Set of flashcards FT1

Flashcards	46
Language	Deutsch
Category	Technology
Level	University
Created / Updated	15.06.2015 / 02.06.2025
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Elektronenstraheloberflächenbehandlungen:

- Härten

- Strukturieren

- Bohren

wie funktioniert das Bohren mittels Elektronenstrahl?

guckst du...

Benennen Sie den ungefähren Wirkungsgrad des Elektronenstrahlprozesses, verdeutlichen Sie die Unterschiede zum Laser!

! EBW: 70 - 90 % (je nach Beschleunigungsspannung und Pumpenleistung) Laser: bis zu 30 % (Faserlaser)
! Wirkungsgradverluste beim EBW durch
- Rückstreu- und Sekundärelektronen sowie Röntgen- und
Wärmestrahlung
- beim NV-EBW zusätzlich Strahldispersion (Kollision der Elektronen mit Luftmolekülen) mit veränderlichem Arbeitsabstand
! Umwandlung kinetischer Energie der Elektronen in Wärme
! keine Strahlreflektion
! winkelunabhängige Strahleinkopplung
! keine Beeinträchtigung durch Metalldampfplasma
! niedrigere Betriebskosten
! hoher Anlagenwirkungsgrad

Welche Kräfte wirken in der Dampfkapillare?

Welche Bedeutung ergibt sich u.a. daraus für die Dickblechschweißung?

F1: Dampfdruck (+)

F2:Oberflächenspannung (-)

F3: hydrostatischer Druck (-)

Dickblechschweißung in Position PC, um Zusammenfall der Kapillare zu verhindern!

Wie entstehen Lunker / Poren und wie kann man sie schweißtechnisch und elektronenstrahlspezifisch vermeiden?

Erstarrung der flüssigen Schmelze ungleichmäßig (falsch gewählte Parameter), Lufteinschlüsse, Löslichkeit von Gasen (Alu!)...

Strahlmodulation („Pendelung“), dadurch bleibt die Dampfkapillare länger geöffnet

Wodurch besteht eine besondere Gefahr von Bindefehlern beim Elektronenstrahlschweißen von Werkstücken aus ferritischen Werkstoffen und welche Gegenmaßnahmen können ergriffen werden?

Magnetisierter Werkstoff => Strahlablenkung

--> Entmagnetisierung

--> Strahlverlauf

korrigieren

- mehrere Massen anbringen

- Abschirmung von elektromagnetischen Felder durch Antriebe

Mit welcher Maßnahme lässt sich die Nahtqualität am Nahtanfang und Nahtende verbessern?

Hinweis : Es handelt sich um Rundnähte.

guckst du...

Welche verfahrenstypische Technik bietet sich an, Rundnähte mit dem angegebenen Durchmesser besonders schnell zu schweißen?

- Strahlpendelung (Kreispendelung)

durch diese Maßnahme muss das Bauteil nicht mechanisch bewegt werden

- Parallelkapillartechnik (Mehrbadtechnik)

Verzugsminimierung beim Schweißen von Axialrundnähten

Nennen Sie drei unterschiedliche Anlagenkonzepte des Elektronenstrahlschweißens.

- Universalanlage

- Taktanlage

- Durchlaufanlage

- Schweißen mit lokalem Vakuum !Anlage mit mobilem Vakuum

- Mikro- und Feinschweißanlage

Als Entwicklungsingenieur in der Schienenfahrzeugindustrie haben Sie die Aufgabe, innovative Fügeverfahren im Wagonbau einzuführen. Personenwagons werden nach heutigem Stand der Technik aus mehreren 20 m langen Aluminiumstrangprofilen mit 4 mm Wanddicke hergestellt. Die Strangprofile sollen mit Hochleistungsschweißverfahren gefügt werden.

Nennen Sie drei Hochleistungsschweißverfahren, die angewendet werden können und begründen Sie Ihre Wahl.

1. MIG-Tandem
Begründung: für Schweißen von Aluminium geeignet, hohe Abschmelzleistung, Geschwindigkeiten von ca. 1,8 m/min

2. Nd-YAG Laser-MSG Hybrid
Begründung: gute Strahleinkopplung, hohe Schweißgeschwindigkeiten bis 4 m/min, gute Spaltüberbrückbarkeit und Nahtauffüllung durch den Einsatz vom MSG-Prozess

3.Elektronenstrahlschweißen an Atmosphäre
Begründung: sehr hohe Schweißgeschwindigkeit bis zu 7,5 m/min, gute Spaltüberbrückbarkeit, hohe Wirtschaftlichkeit, keine Reflektionsprobleme bei der Energieeinkopplung ins Werkstück

Nennen Sie die Einteilung der Elektronenstrahlanlagen nach Arbeitsdruck und geben Sie jeweils ein Anwendungsbeispiel. Welches Anlagenkonzept eignet sich am besten für die Applikation Wagonbau?

Hochvakuumanlage
Teile bei denen schmale und tiefe Nähte gefordert werden, dickwandige Rohre

Feinvakuumanlage
breitere Naht und nicht so hohe Einschweißtiefe, Getrieberäder

Atmosphärenanlage /NV-EBW Anlage/
Sehr hohe Schweißgeschwindigkeiten erreichbar mit Einschweißtiefen bis 15 mm, z.B. Profile (Hohlträger, Strangprofile)

NV-EBW Anlage eignet sich am besten

Welche Vorteile bietet das Anlagenkonzept gegenüber:

a) Laserstrahlschweißen

b) Lichtbogenschweißen

a)

- winkelunabhängige Strahleinkopplung

- keine Beeinträchtigung durch Metalldampfplasma

- geringere Aufhärtung

-niedrigere Betriebskosten

- hoher Anlagenwirkungsgrad

b)

- höhere Schweißgeschwindigkeiten

- kleinere Wärmeeinflusszone

- geringerer Verzug

- Tiefschweißeffekt

- Verbindung meist ohne ZWS

Nennen Sie wesentliche Nachteile des Elektronenstrahlschweißens.

- Röntgenstrahlung
- kleiner Arbeitsabstand (max. 30 mm)
- Anwendung bei Blechdicken von bis 15 mm

Bei Rundnähten wird der Slope am Nahtbeginn vollständig überschweißt und dann der Slope-Out eingeleitet. Welche Möglichkeit wird bei Linearnähten genutzt, um die Nahtfehler des Slope-In, bzw. Slope-Out im Werkstück zu vermeiden?

Ein- und Auslaufbleche

Fokusströme berechnen

angucken!

Hauptkomponenten einer Elektronenstrahlschweißanlage

Keyboard commands:

= turn,

= for-/backward,

= scroll

Eine Elektronenstrahlschweißanlage setzt sich aus drei Hauptkomponenten zusammen: Strahlerzeugung, Strahlführung und -formung und Arbeitskammer, die auch vakuumtechnisch getrennt sein können.

Verfahrensspezifische Merkmale des Elektronenstrahlschweißens

Keyboard commands:

= turn,

= for-/backward,

= scroll

- Teilchenstrahl
- Strahlerzeugung im Vakuum
- Hochspannung zur Strahlerzeugung

- Hohe Leistungsdichte durch elektromagnetische Felder manipulierbar

- Hohe Reproduzierbarkeit der

- Nahtqualität Hohe Produktivität

Sehr breites Anwendungsspektrum
Hoher Anlagenwirkungsgrad
Einschränkungen durch Vakuumkammer
Bildung von Röntgenstrahlung
Werkstücke müssen elektrisch leitend sein

Elektronenstrahlerzeugung

Keyboard commands:

= turn,

= for-/backward,

= scroll

1. Heizen der Wolframkathode durch Widerstandserwärmung

2. Anlegen der Beschleunigungs- spannung zwischen Kathode und Anode und der Steuer- spannung zwischen Kathode und Steuerelektrode

3. Erzeugung des Elektronen- strahles durch Reduzierung der Steuerspannung

Aufbau Elektronenstrahlgenerator

Keyboard commands:

= turn,

= for-/backward,

= scroll

guckst du...

Verluste beim Elektronenstrahlschweißen

Keyboard commands:

= turn,

= for-/backward,

= scroll

- rückgestreute Elektronen

- Sekundärelektronen

- Röntgenstrahlung

- Wärmestrahlung

- Konvektion

- Konduktion

Tiefschweißeffekt beim Elektronenstrahlschweißen

Keyboard commands:

= turn,

= for-/backward,

= scroll

Beim Aufprall der zum Korpuskularstrahl dicht gebündelten Elektronen auf die Werkstückoberfläche werden die Elektronen scharf abgebremst, dringen aber zunächst nur wenige μm in den festen Körper ein. Dabei wird ein großer Teil der kinetischen Energie in Form von Wärme frei. Durch die hohe Leistungsdichte an der Aufschlagstelle verdampft der Werkstoff, worauf nachfolgende Elektronen tiefer in das Werkstück eindringen können, so dass schließlich eine mit Metalldampf gefüllte und von einem Mantel aus flüssiger Schmelze umgebene Kapillare über der gesamten Nahttiefe entsteht.

Kräfte und Drücke in der Kapillare

Keyboard commands:

= turn,

= for-/backward,

= scroll

F1 : Kraft aus dem Dampfdruck

F2 : Kraft aus der Oberflächenspannung

F : Kraft aus dem hydrostatischen Druck

Modellvorstellung zur Lunkerbildung

Keyboard commands:

= turn,

= for-/backward,

= scroll

- instabiler Druck ist der schmelzflüssige Rückseite der Dampfkapillare

- pressen Schmelze ungleichmäßig in verschiedene Bereiche

- „Dampfsäcke“ entstehen

- Diese Kavernen füllen sich nicht immer mit flüssigem Material, stürzen vereinzelt ein und bleiben nach der Erstarrung als Hohlräume zurück

- Der Winkel beta (Fall I) nimmt mit steigender Schweißgeschwindigkeit zu, was zu einem turbulenteren Prozess führt.

Einteilung der Elektronenstrahlschweißanlagen nach Beschleunigungsspannung

Keyboard commands:

= turn,

= for-/backward,

= scroll

Hochspannungsanlage (UB = 150 kV)

Niederspannungsanlage (UB = 60 kV)

Einteilung der Elektronenstrahlschweißanlagen nach Druck

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

Hochvakuumanlage

Feinvakuumanlage

Atmosphärenanlage

Einteilung der Elektronenstrahlschweißanlagen nach Anlagenkonzept

- Universalanlage

- Taktanlage

- Durchlaufanlage

- Schweißen mit lokalem Vakuum

- Anlage mit mobilem Vakuum

- Mikro- und Feinschweißanlage

Vorteile des Elektronenstrahlschweißens im Vakuum

großer Blechdickenbereich (0,1 mm bis 300 mm)

sehr schmale Nähte (t:b = 50:1)

geringe Gesamtwärmeeinbringung ins Werkstück => geringer Verzug
=> auch fertig bearbeitete Bauteile können geschweißt werden

sehr hohe Schweißgeschwindigkeiten möglich

kein Schutzgas erforderlich

hoher Prozess- und Anlagenwirkungsgrad

werkstoffbedingt oft einzige mögliche Schweißmethode

Vorteile des Elektronenstrahlschweißens an Atmosphäre

sehr hohe Schweißgeschwindigkeit

gute Spaltüberbrückbarkeit

keine Reflektionsprobleme bei der Energieeinkopplung ins Werkstück

Nachteile des Elektronenstrahlschweißens im Vakuum

elektrische Leitfähigkeit der Werkstücke erforderlich

hohe Abkühlgeschwindigkeiten
=> Aufhärtungsgefahr, Gefahr der Rissbildung

hohe Anforderungen an die zu fügenden Oberflächen

Strahlablenkung durch Magnetfelder

Entstehung von Röntgenstrahlung

Bauteilgröße durch Vakuumkammer begrenzt

relativ hohe Investitionskosten

Nachteile des Elektronenstrahlschweißens an Atmosphäre

Entstehung von Röntgenstrahlung

begrenzte Blechdicke (max. 25 mm)

hohe Investitionskosten

geringer Arbeitsabstand

FT1_05

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