DE1125096B - Verfahren zum Herstellen einer Schweisszone gewuenschter Querschnittsform beim Ladungstraegerstrahl-Schweissen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAI

Z 8412 Vffld/21h

ANMELDETAG: 6. DEZEMBER 1960

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 8. MÄRZ 1962

Bei den bisher üblichen Schweißverfahren wird, außer beim Widerstandsschweißen, den miteinander zu verschweißenden Werkstücken mittels einer Wärmequelle, z. B. einer Flamme, die notwendige Wärme zugeführt. Die Energie der Wärmequelle wird dabei in einer sehr dünnen Oberflächenschicht absorbiert, und die Wärme gelangt durch Wärmeleitung in das Innere der miteinander zu verschweißenden Werkstücke. Dabei tritt normalerweise eine Schweißzone auf, welche halbkreisförmig begrenzt ist oder zumindest die Form eines sehr stumpfwinkligen V hat. Infolge dieser Form der Schweißzone können beim Erkalten der Werkstücke beträchtliche Deformationen im Winkel oder innere Spannungen auftreten.

Es ist bekannt, Schweißungen mit Hilfe eines auf die Schweißstelle fokussierten Ladungsträgerstrahles vorzunehmen. Wird dabei gemäß einem eigenen älteren Vorschlag die Energiedichte des auf die zu verschweißenden Werkstücke auftreffenden Ladungsträgerstrahles über einen bestimmten Grenzwert, beispielsweise 1 MW/cm², hinaus erhöht, so dringt der Ladungsträgerstrahl plötzlich sehr tief in das Werkstück ein und bewirkt dabei ein gleichzeitiges Aufschmelzen des gesamten Materials über die so ganze Eindringtiefe. Bei diesem inzwischen unter dem Namen »Tiefschweißen« bekanntgewordenen Schweißverfahren entsteht eine Schmelzzone von sehr spitzwinkliger V-Form. Die beim Erkalten des innerhalb dieser Zone aufgeschmolzenen Materials auftretenden Deformationen des Werkstückes bzw. die auftretenden Spannungen sind naturgemäß wesentlich kleiner als bei den anderen Schweißverfahren. Trotzdem kann beim Erkalten einer solchen V-förmigen Schmelzzone eine geringfügige Deformation des Werkstückes auftreten, so daß ζ. B. bei einer Stumpf schweißung von Kanten ebener Platten deren Flächen sich stumpfwinklig zueinander neigen. Ein solcher über die Tiefe der gesamten Schweißnaht auftretender ungleichmäßiger Verzug entsteht durch die unterschiedliche Breite der V-förmigen Schweißzone in verschiedenen Tiefen.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß sich beim Schweißen mittels eines Ladungsträgerstrahles Werkstückdeformationen grundsätzlich vermeiden lassen bzw. daß sich gewünschte, vorausberechnete Deformationen erzielen lassen, wenn der Schweißzone eine vorherbestimmte Querschnittsform gegeben wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum Herstellen einer Schweißzone gewünschter Querschnittsform beim Schweißen mittels eines tief in das Werkstück eindringenden, eine im wesentlichen Verfahren zum Herstellen einer Schweißzone

gewünschter Querschnittsform
beim Ladungsträgerstrahl-Schweißen

Anmelder:
Fa. Carl Zeiss, Heidenheim/Brenz

Dr. Wolfgang Opitz, Aalen (Württ.),
und Dipl.-Phys. Karl Heinz Steigerwald,

Heidenheim/Brenz,
sind als Erfinder genannt worden

V-förmige Zone aufschmelzenden Ladungsträgerstrahles. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß mindestens ein Ladungsträgerstrahl auf die Schweißstelle gerichtet und so um eine parallel zur Richtung der Schweißnaht liegende Achse gekippt wird, daß die Flanken des gewünschten Querschnittsbereiches unter Aufschmelzung des Materials in diesem Querschnitt von den Flanken der V-förmigen Schmelzzone berührt werden.

Verwendet man nur einen Ladungsträgerstrahl, so wird dieser vorteilhaft auf das Werkstück gerichtet und periodisch so um eine in der Werkstückoberfläche liegende Achse gekippt, daß die Flanken der von ihm aufgeschmolzenen V-förmigen Zone abwechselnd nacheinander mit den Flanken des gewünschten Querschnittsbereichs zusammenfallen. Werden mehrere auf das Werkstück gerichtete Ladungsträgerstrahlen zum Schweißen verwendet, so wird mindestens ein Teil dieser Strahlen so gekippt, daß die Flanken des gewünschten Querschnittsbereiches nacheinander oder gleichzeitig von den Flanken der V-förmigen Schmelzzone berührt werden. Die Verkippung des oder der Ladungsträgerstrahlen erfolgt dabei mit einer so hohen Frequenz, daß die Bewegung des Strahles senkrecht zur Schweißrichtung groß gegen die Relativbewegung in Schweißrichtung ist. Dabei ist es vorteilhaft, die Verkippung des Ladungsträgerstrahles so zu steuern, daß die Verweilzeit des Strahles in den verschiedenen Querschnittsbereichen der Schweißzone verschieden groß ist. Dies wird zweckmäßig dadurch erreicht, daß den Ablenkelementen Ablenkspannungen oder Ablenk-

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ströme von nichtlinearem zeitlichen Verlauf zugeführt vor dem Werkstück zwei in verschiedenen Ebenen werden. Durch diese Steuerung der Strahlablenkung angeordnete Ablenksysteme enthält. Durch diesen wird beispielsweise erreicht, daß den durch den üb- Aufbau der Vorrichtung läßt sich erreichen, daß die rigen Materialverband stark gekühlten Randbereichen Ablenkelemente in genügender Entfernung vom Werkder Schmelzzone mehr Energie zugeführt wird als den 5 stück angebracht werden können. Das in Strahlrichin der Mitte der Schweißzone gelegenen Material- tung gesehen erste Ablenksystem lenkt den Ladungsbereichen, trägerstrahl aus seiner ursprünglichen Richtung ab, Wird der zur Schweißung dienende Ladungsträger- während das zweite Ablenksystem ihn in entgegenstrahl intermittierend gesteuert, so erfolgt auch die gesetzter Richtung so ablenkt, daß er in der Höhe Strahlablenkung vorteilhaft intermittierend in den io der Werkstückoberfläche seine Ursprungsrichtung Impulspausen. Weiterhin ist es zweckmäßig, in die- schneidet. Erfolgen beide Ablenkungen synchron, so sem Fall auch die Bewegung des Strahles in Schweiß- läßt sich erreichen, daß der Ladungsträgerstrahl stets richtung intermittierend zu gestalten, wobei während in Höhe der Werkstückoberfläche seine Ursprungsder Querablenkung des Ladungsträgerstrahles diese richtung schneidet, d.h. also, daß er um eine in der Bewegung zu Null wird. 15 Werkstückoberfläche in Nahtrichtung liegende Achse Bei allen bisher beschriebenen Arten der Strahl- gekippt wird. Dadurch überstreicht der abgelenkte verkippung wird erreicht, daß schließlich der gesamte Strahl den gewünschten Winkelbereich im Werk-Querschnitt der Schweißzone aufgeschmolzen wird. stück.

Der gesamte gewünschte Querschnittsbereich wird Ist dieser Winkelbereieh sehr klein, so ist es prinalso während des Schweißvorganges mit geschmol- 20 zipiell auch möglich, nur ein einziges Ablenksystem

zenem Material erfüllt. zu verwenden. Dieses System muß jedoch, sobald

Dieser Effekt läßt sich bei dem neuen Verfahren der vom Strahl zu überstreichende Winkelbereieh

gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens etwas größer ist, zur Erzeugung einer Schweißnaht,

auch dadurch erreichen, daß mehrere Ladungsträger- welche senkrecht zur Schweißrichtung nicht allzu sehr strahlen so auf das Werkstück gerichtet werden, daß 25 ausgedehnt ist, sehr dicht über dem Werkstück an-

die von ihnen erzeugten Schmelzzonen den gewünsch- geordnet werden.

ten Querschnitt vollständig ausfüllen. Dazu kann es Die Erfindung wird im folgenden an Hand der

bei bestimmten Querschnittsformen erforderlich und Ausführungsbeispiele darstellenden Fig. 1 bis 8 näher

vorteilhaft sein, die Ladungsträgerstrahlen von ver- erläutert. Dabei zeigt

schiedenen Seiten auf das Werkstück zu richten. 30 Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine gemäß der Er-

Die vorliegende Erfindung findet besonders vorteil- findung aufgebaute Vorrichtung zum Schweißen mit-

haft Anwendung zur Herstellung von Schweißzonen tels eines Elektronenstrahls,

mit rechteckförmigem Querschnitt. Beim Erkalten Fig. 2 die Form der mit dem in Fig. 1 dargestellten

des innerhalb einer solchen Schweißzone aufgeschmol- Gerät erzielten Schweißzone im Werkstück,

zenen Materials kann lediglich ein durch die 35 Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht des in Fig. 1

Materialschrumpfung hervorgerufenes geringfügiges dargestellten Gerätes,

Zusammenziehen der Werkstücke in der Ebene senk- Fig· 4 eine vergrößerte Teilansicht des in Fig. 1

recht zur Schweißnaht auftreten. dargestellten Gerätes, wobei noch ein zusätzliches

Soll eine rechteckförmige Querschnittsform mittels Ablenksystem vorgesehen ist,

nur eines Ladungsträgerstrahles erzielt werden, so 40 Fig· 5 ein Werkstück mit zwei von verschiedenen

wird dieser Strahl während des Schweißvorganges so Seiten auftreffenden Ladungsträgerstrahlen sowie die

um eine in der Werkstückoberfläche hegende Achse entstehende Schweißzone,

gekippt, daß zwischen den Endlagen seiner Ablen- Fig. 6 ein Werkstück mit zwei von verschiedenen

kung im Werkstück ein spitzer Winkel in der Ebene Seiten auftreffenden Ladungsträgerstrahlen sowie die

senkrecht zur Schweißrichtung beschrieben wird, wo- 45 Querschnittsform der entstehenden Schweißzone,

bei dieser Winkel gleich dem Winkel der Schmelz- Fig. 7 ein Werkstück und die bei Verwendung eines

zone bei nicht abgelenktem Strahl ist. intermittierend gesteuerten Schweißstrahles auftreten-

Es ist auch möglich, eine rechteekförmige Schweiß- den Ablenkschritte,

zone dadurch zu erzielen, daß beispielsweise zwei von Fig. 8 ein Beispiel für eine schräg zur Stoßfläche verschiedenen Seiten auf das Werkstück gerichtete 50 zwischen zwei miteinander zu verschweißenden Werk-Ladungsträgerstrahlen verwendet werden. Diese bei- stücken verlaufende Schweißzone, den Strahlen sind zueinander parallel und so gegen In Fig. 1 ist mit 1 die Kathode, mit 2 die Steuerdie Werkstückoberfläche geneigt, daß die äußeren elektrode und mit 3 die Anode eines Elektronen-Flanken ihrer Schmelzzonen senkrecht zur Werk- strahlerzeugungssystemes bezeichnet. Dieses System Stückoberfläche stehen. 55 ist in einem geerdeten metallischen Gehäuse 4 unter-Wird der Ladungsträgerstrahl neben seiner Ver- gebracht und erzeugt einen Elektronenstrahls. Im kippung gleichzeitig senkrecht zur Schweißrichtung Gerät 6 wird eine Hochspannung von z. B. 100 kV ausgelenkt, so kann beispielsweise eine rechteck- erzeugt und mittels eines mit einem Erdmantel verförmige Schweißzone verhältnismäßig großer Breite sehenen Hochspannungskabels dem Gerät 7 zugeerzeugt werden, oder diese Zone läßt sich einseitig 60 führt. Dieses Gerät dient zur Erzeugung der regelverschieben, um eine seitliche Abweichung der zu baren Steuerelektrodenvorspannung. Diese Spannunverschweißenden Nahtstelle gegen den Strahl zu korn- gen werden über das mit einem Erdmantel versehene pensieren. dreiadrige Hochspannungskabel 8 dem Strahlerzeu-

Die Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens gungssystem zugeführt.

nach der Erfindung besteht aus einem an sich be- 65 In Strahlrichtung gesehen unterhalb der Anode 3

kannten Gerät zum Schweißen mittels eines Ladungs- ist eine Blende 9 angeordnet, welche mittels der

trägerstrahles, wobei dieses Gerät erfindungsgemäß Knöpfe 10 und 11 in der Papierebene und senkrecht

in an sich bekannter Weise in Strahlrichtung gesehen zur Papierebene bewegt werden kann.

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Unterhalb der Blende 9 ist ein geerdetes Rohr 12 Naht ungleichmäßige Schrumpfung, so daß sich also vorgesehen, durch welches der Strahl 5 hindurchtritt. die Flächen der als Platten ausgebildeten Werkstücke Eine elektromagnetische Linse 13, deren Stromver- 15 und 16 stumpfwinklig zueinander neigen können, sorgungsgerät mit 14 bezeichnet ist, dient zur Fokus- Zur Vermeidung dieses störenden Effektes wird sierung des Elektronenstrahles 5 auf die miteinander 5 dem Ablenksystem 30 ein Strom zugeführt, welcher zu verschweißenden Werkstücke 15, 16. Diese Werk- eine periodische Ablenkung des Elektronenstrahles 5 stücke sind auf einem an sich bekannten Kreuztisch aus seiner Ruhelage bewirkt. Diese Verhältnisse lasgelagert und können mittels einer Spindel 18 in Rich- sen sich klar aus der vergrößerten Darstellung der tung der Schweißnaht bewegt werden. Zur Verschie- Fig. 3 ersehen. Dem Ablenksystem 31 wird ein solcher bung des Werkstückes senkrecht zur Richtung der io Ablenkstrom gegenphasig zugeführt, daß der Elek-Schweißnaht dient eine weitere, hier nicht dargestellte tronenstrahl 5 in entgegengesetzter Richtung so abSpindel. Durch das Fenster 19 kann der Schweißvor- gelenkt wird, daß er in Höhe der Werkstückobergang beobachtet werden. fläche seine Ursprungsrichtung schneidet. Die beiden

Zur genaueren Beobachtung des Schweißvorganges extremen Ablenklagen des Elektronenstrahles 5 sind

dient ein Mikroskop 20, welches mit dem Gehäuse 4 15 in Fig. 3 mit 5' und 5" bezeichnet,

verbunden ist und dessen Objektiv 21 vom eigent- Trifft der Elektronenstrahl in Richtung 5' auf die

liehen Mikroskopgehäuse getrennt und im Gehäuse 4 Werkstücke 15, 16 auf, so entsteht eine Schweißzone

angeordnet ist. Zwischen Objektiv 21 und Mikroskop 36, deren eine Flanke senkrecht zur Werkstückober-

20 ist ein Röntgenschutzglas 22 angeordnet, welches fläche liegt. Trifft der Elektronenstrahl in Richtung 5"

schädliche Strahlung vom Mikroskop 20 fernhält, ao auf die Werkstückoberfläche auf, so entsteht eine

Das Mikroskopobjektiv 21 kann zum Zwecke der Schweißzone 35, deren andere Flanke senkrecht zur

Fokussierung mittels eines Knopfes 23 in Richtung Werkstückoberfläche liegt. Insgesamt entsteht also

seiner optischen Achse bewegt werden. Zum Schutz beim Verschwenken des Elektronenstrahles 5 zwi-

vor Bedampfung des Objektivs 21 ist vor demselben sehen den Richtungen 5' und 5" eine rechteckförmige

ein Schutzglas 24 angeordnet. as Schweißzone, deren Kanten senkrecht zur Werkstück-

Während des Schweißvorganges glüht die Schweiß- oberfläche liegen.

stelle auf, und das von ihr ausgehende Licht wird Wie ohne weiteres einzusehen ist, entspricht der

mittels des Mikroskopobjektivs 21 parallel gerichtet, Winkel zwischen den Ablenklagen 5' und 5" dem

über den auf dem durchbohrten Rohr 12 angeord- Winkel der V-förmigen Schmelzzone 34.

neten Spiegel 25 in das Mikroskop 20 reflektiert und 30 Die beiden Ablenkgeneratoren 32 und 33 sind mit-

dort von den weiteren Gliedern des Mikroskops in einander gekoppelt, so daß den Ablenksystemen 30

üblicher Weise abgebildet. und 31 stets solche Ströme zugeführt werden, daß

Damit auch eine Justierung der Werkstücke 15, 16 der Elektronenstrahl 5 um die in der Werkstückober-

vor Einleiten des Schweißvorganges vorgenommen fläche liegende, in Richtung der Schweißnaht ver-

werden kann, ist eine Lichtquelle 26 vorgesehen, 35 laufende Achse gekippt wird.

welche über einen Kollektor 27 und zwei Prismen 28 Um innerhalb der entstehenden rechteckförmigen

und 29 durch den teildurchlässigen Spiegel 25 hin- Schweißzone die gewünschte Energieverteilung zu

durch die Werkstücke 15, 16 beleuchtet. erzielen, wird den periodischen Ablenkströmea für

In Strahlrichtung gesehen unterhalb der elektro- die Ablenksysteme 30 und 31 ein geeigneter Verlauf magnetischen Linse 13 sind zwei elektromagnetische 40 gegeben. Insbesondere ist es vorteilhaft, die Genera-Ablenksysteme 30 und 31 angeordnet. Jedes dieser toren32 und 33 so auszubilden, daß sie Ablenk-Systeme besteht beispielsweise aus vier jeweils senk- ströme mit nichtlinearem zeitlichem Verlauf liefern, recht zueinander angeordneten Ablenkspulen. Zur Beispielsweise liefern die Generatoren 32 und 33 Erzeugung des Ablenkstromes für das Ablenksystem Ablenkströme von rechteck- oder sinusförmigem Ver-30 dient ein Generator 32, während ein Generator 45 lauf oder auch Ablenkströme, deren zeitlicher Ver-33 zur Erzeugung des Ablenkstromes für das Ab- lauf die Form einer Dachkurve hat. Dadurch wird lenksystem 31 dient. die Verweilzeit des Elektronenstrahles 5 und damit

Es ist auch möglich, an Stelle zweier elektromagne- die abgegebene Wärmemenge in den verschiedenen tischer Ablenksysteme in bekannter Weise ein elektro- Richtungen seines Ablenkwinkels in gewünschter statisches und ein elektromagnetisches Ablenksystem 50 Weise beeinflußt. Beispielsweise wird bei einem rechtzu verwenden. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß eck- oder sinusförmigen Verlauf der Ablenkströme erdie beiden Ablenksysteme näher aneinandergerückt reicht, daß der Elektronenstrahl 5 in den Endlagen 5' werden können, da sich die Felder gegenseitig nicht und 5" langer verweilt als in den MJttellagen und daß stören. Insbesondere wird es auch möglich, das demzufolge den Zonen 35 und 36 mehr Energie zuelektrostatische Ablenksystem sehr dicht an der Linse 55 geführt wird als den zwischen diesen beiden Zonen 13 anzuordnen. gelegenen Schmelzzonen. Dadurch wird die starke

Sind die Generatoren 32 und 33 abgeschaltet, so Wärmeableitung an den Rändern der Schmelzzone

trifft der Elektronenstrahl 5 senkrecht auf die Ober- kompensiert.

fläche der Werkstücke 15, 16 und dringt dabei über Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung, bei welcher zusätzlich die gesamte Tiefe der Stoßstelle zwischen den beiden 60 zu den Ablenksystemen 30 und 31 ein weiteres AbWerkstücken in dieselben ein. Diese Verhältnisse lenksystem 37 vorgesehen ist. Dieses Ablenksystem lassen sich aus Fig. 2 erkennen. Wie diese Figur zeigt, lenkt den Elektronenstrahl 5 so aus seiner ursprüngentsteht beim Eindringen des Elektronenstrahles 5 in liehen Richtung ab, daß er in Richtung 5'" in das die Werkstücke 15, 16 eine Schweißzone 34 von sehr Ablenksystem 30 eintritt. Aus diesem Grunde wird spitzwinkliger V-Form. Beim Erkalten des innerhalb 65 der Elektronenstrahl 5 nach links verschoben, d. h., dieser Zone aufgeschmolzenen Materials entsteht, be- die Schweißzone wandert im Werkstück nach links, dingt durch die unterschiedliche Breite der Schweiß- Dadurch wird kompensiert, daß die ursprünglich bei zone, in verschiedenen Tiefen eine über die Tiefe der 38 gelegene Stoßkante zwischen den Werkstücken 15

und 16 nunmehr bei 39 liegt. Das Ablenksystem 37 bietet also die Möglichkeit, seitliche Abweichungen der Schweißstelle gegen den Strahl zu kompensieren. Derselbe Effekt ließe sich auch ohne das Ablenksystem 37 erzielen. In diesem Fall müßte dem Ablenkstrom für das Ablenksystem 30 ein Gleichstrom bestimmter Größe überlagert werden.

Wird dem Ablenkstrom für das Ablenksystem 30 ein zusätzlicher periodischer Ablenkstrom überlagert bzw. wird dem in Fig. 4 dargestellten Ablenksystem 37 ein periodischer Ablenkstrom zugeführt, so lassen sich rechteckförmige Schmelzzonen einer Breite erzeugen, welche wesentlich größer ist als die Breite der in Fig. 3 dargestellten Schmelzzone.

In der Darstellung der Fig. 5 treffen zwei Ladungsträgerstrahlen 40 und 41 von verschiedenen Seiten auf die Werkstücke 15, 16 auf. Es entsteht dabei eine Schmelzzone 42, welche in der Mitte etwas eingeschnürt ist.

In Fig. 6 treffen zwei Ladungsträgerstrahlen 43 und zo 44 von verschiedenen Seiten auf die Werkstücke 15, 16 auf. Beide Ladungsträgerstrahlen sind so gegen die Werkstückoberfläche geneigt, daß eine rechteckförmige Schweißzone 45 entsteht, deren Kanten senkrecht zur Werkstückoberfläche liegen.

Fig. 7 zeigt die beiden Werkstücke 15 und 16, auf welche ein intermittierend gesteuerter Ladungsträgerstrahl 46 auftrifft. Dieser Ladungsträgerstrahl wird um die in der Werkstückoberfläche gelegene Achse so gekippt, daß er nacheinander die Lagen 46', 46, 46" einnimmt. Die Verkippung des Ladungsträgerstrahles erfolgt dabei während der Impulspausen. In dem hier dargestellten Fall wird die Bewegung der Werkstücke 15, 16 in Richtung der Schweißnaht intermittierend vorgenommen. Die Werkstücke bleiben so lange stehen, bis der Ladungsträgerstrahl nacheinander die drei gezeichneten Ablenklagen eingenommen hat. Sodann wird die Längsbewegung der Werkstücke wieder eingeschaltet, und diese werden so weit bewegt, daß sich die beim darauffolgenden Auftreffen des Ladungsträgerstrahles 46 entstehende Schmelzzone mit der beim vorhergehenden Schweißschritt erzeugten Schmelzzone überlappt.

Derselbe Effekt kann auch dadurch erzielt werden, daß der Kreuztisch 17, auf welchem die Werkstücke 15, 16 gehaltert sind, kontinuierlich in Nahtrichtung bewegt wird, wobei jedoch durch eine Ablenkung des Ladungsträgerstrahles 46 entgegen der Richtung der Schweißnaht dafür gesorgt wird, daß keine Relativbewegung zwischen Strahl und Werkstück auftritt, solange der Ladungsträgerstrahl verkippt wird. Ist diese Verkippung beendet, so wird der Ladungsträgerstrahl in Richtung der Schweißnaht so lange abgelenkt, bis er die nächste Auftreffstelle erreicht hat. Zur Erzielung einer solchen Längsablenkung des Ladungsträgerstrahles kann beispielsweise dem durch das Ablenksystem 31 fließenden Ablenkstrom ein weiterer sägezahnförmiger Ablenkstrom überlagert werden.

Fig. 8 zeigt zwei Werkstücke 47 und 48, welche miteinander verschweißt werden sollen. Werden dabei diese beiden Werkstücke so, wie in Fig. 8 dargestellt, auf dem Kreuztisch 17 gelagert, so kann der Schweißstrahl im nicht abgelenkten Zustand die Nahtstelle nicht erreichen. Aus diesem Grunde wird der Ladungsträgerstrahl 49 aus seiner Ursprungsrichtung abgelenkt und trifft nunmehr schräg zur Stoßkante auf die Werkstücke 47, 48 auf. Zusätzlich wird der Ladungsträgerstrahl um eine in der Werkstückoberfläche liegende Achse gekippt, wobei er nacheinander die beiden Ablenklagen 49' und 49" einnimmt. Dabei entsteht eine geradlinig begrenzte Schweißzone 50, welche in Richtung ihrer Tiefe gegen die ursprüngliche Strahlrichtung geneigt ist.

In allen den hier dargestellten und beschriebenen Beispielen muß die Verkippung des Ladungsträgerstrahles so schnell erfolgen, daß sich der Strahl wesentlich schneller senkrecht zur Schweißrichtung bewegt als in Richtung der Schweißnaht.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung findet nicht nur Anwendung zur Herstellung der in den Fig. 3 bis 8 dargestellten Querschnittsformen von Schweißzonen, sondern es können mit ihrer Hilfe beliebige Querschnittsformen der Schweißzone erzeugt werden. Dazu ist es lediglich erforderlich, den Ablenkwinkel des Ladungsträgerstrahles entsprechend zu ändern oder mehrere in entsprechenden Richtungen auf das Werkstück auftreffende Ladungsträgerstrahlen vorzusehen.

Claims (15)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Herstellen einer Schweißzone gewünschter Querschnittsform beim Schweißen mittels eines tief in das Werkstück eindringenden, eine im wesentlichen V-förmige Zone aufschmelzenden Ladungsträgerstrahles, dadurch ge kennzeichnet, daß mindestens ein Ladungsträgerstrahl auf die Schweißstelle (15, 16) gerichtet und so um eine parallel zur Richtung der Schweißnaht liegende Achse gekippt wird, daß die Flanken des gewünschten Querschnittsbereiches unter Aufschmelzung des Materials in diesem Querschnitt von den Flanken der durch den Ladungsträgerstrahl bewirkten V-förmigen Schmelzzone berührt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ladungsträgerstrahl (5) auf das Werkstück (15, 16) gerichtet und periodisch so um eine in der Werkstückoberfläche liegende Achse gekippt wird, daß die Flanken der von ihm aufgeschmolzenen V-förmigen Zone abwechselnd nacheinander mit den Flanken des gewünschten Querschnittsbereiches zusammenfallen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ladungsträgerstrahlen auf das Werkstück (15, 16) gerichtet und mindestens teilweise so gekippt werden, daß die Flanken des gewünschten Querschnittsbereiches nacheinander oder gleichzeitig von den Flanken der V-förmigen Schmelzzonen berührt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ladungsträgerstrahlen (43, 44) so auf das Werkstück (15, 16) gerichtet werden, daß die von ihnen erzeugten Schmelzzonen den gewünschten Querschnitt (45) vollständig ausfüllen.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsträgerstrahlen (43, 44) von verschiedenen Seiten auf das Werkstück gerichtet werden.

6. Verfahren nach Anspruch! und 2, bei welchem der Ladungsträgerstrahl intermittierend gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkippung des Ladungsträgerstrahles (46) jeweils in den Impulspausen erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden, gekennzeichnet durch die Verwendung zur Herstellung von Schweißzonen mit rechteckförmigem Querschnitt (Fig. 3, 6 und 7).

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkippung des Ladungsträgerstrahles mit einer so hohen Frequenz erfolgt, daß die Bewegung des Strahles in der senkrecht zur Schweißrichtung liegenden Ebene sehr viel schneller erfolgt als die Relativbewegung in Schweißrichtung.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkippung des Ladungsträgerstrahles so erfolgt, daß die Verweilzeit des Strahles in den verschiedenen Querschnittsbereichen verschieden groß ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsträgerstrahl neben seiner Verkippung gleichzeitig senkrecht zur Schweißrichtung ausgelenkt wird.

11. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, enthaltend ein an sich bekanntes Gerät zum Schweißen mittels eines Ladungsträgerstrahles, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise in Strahlrichtung gesehen vor dem Werkstück (15, 16) zwei in verschiedenen Ebenen angeordnete Ablenksysteme (30, 31) vorgesehen sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch die an sich bekannte Verwendung eines elektrostatischen und eines elektromagnetischen Ablenksystems.

13. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 5 und Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten des Werkstückes (15, 16) Systeme zur Erzeugung, Fokussierung und Ablenkung eines Ladungsträgerstrahles (43 bzw. 44) angeordnet sind.

14. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 9 und Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenksysteme (30, 31) mit Generatoren zur Erzeugung einer Ablenkgröße von nichtlinearem zeitlichem Verlauf verbündten sind.

15. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 10 und Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch ein zusätzliches, mit einem Generator zur Erzeugung einer konstanten Ablenkgröße in Verbindung stehendes Ablenksystem (37).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 053 691.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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