Soldadura por Haz de Electrones: Proceso, Ventajas y Aplicaciones Industriales

En este artículo aprenderás qué es la soldadura por haz de electrones, su principio de funcionamiento, equipos, aplicaciones, ventajas y más. También descarga el archivo PDF de este artículo al final.

Soldadura por Haz de Electrones

¿Qué es EBM?

El EBM o soldadura por haz de electrones es un proceso de soldadura que usa el calor producido por un haz de electrones de alta energía. Los electrones golpean la pieza de trabajo y su energía cinética se transforma en energía térmica calentando el metal para que los lados de la pieza puedan unirse y se forme una soldadura después de solidificarse.

La soldadura por haz de electrones también es un proceso de soldadura en estado líquido. En el cual, la unión metal-metal se forma en estado líquido o fundido. También se llama proceso de soldadura porque usa la energía cinética de los electrones para unir dos piezas de trabajo metálicas.

¿Cuándo se Inventó la EBM?

Esta soldadura fue inventada en 1958 por el físico alemán Karl-Heinz. En este proceso de soldadura, una corriente de electrones de alta energía golpea las placas de soldadura, donde su energía cinética se convierte en energía térmica.

Esta energía térmica es suficiente para fundir las piezas de trabajo y unirlas en una sola pieza. Todo este proceso tiene lugar en vacío, de lo contrario, los electrones colisionan con partículas de aire y pierden su energía.

Si quieres comprar la máquina de soldadura por haz de electrones, el coste es alrededor de $1,000,000 del modelo EBW-112x102x66 disponible en Sciaky. La máquina tiene un soldador de haz de 30KW W2000 controlado por computadora con vacío duro, con pistola de bajo voltaje (60KV).

Equipos de EBM

A continuación se presentan los equipos de EBM:

1. Pistola de electrones
2. Ánodo
3. Lentes magnéticos
4. Lente electromagnético y bobina de desviación
5. Dispositivo de sujeción de pieza
6. Cámara de vacío
7. Fuente de alimentación

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1. Pistola de Electrones

Es el equipo importante de la soldadura por haz de electrones. Es un tubo cátodo (polo negativo) que genera electrones, los acelera y concentra en un lugar. Esta pistola a menudo se hace de tungsteno o aleaciones de tantalio. El filamento del cátodo se calienta hasta 2500°C para la descarga continua de electrones.

2. Ánodo

El ánodo es un polo positivo justo detrás de la pistola de electrones. Su función principal es atraer la carga negativa (electrones en este caso) dándoles un camino y no permitiéndoles desviarse de su trayectoria.

3. Lentes Magnéticos

Hay una serie de lentes magnéticos que permiten solo el paso de electrones convergentes. Todos absorben electrones divergentes con baja energía y proporcionan un haz de electrones de alta intensidad.

4. Lente Electromagnético y Bobina de Desviación

Los lentes electromagnéticos se emplean para enfocar el haz de electrones sobre la pieza de trabajo y la bobina de desviación desvía el haz al área de soldadura esperada. Estas son las unidades finales del proceso EBW.

5. Dispositivo de Sujeción de Pieza

Este proceso de soldadura usa mesas CNC para sujetar piezas que pueden rotar en las tres direcciones. Las placas de soldadura se fijan a la mesa CNC con el uso de utillajes adecuados.

6. Cámara de Vacío

Como sabes, todo este proceso tiene lugar en una cámara de vacío. El vacío se produce por bombas mecánicas o eléctricas. El rango de presión en la cámara de vacío es de aproximadamente 0.1 a 10 Pa.

7. Fuente de Alimentación

Este proceso de soldadura EBM usa una fuente de energía para suministrar un haz continuo de electrones para el proceso de soldadura. El rango de voltaje de soldadura para equipos de bajo voltaje o para soldadura delgada es de aproximadamente 5 – 30 kV y para equipos de alto voltaje o 70 – 150 kV para soldadura gruesa.

Principio de Funcionamiento de la Soldadura por Haz de Electrones

Funciona en el principio de mecanizado por haz de electrones. Este proceso usa la energía cinética de los electrones para generar calor. Este calor se usa para soldar dos placas de soldadura.

Cuando una corriente de electrones de alta energía golpea las placas de soldadura, su energía cinética se convierte en energía térmica. Esta energía térmica es suficiente para formar una junta fundida uniendo dos placas metálicas juntas.

Funcionamiento de la Soldadura por Haz de Electrones

EBM es un proceso de soldadura que utiliza calor generado por un haz de electrones de alta energía. Los electrones golpean la pieza de trabajo y su energía cinética se convierte en energía térmica calentando el metal para que los lados de la pieza se unan y se forme una soldadura después de solidificarse.

El proceso se lleva a cabo en la cámara de vacío a una presión de aproximadamente 2 x 10⁻⁷ a 2 x 10⁻⁶ psi (0.0013 a 0.0013 Pa). Tal alto vacío se requiere para prevenir la pérdida de energía del electrón en colisiones con moléculas de aire.

Los electrones son emitidos por un cátodo (pistola de electrones). Debido a un alto voltaje (aproximadamente 150 kV) usado entre el cátodo y el ánodo, los electrones son acelerados hasta el 30% – 60% de la velocidad de la luz. La energía cinética de los electrones se vuelve suficiente para fundir la soldadura objetivo. Parte de la energía del electrón se transforma en radiación de rayos X.

Los electrones estimulados por campo eléctrico son luego enfocados en un haz delgado en la bobina de enfoque. La bobina de desviación mueve el haz de electrones a lo largo de la soldadura. El haz de electrones es capaz de soldar piezas con espesor desde 0.004" (0.01 mm) hasta 6" (150 mm) de acero y hasta 20" (500 mm) de aluminio.

La soldadura por haz de electrones puede usarse para unir cualquier metal, incluyendo metales que rara vez se sueldan por otros métodos: metales refractarios (tungsteno, molibdeno y niobio) y metales químicamente activos (titanio, circonio y berilio).

La soldadura por haz de electrones también es capaz de unir metales disímiles. El arreglo se hace como se muestra en la figura.

Ventajas de la Soldadura por Haz de Electrones

1. Soldadura continua y estrecha.
2. Baja distorsión.
3. Soldadura estrecha y zona afectada por calor estrecha.
4. No se requiere metal de aporte.
5. Puede soldar tanto metales uniformes como de difusión.
6. El proceso de soldadura por haz de electrones proporciona alta tasa de unión metálica.
7. Puede usarse para soldar materiales duros.
8. Proporciona soldadura con alto acabado superficial.
9. Todo el proceso en vacío tiene menos defectos de soldadura.

Desventajas de la Soldadura por Haz de Electrones

1. Su equipo es muy costoso.
2. Tiene altos gastos de producción.
3. Este tipo de soldadura tiene radiación de rayos X.
4. Tiene altos costes de capital o instalados.
5. Se requiere mantenimiento regular.
6. El tamaño de la pieza está limitado según la cámara de vacío.
7. Requiere mano de obra altamente calificada.

Aplicaciones de la Soldadura por Haz de Electrones

1. Se usa en industrias aeroespaciales y marinas para trabajo de infraestructura.
2. Este tipo de soldadura se usa generalmente en industrias automotrices para conectar engranajes, sistemas de transmisión, turbocompresores, etc.
3. EBM se aplica para unir titanio y sus aleaciones.
4. Se usa en industrias electrónicas para soldar conectores electrónicos.
5. Este proceso de soldadura EBM también se usa en reactores nucleares e industrias médicas.

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