Elektronenstrahlschweißen und -löten an Atmosphäre mit reduzierter Beschleunigungsspannung an heißrissanfälligen Aluminiumlegierungen

Der Elektronenstrahlprozess an Atmosphäre zeichnet sich durch eine hohe Prozessgeschwindigkeit sowie eine material-, oberflächenbeschaffenheits- und auftreffwinkelunabhängige Energieeinbringung bei minimalem Verzug aus. Zudem bietet das Verfahren an Atmosphäre gegenüber dem Verfahren im Vakuum den Vorteil, dass der Prozess nicht an eine Vakuumarbeitskammer gebunden ist und der Strahl aufgrund der höheren Streuung an Atmosphäre eine gute Spaltüberbrückbarkeit bietet sowie ein sicheres Aufschmelzen des Schweißdrahts ermöglicht. Gegenwertig werden zur Beschleunigung der Elektronen Anlagen mit Spannung bis zu 175 kV betrieben. Die daraus resultierende kinetische Energie wird beim Auftreffen der Elektronen auf die Werkstückoberfläche zum größten Teil in Wärme umgewandelt. Durch das Abbremsen der Elektronen wird zudem Röntgenstrahlung emittiert. Hieraus resultieren hohe Anforderungen an den Röntgenschutz. Eine Reduzierung der Beschleunigungsspannung minimiert den notwendigen Strahlenschutz und verbessert die Überschlagssicherheit im Generator auch beim Bearbeiten von leicht verdampfbaren Materialien. Zugleich ist das Potenzial einer schmaleren Bauform des Strahlerzeugers, die eine deutliche Gewichtsreduktion gegenüber der herkömmlichen Elektronenstrahltechnik zur Folge hat und somit einen Robotereinsatz ermöglicht, sehr groß. Beim Triodensystem mit 60 kV Beschleunigungsspannung reicht die Elektronengeschwindigkeit aus, um die notwendige Energiedichte an der Fügestelle (Löten und Schweißen mit Zusatzwerkstoff) bereitzustellen. In den dem Beitrag zugrunde liegenden Untersuchungen wurden für das Fügen von Aluminium im Dünnblechbereich ein Prozessfenster erarbeitet, prozessbedingte Eigenschaften identifiziert und denen der Hochspannungstechnik gegenübergestellt. Hierzu wurden metallographische und mechanische Untersuchungen durchgeführt und die zuvor bestimmten Parameterfenster auf das Fügen von heißrissanfälligen Aluminiumlegierungen im I-Stoß übertragen.