Elektronenstrahl-Schweißen: Schlanke Nähte & zuverlässige Verbindungen

Das Elektronenstrahlverfahren erzeugt extrem zuverlässig tiefe, gleichzeitig schmale und parallele Schweißnähte. Winkelverzug und Querschrumpfung sowie andere störende Einwirkungen beim Schweißen sensibler Komponenten sind minimal.

Anwendungsmöglichkeiten
Das Spektrum seiner Anwendungsmöglichkeiten reicht vom Schweißen feinster Folien bis zum Fügen von Werkstücken mit mehr als 100 mm Wanddicke in einem einzigen Arbeitsgang. Hierbei ist fast das komplette Spektrum der metallischen Werkstoffe und viele Kombinationen unter diesen Werkstoffen schweißbar.

Mehrwert
Bei der Konstruktion von mechanischen Bauteilen besteht ein hohes Kosteneinsparungspotential durch alternative Bauteilgestaltung. Aufgrund der hohen Schweißgeschwindigkeiten erreicht das Elektronenstrahlverfahren eine hohe Produktivität bei der Großserienfertigung im Elektro- und Automobilbau. Für die Bearbeitung von Einzelteilen und Kleinserien aus z.B. Luft- und Raumfahrt, Schiffbau oder Bahntechnik besticht die Präzision und Reproduzierbarkeit des Elektronenstrahls, da diesem verfahrensbedingt elektronische Mess-, Regel- und Steuergrößen zur Verfügung stehen und damit eine optimale Voraussetzungen für einen automatisierten Fertigungsablauf besitzt.

Unsere Stärken sind Ihr Nutzen:
Sichere Schweißtechnik, Wirtschaftlichkeit, Zuverlässigkeit.

Elektronenstrahlschweißtechnik wird in fast allen Branchen und zur Lösung sowohl standardisierter als auch technisch anspruchsvoller Schweißaufgaben eingesetzt.

Automobilindustrie: Große Stückzahlen bei hoher Wirtschaftlichkeit z.B. der gesamte Antriebsstrang (Motor, Getriebe) (Bild 1).

Luft- und Raumfahrttechnik: Anspruchsvolle Spezialanwendungen, wie Hubschrauber-Komponenten (Bild 2) oder Satellitentanks.

Energie-& Elektrotechnik: Hohe Stückzahlen mit Werkstoffen wie Kupfer und weiteren Kontaktmaterialien z.B. Leistungsschalten (Bild 3).

Bahn & Schiffbau und Medizintechnik: Sicherheit der Fügeverbindung, z.B. Kupplung am ICE (Bild 4) und das Fügen von Implantaten (Bild 5).

Anlagen- & Maschinenbau und Lebensmittelindustrie: Klein- und mittelgroße Stückzahlen mit einem breiten Spektrum an Edelstählen und deren Kombination. Bauteilgrößen können hier bis zu einem Bauteilgewicht von 50 t mit dem Elektronenstrahl geschweißt werden.

Forschung und Entwicklung: Anspruchsvolle Aufgaben, mit ausgefallenen Werkstoffen von Wolfram bis Platin, werden in aufwendigen Konstruktionen realisiert.

Beim Elektronenstrahlschweißen wird die benötigte Energie durch (von Hochspannung (60–150 kV) beschleunigten) Elektronen in die Prozesszone eingebracht. Die Strahlbildung erfolgt immer im Vakuum . Der Schweißvorgang wird meist im Vakuum ausgeführt, bei manchen Anlagen an der Atmosphäre. Beim Aufprall der Elektronen auf das Werkstück setzen diese einen Großteil ihrer kinetischen Energie in Wärme um.

Die Energiedichte beträgt im Brennfleckdurchmesser von unter 0,1 mm bis 2 mm im Bereich 10⁵ bis 10⁹ W/cm². Das Elektronenstrahlschweißen bietet eine etwa gleich große Leistungsflussdichte wie das Laserstrahlschweißen bei deutlich höherem Wirkungsgrad (Laser: 3–14 %, Elektronenstrahl: ca. 70 %). Es sind hohe Schweißgeschwindigkeiten mit extrem tiefen und schmalen Nähten möglich. Durch die geringen Nahtbreiten kann der Verzug sehr klein gehalten werden. Beim Schweißen kleiner Schweißnähte kommt das Verfahren zum Einsatz, da der Elektronenstrahl durch angelegte elektrische Felder exakt abgelenkt werden kann. Das Spektrum möglicher Nahttiefen liegt zwischen 0,3 mm und 300 mm (Aluminium), bei Stahl 150 mm. Die hohe Energiedichte erlaubt das Verschweißen aller, auch höchstschmelzender, Metalle sowie die Herstellung von Mischverbindungen durch das Verschweißen verschiedener Materialien, z. B. von Stahl und Bronze.

Elektronenstrahlschweißanlagen werden häufig in der Massenfertigung von Getriebebauteilen in der Automobilindustrie eingesetzt (vor allem Japan und Deutschland). Neben simplen, preisgünstigen Lohnaufträgen werden auch Bauteile für die Luft- und Raumfahrt, den Schienenverkehr und die Nahrungsmittelindustrie elektronenstrahlgeschweißt.

Weitere Informationen

Da alle wichtigen Parameter auf elektrischen Stellgrößen basieren, verfügt der Elektronenstrahl über die Möglichkeit zur exakten Erfassung und Regelung seiner Prozessabläufe. Moderne Elektronenstrahlmaschinen sind heute in der Lage ihre Strahlqualität zu überwachen und zu steuern.
Eine exakte Strahlpositionierung über elektronenoptische Fugenerkennung als wichtigstes Bindeglied zum Bauteil ist vollautomatisch auszuführen. Aufwendige Nebenprozesse, wie z.B. die Vorwärmung des Fügebereiches kann mit dem Strahl erfolgen und damit in den CNC-Ablauf voll integriert werden.
Die Prozesskontrolle auf bestimmte Fehlerarten ist bereits erprobt. Die klassische Parametererfassung stellt aber, nach wie vor, den Schwerpunkt in der Dokumentation des Prozesses dar.
Darüber hinaus ist die Elektronenoptik einsetzbar um eine Bewertung der Oberraupe auf Lage und Beschaffenheit auszuführen. 
Aus Dokumentationsgründen werden heute immer mehr Bauteile beschriftet. Dieses erfolgt mit dem gleichen Strahl der zuvor die Schweißnaht ausgeführt hat.