:

• Es wird in der Luft- und Raumfahrtindustrie und der Schifffahrtsindustrie für Strukturarbeiten verwendet
• Es wird verwendet, um Titan und seine Legierungen zu verbinden.
• Diese Art des Schweißens wird häufig verwendet, um Zahnräder zu verbinden , Übertragungssystem , Turbolader etc. in der Automobilindustrie.
• Es wird verwendet, um elektronische Steckverbinder in der Elektronikindustrie zu schweißen.
• Dieses Verfahren wird auch in Kernreaktoren und in der medizinischen Industrie eingesetzt

Vor- und Nachteile:

Vorteile:

• Es kann sowohl ähnliche als auch unterschiedliche Metalle schweißen.
• Es bietet eine hohe Metallverbindungsrate.
• Niedrige Betriebskosten, da kein Füllmaterial und Flussmittel verwendet werden.
• Es bietet eine hochwertige Schweißoberfläche.
• Es kann verwendet werden, um harte Materialien zu schweißen.
• Weniger Schweißfehler  treten aufgrund des gesamten Prozesses auf, der im Vakuum durchgeführt wird.

Nachteile:

• Hoher Kapital- oder Einrichtungsaufwand.
• Hochqualifizierte Arbeitskräfte erforderlich.
• Häufig Wartung erforderlich.
• Die Werkstückgröße ist je nach Vakuumkammer begrenzt.
• Aufgrund des Vakuums ist dies vor Ort nicht möglich.

Hier geht es um Elektronenstrahlschweißen, Prinzip, Arbeitsweise, Ausstattung, Anwendung, Vor- und Nachteile. Wenn Sie Fragen zu diesem Artikel haben, stellen Sie diese per Kommentar. Wenn Ihnen dieser Artikel gefällt, vergessen Sie nicht, ihn mit Ihren Freunden zu teilen. Abonnieren Sie unsere Website für weitere interessante Artikel. Vielen Dank fürs Lesen.


Bildquelle: https://www.ebindustries.com/electron-beam-welding/