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Elektronenstrahlschweißen: Was steckt hinter der neuen Methode?

Es ist eine eher neumodische Art des Schweißens: Schweißen mit dem Elektronenstrahl. Seit mehreren Jahren versuchen sich Unternehmen, die ein hohes Pensum an Schweißarbeiten am Tag zu verrichten haben, an dieser Methode. Sie verspricht immense Vorteile in Hinsicht auf Produktivität und Zuverlässigkeit. Große Branchen wie die Automobilindustrie oder Forschungsprojekte vertrauen bereits breitflächig auf Elektronen betriebene Schweißgeräte. Doch wie funktioniert diese Schweißmethode eigentlich – und wo liegen die Vorteile?

Das Elektronenstrahlschweißen lässt sich ausschließlich im Vakuum durchführen. In einem Generator werden Elektronen beschleunigt und auf die Nahtstelle gerichtet. Das funktioniert über eine geheizte Kathode, die durch die Hitze eine Wolke aus freien Elektronen erzeugt. Diese freien Teilchen werden zur Anode geleitet, wo sie mithilfe von verschiedenen Linsen zu einem Strahl gebündelt werden. Der wiederum reagiert auf ein gezielt erzeugtes Magnetfeld: Durch das magnetische Ableiten des Strahls kann er leicht und präzise gesteuert werden. Des Weiteren ist der Strahl äußerst fein und gibt gebündelte Hitze an einem Punkt ab. Da in einem Vakuum operiert wird, kann problemlos an Materialien wie Titan oder Niob gearbeiteten werden, die sonst eine große Herausforderung für Schweißer darstellen.

Vor- und Nachteile des Elektronenstrahlschweißens

Das Schweißen mit dem Elektronenstrahl bietet sich an, wenn Materialien zum Beispiel mit einer hohen Genauigkeit gefertigt werden müssen, da der Strahl sehr einfach zu steuern ist und einen engen Streuradius hat. Besonders bei langen Schweißnähten kann der Elektronenstrahl durch seine geringe Abweichtoleranz punkten. Ebenfalls bietet sich das Schweißen mit Elektronenstrahlen an, wenn ein bestimmtes Bauteil nicht zu heiß werden darf. Der Elektronenstrahl verhindert das durch eine punktuelle Erhitzung des Materials und bietet so mehr Sicherheit bei der Bedienung. Allerdings sind die Anschaffungskosten des Geräts vergleichsweise hoch – wird ein solcher Elektronenstrahl sehr häufig und intensiv genutzt, kann sich die Anschaffung dennoch lohnen. Da die Methode nur bei Werkstücken eingesetzt werden kann, die elektrische Leitfähigkeit besitzen und eine Blechdicke von weniger als 25 Millimetern haben, ist das allerdings keinesfalls in jedem Metallarbeitsbetrieb der Fall.

Da innerhalb einer Vakuumkammer geschweißt wird, ist außerdem die Größe des Bauteils begrenzt. Die Kosten für die Elektronenmethode sind also abhängig von der Leistung, die das Gerät täglich bringen muss. Ein weiterer positiver Kostenfaktor für die Elektronenschweißmethode ist, dass kein Zusatzmaterial benötigt wird. Auch Nebenkosten beschränken sich in dem Fall nur auf Stromkosten. Weitere Nachteile sind der geringe Arbeitsabstand, die entstehende Röntgenstrahlung und die kurzen Abkühlgeschwindigkeiten, durch die das Risiko von Rissen steigt. Werden also besonders feine Schweißnähte benötigt, kann sich das Elektronenstrahlschweißen durchaus lohnen – ältere Schweißmethoden wird die Methode jedoch noch lange nicht ersetzen können.

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