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Tuesday, September 27, 2011, Saal D 11:00 AM Strahlverfahren |
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Qualifizierung und Optimierung des Fügens mit dem
Elektronenstrahl in Zwangspositionen
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Sebastian Ufer* / Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik der RWTH Aachen, NRW Uwe Reisgen / ISF, Deutschland Simon Olschok/ ISF, Deutschland |
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Sebastian Ufer, Simon Olschok, Uwe Reisgen Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik, RWTH Aachen, Pontstraße 49, 52062 Aachen Abstract: Durch den veränderlichen Einfluss der Gravitation in Zwangspositionen wird das Kräftegleichgewicht in der Dampfkapillare beim Elektronenstrahlschweißen (EB) in Zwangslagen stark beeinflusst und die Schmelzmanteldicke ist ungleichmäßig verteilt. Dies führt insbesondere bei Fügeaufgaben im Dickblechbereich zu erheblichen Problemen und ungenügenden Schweißergebnissen. Jedoch lassen sich Zwangspositionen in vielen Fällen aus Gründen der Bauteilgröße und der Nahtanordnung nicht vermeiden, oder sie werden absichtlich genutzt, um ein großes Schmelzbad besser zu beherrschen. Um die Wechselwirkung zwischen der Position, den Schweißparametern, und der sich einstellenden Schmelzbaddynamik systematisch zu untersuchen, wurden umfassende Untersuchungen mit dem Elektronenstrahl im Vakuum (VEB) und an Atmosphäre (NV-EB) durchgeführt. In Anlehnung an die industriell gebräuchlichen Werkstoffe wurde ein Werkstoffspektrum von austenitischem und ferritischem Stahl sowie einer gängigen 5000er Aluminiumlegierung gewählt. Dieses, und die Blechdickenbandbreite von zwei bis 50mm, ermöglichen eine detaillierte Datenbasis für die Optimierung künftiger Fertigungsaufgaben. Für das VEB Verfahren konnten systematische Abhängigkeiten der Nahtausbildung von der Schweißposition festgestellt werden. Es konnte gezeigt werden, dass durch gezielte Anpassung der Schweißparameter auch Dickblechschweißungen bis 50mm unter steigendem Gravitationseinfluss prozesssicher durchführbar sind. Durch iterative Veränderung der vielfältigen Strahlmanipulationsmöglichkeiten wurden zum einen die tendenziellen Möglichkeiten zur Steigerung der Nahtgüte herausgearbeitet, zum anderen wurden die Grenzen des Verfahrens ermittelt beziehungsweise erweitert. Mit der Verdopplung der Schweißgeschwindigkeit für 50mm dicke, Ferritische Stähle ließ sich, durch den Einsatz spezieller Ablenkfiguren, der Bereich des wirtschaftlichen Schweißens deutlich erweitern. Blechdicken ab 10mm führen beim NV-EB Verfahren aufgrund des relativ großen Schmelzevolumens zu ähnlichen Problemen wie ca. 50mm im Vakuum. Die Positionen mit horizontal angestelltem Strahlerzeuger ergeben die erwartungsgemäß besten Verbindungen bei freier Wurzelformung. Insbesondere für die Eisenwerkstoffe konnten jedoch in jeder Position außer der Wannenlage geeignete Parameter gefunden werden. |