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    Ein Verfahren zur Fertigung einer mittels Elektronenstrahlschweißen geschweißten Komponente (32) und die sich ergebende geschweißte Anordnung. Das Verfahren betrifft insbesondere das Schweißen einer Komponente (32), deren Subkomponenten (10, 12) aus voneinander verschiedenen Metallen bestehen, die dazu führen würden, dass ein zum Schweißen der Subkomponenten (10, 12) verwendeter Elektronenstrahl (20) beim Durchgang durch die Trennfuge (14) der Gefahr ausgesetzt ist, von der Trennfuge (14) zwischen den Subkomponenten (10, 14) weg und in eine der Subkomponenten (10, 12) hinein abgelenkt zu werden. Das Verfahren ist auch für Schweißanwendungen geeignet, bei denen die Trennfuge (14) zwischen den Subkomponenten (10, 12) eine gekrümmte oder gewölbte Gestalt aufweist. Das Verfahren beinhaltet die magnetische Lenkung des Elektronenstrahls (20), derart, dass der Strahl (20) dem jeweils gewünschten Weg durch die Trennfuge (14) folgt.A method of manufacturing a component (32) welded by electron beam welding and the resulting welded assembly. The method relates in particular to the welding of a component (32) whose subcomponents (10, 12) consist of metals which are different from one another and which would result in an electron beam (20) used for welding the subcomponents (10, 12) when passing through the Parting line (14) is exposed to the risk of being diverted away from the parting line (14) between the subcomponents (10, 14) and into one of the subcomponents (10, 12). The method is also suitable for welding applications in which the parting line (14) between the subcomponents (10, 12) has a curved or curved shape. The method includes magnetically directing the electron beam (20) in such a way that the beam (20) follows the path desired through the parting line (14).
    公开号:DE102004001316A1
    申请号:DE102004001316
    申请日:2004-01-07
    公开日:2004-07-22
    发明作者:John Thomas Murphy
    申请人:General Electric Co；
    IPC主号:B23K9-08
    专利说明:
    [0001] Die vorliegende Erfindung beziehtsich allgemein auf Verfahren zum Schweißen von Metalllegierungen.Mehr im Einzelnen betrifft die Erfindung ein Elektronenstrahl (EB)-Schweißverfahrenzum Verschweißeneiner Verbindungsstelle zwischen Gegenständen aus unterschiedlichenMetalllegierungen und außerdemein Verfahren zum Elektronenstrahlverschweißen einer Trennstelle mit gekrümmten Kontaktflächen zwischeneinzelnen Gegenständen.The present invention relatesgenerally refer to methods of welding metal alloys.More specifically, the invention relates to an electron beam (EB) welding processfor weldinga junction between objects from differentMetal alloys and morea method for electron beam welding a separation point with curved contact surfaces betweenindividual objects.
    [0002] Zur Ausbildung hochtemperaturenbeanspruchterKomponenten von Turbinen, einschließlich Turbinenleitschaufeln(Düsen)und Schaufelblättern (Laufschaufeln)von Gas- und Dampfturbinen, sind verschiedene hochwärmefesteLegierungen in weitem Gebrauch. Es gibt Umstände, unter denen solche Komponentenmit Vorzug oder notwendigerweise durch Schweißen gefertigt werden. So können z.B.Komponenten mit komplizierter Gestalt, wie Dampfturbinendüsenanordnungen(Leitapparate) in einfacher Weise dadurch hergestellt werden, dass Gussteilemiteinander verschweißtwerden. Fürdiesen Zweck wurden schon verschiedene Schweißtechniken entwickelt. BeimHandschweißensind das Wolfram-Inertgasschweißen(WIG; TIG) und das Plasmalichtbogenschweißen (WPL; PTA) weit verbreitet.Für anspruchsvolleAnwendungsfälle,wie etwa bei Schweißnähten miteinem großenTiefen-/Breitenverhältnis,wurden Laserstrahl- und Elektronenstrahlschweißverfahren entwickelt.For training high-temperature usersTurbine components, including turbine guide vanes(Nozzles)and blades (blades)of gas and steam turbines, are various highly heat-resistantAlloys widely used. There are circumstances under which such componentsbe produced with preference or necessarily by welding. For example,Complex shape components such as steam turbine nozzle assemblies(Nozzles) can be manufactured in a simple manner by castingwelded togetherbecome. ForVarious welding techniques have already been developed for this purpose. At themanual weldingare tungsten inert gas welding(TIG; TIG) and plasma arc welding (WPL; PTA) are widely used.For demandingUse cases,such as with weld seamsa big oneDepth / width ratio,laser beam and electron beam welding processes were developed.
    [0003] Wie an sich bekannt, wird beim Elektronenstrahlschweißen einStrahl hochenergetischer Elektronen auf eine Nahtstelle zwischenim Vakuum gehaltenen Gegenständengerichtet. Die Elektronenstrahlschweißverfahren sind insbesonderezur Herstellung von Schweißnähten miteinem großenTiefen-/Breitenverhältnisgeeignet, weil das Elektronenstrahlschweißen die größte Eindringtiefe bei allen Strahlschweißverfahrenergibt, d.h. in der Größenordnungvon etwa 4 inches (etwa 10 cm) und mehr, wobei auch schon Tiefen-/Breitenverhältnissevon etwa 10 zu 50 ohne Weiteres erreicht werden konnten. Wenn jedochGegenstände,die aus unterschiedlichen Metallen bestehen und eine verhältnismäßige tiefeSchweißnahterfordern, elektronenstrahlgeschweißt werden, besteht ein häufig anzutreffendes Problemdarin, dass der Strahl sich am Boden der Naht „umbiegt", d.h. sich in einen der Gegenstände hineinkrümmt unddie Nahtstelle verlässt,was einen Bindefehler (lack-of-fusion (LOF) Defekt) ergibt. So kannsich z.B. beim Schweißendes Leitapparats eines Turbinenstators, dessen Schaufeln an eineminneren und an einem äußeren Ring(Deckband) angeschweißtwerden, eine seitlich versetzte oder hakenartig gekrümmte Schweißnahtausbildungergeben. Eine solche Situation ist schematisch in 1 dargestellt, in der eine Elektronenstrahlkanone 22 veran schaulichtist, die einen Elektronenstrahl 20 auf eine Trennfuge (Schweißstoß) 14 zwischenzwei Gegenständen 10, 12 richtet,welche aus verschiedenen Metallen bestehen. Die von dem Elektronenstrahl 20 erzeugteSchweißnaht 16 krümmt sich,wie deutlich zu sehen, in die linke Komponente 10 hinein,wobei sie so etwas wie einen sogenannten „Haken" 24 ausgebildet. Der Haken 24 hatzur Folge, dass die sich ergebene Schweißnaht 16 unvollständig ist,wobei sich ein Bindefehler 18 an dem der Kanone 22 gegenüber liegendenEnde der Fuge 14 ergibt. Der Grund für die Ausbildung des Hakens 24 iststrittig. Zu möglichenGründendafür gehören derEffekt einer thermischen elektromotorischen Kraft (EMK) oder ein Elektronegativitätsunterschiedin den verschiedenen Metallen.As is known per se, in electron beam welding a beam of high-energy electrons is directed onto a seam between objects held in a vacuum. The electron beam welding processes are particularly suitable for the production of weld seams with a large depth / width ratio, because electron beam welding gives the greatest penetration depth in all beam welding processes, ie in the order of magnitude of approximately 4 inches (approximately 10 cm) and more, with depth / Width ratios of about 10 to 50 could easily be achieved. However, when objects that are made of different metals and require a relatively deep weld are electron beam welded, a common problem is that the beam "bends" at the bottom of the seam, that is, bends into one of the objects and leaves the seam, which results in a binding error (lack of fusion (LOF) defect). For example, when welding the diffuser of a turbine stator, the blades of which are welded to an inner and an outer ring (shroud), a laterally offset or hook-like curved weld seam formation can occur Such a situation is shown schematically in 1 shown in which an electron beam gun 22 is illustrative of an electron beam 20 on a parting line (weld joint) 14 between two objects 10 . 12 judges which consist of different metals. The one from the electron beam 20 generated weld 16 as clearly seen, curves into the left component 10 into it, forming something like a so-called "hook" 24. The hook 24 has the consequence that the resulting weld seam 16 is incomplete, resulting in a binding error 18 on that of the cannon 22 opposite end of the joint 14 results. The reason for the formation of the hook 24 is controversial. Possible reasons for this include the effect of a thermal electromotive force (EMF) or an electronegativity difference in the different metals.
    [0004] Intuitive Ansätze zur Abhilfe dieses Problems,etwa dass die Gegenständen 10, 12 unter demStrahl 20 vorgespannt werden oder dass die Trennfuge 14 untereinem Winkel zu dem Strahl 20 ausgerichtet wird, habensich als wirkungslos erwiesen, weil sich der Elektronenstrahl 20 beieiner Bewegung der Fuge 14 mit bewegt. Es ist auch bekannt, dassverhältnismäßig kleinemagnetische Streufelder, die zufolge des Vorhandenseins magnetischer Spann-oder Aufnahmevorrichtungen oder wegen des Restmagnetismus in bearbeitetenTeilen auftreten, bereits eine deutliche Strahlbewegung hervorrufenkönnen.Demgemäß werdensolche Teile häufig vordem Schweißenmit einem Gaussmeter geprüft undfalls erforderlich entmagnetisiert. Diese Maßnahmen reichen aber nichtaus um den in 1 dargestelltenHaken 24 des Strahls zu verhüten.Intuitive approaches to remedying this problem, such as that of the objects 10 . 12 under the beam 20 be prestressed or that the parting line 14 at an angle to the beam 20 have been found to be ineffective because the electron beam 20 when the joint moves 14 with moves. It is also known that comparatively small magnetic stray fields, which occur in machined parts due to the presence of magnetic clamping or receiving devices or because of residual magnetism, can already cause a significant beam movement. Accordingly, such parts are often checked with a Gauss meter before welding and demagnetized if necessary. However, these measures are not sufficient for the 1 illustrated hook 24 to prevent the beam.
    [0005] Demgemäß besteht der Wunsch die Hakenbildungeines Elektronenstrahls beim Verschweißen von voneinander verschiedenenMetallen auszuschalten und damit das Elektronenstrahlschweißen einergrößeren Vielzahlvon Komponenten zu ermöglichen,die tiefe Schweißnähte mithohen Breiten-/Längenverhältnissenerfordern.Accordingly, there is a desire for hookingof an electron beam when welding different onesSwitch off metals and thus electron beam weldinggreater varietyof components to allowthe deep welds withhigh width / length ratiosrequire.
    [0006] Die Erfindung schafft ein Verfahrenzur Herstellung einer geschweißtenAnordnung durch Elektronenstrahlschweißen und die sich daraus ergebene geschweißte Anordnung.Das Verfahren ist insbesondere auf das Schweißen einer Anordnung gerichtet,deren Subkomponenten aus verschiedenen Metallen bestehen, so dassfür denElektronenstrahl die Gefahr besteht, dass er von der Kontaktflächentrennstelle(Fuge oder Stoß)zwischen den Subkomponenten beim Durchgang durch die Trennfuge abgelenkt wird.Das Verfahren beinhaltet die magnetische Leitung des Elektronenstrahlsin der Weise, dass der Strahl einem vorbestimmten Weg durch dieTrennfuge folgen muss.The invention provides a method of manufacturing a welded assembly by electron beam welding and the resulting welded assembly. The method is particularly aimed at welding an assembly whose subcomponents consist of different metals, so that there is a risk for the electron beam that it is deflected by the contact surface separation point (joint or joint) between the subcomponents as it passes through the separation joint. The process involves magnetic lei device of the electron beam in such a way that the beam must follow a predetermined path through the parting line.
    [0007] Das erfindungsgemäße Elektronenstrahlschweißverfahrenbeinhaltet allgemein das Zusammenbringen zweier oder mehrerer Gegenstände zur Ausbildungwenigstens einer Berührungsflächentrennstelle(Trennfuge) zwischen denselben. Sodann wird ein örtliches magnetisches Feldauf wenigstens einen Teil der Kontaktflächentrennstelle (Trennfuge) zurEinwirkung gebracht, worauf ein Elektronenstrahl auf die Trennfugegerichtet wird, um die Gegenständean der Trennfuge miteinander zu verschweißen so dass sich eine geschweißte Komponenteergibt. Das örtlicheMagnetfeld wird in solcher Weise zur Anwendung gebracht, dass esden Elektronenstrahl beim Durchgang durch die Trennfuge so leitet,dass die Gegenstände über diegesamte Fuge miteinander verschweißt werden.The electron beam welding method according to the inventiongenerally involves bringing two or more items together for trainingat least one interface interface(Parting line) between them. Then a local magnetic fieldto at least part of the contact surface separation point (parting line)Influenced, whereupon an electron beam on the parting lineis directed to the objectsto be welded together at the parting line so that there is a welded componentresults. The localMagnetic field is applied in such a way that itguides the electron beam as it passes through the parting line,that the objects about theentire joint can be welded together.
    [0008] Gemäß einem Aspekt der Erfindungist die Trennfuge zwischen den Gegenständen geradlinig, und das örtlicheMagnetfeld so wird so zur Einwirkung gebracht, dass es den Elektronenstrahlbeim Durchgang durch die Trennfuge gerad richtet. Dieses Verfahrenist anwendbar, wenn die Gegenständeaus verschiedenen Metallen bestehen und die Verschiedenheit derMetalle derart ist, dass ohne lokales Magnetfeld der auf die Trennfugegerichtete Elektronenstrahl von der Trennfuge weg und in einen derGegenständehinein gerichtet werden würde.Das örtlicheMagnetfeld wird dann derart zur Einwirkung gebracht, dass es denElektronenstrahl beim Durchgang durch die Trennfuge geradrichtet,so dass die Gegenstände über diegesamte gerade Trennfuge miteinander verschweißt werden. Bei einem anderen Aspektder Erfindung ist die Trennfuge zwischen den Gegenständen gebogenund das lokale Magnetfeld wird in der Weise zur Einwirkung gebracht,dass es den Elektronenstrahl beim Durchgang durch die Trennfugeso verbiegt, dass die Gegenstände über diegesamte gebogene Trennfuge miteinander verschweißt werden.According to one aspect of the inventionthe parting line between the objects is straight, and the local oneMagnetic field is brought in so that it affects the electron beamstraightens when passing through the parting line. This methodis applicable when the itemsconsist of different metals and the diversity ofMetals is such that without a local magnetic field on the parting linedirected electron beam away from the parting line and into one of theobjectswould be directed into it.The localThe magnetic field is then brought into effect in such a way that itElectron beam straightened as it passes through the parting line,so the items over theentire straight parting line are welded together. Another aspectthe invention, the parting line between the objects is bentand the local magnetic field is brought into action in the waythat it is the electron beam as it passes through the parting lineso bent that the objects over theentire curved parting line are welded together.
    [0009] Das erfindungsgemäße Verfahren ist von besonderemNutzen, wenn eine verhältnismäßige tiefe Schweißnaht erforderlichist, wie dies in Fällengegeben ist, in denen die zu verschweißende Trennfuge eine Länge von10 cm oder mehr in der Richtung, in der der Elektronenstrahl durchdie Trennfuge verläuft aufweist.Gemäß einemersten Aspekt der Erfindung ist die Erfindung auch dann besonderszweckmäßig, wennaus verschiedenen Materialien bestehende Gegenstände wie solche aus Edelstahlund Kohlenstoffstahl, miteinander elektronenstrahlverschweißt werdensollen.The method according to the invention is specialBenefit when a relatively deep weld is requiredis like this in casesis given, in which the joint to be welded has a length of10 cm or more in the direction in which the electron beam passesthe parting line runs.According to oneIn the first aspect of the invention, the invention is also specialexpedient ifobjects made of different materials such as stainless steeland carbon steel, are electron beam welded togethershould.
    [0010] Andere Aufgaben und Vorteile derErfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung.Other tasks and benefits ofInvention emerge from the following detailed description.
    [0011] 1 veranschaulichtdas Hakenbildungsphänomen,das bei der Herstellung tiefer Schweißnähte mittels Elek tronenstrahlschweißen beiGegenständenaus verschiedenen Metallen beobachtet wurde; 1 illustrates the hooking phenomenon observed in the manufacture of deep welds by electron beam welding on objects made of various metals;
    [0012] 2 veranschaulichtdie Anwendung eines lokalen Magnetfeldes zur Erzeugung einer Lorentzkraft,die den „Haken" des Strahls nach 1 im Wesentlichen beseitigt,so dass der Strahl mit der geradlinigen Trennfuge zwischen zweijeweils im Querschnitt dargestellten Gegenständen im Wesentlichen zusammenfällt. 2 illustrates the use of a local magnetic field to generate a Lorentz force that follows the "hook" of the beam 1 essentially eliminated, so that the beam with the rectilinear parting line essentially coincides between two objects each shown in cross section.
    [0013] 3 veranschaulichtdie Verwendung eines Arrays von Einzelspulen zur Erzeugung des lokalenMagnetfelds der 2; 3 illustrates the use of an array of individual coils to generate the local magnetic field 2 ;
    [0014] 4 veranschaulichtdie Verwendung eines Arrays von Einzelspulen zur Erzeugung eineslokalen Magnetfelds zur Erzeugung einer Lorentzkraft, die einenElektronenstrahl so biegt, dass der Strahl mit einer gebogenen Trennfugezwischen zwei jeweils im Querschnitt dargestellten Gegenständen im Wesentlichenzusammenfällt. 4 illustrates the use of an array of individual coils to generate a local magnetic field to generate a Lorentz force which bends an electron beam such that the beam essentially coincides with a curved parting line between two objects each shown in cross section.
    [0015] Wie in den 2, 3 und 4 dargestellt, benützt dieErfindung ein Magnetfeld das von einer oder mehreren Spulen 30 erzeugtwird, die so ausgerichtet sind, dass sie einen Elektronenstrahl 20 durcheine Trennfuge oder Trennstelle 14 zum Zwecke der Verschweißung derKomponenten 10, 12 an der Trennfuge 14 unddamit zur Herstellung einer geschweißten Anordnung 32 leiten.Der Einfachheit halber werden in den 1 bis 4 für gleiche Elemente gleiche Bezugszeichenverwendet. Die Komponenten 10, 12 können auseiner Vielfalt von Metalllegierungen bestehen, einschließlich Stählen und Superlegierungen (Superalloys), die zur Herstellung von gegossenen Turbinenkomponentenvon Gas- oder Dampfturbinen verwendet werden.As in the 2 . 3 and 4 illustrated, the invention uses a magnetic field from one or more coils 30 is generated, which are aligned so that they have an electron beam 20 through a parting line or parting line 14 for the purpose of welding the components 10 . 12 at the parting line 14 and thus to produce a welded assembly 32 conduct. For the sake of simplicity, the 1 to 4 the same reference numerals are used for the same elements. The components 10 . 12 can be made from a variety of metal alloys, including steels and super alloys, which are used to manufacture cast turbine components of gas or steam turbines.
    [0016] In den 2, 3 ist die Trennfuge im Wesentlichengerade dargestellt, währendin 4 die Trennfuge 14 gebogenoder gewölbtveranschaulicht ist. Bei den in den 2, 3 veranschaulichten Gegebenheitenfindet die Erfindung Anwendung wenn die Komponenten 10, 12 ausMetallen bestehen, die voneinander so verschieden sind, dass dasHakenbildungsphänomendes Strahls auftritt, bei dem der Elektronenstrahl 20 vonder Trennfuge 14 weg und in eine der Komponenten 10 hineinabgelenkt wird. Das Ergebnis ist der hakenförmige Teil 24 einergestrichelt in 3 dargestelltenSchweißnaht.Der hakenförmigeTeil 14 wird mit zunehmender Tiefe der Trennfuge 14 immerausgeprägterund zwar insbesondere bei Tiefen von 4 inches (etwa 10 cm) und mehr.Bei einem bevorzugten Aspekt der Erfindung wird der hakenförmige Teil 24 inder in 3 dargestelltenSchweißnaht 16 alsErgebnis der Einwirkung des oben genannten Magnetfelds nicht ausgebildet, dasvon den Spulen 30 erzeugt wird, die anschließend andie Trennfuge 14 angeordnet und so ausgerichtet sind, dasssie den Elektronenstrahl 20 in der Weise durch die Trennfuge 14 leiten,dass der Strahl 20 geradgerichtet ist.In the 2 . 3 the parting line is shown essentially straight, while in 4 the parting line 14 is illustrated curved or arched. In the in the 2 . 3 illustrated circumstances, the invention applies when the components 10 . 12 consist of metals that are so different from each other that the hooking phenomenon of the beam occurs, in which the electron beam 20 from the parting line 14 away and into one of the components 10 is distracted into it. The result is the hook-shaped part 24 one dashed in 3 shown weld. The hook-shaped part 14 becomes with increasing depth of the parting line 14 more and more pronounced, especially at depths of 4 inches (about 10 cm) and more. In a preferred aspect of the invention, the hook-shaped part 24 in the in 3 shown weld 16 as a result of the action of the above magnetic field is not formed by the coils 30 is generated, which then to the parting line 14 arranged and aligned so that they are the electron beam 20 in the way through the parting line 14 direct that beam 20 is straightened.
    [0017] Die Komponenten 10, 12 in 4 können aus unterschiedlichenMaterialien bestehen, doch braucht deren Verschiedenheit nicht notwendigerweisezu dem Hakenbildungsphänomenzu führen.Die gebogene oder gewölbteTrennfuge 14 zwischen den Komponenten 10, 12 machtes erforderlich, dass der Elektronenstrahl sich mit der Trennfuge 14 so krümmt, dassdie ganze Trennfuge 14 verschweißt wird. In der Turbinenindustriegibt es eine Anzahl von verschweißten Komponenten mit ggfs.anwendbaren Geometrien, die von einer Elek tronenstrahlschweißung indieser Art profitieren könnten,wie etwa Dampfturbinendüsenanordnungen(Leitapparate), bei denen Kränzevon Statorschaufelblätternin Ringe dadurch eingesetzt sind, dass sie mit jeweils einem Ringan dem Schaufelblattende durch eine tiefe, axialsymmetrische Elektronenstrahlverschweißung (ES;EBW) verschweißtsind. In diesem Falle ist die Komponente 10 der 4 ein Teil eines Schaufelblatts,währenddie Komponente 12 den an das Schaufelblatt angeschweißten Ringandeutet. In jedem Fall sind die Komponenten 10, 12 über diegesamte Trennfuge 14 miteinander verschweißt, derart, dassdie Ausbildung eines Bindefehlers der in 1 veranschaulichten Art verhütet ist.The components 10 . 12 in 4 can be made of different materials, but their diversity need not necessarily lead to the hooking phenomenon. The curved or arched parting line 14 between the components 10 . 12 requires that the electron beam align with the parting line 14 so curved that the whole parting line 14 is welded. In the turbine industry there are a number of welded components with possibly applicable geometries that could benefit from electron beam welding in this way, such as steam turbine nozzle arrangements (diffusers), in which rings of stator blades are inserted into rings by being each with one Ring at the blade end are welded by a deep, axially symmetric electron beam welding (ES; EBW). In this case, the component is 10 the 4 part of an airfoil while the component 12 indicates the ring welded to the airfoil. In any case, the components 10 . 12 over the entire parting line 14 welded to one another such that the formation of a binding error of the in 1 illustrated type is prevented.
    [0018] Wenn auch festgestellt werden kann,das Magnetspulen beim Elektronenstrahlschweißen häufig anzutreffen sind, so istdoch deren Einsatz bisher auf die Elektronenstrahlschweißmaschineselbst beschränkt,d.h. auf die Kanone 22 in 1,um den Strahl 20 (koaxial) zu fokussieren oder um den Strahl 20 pendelnzu lassen. Im Gegensatz hierzu ordnet die Erfindung eine oder mehrereSpulen, die ein rechtwinklig zu dem Strahl 20 gerichtetesMagnetfeld erzeugen, in unmittelbarer Nähe der Trennfuge 14 an,an der die Schweißnaht 16 auszubildenist, um so den Strahl 20 örtlich in einer Weise zu verlagern,wie dies fürdie spezielle Situation erforderlich ist. Die Wirkung der Spule(n) 30 istin 2 veranschaulicht. Esist bekannt, dass ein Teilchen mit einer Ladung „q" und einer Geschwindigkeit „V", das sich in einemMagnetfeld „B" bewegt, der Einwirkungeiner Kraft „F", der sogenanntenLorentzkraft, ausgesetzt ist. Diese Kraft wirkt rechtwinklig sowohlzu dem Magnetfeld „B" als auch zu derGeschwindigkeit „V" des Teilchens. DieGröße und dieRichtung der Kraft sind durch das Vektorprodukt V = qV × B gegeben.Bezugnehmend auf 2 erfährt einElektron, das sich in der –Y-Richtungdurch das in der –Z-Richtung(d.h. recht winklig zu der Richtung, in der der Elektronenstrahl 20 durchdie Trennfuge 14 verläuft)wirkende Magnetfeld B bewegt, eine in der +X-Richtung wirkende Krafteinwirkung,die bewirkt, dass das Elektron von seinem vorbestimmten Weg abweicht.In 3 sind die Spulen 30 (inder Zeichenebene) dargestellt und erzeugen ein Magnetfeld (rechtwinkligzu der Zeichenebene) das bewirkt, dass die Elektronen in dem Elektronenstrahl 20 zufolgeder Lorentzkraft nach rechts abgelenkt werden.Although it can be stated that magnetic coils are frequently encountered in electron beam welding, their use has so far been restricted to the electron beam welding machine itself, ie to the cannon 22 in 1 to the beam 20 to focus (coaxially) or around the beam 20 to commute. In contrast, the invention arranges one or more coils that are perpendicular to the beam 20 generate a directed magnetic field in the immediate vicinity of the joint 14 at which the weld seam 16 is to train, so the beam 20 relocate locally in a manner that is necessary for the particular situation. The effect of the coil (s) 30 is in 2 illustrated. It is known that a particle with a charge "q" and a velocity "V" that moves in a magnetic field "B" is exposed to a force "F", the so-called Lorentz force. This force acts perpendicular to both the magnetic field "B" and the velocity "V" of the particle. The magnitude and the direction of the force are given by the vector product V = qV × B. Referring to 2 experiences an electron that is in the –Y direction by that in the –Z direction (ie, quite angled to the direction in which the electron beam 20 through the parting line 14 magnetic field B moves, a force acting in the + X direction, which causes the electron to deviate from its predetermined path. In 3 are the coils 30 (in the plane of the drawing) and generate a magnetic field (perpendicular to the plane of the drawing) that causes the electrons in the electron beam 20 be distracted to the right according to the Lorentz force.
    [0019] Dem Fachmann ist bekannt, dass dasMaß umdas der Elektronenstrahl 20 abgelenkt wird, von der Intensität des Strahls 20 undder Stärkedes von einer oder mehreren Spulen 30 erzeugten MagnetfeldsB abhängt.Die Ablenkung des durch die Trennfuge 14 laufenden Elektronenstrahls 20 kanndurch die Zahl der verwendeten Spulen, z.B. einer Einzelspule 30 oderdes in den 3, 4 dargestellten Arrays einzelnerSpulen 30, den jeweiligen Umständen angepasst werden. Wirdein Array von Spulen 30 verwendet, so kann jede Spule 30 mittelsbekannter Steuersysteme gesteuert werden, so dass die Array so „abgestimmt" werden kann, dasses ein Magnetfeld B zweckentsprechend sich ändernder Stärke längs der Trennfuge 14 erzeugt,so dass der Strahl 20 unter Berücksichtigung der speziellenGegebenheiten, einschließlichder speziellen Gestalt der Trennfuge 14, ordnungsgemäß durchdie Trennfuge 14 geleitet wird. Diese Abstimmwirkung kannentweder durch ein trial-and-error Verfahren oder durch eine numerischeNachbildung vorherbestimmt werden. Bei der Ausführungsform nach 5 kann eine numerische Nachbildung sichauf ein numerisches Model der Komponenten 10, 12 unddie bekannte Gestalt deren gewölbterTrennfuge 14 stützen,so dass die Spulen 30 dazu verwendet werden können, einenElektronenstrahl so zu formen, dass er über die Dicke der Komponenten 10, 12 demgekrümmten Pfadder Trennfuge 14 folgt.It is known to the person skilled in the art that the dimension by which the electron beam 20 is deflected by the intensity of the beam 20 and the strength of one or more coils 30 generated magnetic field B depends. The distraction of the gap 14 running electron beam 20 can be determined by the number of coils used, e.g. a single coil 30 or in the 3 . 4 Arrays of individual coils shown 30 , to be adapted to the respective circumstances. Will be an array of coils 30 used, so any coil 30 can be controlled by means of known control systems so that the array can be “tuned” in such a way that there is a magnetic field B corresponding to changing strength along the parting line 14 generated so that the beam 20 taking into account the special circumstances, including the special shape of the parting line 14 , properly through the parting line 14 is directed. This tuning effect can be predetermined either by a trial-and-error procedure or by a numerical simulation. In the embodiment according to 5 a numerical replica can refer to a numerical model of the components 10 . 12 and the well-known shape of their curved parting line 14 base so the coils 30 can be used to shape an electron beam so that it extends across the thickness of the components 10 . 12 the curved path of the parting line 14 follows.
    [0020] Wenngleich die Erfindung anhand einerbevorzugten Ausführungsformbeschrieben wurde, so versteht sich doch, dass ein Fachmann auchandere Ausgestaltungen benützenkönnte.Deshalb ist der Schutzumfang der Erfindung lediglich durch die nachfolgendenPatentansprüchebeschränkt.Although the invention is based on apreferred embodimenthas been described, it is understood that a person skilled in the artuse other configurationscould.Therefore, the scope of the invention is limited only by the followingclaimslimited.
    权利要求:
    Claims (10)
    [1]
    Elektronenstrahlschweißverfahren, das die folgendenSchritte beinhaltet: – Zusammenbringenvon Gegenständen(10, 12) unter Ausbildung einer dazwischen liegendenTrennfuge (Schweißstoß) (14); – Einwirkenlassen eines örtlichenMagnetfelds auf wenigstens einen Teil der Trennfuge (14);und sodann – Leiteneines Elektronenstrahls (20) auf die Trennfuge (14),um die Gegenstände(10, 12) an der Trennfuge (14) miteinanderelektronenstrahlzuverschweißenund dabei eine geschweißteKomponente (32) zu erzeugen, wobei das örtliche Magnetfeld den Elektronenstrahl(20) beim Durchgang durch die Trennfuge (14) soleitet, dass die Gegenstände(10, 12) überdie gesamte Trennfuge (14) miteinander verschweißt werden.Electron beam welding process, which includes the following steps: - bringing objects together ( 10 . 12 ) forming an intermediate joint (weld joint) ( 14 ); - allow a local magnetic field to act on at least part of the joint ( 14 ); and then - guiding an electron beam ( 20 ) on the parting line ( 14 ) to the objects ( 10 . 12 ) at the parting line ( 14 ) electron beam welding together and thereby a welded component ( 32 ) with the local magnetic field generating the electron beam ( 20 ) when passing through the parting line ( 14 ) so that the objects ( 10 . 12 ) over the entire parting line ( 14 ) are welded together.
    [2]
    Elektronenstrahlschweißverfahren nach Anspruch 1,bei dem die Trennfuge (14) zwischen den Gegenständen (10, 12)gerade ist und das örtliche Magnetfeldden Elektronenstrahl (20) beim Durchgang durch die Trennfuge(14) geradrichtet.Electron beam welding method according to claim 1, wherein the parting line ( 14 ) between the objects ( 10 . 12 ) is straight and the local magnetic field is the electron beam ( 20 ) when passing through the parting line ( 14 ) straightened.
    [3]
    Elektronenstrahlschweißverfahren nach Anspruch 12,bei dem die Gegenstände(10, 12) aus voneinander verschiedenen Metallenbestehen und der auf die Trennfuge (14) gerichtete Elektronenstrahl(20) in Abwesenheit des lokalen Magnetfelds von der Trennfuge(14) weg und in einen der Gegenstände (10, 12)hinein abgelenkt würde.Electron beam welding method according to claim 12, wherein the objects ( 10 . 12 ) consist of different metals and that on the parting line ( 14 ) directed electron beam ( 20 ) in the absence of the local magnetic field from the joint ( 14 ) away and into one of the objects ( 10 . 12 ) would be distracted.
    [4]
    Elektronenstrahlschweißverfahren nach Anspruch 1,bei dem die Trennfuge (14) zwischen den Gegenständen (10, 12)gekrümmtoder gewölbtist und das örtlicheMagnetfeld den Elektronenstrahl (20) beim Durchgang durchdie Trennfuge (14) krümmt.Electron beam welding method according to claim 1, wherein the parting line ( 14 ) between the objects ( 10 . 12 ) is curved or curved and the local magnetic field blocks the electron beam ( 20 ) when passing through the parting line ( 14 ) bends.
    [5]
    Elektronenstrahlschweißverfahren nach Anspruch 1,bei dem das örtlicheMagnetfeld durch eine nahe der Trennfuge (14) angeordneteeinzelne Magnetspule (30) oder durch ein Array unabhängig gesteuerterSpulen (30) zur Einwirkung gebracht wird, die nahe derTrennfuge angeordnet sind.Electron beam welding method according to claim 1, in which the local magnetic field is defined by a near the parting line ( 14 ) arranged single magnetic coil ( 30 ) or by an array of independently controlled coils ( 30 ) is brought into effect, which are arranged near the parting line.
    [6]
    Elektronenstrahlschweißverfahren nach Anspruch 1,bei dem die Trennfuge (14) eine Länge von wenigstens 10 cm ineiner Richtung aufweist, in der der Elektronenstrahl (20)durch die Trennfuge (14) verläuft.Electron beam welding method according to claim 1, wherein the parting line ( 14 ) has a length of at least 10 cm in a direction in which the electron beam ( 20 ) through the parting line ( 14 ) runs.
    [7]
    Elektronenstrahlschweißverfahren nach Anspruch 1,bei dem wenigstens einer der Gegenstände (10, 12)aus einer Superlegierung (superalloy) besteht.Electron beam welding method according to claim 1, wherein at least one of the objects ( 10 . 12 ) consists of a superalloy.
    [8]
    Elektronenstrahlschweißverfahren nach Anspruch 1,bei dem jeder der Gegenstände(10, 12) aus einem Stahl besteht.The electron beam welding method according to claim 1, wherein each of the objects ( 10 . 12 ) consists of a steel.
    [9]
    Elektronenstrahlschweißverfahren nach Anspruch 1,bei dem die Komponente (32) eine Turbinenkomponente ist.The electron beam welding method according to claim 1, wherein the component ( 32 ) is a turbine component.
    [10]
    Komponente (32), die mit dem Elektronenstahlschweißverfahrennach Anspruch 1 gefertigt wurde.Component ( 32 ), which was manufactured with the electron steel welding process according to claim 1.
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    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2007-03-29| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2010-11-18| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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