Schweißen

Das Schmelzschweißen (EBW) metallischer Werkstoffe ist die bei weitem häufigste Anwendung des Elektronenstrahls zur thermischen Materialbearbeitung. Im allgemeinen wird es ohne Zusatzwerkstoff (z. B. Draht) ausgeführt – nur die Werkstoffe der beiden (oder mehr) Fügepartner werden aufgeschmolzen und bilden beim Erstarren das Schweißgut der Naht.

Ein besonderes Merkmal der Strahlschweißverfahren ist der sog. Tiefschweißeffekt: Dank der hohen Leistungsdichte am Strahlauftreffpunkt (auch beim NVEB bis zu einem gewissen Grade) „gräbt“ sich der Elektronenstrahl innerhalb von Mikrosekunden eine Kapillare (keyhole) ins Material, deren Tiefe durch die Schweißparameter und die Werkstoffeigenschaften bestimmt ist und bis zu 200 mm betragen kann. Der Innenbereich der Kapillare ist gefüllt mit Metalldampfplasma (Dampfkapillare), welches mit seinem inneren Druck das schmelzflüssige Material an der Kapillarwandung hält.

Beim Bewegen de Kapillare durch das Material (Schweißvorschub) erstarrt diese Schmelze an der Rückseite und bildet die Naht.

Tiefe, Breite und Form des Nahtprofils hängen von einigen Parametern ab, mit denen die gewünschte Naht eingestellt werden kann. Von besonderem Vorteil – insbesondere bei I-Stößen - sind Nähte mit parallelen Nahtflanken. Und das Tiefe-zu-Breite-Verhältnis typischer EB-Nähte erreicht Werte bis zu 40:1. Damit sind der Verzug im geschweißten Bauteil wie auch die Werkstoffbeeinflussung minimal zu halten.

Der Verzicht auf Zusatzwerkstoff bedingt, dass der Schweißstoß spaltfrei vorzubreiten ist, wenn der gesamte Fügequerschnitt gefüllt sein soll; das gilt für alle Stoßformen. Wie unten dargestellt, ist das EB-Schweißen hervorragend geeignet, fertig bearbeitete Einzelteile zu verbinden. Deshalb stellt die „Forderung“ nach Spaltfreiheit praktisch keinerlei Problem dar.

Nebenbei, Zusatzwerkstoff kann durchaus (wenn unumgänglich) auch zum Füllen „mäßig großer“ Spalte eingesetzt werden, wenngleich der „Null-Spalt“ das Optimum ist.

Natürlich kann die Energiequelle Elektronenstrahl nicht nur tief schweißen, auch ein Wärmeleitungsschweißen ist – bei entsprechender Parameterwahl – möglich. Damit lassen sich dann auch dünnste Folien miteinander verbinden.

Mit dem Elektronenstrahl lassen sich artgleiche aber auch unterschiedliche Werkstoffe verbinden – natürlich immer unter Beachtung der metallurgischen Grenzen. Doch auch jene lassen sich in gewissen Fällen durch die konkrete Technologie und/oder Konstruktion etwas ausweiten. Nicht zuletzt kann man dazu auch Zusatzwerkstoffe oder Zwischenlagen verwenden.