Soldadura por Haz de Electrones: Definición, Proceso, Aplicaciones, Ventajas y Desventajas

Hoy en este artículo te daré una visión en profundidad de la Máquina de Soldadura por Haz de Electrones.

Este proceso de soldadura fue desarrollado por primera vez en 1949 por Karl-Heinz Steigerwald, físico alemán.

En este artículo veremos primero la Definición, Cómo funciona, y luego te mostraré las Aplicaciones, Ventajas y Limitaciones de la máquina EBW.

Sin más demora, entremos en el artículo.

¿Qué es la Soldadura por Haz de Electrones?

La soldadura por haz de electrones es un proceso de soldadura en estado líquido en el que dos metales similares o disímiles se unen mediante el uso de calor, y ese calor se genera por electrones de alta energía. Cuando un electron choca a alta velocidad con la pieza, ocurren dos formas de conversión de energía: energía cinética y energía térmica.

Construcción de la Máquina de Soldadura por Haz de Electrones

La máquina consta de las siguientes partes:

• Fuente de alimentación de alto voltaje
• Cañón de electrones
• Rejilla de cátodo
• Ánodo
• Sistema de visualización óptica
• Lente magnética
• Bobina de deflectión
• Cámara de vacío
• Pieza de trabajo
• Dispositivo de sujeción de la pieza

Fuente de alimentación de alto voltaje

La alimentación se categoriza en dos rangos: bajo y alto voltaje.

• Rango de bajo voltaje para soldadura fina: entre 5 y 30 kV.
• Rango de alto voltaje para soldadura gruesa: entre 70 y 150 kV.

Cañón de electrones

En el cañón, los electrones libres se generan por termo-emisión desde una cinta o alambre metálico caliente.

El propósito principal del cañón es convertir electrones libres en un haz de electrones con la ayuda de la rejilla de cátodo, ánodo, lente magnética y bobina de deflectión.

Rejilla de cátodo

Por esta parte se generan los electrones libres. Sin embargo, el voltaje de los electrones generados es muy bajo (eV). Para acelerar estos electrones, pasan a través de un campo eléctrico alto producido por el ánodo y el emisor (cátodo).

Ánodo

El ánodo acelera los electrones generados por la rejilla de cátodo.

Sistema de visualización óptica

Ayuda a determinar y configurar el punto de acción donde el haz de electrones impacta en la pieza.

Lentes magnéticas

Permiten el paso solo de electrones convergentes. Absorben la baja energía de electrones divergentes y proporcionan un haz de electrones de alta intensidad.

Bobina de deflectión

• Es un tipo de lente magnética usada en tubos de rayos catódicos.
• Ayuda a barrer el haz de electrones por toda la pantalla.

Cámara de vacío

• En la cámara no hay presencia de aire. La soldadura ocurre en vacío.
• La presión preestablecida está por debajo de la atmosférica o a presión atmosférica.
• También conocida como tubo o cámara de Braun.

Pieza de trabajo

• La pieza se sujeta a las fijaciones.
• Puede ser metales similares o disímiles.

Dispositivo de sujeción de la pieza

• También llamado fijaciones. Se usa para sujetar la pieza rígidamente.
• Las fijaciones son de fundición de acero, acero inoxidable, hierro fundido, acero de alta resistencia, etc.

Principio de Funcionamiento de la Soldadura por Haz de Electrones

El principio es el mismo que el mecanizado por haz de electrones. Aquí unimos metales similares o disímiles con la ayuda del haz de electrones.

Primero se alimenta el sistema. Hay un cátodo [carga negativa] hecho de tungsteno. Debajo está el ánodo.

Se debe crear una diferencia de potencial de 30 a 175 kV porque cuando la luz coherente sale del cátodo, pasa por el ánodo que la acelera al máximo.

Luego la luz coherente va directamente a la pieza, mientras una bobina de enfoque reduce el espacio extra entre la luz coherente.

Ahora la luz llega a la pieza con la bobina de deflectión y la temperatura es tan alta que funde la pieza. La energía cinética se convierte en térmica.

La pieza está sujeta a las fijaciones y todo el proceso se hace en vacío (sin aire). Si entra aire, la dirección de la luz coherente puede desviarse y aparecer en otro lugar no deseado.

Aplicaciones de la Soldadura por Haz de Electrones

La soldadura por electrones tiene amplia gama de usos. Algunos son:

• Soldadura y taladrado de piezas.
• Industrias: marina, automoción, aeroespacial, fabricación, defensa, médica.
• Unión de metales similares o disímiles.
• Unión de materiales refractarios: tungsteno, cerámicas, etc.
• Corte de ranuras estrechas de 25 micrómetros.

Ventajas de la Soldadura por Haz de Electrones

• No se requiere material de aporte.
• Muy poca distorsión.
• Muy pocos defectos de soldadura.
• Suela materiales duros.
• Alto acabado superficial.
• Alta tasa de unión metálica.
• Zona afectada por calor y soldadura estrechas.
• Une metales uniformes y de difusión.
• Proceso continuo y estanco.
• La pieza mantiene hasta 95% de la resistencia del material base.
• Proceso muy preciso.
• Totalmente automatizado.

Desventajas de la Soldadura por Haz de Electrones

• Requiere operario altamente calificado (no semi-calificado).
• Tamaño de pieza limitado por la cámara de vacío.
• Alto mantenimiento requerido.
• Equipo costoso.
• Altos costes de instalación y capital.
• Radiación X, problema mayor para humanos.
• Gastos de producción elevados.

Conclusión

Aquí tienes la visión en profundidad de la Soldadura por Haz de Electrones.

Espero que te resulte interesante. También hemos cubierto muchos artículos basados en conocimiento sobre Ingeniería Mecánica, siéntete libre de revisarlos.