Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Strahlschweißen eines Objekts unter Verwendung eines mittels eines Strahlerzeugers erzeugten Strahls, insbesondere eines Elektronen- oder Laserstrahls, umfassend das wurzelseitige Anordnen eines Strahlen- fangmittels an dem zu schweißenden Objekt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Strahlenfangmittel .

Das Elektronenstrahlschweißen ist ein Fügeverfahren, das die kinetische Energie hochbeschleunigter Elektronen nutzt, um die Fügestelle lokal anzuschmelzen und das Bauteil bzw. die Bauteile dadurch stoffschlüssig zu fügen. Im Falle des Laserstrahlschweißens wird die Fügestelle durch die Energie des Laserstrahls angeschmolzen.

Üblicherweise ist das Strahlenfangmittel als Blech aus artgleichem Werkstoff wie das zu verschweißende Bauteil ausgeführt .

Führt man eine Verbindungsschweißung als Durchschweißung aus, besteht die Gefahr des Auftreffens des an der Wurzel austretenden Elektronen- /Laserstrahls auf die gegenüberliegenden Bereiche des Werkstückes bzw. der Schweißvorrichtung. Um dies zu vermeiden, verwendet man ein Strahlenfangmittel . Somit besitzt das Strahlenfangmittel die primäre Aufgabe, ein ungewolltes Anschmelzen der Bauteilwandung in den zuvor beschriebenen Bereichen zu vermeiden.

Geschweißte Bauteile werden in der Regel nachbearbeitet, wenn beim Schweißen mit konventionellen Strahlenfangmitteln das Entstehen und Niederschlagen von Metalldampfsublimat und

Schweißspritzern nicht vermieden werden kann. Dies tritt beispielsweise beim Schweißen von Eisen-, Nickel-, Kobalt-, Aluminium- oder Titanlegierungen, wie sie beispielsweise bei Gehäuseteilen von Flugzeugtriebwerken verwendet werden, auf, sowie dann, wenn das Strahlenfangmittel aufgrund von begrenztem Bauraum bzw. bauteilbedingt in sehr kurzer Entfernung zum Schweißstoß positioniert werden muss. Der Schweißstrahl legt in diesem Fall nicht genug Weg zurück, um zu divergieren und an Energiedichte zu verlieren. Darüber hinaus kann das in das Strahlenfangmittel eingekoppelte Energieniveau dazu führen, dass ein Übergangszustand erreicht wird, der zwischen Wärme- leitungs- und Tiefschweißen liegt, und die daraus resultierende zusammenbrechende Dampfkapillare immer wiederkehrend Material auswirft. Diese ausgeworfenen Materialpartikel können dann auf der Unterseite des zu schweißenden Stoßes anhaften und müssen durch aufwendiges Nachbearbeiten entfernt werden, oder sind gar gemäß der einschlägigen Industrienormen als unzulässig zu bezeichnen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Strahlschweißverfahren mit vermindertem Nachbearbeitungsaufwand und ein entsprechendes Strahlenfangmittel bereitzustellen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche .

Durch Verwendung eines Strahlenfangmittels, das mindestens an der dem Schweißstrahl und/oder dem Sekundärstrahl ausgesetzten Oberfläche im Wesentlichen aus Refraktärmetall und/oder mindestens einer Refraktärmetalllegierung besteht, kann der Auswurf von Partikeln sowie die MetalldampfSublimation des Strahlenfangmittels, aufgrund der hohen Siede- und Schmelzpunkte von Refraktärmetallen, vermieden werden, woraus ein stark reduzierter Nachbearbeitungsaufwand resultiert. „Im Wesentlichen aus Refraktärmetall bestehend" umfasst dabei reine Refraktär- metalle, wie beispielsweise Molybdän, Tantal, Niob, Wolfram, Rhenium, Vanadium und Hafnium, die durch einen Schmelzpunkt von mehr als 1900 °C gekennzeichnet sind. Man spricht insbesondere dann von einem reinen Refraktärmetall , wenn das Refraktärmetall nicht mehr als zehn Atom- bzw. Gewichtsprozent anderer Elemente enthält. Eine Refraktärmetalllegierung bezeichnet eine Legierung aus einem oder mehreren Refraktärmetallen mit anderen Elementen, wobei es sich dann um eine Refraktärmetalllegierung handelt, wenn die Summe aller Refraktärmetalle in der Legierung größer ist als fünfzig Atom- bzw. Gewichtsprozent. Legierungen sind auch dann Refraktärmetalllegierungen, wenn ihre Schmelztemperatur, aufgrund des vorliegenden Refrak- tärmetallanteils , über 1900°C beträgt. Je nachdem, ob eine Schweißung kontinuierlich am Bauteil durchgeführt wird oder ob die Schweißung durch eine Öffnung, beispielsweise ein Bohrloch, verläuft, wird das Strahlenfangmittel entweder von dem auf der Wurzelseite der Schweißung austretenden Sekundärstrahl oder direkt vom Primärstrahl getroffen.

Vorzugsweise ist das Refraktärmetall oder die Refraktärmetalllegierung des Strahlenfangmittels als Granulat, bzw. als festes Schüttgut, oder als zu einer Form zusammengelötetes oder gesintertes Granulat ausgeführt. Das Strahlenfangmittel aus Refraktärmetall bzw. Refraktärmetalllegierung kann aber auch als Blech ausgeführt sein. Ein Vorteil des Refraktärmetallgra- nulates liegt darin, dass es aufgrund einer durch die Granulatbildung bedingten künstlichen Verschlechterung der Wärmeleitfähigkeit des Strahlenfangmittels beim Schweißen zu weitaus geringerem aufgeschmolzenem Materialvolumen als bei gewöhnlichen Strahlenfangmitteln führt. An schwer zugänglichen Stellen, insbesondere beim Schweißen von Hohlkörpern, können Refraktärmetalle, die als Granulat ausgeführt sind, die Aufgabe des Strahlenfangmittels übernehmen, da sie über eine verhältnismäßig kleine Öffnung eingeführt werden können. Eine Ausführung des Strahlenfangmittels als Granulat macht es in manchen Fällen erst möglich Schweißungen als Durchschweißungen auszuführen. Das Granulat weist demnach bevorzugt die folgenden Eigenschaften auf: Grobkörnig, fest, rieselfreudig

und/oder schüttfähig. Die Schüttfähigkeit des Granulats kommt bevorzugt dort zum Einsatz, wo die Geometrie und Begrenzung von Hohlräumen das Einbringen sperriger Festkörper nicht zu- lässt .

Im Fall besserer Zugänglichkeit bzw. falls sperrige Festkörper eingebracht werden können, sind die Granulatpartikel bevorzugt zu einem hantierbaren Festkörper durch Sintern, Löten oder Vergießen in niedrig schmelzende Substanzen, wie beispielsweise Wachs, Kunstharz oder Bindemittel, verbunden. Der Schmelzpunkt dieser die Partikel beinhaltenden Matrix liegt bevorzugt unterhalb 100°C, so dass nach dem Einsatz im Schweißprozess die Substanz beispielsweise durch kochen in Wasser von dem Granulat lösbar ist .

Vorteile von gesintertem, gelöteten oder gegossenen vorzugsweise hochporösen Strahlenfangmitteln sind unter anderem eine Gewicht- und Materialeinsparung, da das Granulat gezielt dort positioniert werden kann, wo es benötigt wird und man Hohlräume nicht komplett ausfüllen muss. Darüber hinaus erlauben derartige Strahlenfangmittel eine bessere Wiederverwendbarkeit des Granulats.

Die Granulatpartikel sind vorzugsweise in Kugel-, Kegel-, Tonnen- oder Würfelform ausgebildet, wodurch die Wärmeleitfähig- keit des Strahlenfangmittels gezielt beeinflusst werden kann, da die unterschiedlichen Geometrien zu unterschiedlich großen Zwischenräumen im Strahlenfangmittel führen.

Vorzugsweise ist das Strahlenfangmittel als makroporöse Masse mit diffuser Oberflächenstruktur ausgeführt. Eine Masse ist dann makroporös, wenn sie Poren aufweist, deren mittlerer Durchmesser größer als 50 Nanometer ist. Eine Oberfläche ist dann als diffus zu bezeichnen, wenn sie mehr als 50 Prozent des einfallenden Lichts nicht nach dem Gesetz „Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel", sondern nach dem „Lambertschen Gesetz" und damit senkrecht zum Material reflektiert. Ein makroporöses Strahlenfangmittel mit einer diffusen Oberfläche hat den Vorteil, dass die möglichen Verdampfungsvolumina des Strahlen- fangmittels reduziert werden können.

Ferner führt ein mittlerer Durchmesser von vorzugsweise mindestens 0,15 mm, bevorzugt mindestens 2 mm und weiter bevorzugt mindestens 2,5 mm der das Granulat bildenden Partikel zu verbessertem Aufschmelzverhalten. Die Partikel sind dazu vorzugsweise kleiner als 10 mm, bevorzugt kleiner als 5mm und weiter bevorzugt kleiner als 3 mm. Daraus ergeben sich bevorzugte Bereiche für den mittleren Durchmesser der das Granulat bildenden Partikel. Vorzugsweise liegt der mittlere Durchmesser der das Granulat bildenden Partikel in einem Bereich zwischen 0,15 mm bis 10 mm, bevorzugt 2 mm bis 5 mm, weiter bevorzugt 2,5 mm bis 3 mm.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von mehreren Figuren näher erläutert. In den Figuren sind im Einzelnen zu erkennen:

Fig.l: Prinzipskizze eines Refraktärmetallstrahlenfangmittels ausgeführt als Granulat. Fig.2: Prinzipskizze eines Refraktärmetallstrahlenfangmittels ausgeführt als auf einen Basisträger gelötetes Granulat.

Fig.3: Prinzipskizze eines Refraktärmetallstrahlenfangmittels ausgeführt als zu einer definierten Form gesintertes Granulat.

Fig.4: Prinzipskizze eines Refraktärmetallstrahlenfangmittels ausgeführt als ein Blech.

In der Prinzipskizze von Fig. 1 ist in einer Schnittansicht das rotationssymmetrische Fügen zweier auf einem Träger 13 gehaltenen Bauteile 10, 11, beispielsweise Teile eines Lagergehäuses für eine Gasturbine, an zwei Schweißstößen 12, durch einen mittels eines nicht gezeigten Strahlerzeugers erzeugten Schweißstrahl 16, insbesondere einen Elektronen- bzw. Laserstrahl, dargestellt. Der Schweißstrahl 16 trifft auf der Auf- trittseite 19 auf, fügt die Bauteile stoffschlüssig am

Schweißstoß 12 und tritt aus der der Auftrittseite 19 abgewandten Wurzelseite 20 als energieärmerer Sekundärstrahl 17 wieder aus. Die Restenergie des Sekundärstrahls 17 kann durch das wurzelseitig angeordnete Strahlenfangmittel 15, welches hier als Granulat ausgeführt ist, aufgenommen werden. Dabei kann die Befüllung des Hohlraums 22 mit dem Strahlenfangmittel 15 beispielsweise durch die Öffnung 21 erfolgen. Durch die Öffnung 21 kann das Strahlenfangmittel nach dem Schweißprozess auch wieder aus dem Hohlraum 22 ausgeleert werden.

Bei einer rotationssymmetrischen Schweißnaht wie in der Fig. 1 kann die Schweißung beispielsweise auf einem rotierbaren Träger 13 durchgeführt werden, der sich um eine Rotationsachse 14 bewegt. Ebenfalls können auch nicht rotationssymmetrische Schweißungen von Bauteilen an nur einem oder mehreren Schweißstößen 12 durchgeführt werden.

In der Fig.2 werden zwei Bauteile 10, 11 gefügt, wobei in diesem Ausführungsbeispiel das Strahlenfangmittel 15 als auf einen Basisträger 18 aufgebrachtes Granulat ausgeführt ist . Der Basisträger ist beispielsweise aus Ti-6A1-4V ausgebildet. Vorzugsweise ist das Strahlenfangmittel auf dem Basisträger befestigt, beispielsweise gelötet. Das Strahlenfangmittel 15 wird vom Sekundärstrahl 17 getroffen, welcher, zunächst als Schweißstrahl 16, auf der Auftrittseite 19 auftrifft, die Bauteile am Schweißstoß 12 verschweißt, und aus der Wurzelseite

20 als Sekundärstrahl 17 austritt. Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn die poröse bzw. diffuse Struktur des Strahlen- fangmittels 15 erhalten bleibt, so dass die Funktion des

Strahlenfangmittels 15 nicht beeinträchtigt wird.

Fig.3 zeigt eine Schweißung von zwei Bauteilen 10, 11, ähnlich dem vorangegangenen Beispiel, wobei in diesem Ausführungsbei- spiel das Strahlenfangmittel 15 aus zu einer definierten Form

30 gesintertem Granulat besteht. Auch hier wird das Strahlen- fangmittel 15 vom Sekundärstrahl 17 getroffen, der, zunächst als Schweißstrahl 16, auf der Auftrittseite 19 auftrifft, die Bauteile am Schweißstoß 12 verschweißt und aus der Wurzelseite 20 als Sekundärstrahl 17 austritt. Auch hier ist es von besonderem Vorteil, wenn die poröse bzw. diffuse Struktur des

Strahlenfangmittels 15 erhalten bleibt, so dass die Funktion des Strahlenfangmittels 15 nicht beeinträchtigt wird.

Fig. 4 zeigt eine Schweißung von zwei Bauteilen 10, 11, ähnlich dem vorangegangenen Beispiel, wobei in diesem Ausführungsbeispiel das Strahlenfangmittel 15 aus einem Refraktärme- tallblech bzw. aus einem Refraktärmetalllegierungsblech be- steht. Wie zuvor beschrieben, wird das Strahlenfangmittel 15 vom Sekundärstrahl 17 getroffen, der, zunächst als Schweißstrahl 16, auf der Auftrittseite 19 auftrifft, die Bauteile am Schweißstoß 12 verschweißt und als Sekundärstrahl 17 aus der Wurzelseite 20 austritt.