1、DVS, Ausschuss fr Technik, Arbeitsgruppe Strahlschweien“File: D:Eigene DateienKundenDVSRi+Me32013201.fmNachdruckundKopie,auchauszugsweise,nurmitGenehmigungdesHerausgebersDVS DEUTSCHER VERBANDFR SCHWEISSEN UNDVERWANDTE VERFAHREN E.V.Bezug: DVS Media GmbH, Postfach 10 19 65, 40010 Dsseldorf, Telefon (
2、02 11) 15 91- 0, Telefax (02 11) 15 91- 150Diese Verffentlichung wurde von einer Gruppe erfahrener Fachleute in ehrenamtlicher Gemeinschaftsarbeit erstellt und wird als eine wichtige Erkenntnisquelle zur Beachtung empfohlen. Der Anwender muss jeweils prfen, wie weit der Inhalt auf seinen speziellen
3、Fall anwendbar und ob die ihm vorliegende Fassung noch gltig ist. Eine Haftung des DVS und derjenigen, die an der Ausarbeitung beteiligt waren, ist ausgeschlossen.Ersetzt Ausgabe Oktober 2001Inhalt:1 Einleitung2 Besondere Merkmale des Elektronenstrahlschweiens2.1 Leistungsdichte2.2 Schmelz- und Wrme
4、einflusszonen2.3 Mahaltigkeit3 Nahtvorbereitung3.1 Werkstckoberflche3.2 Spaltbreiten, Passungen3.3 Hohlkrperentlftung3.4 Strende Strahlablenkung4Nahtarten4.1 Allgemeines4.2 Nachbearbeitung4.3 Schweinhte ohne Unterraupe4.4 Kehlnhte und Stichnhte am T-Sto5 Konstruktionsbeispiele und sonstige Hinweise5
5、.1 Nahtanfang und Nahtende5.2 Unterschiedliche Werkstckdicken5.3 Schweien mit Zusatzwerkstoff5.4 Beidseitiges Schweien5.5 Schweien von Rundnhten5.6 Schweien in engen Spalten5.7 Schweien schwer zugnglicher Nhte5.8 Spannvorrichtungen, Spritzerschutz, Schutz vor Gegen-schweien im Rohr5.9 Arbeitskammera
6、bmessungen5.10 Schweien mit verschiedenen Arbeitsdrcken6 Schrifttum1 EinleitungMit dem vorliegenden Merkblatt sollen dem Konstrukteur Hin-weise gegeben werden, wie die vielseitigen Mglichkeiten des Elektronenstrahl-(EB-)Schweiprozesses im Vakuum vorteilhaft genutzt werden knnen und welche fertigungs
7、technischen Erfor-dernisse dabei zu beachten sind. Es wurden Empfehlungen und Konstruktionsbeispiele ausgewhlt, die fr viele Industriezweige allgemeine Gltigkeit haben.Eine Beschreibung der prozesstechnischen Grundlagen sowie der Elektronenstrahl-Schweianlagen enthlt 1. Die Verhltnis-se beim Elektro
8、nenstrahlschweien an Atmosphre (Non-Vac-, NV-EBW) werden in einem spteren Merkblatt beschrieben.2 Besondere Merkmale des Elektronenstrahlschweiens Das Elektronenstrahlschweien im Vakuum weist gegenber an-deren Schmelzschweiprozessen folgende Merkmale auf:2.1 LeistungsdichteDie hohe Leistungsdichte (
9、der Begriff Leistungsflussdichte“ ist ebenfalls gebruchlich) des fokussierten Elektronenstrahls er-mglicht das Schweien auch von Werkstcken mit Wanddicken von 100 mm und mehr in einem Arbeitsgang. Sie erlaubt es auch, Werkstoffe mit unterschiedlich hohen Schmelztemperatu-ren oder mit wesentlich unte
10、rschiedlichen Dicken zu verbinden.2.2 Schmelz- und WrmeeinflusszonenDie Schmelz- und Wrmeeinflusszonen sind wesentlich schma-ler als zum Beispiel bei Lichtbogen-Schweiverbindungen; ent-sprechend geringer ist damit auch die Wrmebeeinflussung des Grundwerkstoffs. Auch im Vergleich zum Elektronenstrahl
11、schwei-en an Atmosphre oder dem artverwandten Laserstrahlschwei-en ergibt sich meist eine geringere Wrmeeinbringung 2.3 MahaltigkeitAus den bisherigen Prozessmerkmalen hohe Schweigeschwin-digkeit, schmale und weitgehend parallele Schmelz- und Wrme-einflusszonen resultiert weiterhin eine besonders ho
12、he Mahal-tigkeit elektronenstrahlgeschweiter Bauteile.3 Nahtvorbereitung3.1 WerkstckoberflcheDie zu schweienden Werkstcke sind vollstndig zu entfetten und im Nahtbereich metallisch blank zu reinigen. Durch Aufkoh-len, Nitrieren, Eloxieren, Phosphatieren, Chromatieren usw. er-zeugte Werkstoffschichte
13、n mssen im Nahtbereich entfernt wer-den (Merkblatt DVS 3213), Bild 1. Sie knnen Poren und Risse in der Schmelzzone und dadurch eine Minderung der Schweinaht-festigkeit verursachen. Zum Entfernen dieser Werkstoffschichten eignen sich insbesondere spanende Bearbeitungsverfahren. Beim Entgraten der Wer
14、kstcke ist nach Mglichkeit ein Anfasen im Nahtbereich zu vermeiden. Bild 1. Vorbereitung randschichtbehandelter Werkstcke.3.2 Spaltbreiten, PassungenDa meist ohne Zusatzwerkstoffe mit vertikaler Strahlachse am Werkstck in Schweiposition PA nach DIN EN ISO 6947 ge-schweit wird und die Schmelzzone sch
15、mal ist, mssen die Stirn-flchen sorgfltig bearbeitet werden. Grere Spielrume stehen Grundstze fr das Konstruieren von Bauteilen fr das Elektronenstrahl-schweien im Fein- und HochvakuumMai 2010MerkblattDVS 3201B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF192
16、9BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Seite 2 zu DVS 3201beim Schweien mit horizontaler Strahlachse (PC) bezglich Nahtvorbereitung und Nahtausbildung zur Verfgung. Grere Spaltbreiten knnen zwar bei Einschweiungen mit vertikaler Strahlrichtung und bei Durchschweiung durch Verbreitern der Schm
17、elzzone (geringere Schweigeschwindigkeit, Strahlpendeln,Strahldefokussieren usw.) berbrckt werden, die Neigung zu Randkerben, Nahtdurchhang und Bindefehlern nimmt jedoch deutlich zu. Empfohlen wird der technische Nullspalt! Die Ober-flchenqualitt der Stirnflchen sollte N7, mindestens N8 sein (DIN IS
18、O 1302).Besonders ungnstig machen sich Spalte beim Schweien von Axialrundnhten bemerkbar. Die Querschrumpfung am Nahtan-fang fhrt zur Vergrerung der Spaltbreite in dem der Schwei-stelle gegenberliegenden Nahtbereich. Es hat sich deshalb als vorteilhaft erwiesen, die zu schweienden Werkstcke entweder
19、 durch eine bermapassung der Qualitt H7/r6 oder H7/n6 zu-sammenzufgen oder bei Spielpassung mit Mehrstrahltechnik an z. B. drei um 120versetzten Positionen zu heften.Bei bermapassungen sollte eine Anfasung nur an der Wurzel-seite angebracht werden, Bild 2.Die Verwendung eines Gleitmittels ist unzuls
20、sig.Bild 2. Unten angefaste Stirnflche bei Drehteilen mit bermapassung.3.3 HohlkrperentlftungHohlkrper, die beim Evakuieren nicht entlftet werden, fhren beim Elektronenstrahlschweien als Folge des hheren Drucks der eingeschlossenen Luft gegenber dem Arbeitsdruck in der Regel zum Herausschleudern von
21、 schmelzflssigem Werkstoff. Als Gegenmanahmen sind zum Beispiel bearbeitungsbedingte Hohlrume durch konstruktive Manahmen zu verkleinern, Bild 3.In anderen Fllen knnen Entlftungsbohrungen auerhalb des Schweinahtbereichs angeordnet werden, Bild 4.Bild 3. Bearbeitungsbedingte Hohlrume.Bild 4. Bauteil
22、mit Bohrung zum Entlften des Hohlraums.Mssen Entlftungsffnungen jedoch in der Schweifuge ange-bracht werden, sind sie an das Nahtende zu legen, und ihr Quer-schnitt muss so bemessen sein, dass sie durch die Schweinaht vollstndig geschlossen werden knnen, Bild 5. Grundsatz: bes-ser mehrere kleine Ker
23、ben.Bild 5. Geschlossener Hohlkrper mit Entlftungsnut.3.4 Strende StrahlablenkungDer Elektronenstrahl wird durch elektrische und magnetische Felder beeinflusst. Spannvorrichtungen und sonstige Hilfseinrich-tungen in Schweistellennhe mssen elektrisch leitend und ge-erdet sein. Sie sind aus nichtmagne
24、tisierbaren Metallen (nicht eloxiertes Aluminium, austenitischer Stahl, Bronze usw.) herzu-stellen oder zu entmagnetisieren. Das gilt in besonderem Mae auch fr Werkstcke, die beim Bearbeiten magnetisch gespannt wurden.Weiterhin drfen in Schweistellennhe wegen statischer Auf-ladungen keine nichtmetal
25、lischen Werkstoffe verwendet werden, oder sie sind mit einer geerdeten Metallfolie (Aluminiumfolie) ab-zudecken.Elektrische Aggregate wie Heiz- oder Antriebsvorrichtungen in Schweinahtnhe knnen elektromagnetische Felder induzieren. Diese sind whrend des Schweibetriebs abzuschalten oder mit einer gee
26、igneten Magnetfeldabschirmung zu versehen. 4 Nahtarten4.1 AllgemeinesJede Nahtart ist durch eine Reihe von Besonderheiten gekenn-zeichnet. Der Konstrukteur hat daher im Rahmen der Aufgaben-stellung und unter Bercksichtigung von Festigkeitsanforderun-gen, Bauteilfunktionen, Fertigungsmglichkeiten, Pr
27、fbarkeit und Kostenaufwand zu entscheiden, welche der folgenden Bewer-tungskriterien Vorrang haben, Tabelle 1.4.2 NachbearbeitungBei allen Nahtarten ist zu bercksichtigen, dass Randkerben, Nahtdurchhang, Wurzelbindefehler, Glttungsnaht (auch Kos-metiknaht“ genannt) usw. die Nahtfestigkeit beeinfluss
28、en kn-nen. In Fllen hoher dynamischer Beanspruchungen ist es zweckmig, ein Dickenaufma vorzusehen, um uere Abwei-chungen abarbeiten zu knnen. Dies gilt vor allem fr die ein-fache I-Naht am Stumpfsto, die wegen ihres geringen Bearbei-tungsaufwands fr das Elektronenstrahlschweien am hufigs-ten gewhlt
29、wird, Nr. 2 in Tabelle 1. Gleichzeitig verbessert eine nachtrgliche Bearbeitung die Mglichkeiten des zerstrungsfrei-en Prfens.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Seite 3 zu DVS 3201Tabelle 1. Beispie
30、le von Nahtarten.Lfd. Nr.Benennung Sto Bemerkungenvorbereitet geschweit (schematisch)1 I-Naht Vorteile: geringer BearbeitungsaufwandNachteile: kein Formschluss fr das Positionieren der Stirnflchen keine Mglichkeit fr eventuel-les Abarbeiten von ueren Abweichungen (Randkerben, Nahtdurchhang usw.)2 I-
31、Naht mit Bearbeitungs- zugabeVorteile: Zugabe fr das Abarbeiten uerer Abweichungen Dickenaufma fr Ausgleich eines mglichen dynamischen Festigkeitsabfalls im Naht-bereich gute zerstrungsfreie Prfbar-keitNachteile: hoher Bearbeitungsaufwand kein Formschluss fr das Positionieren der Stirnflchen3.1 I-Na
32、ht mit ZentrierungVorteile: Formschluss der Stirnflchen zum Positionieren, insbesonde-re bei Drehteilen (3.1; 3.2; 3.3) Schutz gegen austretende Spritzer (3.1) Badsttze (3.1) Zentrierlippe als Schwei-zusatz (3.3)Nachteile: bei Zentrierlippe unten: unverschweiter Spalt, kerb-wirkend, korrosionsfrdern
33、d (3.1) hoher Bearbeitungsaufwand (3.1; 3.3)Bemerkung: Markierung zum manuellen Positionieren des Elektronenstrahls empfohlen bzw. Referenzkante fr eine automatische Positionierung mit Hilfe z. B. reflektierter Elektronen vorsehen (3.2; 3.3)3.2 I-Naht mit Zentrierung3.3 I-Naht mit Zentrierung4 I-Nah
34、t mit UnterlageVorteile: geringer Aufwand zum Ermitteln der Schweieinstellwerte wirksamste Manahme gegen Nahtunterwlbung bessere dynamische Festigkeit als ZentrierlippeNachteile: Bearbeitungsaufwand fr das Positionieren, Andrcken und Entfernen der Unterlage (aus artgleichem Werkstoff) bei Nichtentfe
35、rnen Riss- und Korrosionsneigung an der Naht-unterseite5 I-Naht am berlappstoe 2 t Vorteile: geringer BearbeitungsaufwandNachteile: geringe Festigkeit, eventuell Nahtbreite durch Querpendeln vergrern6 Stichnaht am T-StoVorteile: geringer Bearbeitungsaufwand gute ZugnglichkeitNachteile: schwierige St
36、rahlpositionierung, Markierung erforderlich unverschweiter Spalt kerb-wirkend Wurzelporen nur fr geringe Festigkeits-beanspruchungenG62 G63G32G63G31G61G20G73G20G20G74G20G62G63G34G63 G35G20G74G20B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStan
37、dardsCollection - Stand 2016-11Seite 4 zu DVS 32014.3 Schweinhte ohne UnterraupeVom Werkstoff unabhngig knnen Schweinhte ohne Unter-raupe, Nr. 3.1, 4, 5, 6 und 9 in Tabelle 1, in der Wurzel Poren und Lunker aufweisen. Das Bauteil ist im Schweinahtbereich so zu gestalten, dass durch eine entsprechend
38、 groe Schmelzzonen-tiefe diese Fehler keinen Einfluss auf die Nahtfestigkeit haben oder abgearbeitet werden knnen.4.4 Kehlnhte und Stichnhte am T-StoIm Gegensatz zu anderen Schmelzschweiprozessen werden Kehlnhte und Stichnhte am T-Sto ohne Zusatz geschweit. Die Vorgabe eines a-Maes ist deshalb nicht
39、 sinnvoll. Beide Nahtarten sind wegen des ungnstigen Kraftlinienflusses fr dy-namisch hochbeanspruchte Bauteile nicht zu empfehlen.5 Konstruktionsbeispiele und sonstige Hinweise5.1 Nahtanfang und NahtendeBeim Elektronenstrahlschweien findet ein Transport von schmelz-flssigem Werkstoff entgegen der V
40、orschubrichtung um den Dampfkanal herum statt, Bild 6. Die Folgen sind Nahtberhhung am Nahtanfang und Kraterbildung am Nahtende.Bild 6. Schematische Darstellung des Werkstofftransportes im Schmelz-bad.Bei der Konstruktion von Spann- bzw. Hilfsvorrichtungen ist des-halb darauf zu achten, geradlinige
41、Schweinhte auerhalb des Werkstcks auf An- und Auslaufstcken beginnen bzw. enden zu lassen, Bild 7.Bild 7. Schweiwerkstck mit Vor- und Auslaufstcken.Beim Schweien von Rundnhten lsst man am Nahtanfang den Strahlstrom allmhlich ansteigen und am Nahtende absinken (slopen“), so dass praktisch keine der e
42、rwhnten Nahtunregel-migkeiten auftreten. Dies kann auch durch Geschwindigkeits-, Fokus- oder Einstrahlwinkelnderung erfolgen.5.2 Unterschiedliche WerkstckdickenDas unmittelbare Schweien von unterschiedlichen Werkstck-dicken mit dem Elektronenstrahl ist ein besonders wirtschaft-licher Prozess, Bild 8
43、, ist aber aus verschiedenen Grnden nicht immer zu empfehlen. Nicht nur der Kraftlinienfluss zwischen bei-den Werkstcken wird ungnstig beeinflusst, es besteht auch er-hhte Rissgefahr im Bereich der Nahtoberraupe durch die konka-ve Oberflche. Weiterhin muss der Ablenkwinkel grer als der Strahlapertur
44、winkel sein, was bei Fehlpositionierung bei gre-ren Schweitiefen zu Bindefehlern im unteren Bereich der Lfd. Nr.Benennung Sto Bemerkungenvorbereitet geschweit (schematisch)7 Kehlnaht am T-StoVorteile: geringer BearbeitungsaufwandNachteile: Neigung zu Bindefehlern und Randkerben8 T-Sto mit I-NahtVort
45、eile: einfache Strahlpositionierung fr hohe Festigkeitsbeanspru-chungen durch Kehle besserer KraftflussNachteile: hoher Bearbeitungsaufwand9 I-Naht am berlappten T-StoVorteile: geringer Bearbeitungsaufwand gute Zugnglichkeit einfache StrahlpositionierungNachteile: unverschweiter Spalt kerb-wirkend g
46、eringe Festigkeit eventuell Nahtbreite durch Querpendeln vergrern10 Stirnflchennaht Vorteile: geringer BearbeitungsaufwandNachteile: unverschweiter Spalt kerb-wirkendG20G74G31G20G20G74G32G20G62B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStand
47、ardsCollection - Stand 2016-11Seite 5 zu DVS 3201Schweinaht fhren kann. Durch entsprechende Nahtvorberei-tung ist diese Verbindung auf einen normalen I-Sto zurckzu-fhren, Bild 9.Hinweis: Durch eine schnell geschweite, breite Naht, wie sie typischerweise beim EB-Schweien an Atmosphre entsteht, kann d
48、er Dickenunterschied gut berbrckt werden (Beispiel tailored blanks“).Bild 8. Ungnstige Nahtvorbereitung fr das Verbinden unterschied-licher Werkstckdicken (Strahlaperturwinkel nach DIN 32511).Bild 9. Gnstige Nahtvorbereitung fr das Verbinden unterschiedlicher Werkstckdicken.Der zunehmenden Rissgefahr bei noch greren Dickenunter-schieden begegnet man durch Dehnfugen neben der Schwei-naht, Bild 10.Bild 10. Nahtvorbereitung mit Dehnfuge.Sehr unterschiedliche Werkstckdicken, wie sie zum Beispi
