[发明专利]用于借助于电子束焊接将两个棒在端侧连接的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种借助于电子束焊接将第一棒与第二棒在端侧连接的方法。

背景技术

尤其在生产用于涡轮机、例如用于涡轮增压机、蒸汽轮机或燃气轮机的轴时，通常将轴工件在端侧相互对接地焊接，其方式在于通过借助于电子束焊接设备在没有其他的填料的情况下将两个相对的棒工件在相互连接的端部的区域中借助于进入到接合部中的电子束转化成熔化物，其中所述熔化物在冷却之后生成连接部。在轴中或其他的棒材料中的电子束焊接的径向焊缝的主要困难在于制成无缺陷的焊缝起端和焊缝终端。焊缝起端理解成电子束的穿入区域并且焊缝终端理解成电子束从材料中的穿出区域。对材料微观结构的同质性的其他干扰由于在不同的焊接过程期间已经焊好的焊缝与电子束的作用区域重叠时在材料中可能出现的过焊而产生。附加的困难在轴直径较小或棒厚度较小时由于部件中部区域中的热积聚而产生，由此在焊接连接的重叠区域和穿出区域中的无缺陷的焊接是不可能的。

即便最耗费的先进的电子束控制也不能够完全地禁止上述的焊接缺陷。

发明内容

基于现有技术的上述问题和缺点，本发明实现下述目的，在对电子束的控制没有额外变得更复杂的情况下，改进开始描述的焊接的质量。

为了解决该问题，根据本发明提出一种在开始限定的类型的方法，所述方法具有独立权利要求的特征部分中的附加的特征。涉及的从属权利要求包含本发明的有利的改进形式。

根据本发明的借助于套筒对要连接的棒的两个相互连接的端部的接合区的包围能够实现将电子束的穿入区域和穿出区域设置在实际待接合的材料之外。与此相应地，在实际待连接的部件的接合区中获得完全均质的材料微观结构。此外，根据本发明的方法与现有技术的不同之处在于，并不是如同实际所追求的那样将两个组件相互连接，而是相反地将三个组件通过电子束焊接相互连接。

适当地，套筒具有匹配于棒在焊接部位区域中的外轮廓的内轮廓。为了阻止从套筒到棒的两个相互连接的端部上的材料过渡部的类似于穿入或穿出的效果，相对于两个棒端部形成匹配于套筒适宜的是在关于直径为+/-0.1mm的误差范围中。此外，有意义的是，套筒具有接合部，所述接合部设置成，使得套筒能够围绕棒的轮廓放置。这在横截面为圆形时例如是下述情况，套筒的两部分分别具有在横截面中作为凹部的半圆。两件式的或多件式的套筒机械地、通过临时点焊或通过焊接环保持在一起。为了简单操作，套筒能够具有矩形的外横截面。矩形的外横截面此外具有下述优点，在电子束设备的行进方向平行于套筒的表面时，假设电子束的穿透深度是恒定的，在焊接部位上出现同质的材料微观结构。适当地，套筒在接合区的区域中由与两个待相互接合的棒至少在焊接区域中相同的材料制成，使得三个参与的部件之间的可能出现的材料过渡部实现接合区或焊接部位的区域中的均质的材料微观结构。以所述方式，通过因此作为填料提供的套筒材料，对例如由于在要相互连接的两个棒端部的区域中保持为最小的轴向间隙而在接合区中可能出现的材料缺乏进行补偿。

套筒的去除优选地以切削的方式进行，在轴的情况下简单地通过过度扭转焊接部位来进行。

在沿着焊接设备的行进方向的轴直径或厚度分布小于电子束的最大焊接深度时，能够通过沿着焊接部位的简单的从左向右或反向的电子束控制将电子束导向轴横截面或棒横截面。以所述方式，当套筒材料在电子束穿透深度方向上相应地构成为足够厚时，电子束始终保持在套筒材料中。根据本发明，穿入区域和穿出区域能够选则成是非常短的，这是因为在此出现的焊接缺陷在焊接之后被机械加工。与此相应地，在不考虑焊接缺陷的情况下，能够在套筒材料中对电子束进行控制。当小的轴直径小于电子束的最大焊接深度时得出下述附加的优点，出于焊缝原因不可避免的小的焊接缺陷、即所谓的尖刺（尖的熔化物突起）仅存在于套筒材料中，并且同样也在对棒或轴的最后加工时被机械地去除。

如果轴直径大于最大的焊接深度，那么直到大约相应于电子束的最大焊接深度的轴半径，能够通过对两侧的焊接来执行连接焊接。所述两侧优选地直接地相互对置，使得在沿着第一行进方向从第一侧进行焊接时的电子束的穿透顶端或者说焊接深度和在沿着第二行进方向进行焊接时的穿透深度或者说焊接深度之间至少存在最小重叠。

在轴半径超过能够借助于电子束设备达到的最大焊接深度的更大的轴直径的情况下，能够适当的是，电子束在焊接期间不仅从两个对置侧、而且也从套筒的倾斜于所述两个对置侧设置的侧穿透到工件中，或者电子束在横截面为矩形的情况下同时或依次地从套筒的全部四侧的表面穿透到工件中。