¿Qué es la soldadura por haz de electrones? Definición y proceso

¿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 se aplica un haz de electrones de alta velocidad a dos materiales que se van a unir. Las piezas de trabajo se derriten y fluyen juntas a medida que la energía cinética de los electrones se transforma en calor al impactar. EBW a menudo se realiza en condiciones de vacío para evitar la disipación del haz de electrones.

Los electrones se generan a través de un cañón de electrones y luego se aceleran a velocidades muy altas mediante campos eléctricos. Esta corriente de electrones de alta velocidad luego se enfoca utilizando campos magnéticos y se aplica con precisión a los materiales que se unirán.

A medida que los electrones impactan 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 se produce en el 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 está controlado por computadora y altamente automatizado. La naturaleza precisa de la tecnología a menudo requiere accesorios especializados para asegurar las piezas para unir, y las mesas CNC se usan comúnmente para mover los accesorios y las piezas de trabajo dentro de la cámara de soldadura.

Los soldadores de haz de electrones son muy costosos, deben recibir un mantenimiento estricto y el soporte requerido por las tecnologías de alto voltaje y alto vacío puede ser exigente. Sin embargo, las soldaduras por haz de electrones son increíblemente precisas, fuertes y puras, todo el proceso se puede repetir con precisión y, para muchas aplicaciones y materiales, la soldadura por haz de electrones es la mejor tecnología de unión que existe.

Procedimiento típico de soldadura por haz de electrones

Si bien cada trabajo de soldadura por haz de electrones es diferente, existe un procedimiento básico 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 minuciosamente;
• Se diseñan accesorios para sujetar las piezas de forma segura en su lugar durante el proceso de soldadura. Intentamos maximizar la cantidad de piezas que se pueden soldar por ciclo de vacío para mantener altas tasas de producción. Si es necesario, los accesorios se fabrican a medida en nuestro taller de máquinas completo;
• Las piezas se cargan en sus accesorios y los accesorios se conectan a la mesa CNC del soldador por haz de electrones. La mesa CNC está programada para mover con precisión las piezas a su posición bajo el haz de electrones durante el proceso de soldadura;
• La cámara de vacío está asegurada y se bombea el aire para lograr el vacío parcial o total requerido por las especificaciones del cliente;
• Si es necesario, se realizan soldaduras de prueba para verificar la alineación y el enfoque adecuados del haz, la potencia del haz, la penetración de la soldadura y la calidad general de la soldadura. Los parámetros se ajustan según sea necesario y se monitorean continuamente durante todas las operaciones de soldadura;
• Si se trata de un ciclo de soldadura de producción, el operador de soldadura inicia la programación de la tabla CNC y el ciclo de disparo del haz de electrones. Luego, las piezas se sueldan con haz de electrones;
• Al final del ciclo de soldadura, se bombea la cámara de vacío y se retiran las piezas y los accesorios de la soldadora;
• Las piezas se extraen cuidadosamente de sus accesorios y luego se someten a una inspección de control de calidad completa.

Funcionamiento de la soldadura por haz de electrones

La soldadura por haz de electrones (EB) es un proceso de soldadura por fusión mediante el cual los electrones son generados por un cañón de electrones y acelerados a altas velocidades usando campos eléctricos. Esta corriente de electrones de alta velocidad se enfoca estrechamente mediante campos magnéticos y se aplica a los materiales que se van a unir. El haz de electrones crea calor cinético cuando impacta las piezas de trabajo, lo que hace que se fundan y se unan entre sí.

La soldadura por haz de electrones se realiza en un entorno de vacío, ya que la presencia de gas puede hacer que el haz se disperse. Debido a que es un proceso de vacío y debido a los altos voltajes utilizados, este método de soldadura está altamente automatizado y controlado por computadora. Como resultado, se utilizan accesorios especializados y mesas CNC para mover las piezas de trabajo dentro de la cámara de vacío de soldadura.

Los desarrollos recientes en la tecnología de máquinas de soldadura por haz de electrones han logrado un método local de soldadura por haz de electrones, en el que la pistola de haz de electrones está encerrada en una caja de vacío en el lado del material que se va a unir, en lugar de colocar toda la pieza de trabajo dentro de una cámara de vacío.

En la soldadura por haz de electrones, el electrón es producido por el cátodo del cañón de electrones. Después del cátodo, se proporciona una rejilla de copa. Previene la divergencia de electrones y los controla. Debido al alto voltaje aplicado a través del cátodo y el ánodo. El ánodo que está cargado positivamente atrae el electrón de la rejilla de la copa.

El ánodo acelera el electrón y su velocidad aumenta y alcanza el rango de 50000 – 200000 km/s. Desde el ánodo, el haz de electrones de alta velocidad pasa a través de la lente magnética y las bobinas deflectoras.

La lente magnética enfoca el haz de electrones a la ubicación deseada en la pieza de trabajo. Y la bobina deflectora desvía el haz al área de soldadura requerida. A medida que el haz de electrones de alta velocidad golpea la pieza de trabajo, se produce un calor intenso que funde el metal de las dos piezas de trabajo y llena el área de soldadura. La soldadura fundida se solidifica y forma una fuerte unión soldada.

Aplicación de soldadura por haz de electrones

• Se utiliza en la industria aeroespacial para la fabricación de componentes de aviones, partes de estructuras, piezas de transmisión y sensores.
• Se utiliza en industrias de generación de energía.
• Se utiliza en las industrias espaciales para construir tanques y sensores de titanio.
• Se utiliza en la industria automotriz para fabricar sistemas de transmisión, engranajes y turbocompresores.
• Se utiliza en industrias eléctricas y electrónicas para fabricar partes de estructuras de cobre.
• El resto de áreas donde se utiliza son industrias nucleares, médicas, centros de investigación, etc.

Ventajas de la soldadura por haz de electrones

• Alta velocidad de soldadura.
• Se puede realizar soldadura de metales diferentes.
• Alta calidad y precisión de soldadura.
• Menos costo operativo.
• Los materiales con altas temperaturas de soldadura se pueden soldar fácilmente.
• Menos distorsión debido a una zona de calor menos afectada.
• El costo de la limpieza es insignificante.
• Suelda láminas más gruesas, va desde .025 mm hasta 100 mm.
• Es capaz de soldar juntas inaccesibles.

Desventajas de la soldadura por haz de electrones

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