Schweißen an Atmosphäre (NVEBW)
Das EB-Schweißen an Atmosphäre wird in Deutschland zur Zeit hauptsächlich zum Schweißen von Aluminium eingesetzt, z. B. für Cockpitquerträger aus Aluminium.
Für den steigenden Einsatz von höher- und höchstfesten Feinblechen in der Industrie ist die NVEBW-Technik von Vorteil. Zum einen sind hohe Schweißgeschwindigkeiten realisierbar, zum anderen auch Leichtbaukonzepte mit Kombinationen verschiedenartiger Werkstoffe denkbar, z. B. Verbindungen zwischen Aluminium und Stahl.
Da sich die Energiezufuhr präzise steuern lässt, werden haltbare Schweiß-Löt-Verbindungen (hierbei bleibt der Stahl fest und das Aluminium schmilzt auf) erzeugt.
Cockpit-Träger aus Aluminium
Verfahrensprinzip
Auch bei diesem Verfahren wird der Elektronenstrahl im Hochvakuum erzeugt. Beim NVEBW aber wird er dann durch feine Düsen über verschiedene Druckstufen an die freie Atmosphäre hinausgeführt.
Infolge der Kollision der Elektronen mit den Partikeln der Atmosphäre wird der Strahl mit wachsendem Arbeitsabstand (Düse – Werkstück) zunehmend breiter. Doch bei dem empfohlenen Abstand ist die Energiedichte des Strahls hoch genug, um einen Tiefschweißeffekt zu erzielen.
Im Unterschied zum Vakuum-EB-Schweißverfahren befindet sich das Werkstück beim Atmosphären-EB-Schweißen nicht in einer Vakuumkammer, sondern an der freien Atmosphäre. Dadurch entfällt jegliche Evakuierungszeit und es besteht die Möglichkeit, auch sperrige Werkstücke wirtschaftlich zu schweißen. Das Werkstück kann hierbei auf einem X/Y-Tisch, oder mit Hilfe eines Roboters unter dem Strahl bewegt werden. Je nach Schweißaufgabe kann auch der EB-Generator verfahren werden.
Lediglich zum Schutz gegen die beim EB-Schweißen generell auftretende Röntgenstrahlung ist eine Schutzeinhausung vorgesehen.
Hochvakuumraum
ca. 10 mbar im Strahlerzeugerraum, erzeugt durch Turbomolekular- oder Diffusions-Pumpe
Strahlerzeuger
Computeroptimiert zur Reduzierung von Überschlägen
Druckstufe 2
ca. 10 mbar
Druckstufe 1
ca. 1 mbar
Werkstück
ca. 15 – 20 mm unter der Strahlaustrittsdüse an freier Atmosphäre
Verfahrensbesonderheiten
Steckdosenwirkungsgrad
> 50 % (inkl. aller Nebenaggregate)
Energieeinkopplung ins Werkstück
nahezu unabhängig von Werkstoff, Oberflächenbeschichtung, Strahleinfallwinkel und Bewegungsrichtung
Schweißbare Blechdicken
0,5 bis 10 mm, in speziellen Fällen auch mehr
Stoßvorbereitung von I-Stößen
mit Normalschnitt
Spaltüberbrückbarkeit
bis 20 % der Blechdicke, maximal 0,5 mm (ohne ZW)
kein Nahteinfall bei Dickenkombinationen
Anwendung von Zusatzwerkstoff (ZW) möglich
Max. ertragbarer Kantenversatz
~ halbe Blechdicke
Sehr hohe Schweißgeschwindigkeiten
dickenabhängig, werkstoffabhängig
z.B. 14 m/min bei 3 mm Nahttiefe
bzw. 60 m/min bei 1 mm Nahttiefe (beides Al-Legierung)
Mittlere Nahtbreite
minimal 1 mm, maximal 4 mm bei sehr großen Dicken
Geringe Streckenenergie
schmale WEZ, mäßige Aufhärtung
Minimaler Wärmeeintrag
geringster Verzug
Ertragbare Fehlpositionierung Strahl – Stoß
max. 20 % der Blechstärke bei dünnen Blechen
Maximale Abweichung im Arbeitsabstand
~ 10 % des Sollabstand