Soldagem por Feixe de Elétrons: Definição, Processo, Aplicações, Vantagens e Desvantagens

Hoje, neste artigo, vou dar uma visão aprofundada da Máquina de Soldagem por Feixe de Elétrons.

Este Processo de Soldagem foi desenvolvido pela primeira vez em 1949 por Karl-Heinz Steigerwald, que era um físico alemão.

Neste artigo, primeiro veremos a Definição, Como Funciona, depois também mostrarei as Aplicações, Vantagens e Limitações da Máquina EBW.

Sem mais delongas, vamos ao artigo.

O que é Soldagem por Feixe de Elétrons?

Soldagem por Feixe de Elétrons é um processo de soldagem no estado líquido no qual dois metais similares ou dissimilares são unidos pelo uso de calor, e esse calor é gerado por elétrons de alta energia. Quando um elétron atinge com alta velocidade a peça, ocorrem duas formas de conversão de energia: energia cinética e energia térmica.

Construção da Máquina de Soldagem por Feixe de Elétrons

A Máquina de Soldagem por Feixe de Elétrons consiste nas seguintes partes:

• Fonte de Alimentação de Alta Tensão
• Canhão de Elétrons
• Grade de Cátodo
• Ânodo
• Sistema de Visualização Óptica
• Lente Magnética
• Bobina Desviadora
• Câmara de Vácuo
• Peça de Trabalho
• Dispositivo de Fixação da Peça

Agora, deixe-me mostrar estas partes em detalhes.

Fonte de Alimentação de Alta Tensão

A fonte de alimentação é categorizada de duas formas: uma como baixa e a outra como alta tensão.

• Faixa de baixa tensão para soldagem fina é entre 5 a 30 kV.
• Faixa de alta tensão para soldagem grossa é entre 70 a 150 kV.

Canhão de Elétrons

No canhão de elétrons, os elétrons livres são gerados por meio de termoemissão de uma tira ou fio de metal quente.

O principal propósito do canhão de elétrons é converter elétrons livres em um feixe de elétrons com a ajuda da grade de cátodo, ânodo, lente magnética e bobina de desvio.

Grade de Cátodo

Por esta parte, os elétrons livres são gerados. Contudo, a tensão dos elétrons livres gerados é muito baixa em eV. Para acelerar estes elétrons livres, eles passam por um alto campo elétrico produzido pelo Ânodo e emissor (Cátodo).

Ânodo

O ânodo é usado para acelerar os elétrons gerados pela grade de cátodo.

Sistema de Visualização Óptica

O sistema de visualização óptica nos ajuda a determinar e configurar o ponto de ação onde o feixe de elétrons impacta a peça.

Lentes Magnéticas

Lentes magnéticas permitem apenas a passagem dos elétrons convergentes. Absorvem a baixa energia dos elétrons divergentes e fornecem um feixe de elétrons de alta intensidade.

Bobina Desviadora

• A bobina de desvio é um tipo de lente magnética e é usada em tubos de raios catódicos.
• Ajuda a varrer o feixe de elétrons por toda a tela.

Câmara de Vácuo

• Na câmara de vácuo, não há presença de ar. A soldagem nesta máquina ocorre em vácuo.
• A pressão predefinida aqui é abaixo da atmosférica ou à pressão atmosférica.
• Também é conhecida como tubo ou câmara de Braun.

Peça de Trabalho

• A peça é fixada aos fixadores.
• A peça pode ser metais similares ou dissimilares.

Dispositivo de Fixação da Peça

• O dispositivo de fixação da peça também é chamado de Fixadores. É usado para segurar a peça rigidamente.
• Os fixadores são feitos de fundição de aço, aço inoxidável, ferro fundido, aço de alta resistência, etc.

Princípio de Funcionamento da Soldagem por Feixe de Elétrons

O princípio de funcionamento da soldagem por elétrons é o mesmo da usinagem por feixe de elétrons. Aqui usamos para unir metais similares ou dissimilares com a ajuda do feixe de elétrons.

Primeiro, fornecemos energia ao sistema. Há um cátodo [tem carga negativa] anexado, como você pode ver no diagrama, feito de Tungstênio. E logo abaixo o ânodo é conectado.

Agora, devemos criar uma diferença de potencial em torno de 30 a 175 kV porque quando a luz coerente produzida pelo cátodo passa pelos ânodos, estes ajudam a acelerá-la o máximo possível.

Agora, a luz coerente aparece diretamente na peça, enquanto uma bobina de foco está anexada, que diminui o espaçamento extra entre a luz coerente.

Agora, a luz chega diretamente à peça com a ajuda da bobina de desvio e aqui a temperatura é tão alta que derrete a peça. A energia cinética é agora convertida em energia térmica.

A peça está fixada aos fixadores aqui e todo o processo é feito em vácuo, ou seja, não há ar. Se ar entrar, a direção das luzes coerentes pode ser desviada e aparecer em outro lugar que não queremos soldar.

Aqui está um Vídeo de Máquina Moderna de Soldagem por Feixe de Elétrons:

[Vídeo incorporado do YouTube não reproduzível em formato texto]

Aplicações da Soldagem por Feixe de Elétrons

Soldagem por Elétrons tem ampla gama de uso. Aqui listei algumas:

• É usada para soldagem e furação da peça.
• Soldagem por feixe de elétrons é usada para várias indústrias como Naval, Automobilística, Aeronáutica, Manufatura, etc.
• Também é usada no setor de defesa para fabricação de diversos produtos.
• Para união de dois metais similares ou dissimilares.
• Para união de materiais refratários como tungstênio, cerâmicas, etc.
• Também usada nas indústrias médicas.
• A soldagem por feixe de elétrons corta fendas estreitas de 25 mícrons.

Vantagens da Soldagem por Feixe de Elétrons

Aqui estão algumas vantagens da Soldagem por Feixe de Elétrons:

• Não há necessidade de material de adição na soldagem por elétrons.
• Há muito pouca distorção.
• Os defeitos de soldagem também aparecem muito pouco.
• Soldagem por elétrons também solda material duro.
• O acabamento superficial obtido neste processo é alto.
• Também proporciona alta taxa de união de metal.
• A zona afetada pelo calor e a soldagem são estreitas.
• Este processo também ajuda a unir metais uniformes e de difusão.
• O processo de soldagem é contínuo e estanque.
• A peça tem propriedades de alta resistência e mantém até 95% da resistência dos materiais base.
• Este processo de soldagem por feixe é muito preciso.
• O processo de soldagem é totalmente automatizado.

Desvantagens da Soldagem por Feixe de Elétrons

As desvantagens da Soldagem por Feixe de Elétrons são:

• O processo não pode ser feito por trabalhador semi-qualificado, requer trabalhador altamente qualificado, ou seja, a pessoa deve ter conhecimento do processo de soldagem por elétrons.
• O tamanho da peça não é grande, é limitado devido à câmara de vácuo.
• Alta manutenção é requerida.
• O equipamento de soldagem por elétrons é custoso.
• O custo de instalação e capital é alto.
• A soldagem por elétrons tem radiação X e isso é um grande problema para humanos.
• As despesas de produção também são altas.

Conclusão

Aí está: A visão aprofundada da Soldagem por Feixe de Elétrons.

Espero que ache este artigo interessante. Também cobrimos muitos artigos baseados em conhecimento em torno de assuntos de Engenharia Mecânica, sinta-se à vontade para conferir.