DE2811773A1

DE2811773A1 - Verfahren zur durchfuehrung einer elektronenstrahlschweissung

Info

Publication number: DE2811773A1
Application number: DE19782811773
Authority: DE
Inventors: Muneharu Kutsuna; Kiyohide Terai
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1977-03-18
Filing date: 1978-03-17
Publication date: 1978-09-21
Also published as: GB1595679A; FR2383747A1; FR2383747B1; US4176271A; DE2811773C2

Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

Ol PL-ING.

H. KlNKELDEY

DR-ilSJG.

281177 3 W. STOCKMAIR

Oft-ING. - AoE(CAUiCHJ

K. SCHUMANN

DR RER NAT. · OPL-PHYS

t>. H. JAKOB

DCPU-INa

G. BE2OLD

DR PERNST-CJPL-CKEM.

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE

17. März 1978 PH 12

KAWASAKI JUKOGYO KABUSHIKI KAISHA

Higashikawasaki-cho 2-chome, Ikuta-ku, Kobe-shi, Hyogo-ken

Verfahren zur Durchführung einer Elektronenstrahlschweißung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Elektronenstrahlschweißungen und insbesondere auf ein Verfahren zum effektiven und aufeinanderfolgenden Durchführen von Elektronenstrahlschweißungen.

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TELEFON (OBS) 22 28 62 TELEX OS-20 38O TELEGRAMME MONAPAT TELEKOP1ERER

Es wurde erkannt, daß eine Elektronenstrahlschweißung gegenüber allen anderen Arten von Schweißverfahren hinsichtlich der Schweißgeschwindigkeit und -zuverlässigkeit von Vorteil ist. Insbesondere wurde das Elektronenstrahlschweißen als geeignet zur Herstellung von geschweißten Baukörpern mit großen Abmessungen erachtet. In den letzten Jahren erhielt das Elektronenstrahlschweißen angesichts der industriellen Entwicklung und einer hieraus erfolgenden Zunahme im Umfang der Industrie erhöhte Bedeutung, was zu einem erhöhten Bedarf derartiger geschweißter Baukörper mit großer Abmessung führte.

In herkömmlicher Weise " wird eine derartige Elektronensbrahlschweißung unter Verwendung einer Schweißkammer durchgeführt, in der die zu verschweißenden Teile angeordnet werden. Die Schweißkammer weist eine Wand auf, an der ein Elektronenstrahlerzeuger angebracht ist, und die zu schweißenden Teile werden in der Kammer gedreht oder bewegt, um kontinuierlich die Verbindungsstelle zwischen den Teilen dem Elektronenstrahl aus dem Erzeuger auszusetzen. In üblicher Weise umfaßt eine Elektronenstrahlschweißeinrichtung eine Schweißkammer, die mit einem Elektronenstrahlerzeuger ausgerüstet ist. Man war daher der Ansicht, daß die hohen Kosten für einen Elektronenstrahlerzeuger es vom · Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit nicht auszulassen,-mehrere derartiger Schweißeinrichtungen vorzusehen.

Da ferner die Schweißkammer selbst ebenfalls teuer ist und deshalb die Kammer eine verhältnismäßig große Bemessung aufweist, so daß sie an verschiedenartige For-.mate von Töilen angepaßt werden kann, wurde normalerweise ein wesentlicher Zeitraum zur Arbeitsvorbereitung und zur Entfernung der geschweißten Teile verbraucht. Genauer

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gesagt, es wurde Zeit beim Evakuieren der Schweißkammer verbraucht, nachdem die Teile an ihre Plätze gebracht waren, und auch beim öffnen der Kammer, nachdem die Schweißtätigkeit fertiggestellt wurde.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Durchführen einer Elektronenstrahlschweißung auf eine effektive und wirtschaftliche Weise vorzusehen.

Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Elektronenstrahlschweißung vorzusehen, wobei die Kosten für Ausrüstungen wesentlich verringert werden können, aber die Schweißtätigkeit auf eine im wesentlichen kontinuierliche Weise durchgeführt werden kann.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung können die oben erwähnten und auch andere Ziele durch ein Verfahren zum Elektronenstrahlschweißen erreicht werden, das die folgenden Verfahrensschritte umfaßt: Einsetzen der zu verschweißenden Teile in eine Schweißkammer, Evakuieren der Kammer, Zusammenschweißen der Teile an einer Verbindungsstelle zwischen diesen durch Erregen eines Elektronenstrahlerzeugers, der an der Kammer derart angebracht ist, daß der Elektronenstrahl auf die Teile an der Verbindungsstelle aufgebracht wird, öffnen der Kammer und Entnehmen der verschweißten Teile aus der Kammer, wobei die Erfindung das Merkmal umfaßt, daß mehrere Kammern zum Betrieb unter unterschiedlichen AblaufStadien der genannten Verfahrensschritte vorgesehen sind und daß ein einziger Elektronenstrahlerzeuger nachfolgend auf die eine der Kammern zur Anwendung gebracht wird, die sich gerade beim Verfahrensschritt der Schweißung befindet. Zu diesem Zweck wird der Elektronen-

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strahlerzeuger derart von einer Kammer zur andern bewegt,

daß er im wesentlichen während der gesamten Arbeitszeit in vollen Betrieb versetzt werden kann.

Die oben genannten und andere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung ersichtlich, in der:

Fig. 1 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Elektronenstrahleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist,

Fig. 2 bis 5 Teilansichten von Schnitten der Anordnung zum entfernbaren Anbringen eines Elektronenstrahlerzeugers an einer Schweißkammer sind,

Fig. 6 die Teilansicht eines .Schnittes in vergrößertem Maßstab durch den Sitz zur Aufnahme des Elektronenstrahler zeugers ist, und

Fig. 7 eine schematische Draufsicht ist und ein anderes Ausführungsbeispiel der Elektronenstrahlschweißeinrichtung zeigt.

Es wird nun auf die Zeichnungen und insbesondere auf Fig. 1 Bezug genommen; mehrere Schweißkammern 1 sind in einem Kreis angeordnet. Zum Zweck der Beschreibung sind diese Kammern entsprechend mit den Bezugszeichen A bis F bezeichnet. An der Mitte des Kreises ist ein drehbarer Schweißgerätturm 2 vorgesehen, der einen Arm 4 trägt, an dessen äußerem Ende ein Elektronenstrahlschweißgerät 3 angebracht ist. Eine kreisförmige Schieneneinrichtung 5 ist koaxial zum Kreis angeordnet, längs dessen die Kammern 1A bis 1F angeordnet sind. An den Schieneneinrichtungen 5 sind drei Evakuierungspumpeinrichtungen 6 angeordnet, von denen jede ein Ventil 7 aufweist und

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längs der Schieneneinrichtung 5 beweglich ist.

Jede der Kammern weist eine Endöffnung auf, die von einem Verschluß 8 abgedeckt ist. Ferner ist jede Kammer an ihrem obersten Abschnitt mit einer Aufnahme bzw.' .einem Behälter 9 für den Elektronenstrahlerzeuger 3 versehen. An dem Ende neben der.Schieneneinrichtung 5 ist jede Kammer mit einem Paar Evakuierungsleitungen versehen, von denen jede ein Ventil 10 aufweist. Jeweils zwei nebeneinanderliegende Kammern sind mittels einer Leitung verbunden, die ein Ventil 11 aufweist. Ein Paar Schienen

12 ist für jede Kammer 1 derart vorgesehen, daß Arbeitsstücke oder Teile, die verschweißt werden sollen, in die Kammer 1 durch die Endöffnung mittels eines Wagens

13 getragen werden können, der längs der Schienen 12 beweglich ist.

In Fig. 1 ist die Kammer 1A in einem Stadium gezeigt, in dem der Verfahrensschritt der Schweißung durchgeführt wird, so daß die Kammer bereits evakuiert ist, nachdem die zu verschweißenden Teile an Ort und Stelle plaziert wurden, und das Vakuum in der Kammer 1A wird durch zwei Pumpen 6 aufrecht erhalten, die über die Ventile 7 mit den Evakuierungsleitungen verbunden sind, die die Ventile 10 aufweisen. Der Elektronenstrahlerzeuger 3 ist mit der Aufnähme 9 an der Kammer 1A verbunden, um einen Elektronenstrahl auf die in deren Innerem angeordneten Teile aufzubringen.

Die Kammer 1B ist in dem Stadium gezeigt, in dem der Verfahrensschritt des Evakuierens stattfindet. Genauer gesagt, die Kammer 1B ist mit den zu verschweißenden Teilen beladen, und eine Evakuierungspumpe 6 ist an einer der Evakuierungsleitungen zum Evakuieren der Kammer 1B ange-

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schlossen.

Die Kammer 1D ist in dem Stadium gezeigt, bei dem sie mit zu schweißenden Teilen beladen ist, und die Endöffnung durch den Deckel 8 verschlossen ist. Diese Kammer wird dann in einem späteren Stadium evakuiert.

Die Kammer 1E ist in dem Stadium gezeigt, in dem das Vakuum aufgehoben wird. Genauer gesagt, die Schweißtätigkeit wurde fertiggestellt und das Ventil 11 in der Leitung zwischen den Kammern 1D und IE wird geöffnet, so daß der Druck in der Kammer 1D in die Kammer 1E abgesaugt wird. Nachdem die Drücke in den Kammern 1D und 1E ausgeglichen sind, wird das Ventil 11 in der Leitung zwischen diesen Kammern geschlossen, und in der Leitung zwischen den Kammern 1E und 1F wird das Ventil 11 geöffnet, so daß der Umgebungsdruck durch die Kammer 1F eingeleitet wird, bevor der Deckel 8 von der Kammer 1E entfernt wird. Dieses Verfahren zum Aufheben des Unterdrucks ist dahingehend von Vorteil, daß die Kammer 1D teilweise evakuiert werden kann, bevor sie an die Evakuierpumpe 6 angeschlossen wird.

Die Kammer 1F ist in dem Betriebsstadium gezeigt, in dem die Kammer bereits ohne Unterdruck ist und der Deckel 8 entfernt wurde. Die geschweißten Teile werden aus der Kammer 1F entnommen, indem man den Wagen 13 auf den Schienen 12 bewegt. Die Kammer IC ist als Reservekammer vorgesehen .

Nachdem das Schweißverfahren in der Kammer 1A fertiggestellt wurde, werden die Absaug- oder Evakuierungspumpen 6 von dieser Kammer entfernt, und eine von ihnen wird an die verbleibende Evakuierungsleitung an der Kammer 1B angeschlossen, so daß diese Kammer nun von zwei Pumpen 6 evakuiert wird. Die andere Pumpe 6, die von der Kammer

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1A entfernt wurde, wird an eine der Evakuierungsleitungen der Kammer ID angeschlossen. Der Elektronenstrahlerzeuger 3 wird dann von der Kammer 1A entfernt und an die Aufnahme 9 an der Kammer IB durch Schwenken des Armes 4 im Gegenuhrzeigersinn angeschlossen.

Um einen überaus wirksamen Betrieb sicherzustellen, ist es wesentlich, daß man die Anzahl der Kammern, die für den Betrieb verwendet werden müssen, in Übereinstimmung mit der Zeit bestimmt, die für das Schweißverfahren erforderlich ist, sowie mit der Zeit, die jeweils zum Einladen der Teile in jede Kammer, zum Evakuieren einer jeden Kammer, zum Aufheben des Vakuums in jeder Kammer und zum Entnehmen der geschweißten Teile aus der Kammer erforderlich ist. Wenn beispielsweise die Zeit, die zum Elektronenstrahlschweißen erforderlich ist, so klein ist, daß fünf Kammern nicht ausreichend sind, um das Schweißgerät in voller Tätigkeit zu halten, dann kann die Kammer 1C zusätzlich verwendet werden. Wenn die Zeit zum Schweißen verhältnismäßig lang ist, können auch nur vier oder weniger Kammern verwendet werden.

Die Fig. 2 bis 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Mechanismus zum lösbaren Anbringen des Schweißgerätes bzw. Elektronenstrahlerzeugers 3 an der Kammer 1. Wie vorausgehend beschrieben wurde, ist jede Kammer 1 mit einer Aufnahme bzw. Behälter 9 für das Schweißgerät 3 versehen. Die Aufnahme 9 weist die Form eines Zylinders auf, der einen nach innen vorspringenden Flansch 14 aufweist, der mit einer mittleren Öffnung 15 ausgebildet ist, um es dem Elektronenstrahl zu erlauben, hindurchzutreten. Ein elektromagnetisch betätigtes Ventil 16 ist derart vorgesehen, daß es mit der Öffnung 15 derart zusammenwirkt, daß die Öffnung 15 vom Ventil 16 luft-

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dicht verschlossen wird, wenn das Schweißgerät 3 nicht auf der Aufnahme 9 angebracht ist.

Das Schweißgerät 3 weist eine zylindrische Außenoberfläche auf, die dazu eingerichtet ist, passend an der Aufnahme 9 angebracht zu werden. Das Schweißgerät 3 ist mit einem sich nach außen erstreckenden Flansch versehen, und die Aufnahme 9 weist einen entsprechenden Flansch 18 auf. Wie in Fig. 6 im einzelnen gezeigt ist, ist der Flansch 17 am Schweißgerät 3 an der unteren Oberfläche mit einem ringförmigen Vorsprung 19 ausgebildet, und der Flansch 18 ist an seiner oberen Oberfläche mit einer entsprechend geformten Ausnehmung 20 ausgebildet, so daß das Schweißgerät 3 zweckmäßig in der Aufnahme 9 dadurch zentriert werden kann, daß man den Vorsprung 19 am Flansch 17 in Eingriff mit der Ausnehmung 20 am Flansch 18 bringt. Ferner kann der Eingriff zwischen dem Vorsprung 19 und der Ausnehmung 20 eine luftdichte Abdichtung erbringen.

Die Aufnahme 9 ist mit einer Evakuierungsleitung 21 versehen, die an die Pumpe 6 angeschlossen werden kann, falls gewünscht, so daß der Hohlraum in der Aufnahme 9 zwischen dem Flansch 14 und dem Flansch 17 evakuiert werden kann, nachdem das Schweißgerät 3 an der Aufnahme 9 angebracht wurde, wie in Fig. 3 gezeigt ist, und zwar zur gleichen Zeit, wenn die Kammer 1 evakuiert ist. Anschließend wird das Ventil 16 elektromagnetisch betätigt, um die öffnung 15 zu öffnen, und der Elektronenstrahlerzeuger 3 wird für den Schweißvorgang erregt.

Sobald die Schweißtätigkeit fertiggestellt wurde, wird die Leitung 21 zur Umgebungsluft hin geöffnet, so daß der Umgebungsdruck in den oben erwähnten Hohlraum in der Aufnahme durch diese Leitung eingeleitet wird. Dann

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wird das Schweißgerät 3 von der Aufnahme 9 entfernt, so daß es an einer anderen Kammer 1 verwendet werden kann.

Es wird nun auf Fig. 7 Bezug genommen; dort ist ein anderes Ausführungsbeispiel einer Schweißanlage gezeigt, bei der das Verfahren der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Schweißkammern 1A bis 1F in einer geradlinigen Reihe parallel zu einer geradlinigen Schiene 5 angeordnet, an der die Evakuierungspumpen 6 zur Bewegung längs dieser vorgesehen sind. Eine weitere Schiene 23 ist parallel zur Schiene 5 vorgesehen, und ein Elektronenstrahlerzeugerwagen bzw. Schweißgerätewagen 2 ist zur Bewegung längs der Schiene 23 angeordnet. Ein Elektronenstrahlerzeuger- bzw. Schweißgerätarm 4 ist am einen Ende des Wagens 2 angebracht und trägt am anderen Ende einen Elektronenstrahlerzeuger 3. Wie im vorhergehenden Beispiel ist jede Kammer 1 an der Oberseite mit einer Aufnahme 9 für das Schweißgerät 3 versehen, das so aufgebaut sein kann, wie es unter Bezugnahme auf Fig. 2 bis 6 beschrieben ist. Ferner sind jeweils zwei nebeneinander liegende Kammern 1 miteinander mittels einer Leitung verbunden, die ein Ventil 11 aufweist. Jede Kammer weist an einem Ende neben der Schiene 5 ein Paar Leitungen auf, die jeweils ein Ventil 10 zum Anschluß an die Evakuierungspumpen 6 aufweisen. Am entgegengesetzten Ende weist jede Kammer 1 eine öffnung auf, die dazu eingerichtet ist, von einem Deckel 8 verschlossen zu werden. Ein Schienenpaar 12 ist in Zuordnung zu jeder Kammer 1 vorgesehen, um einen Werkstückwagen 13 in die und aus der Kammer 1 durch die Endöffnung zu bewegen. In Fig. 7 weist der Wagen 13, der

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der Kammer ID zugeordnet ist, entsprechend der Darstellung zu verschweißende Steile 24 auf und wird gerade in die Kammer ID bewegt. Der Wagen 13, der der Kammer IF zugeordnet ist, weist ein verschweißtes Erzeugnis 25 auf und wurde gemäß der Darstellung gerade aus der Kammer 1F bewegt.

Wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel befindet sich die Kammer IA unter Schweißtätigkeit, so daß das Schweißgerät 3 mit dieser Kammer IA verbunden ist. Ferner wird die Kammer 1A mittels zweier Evakuierungs— pumpen 6 auf Vakuum gehalten. Die Kammer 1B wird mittels einer einzigen Pumpe 6 evakuiert. Die Kammer IE befindet sich in dem Stadium, in dem das Vakuum durch öffnen des Ventils 11 in der leitung zwischen den Kammern 1E und 1F beseitigt wird.

Aus den vorangegangenen Beschreibungen .ist es verständlich, daß es die vorliegende Erfindung ermöglicht, den Elektronenstrahlerzeuger in voller Tätigkeit zu halten, indem einem einzigen Schweißgerät bzw. Elektronenstrahlerzeuger mehrere Schweißkammern zugeordnet werden. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere geeignet für Schweißverfahren, bei denen eine Menge gleicher oder ähnlicher geschweißter Erzeugnisse herzustellen sind. Die Schweiß— kammern können ein großes Volumen aufweisen, so daß sie Werkstücke verschiedenartiger Abmessungen aufnehmen können, und deshalb kann ein wesentlicher Zeitaufwand nicht nur beim Evakuieren der Kammern, sondern auch beim Transportieren der Werkstücke in die Kammern und aus diesen und beim Aufheben des Vakuums in den Kammern betrieben werden. Es werden allerdings entsprechend der vorliegenden Erfindung mehrere Kammern bei verschiedenen Betriebssta-

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dien derart verwendet, daß ein Elektronenstrahlerzeuger bezüglich der Kammern aufeinanderfolgend verwendet werden kann, um eine wirksame und effektive Produktion vorzusehen.

Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben, es wird allerdings festgehalten, daß die Erfindung in keiner Weise auf die Einzelheiten der dargestellten Anordnungen begrenzt ist, sondern daß Änderungen und Anpassungen vorgenommen werden können, ohne daß der Schutzbereich der Erfindung verlassen wird.

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Claims

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER DtPL-ING. H. KINKELDEY W. STOCKMAIR Da-OTG. · A«E (CALTECK K. SCHUMANN Da RSl ΝΑΓ. - OPU-PHVS P. H. JAKOB OPL-ING. G. BEZOLD 8 MÜNCHEN MAXIMILIANSTRASSE Ansprüche

1.I Verfahren zum Elektronenstrahlschweißen, das ixe folgenden Verfahrensschritte umfaßt: Einsetzen der zu verschweißenden Teile in eine Schweißkammer, Evakuieren der Kammer, Zusammenschweißen der Teile an einer Verbindungsstelle zwischen diesen durch Erregen eines Elektronenstrahlerzeugers, der an der Kammer derart angebracht ist, daß der Elektronenstrahl auf die Teile an der Verbindungsstelle aufgebracht wird, öffnen der Kammer und Entnehmen der verschweißten Teile aus der Kammer, dadurch gekennzeichnet , daß mehrere Kammern (1A bis 1F) für den Betrieb bei unterschiedlichen Stadien der genannten Verfahrensschritte vorgesehen sind, und daß ein einziger Elektronenstrahlerzeuger (3) aufeinanderfolgend jeweils an der einen Kammer Verwendung findet, die sich bei dem Verfahrensschritt

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des Zusamraenschweißens befindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen weiteren Schritt, der im Aufheben des Vakuums in der Kammer (1A bis 1F) besteht, bevor der Verfahrensschritt des öffnens der Kammer stattfindet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß fünf Kammern (1A, 1B, 1D, 1E, 1F) derart verwendet werden, daß die erste Kammer (1A) sich im Verfahrensschritt des Zusaimienschweißens befindet die zweite (1B) im Verfahrensschritt des Evakuierens, die dritte (1D) im Verfahrensschritt des Einsetzens der Teile, die vierte (1E) im Verfahrensschritt des Aufhebens des Vakuums und die fünfte (1F) im Verfahrensschritt des Entnehmens.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Kammer (1C) als Reservekammer vorgesehen ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche ' 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß derartige Kammern (1) verwendet werden, die eine Aufnahmeeinrichtung (9) aufweisen, die das rasche Herstellen und Lösen einer Verbindung mit dem Elektronenstrahlerzeuger (3) ermöglichen.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuum in der ersten Kammer (1A) durch zwei Evakuierungspumpen (6) aufrecht erhalten wird, und daß der Evakuierungsschritt bei der zweiten Kammer (1D) durch eine Evakuierungspumpe durchgeführt wird.