DE1087295B

DE1087295B - Verfahren und Vorrichtung zum Schweissen mittels eines Ladungs-traegerstrahles

Info

Publication number: DE1087295B
Application number: DEZ7137A
Authority: DE
Inventors: Karl Heinz Steigerwald
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1959-02-20
Filing date: 1959-02-20
Publication date: 1960-08-18
Also published as: GB908726A; AT215265B; FR83659E; BE587765A; US2987610A; CH411168A; GB988726A; NL248568A

Description

DEUTSCHES

Beim Schweißen mit Hilfe einer Energiequelle, die dem zu verschweißenden Material die Energie an der Materialoberfläche zuführt, beispielsweise beim Schweißen mit Hilfe einer Flamme, mit Hilfe eines elektrischen Bogens, beim Schweißen mit Elektroden usw., wird stets nur eine sehr dünne Oberflächenschicht von der Energiequelle aus direkt erhitzt, und die zum Aufschmelzen eines größeren Materialbereiches erforderliche Wärmeausbreitung im Material geschieht durch Wärmeleitung.

Es ist schon vorgeschlagen worden, als Mittel zur Zuführung der notwendigen Energie einen Elektronenstrahl zu verwenden. Bei diesem Verfahren wird der Elektronenstrahl dazu verwendet, an der gewünschten Stelle des Werkstückes einen Oberflächenbereich zu erhitzen und dabei einen durch die über die Wärmeleitung erfolgende Ausbreitung der Energie bestimmten Bereich des Werkstückes aufzuschmelzen.

Alle die genannten Schweißverfahren geben keine Möglichkeit, die Aufschmelzung des zu verschweißenden Materials nur auf den engen Bereich der zu verbindenden Flächen selbst zu beschränken, da die Ausbreitung der Wärmeenergie im Material durch Wärmeleitung praktisch in allen Richtungen gleichmäßig erfolgt. Ein weiterer Nachteil der bekannten Schweißverfahren liegt darin, daß die Energieausbreitung durch Wärmeleitung im Material verhältnismäßig langsam erfolgt.

Bei den bekannten Schweißverfahren ist es weiterhin meist erforderlich, an der Schweißstelle — abgesehen von dünnen Blechen — sich zur Wärmequelle hin öffnende Nahtfugenformen, wie beispielsweise die bekannte V-Naht, und ZusatzwerkstofF zum Ausfüllen der Nahtfuge zu verwenden.

Alle die erwähnten Nachteile werden durch die Verwendung des Schweißverfahrens nach der vorliegenden Erfindung vermieden. Darüber hinaus ergeben sich bei der Verwendung des neuen Schweiß\^rerfahrens eine ganze Reihe bisher unbekannter Möglichkeiten, welche die Anwendung des Schweißens an sich über den bisher erfaßbaren Bereich hinaus wesentlich erweitern.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum Schweißen im Vakuum mit einem auf die Schweißstelle fokussierten, kontinuierlich oder impulsförmig zur Wirkung kommenden Ladungsträgerstrahl, und die Erfindung besteht darin, daß die Intensität des Ladungsträgerstrahles so hoch gewählt wird, daß der Strahl an der Auftreffstelle unter Bilden eines schmalen, hocherhitzten Kanals tief in das Material eindringt und dabei seine Energie entlang der Eindringtiefe an das Material abgibt und dieses zum Schmelzen bringt. Die Intensität des Ladungsträgerstrahles muß dabei so gewählt werden, daß an der Auftreffstelle Verfahren und Vorrichtung
zum Schweißen mittels eines Ladungsträgerstrahles

Anmelder:
Fa. Carl Zeiss, Heidenheim/Brenz

Karl Heinz Steigerwald, Heidenheim/Brenz,
ist als Erfinder genannt worden

eine bestimmte von der Art des zu verschweißenden Materials abhängige Mindestenergiedichte erreicht wird. Sobald diese Energiedichte erreicht ist, dringt der Ladungsträgerstrahl plötzlich und praktisch ohne jeden Übergang unter Bilden eines schmalen hocherhitzten Kanals und gleichzeitigem Aufschmelzen des Materials in einer Tiefe in dasselbe ein, welche im wesentlichen von Material und Ladungsträgerstrahlleistung abhängt. Bei diesem Eindringen des Ladungsträgerstrahl es wird das seitlich an den Strahl angrenzende Material über die gesamte Eindringtiefe des Strahles gleichzeitig aufgeschmolzen. Wird nun der Ladungsträgerstrahl weiterbewegt, so fließt das geschmolzene Material zusammen, und es entsteht eine einwandfreie Verschweißung.

Dieses neue Verfahren zum Schweißen hat den großen Vorteil, daß nur ein kleiner an die Schweißstelle angrenzender Materialbereich thermisch beansprucht wird. Wird dagegen die Schweißung in der bisher bekannten Art ausgeführt, wobei ein Ladungsträgerstrahl auf die Schweißstelle gerichtet wird und hier das Material nur oberflächlich erhitzt, so ist der thermisch beanspruchte Materialbereich etwa fünfbis zehnmal so groß wie bei dem neuen Schweißverfahren.

Das neue Schweißverfahren bringt weiterhin den Vorteil mit sich, daß die Schweißung mit relativ großer Geschwindigkeit durchgeführt werden kann. Dies kommt dadurch zustande, daß nur verhältnismäßig dünne, an den Eindringkanal des Ladungsträger-Strahles angrenzende Materialbereiche erhitzt und aufgeschmolzen werden müssen, wobei diese Erhitzung entlang der Eindringtiefe des Strahles gleichzeitig erfolgt. Bei dem bekannten Schweißverfahren muß dagegen die oberflächlich erzeugte Hitze erst verhältnis-

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mäßig langsam durch Wärmeleitung in das Material und das Anzeigegerät zeigt einen bestimmten Meßwert

eindringen und ein Aufschmelzen eines verhältnis- an, aus welchem dann eindeutig auf das Durchdringen

mäßig großen Materialbereiches bewirken. des Strahles durch das Material geschlossen werden

Es ist in vielen Fällen vorteilhaft, die Intensität des kann.

Ladungsträgerstrahles so groß zu wählen, daß der 5 Weiterhin tritt beim Durchdringen des Ladungs-Strahl das Material vollständig durchdringt. In die- trägerstrahles durch das Material auch auf dessen sem Fall ist gewährleistet, daß die zu verschweißenden Unterseite ein leicht zu beobachtender charakte-Werkstücke über die ganze Tiefe der Naht mitein- ristischer Funkenregen auf. Wird durch eine geeignete ander verschweißt werden. Beobachtungseinrichtung die Werkstückunterseite

Das Eindringen des Ladungsträgerstrahles in das io während des Schweiß Vorganges beobachtet, so kann Material kann in eindeutiger Weise beobachtet wer- also aus dem Auftreten der durch den Funkenregen den. Es ergeben sich dabei die im folgenden beschrie- hervorgerufenen Lichterscheinung eindeutig auf das benen Möglichkeiten. Sobald der Strahl eine solche Durchdringen des Strahles durch das Material geIntensität erreicht hat, daß er tief in das Werkstück schlossen werden.

eintritt, tritt auf der Oberseite des Materials ein 15 Die mittels des neuen Schweiß Verfahrens herstellleicht zu beobachtender charakteristischer Funken- baren Schweißnähte unterscheiden sich im Schnittbild regen auf. Durch Beobachten der Materialoberfläche eindeutig von den mit den bisher bekannten Schweißkann also eindeutig darauf geschlossen werden, daß verfahren hergestellten Schweißnähten. Während der Ladungsträgerstrahl in das Werkstück eindringt, nämlich bei diesen durch die radiale Ausdehnung der sobald der erwähnte Funkenregen auftritt. Weiterhin 20 Erwärmung von der Oberfläche her gebildete Formen besteht die Möglichkeit, die Temperatur des bearbei- der Aufschmelzungszone zu erkennen sind, zeigen teten Materials an oder in der Nähe der Oberfläche nach den neuen Schweißverfahren hergestellte zu messen. Ist die zum Eindringen des Strahles not- Schweißnähte nur eine sehr schmale aufgeschmolzene wendige Mindesttemperatur bekannt, so kann aus dem Zone, die im oberen Teil einem sehr schmalen V ent-Erreichen dieser Temperatur geschlossen werden, daß 25 spricht und im unteren Teil fast parallele Ränder aufder Strahl tatsächlich in das Werkstück eindringt. weist.

In vielen Fällen wird beim Schweißen durch Vor- Bei dem neuen Schweiß verfahren tritt der überversuche die zum Eindringen des Strahles notwendige raschende Effekt auf, daß der tief in das Material ein-Mindestenergiedichte des Strahles bestimmt, die von dringende Ladungsträgerstrahl im Materialinneren der Werkstoffart abhängt. Das Erreichen dieser Min- 30 stärker fokussiert wird, als es dem Fokussierungszudestenergiedichte kann sodann beim eigentlichen stand des auf der Oberfläche des Werkstückes auf-Schweißvorgang durch eine Überwachung der Be- treffenden Strahles entspricht. Diese zusätzliche Fotriebswerte des Ladungsträgerstrahles kontrolliert kussierung wird wahrscheinlich durch in der Oberwerden, fläche des Materials gebildete positive Ladungsträger

Das Eindringen des Ladungsträgerstrahles in das 35 bewirkt. Ist eine solche »zusätzliche Fokussierung«

Material ergibt weiterhin eine plötzliche Veränderung erreicht, so dringt der Ladungsträgerstrahl auf ver-

der oberhalb des Materials auftretenden Röntgen- engtem Querschnitt sehr schnell durch das Material,

strahlung. Durch Messen dieser Strahlung kann also d. h., es kann mit einem Minimum an Erhitzung ge-

auch eindeutig auf das Eindringen des Strahles ge- schweißt werden. Versuche haben gezeigt, daß mit

schlossen werden. 40 dem neuen Schweißverfahren Schweißgeschwindig-

Auch das Durchdringen des Ladungsträgerstrahles keiten von etwa 70 bis 80 cm/min erreicht werden

durch das zu bearbeitende Material kann in einfacher können. Dabei empfiehlt es sich, z. B. zum Verschwei-

und sicherer Weise bestimmt werden. Auch hierzu ßen von etwa 4 mm dicken Zirkonblechen, einen Strahl

gibt es verschiedene Möglichkeiten, von denen im fol- von 0,1 bis 0,2 mm 0 zu verwenden, dessen Strahl-

genden einige erwähnt werden sollen. 45 Stromstärke bis zu 10 mA und dessen Beschleuni-

Ordnet man unterhalb des zu bearbeitenden Werk- gungsspannung 100 kV beträgt.

Stückes eine isoliert gelagerte Elektrode an, so kann Das neue Schweißverfahren bietet die Möglichkeit,

aus der Stromaufnahme dieser Elektrode eindeutig auf jede Art von Schweißnähten sehr schnell und mit

das Durchdringen des Ladungsträgerstrahles geschlos- minimaler Wärmebeanspruchung des behandelten

sen werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, 50 Materials herzustellen. Sollen beispielsweise längere

das Werkstück isoliert zu lagern und die Stromauf- Schweißnähte hergestellt werden, so wird der La-

nahme des Werkstückes zu messen. Sobald sich diese dungsträgerstrahl sofort nach Erreichen der ge-

Stromaufnahme verringert, tritt der Strahl durch das wünschten Eindringtiefe in das Material mit solcher

Werkstück hindurch. Geschwindigkeit in Nahtrichtung bewegt, daß die ge-

Ordnet man unterhalb des Werkstückes Vorrich- 55 wünschte Eindringtiefe während des gesamten tungen an, welche zur Messung der hier auftretenden Schweißvorganges konstant bleibt.
Streu- und Sekundärelektronen dienen, so kann in Wegen der außerordentlich schmalen Schweißeindeutiger Weise aus der Zunahme dieses Stromes zone einerseits, wegen des fast parallelen Randverauf das Durchdringen des Strahles durch das Material laufes dieser Zone andererseits und schließlich wegen geschlossen werden. 60 der ungewöhnlich schmalen Erwärmungszonen in den

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, unterhalb Werkstücken erfolgt die Schweißung mit dem erfindes zu bearbeitenden Materials in an sich bekannter dungsgemäßen Verfahren praktisch Verzugs- und Weise eine durch irgendwelche Meßgeräte feststell- schrumpfungsfrei, vor allem ohne Winkelschrumpfung, .bare Substanz, z. B. eine radioaktive Substanz, anzu- so daß fertig bearbeitete Stücke miteinander verordnen. In diesem Fall wird unterhalb des Werk- 65 schweißt werden können ohne anschließende Nachstückes ferner ein Meßgerät angeordnet, welches nur bearbeitung.

einen solchen Raumwinkel der Meßstrahlung erfaßt, Besteht die Aufgabe, zwei aufeinander senkrecht

daß im Ruhezustand keine Anzeige erfolgt. stehende Werkstücke miteinander durch Kehlnähte zu

Dringt nun der Ladungsträgerstrahl durch das Ma- verschweißen, wobei das erste Werkstück mit einer

terial hindurch, so wird die Meßsubstanz verdampft, 70 Kante auf einer Seite des zweiten Werkstückes auf-

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sitzt, so wird diese Aufgabe vorteilhaft unter Verwen- entsprechend der Verschiedenheit der thermischen dung des neuen Schweißverfahrens dadurch gelöst, Eigenschaften ihrer Materialien zugeführt wird. Es daß der Ladungsträgerstrahl, von der freien Seite kann dabei vorteilhaft sein, den Ladungsträgerstrahl kommend, das zweite Werkstück in Richtung und ent- so auf die zu verschweißenden Werkstücke zu fokuslang der Kante des aufsitzenden Werkstückes durch- 5 sieren, daß er nur in das aus dem höherschmelzenden dringt und so eine Verschweißung herbeiführt. Grund- Material bestehende Werkstück in unmittelbarer Nähe sätzlich gelingt es mit dem neuen Schweißverfahren der Nahtstelle eindringt. In diesem Fall wird ein geauch zwei Werkstücke miteinander zu verschweißen, ringer Teil des höherschmelzenden Materials aufgewobei ein Werkstück, in Strahlrichtung gesehen, schmolzen, und dieser aufgeschmolzene Materialunterhalb des zweiten Werkstückes gelegen ist. Der io bereich gibt nach Weiterführen des Ladungsträger-Ladungsträgerstrahl wird in diesem Fall so gesteuert, Strahles so viel Energie an das niedrigerschmelzende daß er das obere Werkstück durchdringt und in das Material ab, daß eine einwandfreie Verschweißung zweite Werkstück einschneidet. Durch diese Art der entsteht.

Steuerung des Ladungsträgerstrahles entsteht bei Die Erfindung wird an Hand der Ausführungsbeiminimaler Wärmebeanspruchung der Werkstücke 15 spiele darstellenden Fig. 1 bis 15 näher erläutert. Da-

eine einwandfreie Verschweißung. bei zeigt

Es gelingt in der angegebenen Weise beispielsweise, Fig. 1 eine erfmdungsgemäße Einrichtung zum

zwei oder mehr in Strahlrichtung gesehen hinterein- Schweißen mit Hilfe eines Elektronenstrahles, im

ander angeordnete Platten flächenhaft oder entlang Schnitt gezeichnet,

bestimmter vorgegebener Linien miteinander zu ver- 20 Fig. 2 einen Teilschnitt durch die Vorrichtung der

schweißen. Ebenso gelingt es, auf ein beliebig geform- Fig. 1 entlang der Linie H-II,

tes Werkstück eine Deckplatte aufzuschweißen, wobei Fig. 3 eine Teilansicht des in Fig. 1 dargestellten

eine Schweißung beispielsweise nur an bestimmten Gerätes,

Stellen oder entlang bestimmter Linien dieses Werk- Fig. 4 einen Teilschnitt durch den Bearbeitungsstückes möglich ist. Ein weiterer Vorteil des neuen 25 raum einer Einrichtung zum Schweißen mit Hilfe Schweißverfahrens liegt darin, daß es mit seiner eines Elektronenstrahles, welche eine zur Justierung Hilfe auch gelingt, ein beliebiges, z. B. gitterförmiges des Strahles dienende Platte enthält,
Werkstück zwischen zwei Platten einzuschweißen Fig. 5 eine Schleusenanordnung zum Ausschleusen (»Honigwabenstruktur«). bearbeiteter und zum Einschleusen neuer Objekte in

Das neue Schweißverfahren kann mit großem Vor- 30 schematischer Darstellung,

teil auch dazu verwendet werden, in an sich bekannter Fig. 6 eine Teilansicht einer Einrichtung zum

Weise punktförmige \^rerschweißungen zweier Werk- Schweißen mit Hilfe eines Ladungsträgerstrahles

stücke herbeizuführen. Zu diesem Zweck ist es be- unter Verwendung eines Druckstufensystems, teilweise

kanntlich erforderlich, den Ladungsträgerstrahl nach im Schnitt gezeichnet,

Erreichen der gewünschten Eindringtiefe in das Mate- 35 Fig. 7 eine Teilansicht einer Einrichtung zum

rial und nach Abgabe einer zum Aufschmelzen eines Schweißen mit Hilfe eines Ladungsträgerstrahles

genügend großen Bereiches ausreichenden Energie- unter Verwendung einer eine bewegte Blende enthal-

menge abzuschalten. Es entsteht in diesem Fall eine tenden Zwischendruckkammer, teilweise im Schnitt

Punktschweißung etwa in der Art der bekannten gezeichnet,

Lichtbogenpunktschweißung. 40 Fig. 8 a ein Schnittbild durch zwei miteinander ver-

In vielen Fällen ist es auch vorteilhaft, den La- schweißte Werkstücke, welche gemäß einem der bedungsträgerstrahl in an sich bekannter Weise so zu kannten Schweißverfahren bearbeitet wurden.,
steuern, daß Punktschweißungen entstehen, wobei der Fig. 8 b ein Schnittbild zweier unter Anwendung Strahl zwischen den einzelnen Schweißungen weiter- des neuen Schweißverfahrens miteinander verschweißgeführt wird, in der Art, daß schließlich eine aus an- 45 ter Werkstücke,

einandergrenzenden, sich überlappenden oder vonein- Fig. 9 ein Schnittbild zweier unter Anwendung des

ander getrennten Schweißpunkten bestehende Schweiß- neuen Verfahrens miteinander verschweißter, aus

naht entsteht. Besonders vorteilhaft ist es, dabei den thermisch verschiedenen Materialien bestehender

Ladungsträgerstrahl zur Herstellung punktweiser Werkstücke,

Verschweißungen zweier Werkstücke in einer den ge- 50 Fig. 10 ein Schnittbild einer unter Anwendung des

wählten Befestigungspunkt als Mittelpunkt enthalten- neuen Schweißverfahrens hergestellten Kehlnaht,

den Kreisbahn zu führen und ihn nach Durchlaufen Fig. 11 einen Schnitt durch eine mit einer Deck-

dieser Bahn abzuschalten. Dabei wird ein Maximum und einer Grundplatte verschweißten höckerförmigen

der Festigkeit mittels eines Minimums der verwen- Platte,

deten/Energie erreicht. Es kann auch zweckmäßig sein, 55 Fig. 12 die Draufsicht auf ein mit Hilfe des neuen

den Strahl auf einer spiralförmig um den Befesti- Sch weiß Verfahrens bearbeitetes Werkstück,

gungspunkt gelegten Bahn zu bewegen. Fig. 13 einen Schnitt durch zwei mit Hilfe des

Das neue Schweißverfahren kann auch Anwendung neuen Schweißverfahrens miteinander verschweißte

finden zur Verschweißung von Werkstücken, welche Platten,

aus thermisch sehr unterschiedlichen Materialien ge- 60 Fig. 14 ein Schnittbild einer unter Anwendung des

bildet sind. Richtet man in diesem Fall den Ladungs- neuen Schweißverfahrens hergestellten Kehlnaht,

trägerstrahl genau auf die Schweißstelle, so wird das Fig. 15 eine unter Anwendung des neuen Schweiß-

niedrigerschmelzende Material überhitzt, ehe das verfahren« ausgeführte Punktschweißung.

höherschmelzende Material aufgeschmolzen ist. Diese Fig. 1 zeigt eine gemäß der Erfindung aufgebaute

Überhitzung ist jedoch sehr kurzzeitig und wird im 65 Einrichtung zum Schweißen mit Hilfe eines Elek-

allgemeinen dem Material nicht schaden. In vielen tronenstrahles, bei welcher die Intensität des Strahles

Fällen ist es jedoch besser, eine Überhitzung des Ma- während des Schweißvorganges impulsförmig zur

- terials dadurch zu vermeiden, daß der Ladungsträger- Wirkung gebracht wird.

strahl so auf die zu verschweißenden Werkstücke Mit 1 ist ein ölgefüllter Behälter bezeichnet, auf

fokussiert wird, daß diesen die Energie anteilmäßig 70 welchem ein Impuls-Ioslier-Transformator 2 angeord-

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net ist, der mit einem Isolatoransatz in diesen Behälter durch die Öffnung des Ablenksystems 23, innerhalb

eintaucht. In den Behälter 1 taucht ferner ein drei- deren die Ablenkfelder aufgebaut werden,

adriges Hochspannungskabel 3 sowie ein weiterer Iso- Zur Beobachtung des Schweiß Vorganges dient ein

latoransatz 4 ein. Durch den Isolatoransatz 4 führen optisches System, welches die mikroskopische Auf-

die Leitungen zur Zuführung der Heizspannung zur 5 lichtbeleuchtung des Werkstückes 26, 27 erlaubt. Die-

Kathode 5 und zur Zuführung der Spannung zum ses System besteht aus einem Beleuchtungssystem 12,

Wehnelt-Zylinder 6. Unterhalb des Wemielt-Zylin- welches paralleles Licht liefert. Dieses Licht wird

ders 6 ist die geerdete Anode 7 gezeichnet. über zwei metallische Prismen 13 und 14 mit Durch-

Im Gerät 45 wird eine Hochspannung von beispiels- bohrungen 62, 63 eines Spiegels 16 auf eine in axialer weise 100 kV erzeugt und mittels eines mit einem Erd- io Richtung verschiebbare Linse 17 reflektiert und von mantel versehenen Hochspannungskabels dem Gerät dieser auf das Werkstück fokussiert. Unterhalb der 44 zugeführt. Dieses Gerät dient zur Erzeugung der Linse 17 ist eine auswechselbare Glasplatte 18 angeregelbaren Heizspannung und der regelbaren Wehnelt- ordnet, welche die Linse 17 vor etwaigen Verunreini-Zylinder-Spannung. Diese Spannungen werden über gungen durch Metalldämpfe schützt. Die Linse 17 das mit einem Erdmantel versehene dreiadrige Hoch- 15 wird mittels eines Knopfes 19 in axialer Richtung bespannungskabel 3 in den ölgefüllten Behälter 1 einge- wegt.

führt. Die beispielsweise auf —100 kV liegende Heiz- Das von der Oberfläche des Werkstückes 26, 27

spannung wird direkt der Kathode 5 zugeleitet. Die reflektierte Licht wird durch die Linse 17 parallel ge-

Wehnelt-Spannung von beispielsweise —101 kV wird richtet und über den Spiegel 16 in ein als Stereo-

durch den Isolatoransatz der Sekundärwicklung des 20 mikroskop ausgebildetes Beobachtungssystem 49 ge-

Impuls-Isolier-Transformators 2 zugeführt und ge- lenkt (s. Fig. 2). Das Mikroskop 49 ist von bekannter

langt von dort aus direkt zum Wehnelt-Zylinder 6. Bauart, lediglich sein Objektiv ist durch die Linse 17

Ein Gerät 46 dient zur Erzeugung der Steuer- ersetzt. Das Mikroskop ist mit einem Vergrößerungsimpulse. Dieses Gerät liegt in dem hier dargestellten wechsler 64 ausgestattet, welcher es erlaubt, die Werk-Beispiel auf Erdpotential. Die vom Gerät 46 erzeugten 25 Stückoberfläche in verschiedenen Vergrößerungen zu Steuerimpulse werden der Primärwicklung des beobachten.

Impuls-Isolier-Transformators 2 zugeführt. Diese Der unter Hochvakuum stehende Strahlerzeugungs-

Wicklung liegt auf Erdpotential. Die Sekundärwick- raum ist mit einem leitenden Mantel 11 versehen und

lung des Isolier-Transformators 2 ist hochspannungs- geerdet.

mäßig von der Primärwicklung isoliert und liegt auf 30 Der Elektronenstrahl 25 tritt durch die Öffnung

Hochspannung. Sie dient zur Überführung der der des Ablenksystems 23 aus dem Gehäuse 11 aus und in

Primärwicklung zugeführten Impulse auf Hochspan- einen Bearbeitungsraum 24 ein. Dieser Bearbeitungs-

nungspotential. raum ist ebenfalls mit einem leitenden Mantel ver-

Die Anordnung ist so getroffen, daß das Strahl- sehen und geerdet. Im Raum 24 ist das zu bearbeitende erzeugungssystem (5, 6, 7) zunächst gesperrt ist, d. h. 35 Werkstück auf einem Kreuztisch angeordnet, welcher also, daß kein Elektronenstrahl aus der Anode 7 aus- es erlaubt, das Objekt in zwei zueinander senkrechten treten kann, solange das Impulserzeugungsgerät 46 Koordinatenrichtungen zu bewegen,
nicht arbeitet. Dies wird dadurch erreicht, daß der Inder Darstellung der Fig. 1 sind im Bearbeitungs-Wehnelt-Zylinder 6 auf einer Spannung liegt, welche raum 24 zwei Bleche 26 und 27 angeordnet, welche beispielsweise 1 kV negativer ist als die Spannung der 40 zusammengeschweißt werden sollen. Diese Bleche sind Kathode 5. Wird das Impulserzeugungsgerät 46 ein- mittels eines Spanntisches 28 gehaltert, welcher seinergeschaltet, so werden dem Wehnelt-Zylinder positive seits auf einem Tisch 29 angeordnet ist. Dieser Tisch Hochspannungsimpulse zugeführt, welche die Wehnelt- kann senkrecht zur Papierebene verschoben werden. Spannung so weit vermindern, daß ein Elektronen- Der Tisch 29 ist auf einem weiteren Tisch 30 angestrahl aus der Anode 7 austreten kann. Dieser Elek- 45 ordnet, welcher in der Papierebene verschoben werden tronenstrahl wird sofort nach Beendigung des Steuer- kann. Ein Tisch 31 dient zur Lagerung des gesamten impulses gesperrt. Kreuztisches.

In Strahlrichtung gesehen unterhalb der Anode 7 Zur Bewegung des Kreuztisches dienen zwei Handist eine Blende 8 angeordnet, welche mittels der räder 35 und 40. Durch Drehen des Handrades 40 Knöpfe 9 und 10 in der Papierebene und senkrecht 50 wird der Tisch 30 über einen Seilzug von links nach zur Papierebene bewegt werden kann. rechts oder umgekehrt bewegt. Durch Betätigen des

Nach erfolgter Justierung des Elektronenstrahles Handrades 35 wird der Tisch 29 senkrecht zur Zei-

25 durch Verschieben der Blende 8 fällt der Strahl chenebene bewegt.

durch ein geerdetes Rohr 15 und' wird mittels einer Zur Erzielung einer gleichförmigen Bewegung in

elektromagnetischen Linse 20 auf das zu bearbeitende 55 Nahtrichtung ist ein motorischer Antrieb vorgesehen.

Werkstück 26, 27 fokussiert. Der obere Polschuh der Diesem Zweck dient ein Elektromotor 38, welcher

elektromagnetischen Linse 20 ist mit 21 bezeichnet, über ein Getriebe 37 ein Rad 36 antreibt, über dieses

während der untere Polschuh die Bezeichnung 22 Rad 36 wird nun das Handrad 35 angetrieben, so daß

trägt. ' ' sich also beim Einschalten des Motors 38 eine konti-

Unterhalb der elektromagnetischen Linse 20 ist ein 60 nuierliche Bewegung des Kreuztisches in Nahtrichtung Ablenksystem 23 angeordnet, welches dazu dient, den ergibt. Dem Motor 38 ist ein Gerät 39 vorgeschaltet, Elektronenstrahl 25 zu bewegen. In einem Gerät 61 welches zur kontinuierlichen Regelung der Drehgewerden die zur Versorgung des Ablenksystems 23 die- schwindigkeit des Motors dient.

nenden regelbaren Ablenkströme erzeugt. Ein weiteres Der Tisch 29 des Kreuztisches ist zweckmäßig mit

Gerät 43 dient zur Stromversorgung der elektro- 65 Endlageschaltern ausgerüstet. Diese Endlageschalter

magnetischen Linse 20. sind in der Darstellung der Fig. 1 nicht gezeichnet.

Das Ablenksystem 23 besteht aus vier jeweils mit Die Anordnung ist so getroffen, daß nach Betätigung einem ferromagnetischen Kern versehenen Spulen, eines Endlageschalters über das Gerät 39 die Drehweiche in der senkrecht zur Strahlrichtung gelegenen richtung des Elektromotors 38 automatisch umgeschal-Ebene angeordnet sind. Der Elektronenstrahl 25 fällt 70 tet wird.

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In der in Fig. 4 dargestellten. Einrichtung ist unterhalb der miteinander zu verschweißenden Werkstücke 26, 27 eine Elektrode 57 angeordnet, welche mittels eines Isolators 58 gehaltert ist. Die Elektrode 57 ist 5 über einen Widerstand 59 mit Erde verbunden und steht zugleich mit einem Verstärker 60 in Verbindung.

Wird das Schweißgerät so eingestellt, daß der Elektronenstrahl die miteinander zu verschweißenden Werkstücke 26, 27 vollständig durchdringt, so erhält

Der Bearbeitungsraum 24 ist mit einer Öffnung 47 versehen, an welche eine durch die Pumpe 48 angedeutete Pumpvorrichtung angeschlossen ist. Mittels dieser Pumpvorrichtung werden während des Beartieitungsvorganges sowohl der Bearbeitungsraum 24 als auch das Gehäuse 11 auf Hochvakuum gehalten.

Wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, enthält der Bearbeitungsraum 24 ein Fenster 33, welches die gleichzeitige
Beobachtung der Werkstückoberseite und der Werkstückunterseite erlaubt. Das Fenster 33 ist mittels io die Elektrode 57 eine elektrische Ladung. Diese Laeines Ringes 32 auf dem Gehäuse des Bearbeitungs- dung fließt über den Widerstand 59 zur Erde ab, und raumes 24 befestigt. die am Widerstand 59 abfallende Spannung kann bei-

Die in Fig. 4 dargestellte Einrichtung zum Schwei- spielsweise dazu verwendet werden, die Drehgeschwinßen mit Hilfe eines Elektronenstrahles enthält eine digkeit des Motors 38 zu regeln. Dadurch wird geaus hitzebeständigem Material hergestellte Platte 55, 15 währleistet, daß die Werkstücke 26, 27 mit einer solwelche zur Justierung des Elektronenstrahles dient. chen Geschwindigkeit verschoben werden, daß der Diese Platte ist bei 53 gehaltert. Die Halterung 53 ist Elektronenstrahl 25 immer in demselben Maß die beiihrerseits drehbar auf einer Achse 52 gelagert, welche den Werkstücke durchdringt. Die vom Verstärker 60 eine Zahnstange aufweist. In diese Zahnstange greift gelieferte Spannung kann jedoch auch dazu verwendet ein Zahnrad 51 ein, welches über einen Elektromotor 20 werden, den Grad des Durchdringens des Elektronen-50 angetrieben wird. Die Achse 52 gleitet in einer Strahles 25 durch die Werkstücke 26, 27 anzuzeigen. Führung 54. Mit der Achse des Motors 50 ist zugleich In Fig. 5 ist eine Vorrichtung dargestellt, mit deren

ein Rad 56 verbunden, welches über einen Schnurzug Hilfe es gelingt, die bearbeiteten Objekte in an sich mit der Halterung 53 in Verbindung steht. bekannter Weise aus dem Hochvakuum auszuschleusen

Beim Anschalten des Motors 50 wird die Platte 55 35 und neue Objekte einzuschleusen, ohne das Hochentsprechend der Drehrichtung des Motors auf und vakuum im Gerät zu stören. Zu diesem Zweck sind ab bewegt. Dabei ist durch den über das Rad 56 be- seitlich an den Bearbeitungsraum 24 weitere Räume tätigten Seilzug dafür gesorgt, daß keine Kippung der 71 bzw. 73 angeschlossen, welche mit Pumpanschlüs-Platte 55 auftritt. Soll eine Kippung dieser Platte er- sen 72 bzw. 74 versehen sind. Zum Abschluß dieser reicht werden, so wird über eine hier nicht dargestellte 30 Räume gegenüber dem Bearbeitungsraum 24 dienen Kupplung das Zahnrad 51 von der Zahnstange der klappbar angeordnete Schleusen türen 75 bzw. 77. Zum Achse 52 getrennt. Bei Betätigung des Motors 50 dreht Abschluß der Räume 71 bzw. 73 gegenüber dem sich also lediglich noch das Rad 56, und die Scheibe Außendruck dienen ebenfalls klappbar angeordnete 55 wird gekippt. Schleusentüren 76 bzw. 78. Die Räume 71 und 72 ent-

. Zum Einleiten einer Schweißung wird zunächst der 35 halten fahrbare Wagen 79 bzw. 81, welche mittels hier Tisch 30 so weit nach links bewegt, daß die Platte 55 ■ nicht dargestellter Elektromotoren in Richtung auf unter die Auftreffstelle des Elektronenstrahles 25 zu den Bearbeitungsraum 24 und von diesem weg bewegt liegen kommt. Hierauf kann durch entsprechende Be- werden können.

tätigung des Elektromotors 50 die Platte 55 in ge- Die Wirkungsweise der in Fig. 5 dargestellten Vor-

wünschter Weise verschoben oder gekippt werden, um 40 richtung ist folgende:

die erforderliche Fokussierung des Strahles 25 beob- Nach erfolgter Bearbeitung eines Objektes wird der

Tisch 29 in eine Endlage gefahren. Nach Erreichen dieser Endlage wird der Motor 38 entweder automatisch oder von Hand ausgeschaltet, und es wird zu-45 nächst die Klapptür 77 geöffnet und der Wagen 81 an den Bearbeitungsraum 24 herangefahren. Sodann wird durch einen geeigneten, hier nicht dargestellten Transportmechandsmus das Objekt 26 zusammen mit der Einspannvorrichtung 28 auf den Wagen 81 transpor-

Zugleich wird der Tisch 29 so weit nach vorn ver- 5<> tiert. Dieser Wagen läuft dann in Richtung auf die schoben, bis die Auftreffstelle des Strahles 25 vor dem Tür 78, die Tür 77 wird geschlossen, und der Tisch vorderen Ende der Werkstücke 26,27 liegt. Eine solche 29 läuft bis zur rechten Endlage. Daraufhin wird die Einstellung wird deshalb gewählt, damit nach erfolg- Klapptür 75 geöffnet, der Wagen 79 nach links getem Einschalten des Elektromotors 38 der Tisch 29 fahren und ein neues Objekt 80 durch eine hier ebenschon eine gleichförmige Bewegung aufgenommen hat, 55 falls nicht dargestellte Transportvorrichtung auf den ehe der Schweißstrahl 25 auf die Werkstücke auftrifft. Tisch 29 transportiert. Sodann fährt der Wagen 79

Es kann vorteilhaft sein, in hier nicht dargestellter Weise die Platte 55 mit einer Wasserkühlung oder einer sonstigen Kühlung zu versehen.

Ebenso kann es zweckmäßig sein, vor das vordere 60
Ende der miteinander zu verschweißenden Werkstücke
26, 27 eine Leiste zu schalten, welche aus demselben
Material hergestellt ist wie die Werkstücke. Durch
diese Maßnahme wird das Auftreten einer breit eingeschmolzenen Schweißnaht am vorderen Ende der mit- 65 dieser Figur hervorgeht, ist eine elektromagnetische einander zu verschweißenden Werkstücke vermieden. Linse 82 so ausgebildet, daß zwischen ihren oberen Nach erfolgter Justierung des Elektronenstrahles Polschuhen 83 und ihren unteren Polschuhen 84 eine wird dieser abgeschaltet und nach beendeter Ein- abgeschlossene Kammer 86 entsteht. Diese Kammer stellung des Kreuztisches zusammen mit dem Elektro- ist mit einem Anschluß 87 versehen, an welchem eine motor 38 eingeschaltet. 70 nicht dargestellte Vakuumpumpe angeschlossen ist.

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achten zu können. Dabei kann es insbesondere vorteilhaft sein, die Platte 55 zu kippen und dadurch den Verlauf des Elektronenstrahles über einen verhältnismäßig großen Bereich zu beobachten.

Nach erfolgter Justierung des Elektronenstrahles 25 wird der Tisch 30 so weit nach rechts verschoben, bis die Nahtstelle der Werkstücke 26, 27 unter die Auftreffstelle des Elektronenstrahles 25 zu liegen kommt.

nach rechts, die Tür 75 wird geschlossen, und nach erfolgter Justierung kann ein neuer Schweißvorgang ablaufen.

Um Schweißungen durchführen zu können, bei welchen entweder ein Schutzgas anwesend ist oder bei welchen ein gasförmiges Zusatzmaterial an die Schweißstelle herangebracht werden soll, wird die in Fig. 6 dargestellte Vorrichtung verwendet. Wie aus

11 12

Die unteren Polschuhe 84 tragen ein enges Röhrchen können als bei den bisher bekannten Schweißverfah-85, welches durch seinen Querschnitt das Eindringen ren. Der thermisch beanspruchte Materialbereich umvon Gas in den Raum 86 erschwert, jedoch den Durch- faßt nur etwa ein Zehntel des bei den bekannten tritt des Elektronenstrahles nicht behindert. Unterhalb Schweißverfahren beanspruchten Materialbereiches, des Raumes 86 ist ein weiterer Raum 88 angeordnet, 5 Fig. 9 zeigt zwei thermisch sehr unterschiedliche welcher über einen Anschluß 89 mit einer weiteren Materialien 131 und 132, welche entlang der Naht 133 Vakuumpumpe in Verbindung steht. Ein weiterer verschweißt sind. Zu diesem Zweck wird der Ladungs-Raum 90, welcher über eine Anschlußleitung 91 eben- trägerstrahl 125 auf das aus höherschmelzendem Mafalls mit einer Vakuumpumpe verbunden ist, ist unter- terial bestehende Werkstück 132 fokussiert. Die dabei halb des Raumes 88 angeordnet. Unterhalb des Rau- io entstehende Schmelzzone 134 umfaßt auch einen Randmes 90 ist ebenso, wie in Fig. 1 dargestellt, ein Ab- bezirk des aus niedrigerschmelzendem Material be-Ienksystem23 angeordnet. stehenden Werkstückes 131, ohne daß eine Über-

Der Bearbeitungsraum 25 ist mit einem Gefäß 93 hitzung dieses Materials entsteht.

verbunden, welches über ein Nadelventil 94 dem Bear- Fig. 10 zeigt eine mit dem neuen Verfahren her-

beitungsraum Gas zuführt. Das überschüssige Gas 15 gestellte doppelte Kehlnaht. Es wird hier der La- bzw. das entstehende Reaktionsprodukt wird mittels dungsträgerstrahl so justiert, daß er nur auf das einer an einem Anschluß 92 angeschlossenen Pumpe Werkstück 136 auftrifft und in dieses eindringt. Die abgezogen. dabei entstehende Schmelzzone 137 umfaßt auch einen

Die in Fig. 7 dargestellte Vorrichtung dient dem- schmalen Randbezirk des Werkstückes 135. Es ist selben Zweck wie die Vorrichtung der Fig. 6. In die- 20 jedoch durch eine solche Steuerung des Ladungssem Fall ist zwischen dem Bearbeitungsraum 24 und trägerstrahles gewährleistet, daß zum Verschmelzen dem Strahlerzeugungsraum 11 eine Zwischendruck- lediglich vom Werkstück 136 stammendes Material kammer 95 angeordnet, die über einen Anschluß 97 verwendet wird. Dies bedeutet, daß die Stärke mit einer Vakuumpumpe verbunden ist. Die Kammer des Werkstückes 135 an keiner Stelle vermindert 95 enthält eine Scheibenblende 96, welche mittels eines 25 wird.

Elektromotors 98 um eine Achse 99 gedreht wird. Die Fig. 11 zeigt ein Werkstück 138, welches eine hök-

Scheibe 96 ist mit einem Kranz 100 versehen, der kerförmige Oberfläche aufweist. Dieses Werkstück ist Löcher 101 enthält. Diese Löcher 101 werden so zwi- mit einer Deckplatte 139 und einer Grundplatte 140 sehen den Öffnungen 102 und 103 bewegt, daß die verschweißt. Zur Herstellung einer solchen Verschwei-Zeit, welche vom Raum 24 aus in eine der Öffnungen 30 ßung wird der Ladungsträgerstrahl auf die Stelle 141 102 eintretende Gasmoleküle brauchen, um die Öff- gerichtet und dringt an dieser Stelle 'durch die Platte nung 101 zu erreichen, länger ist als die Zeit, während 139 und das Werkstück 138 hindurch. Nach Erreichen der die Öffnungen 101, 102, 103 verbunden sind. Das der gewünschten Eindringtiefe in das Material und in die Öffnungen 101 eingedrungene Gas wird jeweils nach Abgabe einer zum Aufschmelzen eines genügend beim Schließen der Verbindung 101, 102, 103 durch 35 großen Bereiches ausreichenden Energiemenge wird 97 abgesaugt. ' der Ladungsträgerstrahl abgeschaltet. Danach werden

Es ist ferner eine hier nicht dargestellte Steuervor- die Werkstücke so weit seitlich bewegt, bis beispielsrichtung vorgesehen, welche den Ladungsträgerstrahl weise die Stelle 142 unter der Auftreffstelle des Straheinschaltet, sobald die Verbindung 101, 102, 103 her- les liegt. Sodann wird der Ladungsträgerstrahl wieder gestellt ist und die den Strahl abschaltet, sobald diese 40 eingeschaltet, und es entsteht eine punktförmige VerVerbindung unterbrochen wird. schweißung. Nach Verschweißen der Deckplatte 139

Fig. 8 a zeigt das Schnittbild' zweier nach dem be- mit dem Werkstück 138 an genügend vielen Stellen kannten Verfahren miteinander verschweißter Werk- werden die Werkstücke umgedreht, und es wird nunstücke 126 und 127. Diese Verschweißung wurde mit- mehr in der schon beschriebenen Weise die Grundtels eines Ladungsträgerstrahles 125 vorgenommen, 45 platte 140 mit dem Werkstück 138 verschweißt. Eine welcher in bekannter Weise auf die Oberfläche der der hier gebildeten Schweißstellen ist mit 143 beWerkstücke fokussiert war. 128 stellt die Grenzlinie zeichnet.

zwischen den beiden Werkstücken dar. Beim Schwei- Das in Fig. 11 dargestellte verschweißte Werkstück

ßen wird mittels des Ladungsträgerstrahles 125 zu- 138, 139, 140 ist mittels des neuen. Schweißverfahrens nächst ein kleiner Oberflächenbereich der Werkstücke 50 in einfacher Weise herstellbar, wobei — ähnlich wie hoch erhitzt. Der Strahl selbst dringt nicht in die bei der Lichtbogenschweißung solcher Stellen — ledig-Werkstücke ein. Durch Wärmeleitung wird ein relativ ,lieh eine Werkstückseite zum Auftreffen des Ladungsgroßer Materialbereich 129 aufgeschmolzen, .sol daß-- trägerstrahles zugänglich sein muß. Eine der entnach Weiterführen des Ladungsträgerstrahles eine stehenden Verschweißungen ist beispielsweise in einwandfreie Verschweißung entsteht. 55 Fig. 15 gezeigt. Wie aus dieser Figur zu erkennen ist,

Fig. 8b zeigt dagegen dieselben Werkstücke, welche ist die Schweißstelle 141 leicht V-förmig ausgebildet jedoch hier mittels des neuen Schweißverfahrens mit- und weist zwischen den Werkstücken 138 und 139 einander verschweißt wurden. Wie man aus Fig. 8 b keine Einschnürungen auf.

ohne weiteres erkennt, entsteht in diesem Fall nur Fig. 12 zeigt die Ansicht eines Werkstückes, welches

ein sehr schmaler V-förmiger aufgeschmolzener Be- 60 mit einem darunterliegenden Werkstück von beispielsreich 130. Der Ladungsträgerstrahl 125 hat dabei eine weise höckerförmiger Oberfläche verschweißt ist. Die solche Intensität, daß er beim Schweißvorgang unter beiden Schweißstellen 146 und 147 sind so ausgebil-Aufschmelzen des Materials tief in dieses eindringt det, daß auf einer Kreisbahn um den gewählten und dabei seine Energie über die gesamte Eindring- Befestigungspunkt aneinandergereihte punktförmige tiefe an das Material abgibt. Auf diese Weise entsteht 65 Schweißstellen gebildet sind. Diese Schweißstellen die Schmelzzone 130, wobei allen Stellen dieser Zone sind beispielsweise bei 146 so gelegt, daß jede die Wärmeenergie gleichzeitig zugeführt wird. Schweißstelle von der anderen deutlich getrennt ist.

Aus diesen; Betrachtungen, ist eindeutig zu erkennen, Bei 147 wurde der Ladungsträgerstrahl so geführt, daß mittels des neuen Schweiß Verfahrens wesentlich daß die entstehenden Schweißstellen aneinandergrenhöhere Schweißgeschwindigkeiten erreicht werden 70 zen. Bei einer Führung des Schweiß Strahles, wie sie

aus Fig. 12 erkennbar ist, wird ein Maximum der Festigkeit der entstehenden Schweißstellen mit einem Minimum der verwendeten Energie erreicht.

Fig. 13 zeigt zwei miteinander verschweißte Platten 148 und 149. Zur Herstellung der Verschweißung wird der Ladungsträgerstrahl so auf die Platte 148 gerichtet, daß er diese und die darunterliegende Platte 149 durchdringt. Die entstehenden Schweißstellen sind sind mit 150 bezeichnet. Es ist hier ein dem Punktschweißverfahren ähnliches Schweißverfahren ge- ίο wählt.

Fig. 14 zeigt eine Deckplatte 151, welche mit einem auf dieser Platte mit einer Kante aufstehenden Werkstück 152 verschweißt ist. Zum Herstellen der Verschweißung wird der Ladungsträgerstrahl so auf die Platte 151 fokussiert, daß er diese Platte durchdringt und noch eine kleine Strecke in das Werkstück 152 eindringt. Die so entstehende V-förmige Aufschmelzung garantiert eine einwandfreie Verschweißung der beiden Werkstücke. Die Schweißstelle selbst ist mit 153 bezeichnet.

Sollen mit Hilfe des neuen Schweißverfahrens zwei Werkstücke miteinander verschweißt werden, die durch eine parallelwandige Nahtfuge mit gleicher- oder größerer Querausdehnung als der Querschnitt des Ladungsträgerstrahles getrennt sind, so muß der Ladungsträgerstrahl periodisch quer zu seiner Bewegungsrichtung so weit abgelenkt werden, daß er einen schmalen Randbereich um die Nahtstelle erfaßt. Durch diese Maßnahme wird eine schmale Randzone beider Werkstücke aufgeschmolzen, und das verflüssigte Schmelzgut läuft unter Bildung einer einwandfreien Verschweißung beim Weiterbewegen des Ladungsträgerstrahles zusammen.

Das neue Schweißverfahren kann auch zum Verschweißen zweier Platten verwendet werden, wobei zum Unterschied gegen Fig. 3 keine punktförmigen Verschweißungen, sondern eine durchgehende flächenhafte Verschweißung erzielt werden soll. Zu diesem Zweck ist lediglich erforderlich, den Strahl so über die ihm zugewandte Platte zu bewegen, daß er durch diese und die darunterliegende Platte durchdringt und daß er auf Linien bewegt wird, deren Schmelzzonen aneinandergrenzen.

Das neue Verfahren zum Schweißen mit Hilfe eines Ladungsträgerstrahles wurde im Zusammenhang mit den Zeichnungen mit der Verwendung von Elektronenstrahlen beschrieben. Es ist jedoch auch möglich, an Stelle von Elektronenstrahlen andere Ladungsträgerstrahlen, wie z. B. Ionenstrahlen, zu verwenden.

Alle die in den Fig. 8 bis 15 dargestellten Schweißprobleme können sowohl mit Hilfe eines impulsförmig gesteuerten Ladungsträgerstrahles als auch mit Hilfe eines kontinuierlich zur Einwirkung kommenden Ladungsträgerstrahles gelöst werden. Dies ist deshalb der Fall, weil bei dem neuen Schweiß verfahren auch beim kontinuierlichen Auf treffen des Schweiß Strahles nur ein sehr kleiner Materialbereich thermisch beansprucht wird und weil darüber hinaus die Schweißung sehr schnell durchgeführt werden kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Schweißen im Vakuum mit einem auf die Schweißstelle fokussieren, kontinuierlich oder impulsförmig zur Wirkung kommenden Ladungsträgerstrahl, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des Ladungsträgerstrahles so hoch gewählt wird, daß der Strahl an der Auftreffstelle unter Bilden eines schmalen, hocherhitzten Kanals tief in das Material eindringt und dabei seine Energie entlang der Eindringtiefe an das Material abgibt und dieses zum Schmelzen bringt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des Ladungsträgerstrahles so groß gewählt wird, daß der Strahl das Material vollständig durchdringt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 in der Anwendung zur Herstellung von längeren Schweißnähten, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsträgerstrahl nach Erreichen der gewünschten Eindringtiefe in das Material mit solcher Geschwindigkeit in Nahtrichtung bewegt wird, daß die gewünschte Eindringtiefe während des gesamten Schweißvorganges konstant bleibt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahl spannung 100 kV, die Strahlstromstärke bis 10 mA und der Strahldurchmesser 0,1 bis 0,2 mm, mithin die Intensität 3,3 bis 13 MW/cm² beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 in der Anwendung zum punktweisen Verschweißen zweier Werkstücke, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsträgerstrahl in einer den gewählten Befestigungspunkt als Mittelpunkt enthaltenden Kreisbahn geführt und nach Durchlaufen dieser Bahn abgeschaltet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 in der Anwendung zum Verschweißen zweier Werkstücke, die durch eine parallelwandige Schweißfuge mit gleicher oder größerer Querausdehnung als der Querschnitt des Ladungsträgerstrahles getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsträgerstrahl periodisch quer zu seiner Bewegungsrichtung so weit abgelenkt wird, daß er einen schmalen Randbereich um die Nahtstelle erfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 in der Anwendung zum Verschweißen thermisch unterschiedlicher Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsträgerstrahl so auf die zu verschweißenden Werkstücke fokussiert wird, daß diesen die Energie anteilmäßig entsprechend der Verschiedenheit der thermischen Eigenschaften ihrer Materialien zugeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 in der Anwendung zum Schweißen thermisch unterschiedlicher Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsträgerstrahl so auf die zu verschweißenden Werkstücke fokussiert wird, daß er nur in das Werkstück, das aus Material mit höherem Wärmebedarf besteht, in unmittelbarer Nähe der Nahtstelle eindringt.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsträgerstrahl so auf die zu verschweißenden Werkstücke fokussiert wird, daß er nur in das eine Werkstück in unmittelbarer Nähe der Nahtstelle eindringt.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 in der Anwendung zum flächenhaften Verschweißen zweier Platten, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsträgerstrahl so auf die ihm zugewandte Platte fokussiert wird, daß er diese in Linien durchdringt, deren Schmelzzonen aneinandergrenzen.

11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 in der Anwendung zum Verschweißen zweier senkrecht aufeinander stehender Werkstücke mit Kehlnähten, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsträgerstrahl in an sich bekannter Weise von einer Seite

her die Stoßfuge durchdringt und so eine Verschweißung (137) herbeiführt, wobei vorzugsweise der Strahl nur auf das eine Werkstück (136) gerichtet ist.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des Ladungsträgerstrahles automatisch in Abhängigkeit von dem durch das Material hindurchtretenden Strahlstrom geregelt wird,

13. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden, gekennzeichnet durch eine im Bearbeitungsraum befindliche, zur Strahljustierung dienende, an die Stelle der Werkstücke verschiebbare Platte (55) aus hitzebeständigem Material.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Justierplatte (55) kippbar gelagert ist.

15. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Justierplatte (55) in der Höhe verschiebbar gelagert ist.

16. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 12 und Einrichtung nach Anspruch 13 bis 15, gekennzeichnet durch eine unterhalb des Werkstückes angeordnete Sondenelektrode (57) mit nachgeschalteter Anzeige- oder Regelvorrichtung.

17. Einrichtung nach Anspruch 13 bis 16, gekennzeichnet durch ein zwischen dem Bearbeitungsraum und den Strahlformungsmitteln angeordnetes, an sich bekanntes Druckstufensystem.

18. Einrichtung nach Anspruch 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Bearbeitungsraum und dem Strahlerzeugungsraum eine mit einer Vakuumpumpe verbundene, an sich bekannte Zwischendruckkammer (95) angeordnet ist, die eine zwischen den Öffnungen (22, 103) dieser beiden. Räume bewegte, mit Durchbohrungen (101) versehene Scheibenblende (96) enthält, und daß eine bei Herstellen der Verbindung zwischen den beiden Räumen den Ladungsträgerstrahl synchron einschaltende Steuervorrichtung vorgesehen ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen