DIN 32533-2015 Welding - Electron beam procedure for material processing - Beam parameter product - Measurement of the beam focus diameter and the divergence angle《焊接 用于材料加工的电子束加工程.pdf

1、September 2015DEUTSCHE NORM DIN-Normenausschuss Schweien und verwandte Verfahren (NAS)Preisgruppe 6DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 25.160.10!%DQy“2334686www

2、.din.deDDIN 32533Schweien Elektronenstrahlverfahren zur Materialbearbeitung Strahlparameterprodukt Messen des Strahlfokusdurchmessers unddes DivergenzwinkelsWelding Electron beam procedure for material processing Beam parameter product Measurement of the beam focus diameter and thedivergence angleSo

3、udage Procd par faisceau lectronique pour le traitement des matriaux Produit des paramtres du faisceau Mesure du diamtre de foyer du faisceau etde langle de divergenceAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 8 SeitenDIN 32533:2015-09 2 Inhalt Seite Vorw

4、ort 3 1 Anwendungsbereich .4 2 Normative Verweisungen 4 3 Allgemeines 4 4 Messen des Strahlfokusdurchmessers .5 5 Messen der Strahldivergenz .6 Anhang A (informativ) Empfehlung fr die Durchfhrung der Messungen 7 Literaturhinweise 8 DIN 32533:2015-09 3 Vorwort Diese Norm wurde vom Arbeitsausschuss DI

5、N/DVS NA 092-00-15 AA Elektronenstrahlschweien (DVS AG V 9.1)“ des DIN-Normenausschusses Schweien und verwandte Verfahren (NAS) erstellt. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN und/oder die DKE sind nicht dafr verantwortlich,

6、 einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. DIN 32533:2015-09 4 1 Anwendungsbereich Diese Norm legt das Ermitteln des Strahlparameterprodukts sowie das Messen des Fokusdurchmessers und des Divergenzwinkels eines Elektronenstrahls zur Materialbearbeitung, insbesondere zum Schweie

7、n, fest. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise oder als Ganzes zitiert werden, sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe de

8、s in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 32511, Schweien Elektronenstrahlverfahren zur Materialbearbeitung Begriffe fr Prozesse und Gerte 3 Allgemeines Die geometrische Form eines Elektronenstrahls wird in erster Linie vom Strahlfokusdurchmesser (Strahltaille) und vom Div

9、ergenzwinkel (halber Strahlvollwinkel) bestimmt. Aus diesen beiden Gren wird nach DIN 32511 das Strahlparameterprodukt BPPEBin mmmrad wie folgt errechnet: 4FoEB=dBPP (1) Dabei ist dFoder kleinste Strahldurchmesser nach einer fokussierenden Optik, siehe Bild 11); der Winkel zwischen den Asymptoten un

10、d der ueren Strahlbegrenzung eines fokussierten Strahls, siehe Bild 11). Die Gre des Strahlparameterprodukts ist somit ein Ma fr die Fokussierbarkeit und Ausbreitungs-eigenschaften eines Elektronenstrahls. Bild 1 Fokusdurchmesser dFound Divergenzwinkel 1) Zur Verdeutlichung einiger Zusammenhnge ist

11、das Bild nicht mastabsgetreu.DIN 32533:2015-09 5 4 Messen des Strahlfokusdurchmessers Zum Bestimmen des Strahlfokusdurchmessers dFoeignen sich die Schwellenwert- und Schlitzblendenmethode sowie das Lochblendenmessverfahren. Die Auswertegerte digitalisieren die unterschiedlich hohen Vergleichsspannun

12、gen Ub, ordnen sie der jeweiligen Strahlposition rasterfrmig zu und ermglichen es, verschiedene geometrische Kenngren der Leistungsdichteverteilung zu ermitteln. Fr den Strahlfokusdurchmesser dFowird an Stelle eines quivalenten Kreisdurchmessers, innerhalb dessen, beispielsweise 90 % der gesamten St

13、rahlenergie auftreffen (d90) in dieser Norm der Wert dsxbzw. dsybenutzt. Dieser Wert bercksichtigt die unterschiedliche Verteilung der Strahlenenergie im Strahlquerschnitt. Schritt 1: Berechnung der Schwerpunktachsen aus der Energieverteilung im Strahlquerschnitt: +=).().(212211bnbbxnbnxbxbxnUUUsUsU

14、sUe(2) Schritt 2: Berechnung des Strahlenergie-Moments als Ma fr die Varianz der Energieverteilung: +=).().(2212222211bnbbxnbnxbxbUUUeUeUeUx (3) Schritt 3: Berechnung des Strahldurchmessers aus der Breite der Verteilung: xd= 22x (4) Dabei sind Ub1; Ub2Vergleichsspannung des Strahlstroms in den Raste

15、relementen 1 und 2; sx1; sx2Abstand der Rasterelemente 1n von der Bezugsachse xs; ex1; ex2Abstand der Rasterelemente 1n von der Schwerpunktachse xe; n Gesamtzahl der Rasterelemente in x-Richtung. Bei nicht kreisfrmigem Strahlquerschnitt Berechnung von sy, eyund dsysinngem in gleicher Weise. DIN 3253

16、3:2015-09 6 5 Messen der Strahldivergenz Wird die unter Abschnitt 4 beschriebene Messung in mindestens zwei zur Strahlachse rechtwinkligen Ebenen durchgefhrt, siehe Bild 2, so kann mit der folgenden Gleichung der Divergenzwinkel bestimmt werden. zdd2tan12 = (5) Dabei ist 1d Strahldurchmesser in Mess

17、ebene 1; 2d Strahldurchmesser in Messebene 2; Divergenzwinkel; z Abstand der Messebenen in z-Richtung. Legende 1 Messebene 1 2 Messebene 2 1d Strahldurchmesser in Messebene 1 2d Strahldurchmesser in Messebene 2 Divergenzwinkel z Abstand der Messebenen in z-Richtung Bild 2 Prinzipieller Aufbau zum Me

18、ssen des Divergenzwinkels DIN 32533:2015-09 7 Anhang A (informativ) Empfehlung fr die Durchfhrung der Messungen Ablenkgeschwindigkeit des Elektronenstrahls: 50 m/s Werkstoff der Messblende: Graphit oder Molybdn Durchmesser der Blendenbohrung: etwa 0,2 dFo Gesamtzahl der Rasterelemente: 105 Ruheposit

19、ion des Elektronenstrahls zwischen den Messungen: Kupferklotz zum Vermeiden einer zu hohen thermischen Belastung der Messblende DIN 32533:2015-09 8 Literaturhinweise 1 DIN 32532, Schweien Laserstrahlverfahren zur Materialbearbeitung Begriffe fr Prozesse und Gerte 2 DIN EN ISO 11145, Optik und Photon

20、ik Laser und Laseranlagen Begriffe und Formelzeichen 3 DIN EN ISO 11146-1, Laser und Laseranlagen Prfverfahren fr Laserstrahlabmessungen, Diver-genzwinkel und Beugungszahlen Teil 1: Stigmatische und einfach astigmatische Strahlen 4 DIN EN ISO 11146-2, Laser und Laseranlagen Prfverfahren fr Laserstra

21、hlabmessungen, Diver-genzwinkel und Beugungsmazahlen Teil 2: Allgemein astigmatische Strahlen 5 DIN EN ISO 14744-1, Schweien Abnahmeprfung von Elektronenstrahl-Schweimaschinen Teil 1: Grundlagen und Abnahmebedingungen 6 DIN EN ISO 14744-3, Schweien Abnahmeprfung von Elektronenstrahl-Schweimaschinen

22、Teil 3: Messen der Strahlstrom-Kenngren 7 Panten, M., u.a., Diagnosis of high energy density electron beams on electron beam welding machines with a new compact measuring equipment. 4. Int. Colloquium Welding and Melting by Electron and Laser Beam, Cannes, Sept. 1988 8 Weiser, J.: Untersuchungen zu

23、Strahlcharakteristika und deren Auswirkungen auf die Schweiergebnisse beim Elektronenstrahlschweien. Dissertation RWTH Aachen, 1994. 9 Schultz, H.: Elektronenstrahlschweien. Verlag fr Schweien und verwandte Verfahren, Dsseldorf 2000. 10 Menhard, Ch. G. u. Lwer, T.: Die Elektronenstrahlgeometrie Definition, Vermessung und Bedeutung fr den Schweiprozess, Schweien und Schneiden 61 (2009) H. 2 S.68-73 11 Schultz, H. Zuschrift zu Menhard, Ch. G. u. Lwer, T.: Die Elektronenstrahlgeometrie Definition, Vermessung und Bedeutung fr den Schweiprozess, Schweien und Schneiden 61 (2009) H. 10 S. 610.