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Friday, September 18, 2009, GST: Messe Forum 4:40 PM Fügeverfahren 4 |
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Fugenverfolgung mit dem Elektronenstrahl.
Offline und Online ? ein wichtiges Werkzeug zur Schweißautomatisierung
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Michael Mücke* / Global Beam Technologies AG, Deutschland Carsten Scheiblich / Steigerwald Strahltechnik, Deutschland |
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In der Elektronenmikroskopie wird der Elektronenstrahl zur Bildgebung kleinster Strukturen verwendet. Ausgenutzt wird hierbei, dass der Rückstreuwinkel der an dem Werkstück reflektierten Elektronen stark von dessen Oberflächenstruktur abhängt. In Anlagen zum Elektronenstrahlschweißen wird dieses Verfahren oft zur Bildgebung eingesetzt. Die Vorteile gegenüber lichtoptischen Einblicken, wie Fernrohr oder CCD-Kamera, sind die deutlich bessere Tiefenschärfe und die nicht notwendige Ausleuchtung der Werkstückoberfläche. Die Qualität dieser Bilder ist ausreichend um üblicherweise verwendete Fugenformen aufzulösen. Für einige Schweißaufgaben wird in Elektronenstrahlschweißanlagen der Elektronenstrahl schon heute zur Fugensuche eingesetzt. Dabei muss nicht ein komplettes Bild der Oberfläche erstellt werden. Das Signal der rückgestreuten Elektronen einer einzeiligen Ablenkung senkrecht zur Fuge ist ausreichend. Anhand der Signaländerung, die sich ergibt, wenn der Strahl an der Fuge unterschiedlich reflektiert wird, kann die Fugenposition ermittelt werden. Es ist üblich, dieses Verfahren zu verwenden, um vor Beginn der Schweißung, statisch an einem oder wenigen Punkten, die Fugenlage zu ermitteln. Fehler in der Positionierung des Werkstückes werden gemessen und das Schweißprogramm wird entsprechend angepasst. Auch kleine Toleranzen in der Montage der Werkstücke werden dadurch ausgeglichen. Andere Verfahren tasten die Fuge mit vielen Punkten und in ihrem gesamten Verlauf, mit einem Suchstrahl, vor Beginn der Schweißung (Offline) ab. Dabei gemessene Abweichungen von der Sollposition werden gespeichert und während der Schweißung korrigiert. Auf diese Weise lassen sich auch Restmagnetfelder in den Werkstücken oder in der Haltevorrichtung kompensieren. Seit einigen Jahren wird die Ablenktechnik in Elektronenstrahlschweißanlagen in Hard- und Software deutlich verbessert. Mit Ablenkfrequenzen von bis zu 200 kHz ist es nun möglich, die Fugenverfolgung während des Schweißens (Online) auszuführen. Der Elektronenstrahl springt regelmäßig aus dem Schweißbad heraus, um annähernd kontinuierlich eine Abtastung senkrecht zur Fuge auszuführen. Er bewegt sich soweit nach vorn, dass die Messung vor der Schmelzzone erfolgt. Liegt der Schweißfokus nicht auf der Werkstückoberfläche, wird die Fokuslage zur Fugensuche geändert, um ein oberflächenscharfes Fugensignal zu erhalten. Während der Strahl, nach dem Zurückspringen in die Kapillare, weiter schweißt, berechnet ein Prozessor die Abweichung von der programmierten Sollposition und korrigiert die Schweißposition durch Ablenkung des Elektronenstrahles. Anhand von Beispielen werden die einzelnen Verfahren erläutert. Die Ergebnisse dokumentieren den heutigen Stand der Technik. Ein Ausblick auf weitere Möglichkeiten zur Prozessautomatisierung mit dem Elektronenstrahl wird gegeben. |