Soldadura por Haz de Electrones Explicada: Definición, Proceso y Beneficios

¿Qué es la Soldadura por Haz de Electrones?

La soldadura por haz de electrones (EBW) es un proceso de soldadura por fusión en el que un haz de electrones de alta velocidad se aplica a dos materiales a unir. Las piezas se funden y fluyen juntas al transformarse la energía cinética de los electrones en calor al impactar. La EBW a menudo se realiza bajo condiciones de vacío para evitar la disipación del haz de electrones.

Los electrones se generan mediante un cañón de electrones y luego se aceleran a velocidades muy altas usando campos eléctricos. Este flujo de electrones de alta velocidad se enfoca usando campos magnéticos y se aplica con precisión a los materiales a unir.

Al impactar los electrones en los materiales, su energía cinética se convierte en calor, lo que hace que los metales se fundan y fluyan juntos. La soldadura por haz de electrones generalmente ocurre en vacío ya que la presencia de moléculas de gas puede dispersar el haz.

Debido a los altos voltajes involucrados en la soldadura EB y al vacío requerido, todo el proceso es controlado por computadora y altamente automatizado. La naturaleza precisa de la tecnología a menudo requiere fijaciones especializadas para asegurar las piezas a unir, y mesas CNC son comúnmente usadas para mover las fijaciones y piezas dentro de la cámara de soldadura.

Los soldadores por haz de electrones son muy costosos, requieren mantenimiento riguroso, y el soporte requerido por las tecnologías de alto voltaje y alto vacío puede ser demandante. Sin embargo, las soldaduras por haz de electrones son increíblemente precisas, fuertes y puras, el proceso es totalmente repetible con precisión, y para muchas aplicaciones y materiales, la soldadura por haz de electrones es la mejor tecnología de unión que existe.

Un Procedimiento Típico de Soldadura por Haz de Electrones

Aunque cada trabajo de soldadura por haz de electrones es diferente, existe un procedimiento base que seguimos en EB Industries que nos permite mantener tanto la calidad de la soldadura como la tasa de producción.

• Las piezas a ensamblar se inspeccionan y limpian a fondo
• Se diseñan fijaciones para mantener las piezas firmemente en su lugar durante el proceso de soldadura. Intentamos maximizar el número de piezas que pueden soldarse por ciclo de vacío para mantener altas tasas de producción. Si es necesario, las fijaciones se fabrican a medida en nuestro taller completo
• Las piezas se cargan en sus fijaciones y estas se conectan a la mesa CNC del soldador por haz de electrones. La mesa CNC se programa para mover con precisión las piezas a posición bajo el haz de electrones durante el proceso
• La cámara de vacío se sella y se extrae el aire para lograr el vacío parcial o completo requerido por la especificación del cliente
• Si es necesario, se realizan soldaduras de prueba para verificar la alineación y enfoque del haz, potencia del haz, penetración de soldadura y calidad general. Los parámetros se ajustan según sea necesario y se monitorean continuamente durante todas las operaciones
• Si es un ciclo de soldadura de producción, el operador inicia la programación de la mesa CNC y el ciclo de disparo del haz de electrones. Las piezas son entonces soldadas
• Al final del ciclo de soldadura, la cámara de vacío se despresuriza y las piezas y fijaciones se retiran del soldador
• Las piezas se retiran cuidadosamente de sus fijaciones y se someten a una inspección completa de control de calidad

Funcionamiento de la Soldadura por Haz de Electrones

La soldadura por haz de electrones (EB) es un proceso de soldadura por fusión donde los electrones son generados por un cañón de electrones y acelerados a altas velocidades usando campos eléctricos. Este flujo de electrones de alta velocidad se enfoca firmemente usando campos magnéticos y se aplica a los materiales a unir. El haz de electrones crea calor cinético al impactar las piezas, causando que se fundan y unan.

La soldadura por haz de electrones se realiza en un ambiente de vacío ya que la presencia de gas puede causar dispersión del haz. Debido a ser un proceso de vacío y a los altos voltajes usados, este método de soldadura es altamente automatizado y controlado por computadora. Como resultado, se usan fijaciones especializadas y mesas CNC para mover las piezas dentro de la cámara de vacío de soldadura.

Desarrollos recientes en tecnología de máquinas de soldadura por haz de electrones han permitido un método local de soldadura, donde el cañón de haz de electrones está encerrado en una caja de vacío al lado del material a unir, en lugar de colocar toda la pieza dentro de una cámara de vacío.

En la soldadura por haz de electrones, el electrón es producido por el cátodo del cañón. Después del cátodo, se proporciona una rejilla de copa. Esta evita la divergencia de los electrones y los controla. Debido al alto voltaje aplicado entre cátodo y ánodo, el ánodo (cargado positivamente) atrae los electrones de la rejilla.

El ánodo acelera el electrón y su velocidad aumenta alcanzando el rango de 50,000 – 200,000 km/s. Desde el ánodo, el haz de electrones de alta velocidad pasa a través de la lente magnética y bobinas deflectoras.

La lente magnética enfoca el haz de electrones en la ubicación deseada en la pieza. La bobina deflectora desvía el haz al área de soldadura requerida. Al impactar el haz de electrones de alta velocidad en la pieza, se produce calor intenso y funde el metal de las dos piezas llenando el área de soldadura. El cordón de soldadura fundido se solidifica y forma una unión fuerte.

Aplicaciones de la Soldadura por Haz de Electrones

• Se usa en industrias aeroespaciales para fabricar componentes de jets, partes de estructuras, partes de transmisión y sensores
• Se usa en industrias de generación de energía
• Se usa en industrias espaciales para construir tanques de titanio y sensores
• Se usa en industrias automotrices para fabricar sistemas de transmisión, engranajes y turbocompresores
• Se usa en industrias eléctricas y electrónicas para fabricar partes de estructuras de cobre
• Otras áreas donde se usa: industrias nucleares, médicas, centros de investigación, etc.

Ventajas de la Soldadura por Haz de Electrones

• Alta velocidad de soldadura
• Se puede soldar metales disímiles
• Alta calidad y precisión de soldadura
• Menor costo operativo
• Materiales con altas temperaturas de soldadura pueden soldarse fácilmente
• Menor distorsión debido a zona afectada por calor reducida
• El costo de limpieza es insignificante
• Suela chapas gruesas, desde 0.025 mm hasta 100 mm
• Capaz de soldar uniones inaccesibles

Desventajas de la Soldadura por Haz de Electrones

• El costo del equipo es muy alto
• Se requiere operador altamente calificado
• Se requiere alto vacío
• Debido a la operación en vacío, no se pueden soldar piezas grandes
• Se necesitan altas medidas de seguridad para trabajar con ella