Modernisierung der 4m³ Elektronenstrahl-Schweißmaschine K40
Das Elektronenstrahlschweißen hat in der wissenschaftlichen Entwicklung von Werkstoffen, Fügeprozessen und Sonderkomponenten eine besondere Stellung, da mit dem Elektronenstrahl unter Vakuum sowohl Löt- und Schweißprozesse als auch Werkstoffmodifikationen und -Belastungs-prüfungen durchgeführt werden können. Zur Entwicklung oder Modifikation leistungsfähiger Werkstoffe und zur Realisierung einmaliger wissenschaftlicher Apparaturen sind Elektronenstrahlprozesse unersetzbar. Nahezu alle Forschungsbereiche benötigen spezielle Apparaturen, teilweise aus nicht bzw. kaum zu fügenden Werkstoffen, wie Refraktärmetallen (besonders „widerstandsfähige“ korrosionsbeständige Metalle mit einem hohen Schmelzpunkt wie Niob, Tantal, Titan, Wolfram), sog. NE-Metallen (Nichteisenmetallen), Diamant,- Saphir-, Glas- und Keramikkomponenten; auch als Mischverbindung. Solch anspruchsvolle Fügeaufgaben sind oft ausschließlich unter Vakuum mittels Elektronenstrahlschweißen realisierbar. Insbesondere für große Bauteile wird hierfür am ZEA-1 die Elektronenstrahl-Großkammer-Schweißmaschine K 40 genutzt, deren Steuerung und Pumpensysteme nun mit STEF-Mitteln erneuert wurden.
In Begleitung eines Gutachters des TÜV-Rheinland wurde eine erste Verfahrensprüfung durchgeführt und die Prozesstauglichkeit der Maschine nachgewiesen. Die Elektronenstrahl-Schweißmaschine kann nun mit modernster Steuerungstechnik auf SINUMERIK Basis zukunftssicher komplexerStrukturen mit bis zu 15 kW Strahlleistung bearbeiten. Die erste Herausforderung, ein Protonenstrahlfenster für Neutronenanlagen wurde mit Bravour gemeistert.
Um die Grenzen des Machbaren zu verschieben, müssen Fügeprozesse kontinuierlich analysiert und wissenschaftliche bearbeitet werden. Die Versuchsparameter sind für das Schweißergebnis von großer Bedeutung. Erst durch genaue Kenntnis von z. Bsp. Strahlkenngrößen wie der Strahldurchmessers und der Leistungsdichteverteilung kann eine Aussage über die sich ausbildende Schweißnaht sowie die Schweißbaddynamik getroffen werden. Messungen der Strahlkenngrößen im Prozess erlauben Untersuchung von Effekten und ermöglichen die Rückspiegelung auf Prozessparametern und damit auf die Lösung werkstoffkundlicher, fügetechnischer Problemstellungen. Diese Expertise wurde dank der Förderung auf dem Campus erhalten.
Das ZEA-1 steht damit wieder mit seiner umfangreichen Anwendungserfahrung und moderner Maschinentechnik allen Partnern in Jülich, in nationalen und internationalen Entwicklungskooperationen sowie mit eigenen Entwicklungsarbeiten auf dem Gebiet der Elektronenstrahl-Materialbearbeitung für neue innovative Aufgaben zur Seite.