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 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.

Elétrons são gerados via uma pistola de elétrons e então acelerados a velocidades muito altas usando campos elétricos. Este fluxo de alta velocidade de elétrons 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 os metais derreterem e fluírem juntos. A soldagem por feixe de elétrons geralmente ocorre em vácuo, pois a presença de moléculas de gás pode espalhar o feixe.

Devido às altas tensões envolvidas na soldagem EB, e ao vácuo requerido, todo o processo é controlado por computador e altamente automatizado. A natureza precisa da tecnologia frequentemente requer fixadores especializados para segurar peças para união, e mesas CNC são comumente usadas para mover os fixadores e peças 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, há 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 criados. 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 de usinagem completa;
• As peças são carregadas em seus fixadores e os fixadores anexados à mesa CNC do soldador por Feixe de Elétrons. A mesa CNC é programada para mover precisamente as peças para 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 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 bombeada para baixo 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 a altas velocidades usando campos elétricos. Este fluxo de alta velocidade de elétrons é firmemente focalizado usando campos magnéticos e aplicado aos materiais a serem unidos. O feixe de elétrons cria calor cinético ao impactar as peças, 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 altamente automatizado e controlado por computador. Como resultado, fixadores especializados e mesas CNC são usados para mover as peças 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 toda a peça 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 carregado positivamente, 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 pela lente magnética e bobinas defletoras.

A lente magnética focaliza o feixe de elétrons no local desejado na peça. 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, calor intenso é produzido e derrete o metal das duas peças e preenche a área de solda. A solda fundida solidifica e forma uma junta de solda forte.

Aplicação da Soldagem por Feixe de Elétrons

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

Vantagens da Soldagem por Feixe de Elétrons

• Alta velocidade de soldagem.
• Soldagem de metais diferentes 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 zona afetada pelo calor menor.
• O custo de limpeza é insignificante.
• Solda chapas mais espessas, variando de 0,025 mm a 100 mm.
• É 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-la.
• Um alto vácuo é requerido.
• Devido à operação em vácuo, trabalhos grandes não podem ser soldados.
• Altas medidas de segurança são necessárias para trabalhar com ela.