Soldagem por Feixe de Elétrons Explicada: Definição, Processo e Benefícios

O que é Soldagem por Feixe de Elétrons?

A soldagem por feixe de elétrons (EBW) é um processo de soldagem por fusão no qual um feixe de elétrons de alta velocidade é aplicado a dois materiais a serem unidos. As peças de trabalho derretem e fluem juntas à medida que a energia cinética dos elétrons é transformada em calor ao impacto. A EBW é frequentemente realizada sob condições de vácuo para evitar a dissipação do feixe de elétrons.

Os elétrons são gerados via uma pistola de elétrons e então acelerados para velocidades muito altas usando campos elétricos. Este fluxo de elétrons de alta velocidade é então focalizado usando campos magnéticos e aplicado precisamente aos materiais a serem unidos.

À medida que os elétrons impactam os materiais, sua energia cinética é convertida em calor, o que faz com que os metais derretam e fluam juntos. A soldagem por feixe de elétrons geralmente ocorre em vácuo, pois a presença de moléculas de gás pode dispersar o feixe.

Devido às altas tensões envolvidas na soldagem EB, e ao vácuo necessário, todo o processo é controlado por computador e fortemente automatizado. A natureza precisa da tecnologia frequentemente exige fixadores especializados para segurar as peças para união, e mesas CNC são comumente usadas para mover os fixadores e peças de trabalho dentro da câmara de soldagem.

Soldadores por feixe de elétrons são muito caros, devem ser rigidamente mantidos, e o suporte requerido pelas tecnologias de alta tensão e alto vácuo pode ser exigente. No entanto, as soldas por feixe de elétrons são incrivelmente precisas, fortes e puras, todo o processo é precisamente repetível, e para muitas aplicações e materiais, a soldagem por feixe de elétrons é a melhor tecnologia de união que existe.

Um Procedimento Típico de Soldagem por Feixe de Elétrons

Embora cada trabalho de soldagem por feixe de elétrons seja diferente, existe um procedimento base que seguimos na EB Industries que nos permite manter tanto a qualidade da solda quanto a taxa de produção.

• As peças a serem montadas são minuciosamente inspecionadas e limpas
• Fixadores para segurar as peças firmemente no lugar durante o processo de soldagem são concebidos. Tentamos maximizar o número de peças que podem ser soldadas por ciclo de vácuo para manter altas taxas de produção. Se necessário, fixadores são feitos sob medida em nossa oficina completa
• As peças são carregadas em seus fixadores e os fixadores conectados à mesa CNC do soldador por feixe de elétrons. A mesa CNC é programada para mover precisamente as peças para a posição sob o feixe de elétrons durante o processo de soldagem
• A câmara de vácuo é selada e o ar bombeado para fora dela para alcançar o vácuo parcial ou total necessário pela especificação do cliente
• Se necessário, soldas de teste são realizadas para verificar o alinhamento e foco do feixe, potência do feixe, penetração da solda e qualidade geral da solda. Parâmetros são ajustados conforme necessário e monitorados continuamente durante todas as operações de soldagem
• Se for um ciclo de soldagem de produção, o operador de soldagem inicia a programação da mesa CNC e o ciclo de disparo do feixe de elétrons. As peças são então soldadas por feixe de elétrons
• No final do ciclo de soldagem, a câmara de vácuo é despressurizada e as peças e fixadores são removidos do soldador
• As peças são cuidadosamente removidas de seus fixadores e então submetidas a uma inspeção completa de controle de qualidade

Funcionamento da Soldagem por Feixe de Elétrons

A soldagem por feixe de elétrons (EB) é um processo de soldagem por fusão pelo qual elétrons são gerados por uma pistola de elétrons e acelerados para altas velocidades usando campos elétricos. Este fluxo de elétrons de alta velocidade é firmemente focalizado usando campos magnéticos e aplicado aos materiais a serem unidos. O feixe de elétrons cria calor cinético ao impactar as peças de trabalho, fazendo-as derreter e ligar juntas.

A soldagem por feixe de elétrons é realizada em ambiente de vácuo, pois a presença de gás pode causar a dispersão do feixe. Devido a ser um processo de vácuo e por causa das altas tensões usadas, este método de soldagem é fortemente automatizado e controlado por computador. Como resultado, fixadores especializados e mesas CNC são usados para mover as peças de trabalho dentro da câmara de vácuo de soldagem.

Desenvolvimentos recentes na tecnologia de máquinas de soldagem por feixe de elétrons realizaram um método local de soldagem por feixe de elétrons, pelo qual a pistola de feixe de elétrons é encerrada em uma caixa de vácuo no lado do material a ser unido, em vez de colocar a peça de trabalho inteira dentro de uma câmara de vácuo.

Na soldagem por feixe de elétrons, o elétron é produzido pelo cátodo da pistola de elétrons. Após o cátodo, uma grade de copo é fornecida. Ela impede a divergência dos elétrons e os controla. Devido à alta tensão aplicada através do cátodo e ânodo. O ânodo, que é positivamente carregado, atrai o elétron da grade de copo.

O ânodo acelera o elétron e sua velocidade aumenta e atinge a faixa de 50.000 – 200.000 km/s. Do ânodo, o feixe de elétrons de alta velocidade passa através da lente magnética e bobinas defletoras.

A lente magnética focaliza o feixe de elétrons no local desejado na peça de trabalho. E a bobina defletora desvia o feixe para a área de solda requerida. À medida que o feixe de elétrons de alta velocidade atinge a peça de trabalho, calor intenso é produzido e derrete o metal das duas peças de trabalho e preenche a área de solda. A solda fundida solidifica e forma uma junta de solda forte.

Aplicações da Soldagem por Feixe de Elétrons

• Usada na indústria aeroespacial para fabricação de componentes de jato, partes de estruturas, partes de transmissão e sensores
• Usada na indústria de geração de energia
• Usada na indústria espacial para construir tanques de titânio e sensores
• Usada na indústria automobilística para fabricar sistemas de transmissão, engrenagens e turbocompressores
• Usada nas indústrias elétrica e eletrônica para fabricar partes de estruturas de cobre
• Outras áreas onde é usada: indústrias nucleares, médicas, centros de pesquisa, etc.

Vantagens da Soldagem por Feixe de Elétrons

• Alta velocidade de soldagem
• Soldagem de metais dissimilares pode ser feita
• Alta qualidade e precisão da solda
• Menor custo operacional
• Materiais com altas temperaturas de soldagem podem ser soldados facilmente
• Menor distorção devido à menor zona afetada pelo calor
• O custo de limpeza é insignificante
• Solda chapas mais espessas, variando de 0,025 mm a 100 mm
• Capaz de soldar juntas inacessíveis

Desvantagens da Soldagem por Feixe de Elétrons

• O custo do equipamento é muito alto
• Operador altamente qualificado é necessário para operá-lo
• Um alto vácuo é necessário
• Devido à operação em vácuo, trabalhos grandes não podem ser soldados
• Altas medidas de segurança são necessárias para trabalhar com ele