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. EBW se realiza a menudo en condiciones de vacío para evitar la disipación del haz.

Los electrones se generan mediante un cañón de electrones y luego se aceleran a velocidades muy altas usando campos eléctricos. Este chorro 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, fundiendo los metales y haciéndolos fluir 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 y el 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 para unir, y mesas CNC son comúnmente usadas para mover fijaciones y piezas dentro de la cámara de soldadura.

Los soldadores por haz de electrones son muy caros, requieren 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, el proceso es totalmente repetible con precisión, y para muchas aplicaciones y materiales, es la mejor tecnología de unión.

Un Procedimiento Típico de Soldadura por Haz de Electrones

Aunque cada trabajo de soldadura EB es diferente, hay un procedimiento base que seguimos en EB Industries para mantener tanto la calidad de soldadura como la tasa de producción.

• Las piezas a ensamblar se inspeccionan y limpian a fondo;
• Se idean fijaciones para sujetar las piezas firmemente durante la soldadura. Intentamos maximizar el número de piezas soldadas 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 acoplan a la mesa CNC del soldador EB. La mesa CNC se programa para mover precisamente las piezas a posición bajo el haz durante la soldadura;
• La cámara de vacío se sella y se bombea el aire para lograr el vacío parcial o total requerido por la especificación del cliente;
• Si es necesario, se realizan soldaduras de prueba para verificar alineación y enfoque del haz, potencia, penetración y calidad general. Los parámetros se ajustan y monitorean continuamente durante todas las operaciones;
• Si es un ciclo de producción, el operador inicia la programación de la mesa CNC y el ciclo de disparo del haz. Las piezas se sueldan por haz de electrones;
• Al final del ciclo, la cámara se despresuriza y las piezas y fijaciones se remueven;
• Las piezas se retiran cuidadosamente de las fijaciones y se someten a 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 fusión donde electrones son generados por un cañón y acelerados a altas velocidades usando campos eléctricos. Este chorro de alta velocidad se enfoca fuertemente usando campos magnéticos y se aplica a los materiales a unir. El haz crea calor cinético al impactar las piezas, fundiéndolas y uniéndolas.

Se realiza en ambiente de vacío ya que la presencia de gas puede dispersar el haz. Al ser proceso de vacío y usar altos voltajes, este método es altamente automatizado y controlado por computadora. Como resultado, se usan fijaciones especializadas y mesas CNC para mover piezas dentro de la cámara de vacío.

Desarrollos recientes han realizado un método local de soldadura EB, donde el cañón está encerrado en una caja de vacío al lado del material a unir, en lugar de colocar toda la pieza en cámara de vacío.

En soldadura EB, el electrón es producido por el cátodo del cañón. Tras el cátodo, una rejilla (cup grid) evita la divergencia y controla los electrones. Por el alto voltaje aplicado entre cátodo y ánodo, el ánodo (cargado positivamente) atrae electrones de la rejilla.

El ánodo acelera el electrón y su velocidad aumenta alcanzando 50.000 – 200.000 km/s. Desde el ánodo, el haz de electrones de alta velocidad pasa por lente magnética y bobinas deflectoras.

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

Aplicación de la Soldadura por Haz de Electrones

• Industria aeroespacial: componentes de jet, partes estructurales, transmisión, sensores.
• Industria de generación de energía.
• Industria espacial: tanques de titanio y sensores.
• Industria automotriz: sistemas de transmisión, engranajes, turbocompresores.
• Industria eléctrica y electrónica: partes de estructuras de cobre.
• Otras áreas: nuclear, médica, centros de investigación, etc.

Ventajas de la Soldadura por Haz de Electrones

• Alta velocidad de soldadura.
• Soldadura de metales disímiles posible.
• Alta calidad y precisión de soldadura.
• Menor coste operativo.
• Materiales con altas temperaturas de soldadura se sueldan fácilmente.
• Menos distorsión por zona afectada por calor reducida.
• Coste de limpieza insignificante.
• Suela chapas gruesas, rango de 0,025 mm a 100 mm.
• Capaz de soldar juntas inaccesibles.

Desventajas de la Soldadura por Haz de Electrones

• Coste de equipo muy alto.
• Operador altamente calificado requerido.
• Alto vacío requerido.
• Por operar en vacío, piezas grandes no pueden soldarse.
• Altas medidas de seguridad necesarias.