Soldadura de feixe de elétron

Feixe de elétrons de solda (EBW) é uma fusão de soldagem processo em que um feixe de alta velocidade electrões é aplicada aos materiais a serem unidos. As peças de trabalho a derreter como energia cinética dos electrões é transformada em calor no momento do impacto, e o metal de enchimento, se usado, também se derrete para formar parte da solda. A soldagem é feito muitas vezes em condições de um vácuo para prevenir dispersão do feixe de electrões. O processo foi desenvolvido pelo físico alemão Karl-Heinz Steigerwald, que era na época trabalhando em várias aplicações de feixes electrónicos, percebida e desenvolveu a primeira prática máquina de solda por feixe de elétrons que começou a operar em 1958.

Operação

À medida que os electrões atingir a peça de trabalho, a sua energia é convertida em calor, o metal de vaporização instantânea sob temperaturas próximas 25.000 ° C . O calor penetra profundamente, tornando-se possível soldar peças de obra muito mais espessa do que é possível com a maioria dos outros processos de soldadura. No entanto, porque o feixe de electrões está firmemente focado, a entrada total de calor é, na verdade, muito mais baixa do que a de qualquer processo de soldagem a arco. Como resultado, o efeito de soldadura sobre o material circundante é mínima, e a zona afetada pelo calor é pequena. A distorção é pequena, e a peça de trabalho arrefece rapidamente, e ao mesmo tempo normalmente uma vantagem, esta pode levar à fissuração aço de alto carbono. Quase todos os metais podem ser soldados por o processo, mas o mais vulgarmente são soldadas aços inoxidáveis, superligas, e reactivo e metais refratários. O processo também é amplamente utilizada para realizar soldaduras de uma variedade de combinações de metais diferentes. No entanto, a tentativa de soldar aço carbono em um vácuo faz com que o metal para emitir gases como ela derrete, assim desoxidantes deve ser utilizado para evitar a porosidade da solda. Electron Beam Welding é um processo muito semelhante ao Laser Beam Welding, exceto que os elétrons estão focadas em vez de fótons, no caso dos lasers. A vantagem de se utilizar um feixe de electrões é que o feixe não tem uma tendência para divergir como feixes de laser fazer quando contactam com a peça de trabalho. Alguns dos usos de soldagem EB incluem fazer aeroespacial e de peças automotivas, bem como peças de semicondutores e até jóias.

A quantidade de entrada de calor, e, assim, a penetração, depende de várias variáveis, principalmente o número e a velocidade de impacto de electrões a peça de trabalho, o diâmetro do feixe de electrões, e a velocidade de deslocamento. Mais corrente de feixe provoca um aumento na entrada de calor e de penetração, enquanto que uma maior velocidade de deslocação diminui a quantidade de entrada de calor e reduz a penetração. O diâmetro do feixe pode ser variada movendo o ponto focal em relação ao feixe abaixo da superfície da peça de trabalho com foco-a penetração aumenta, ao passo que colocando o ponto focal acima da superfície aumenta a largura da soldadura.

Os três métodos principais de PCV são cada aplicados em diferentes ambientes de soldadura. O método desenvolvido pela primeira vez requer que a câmara de soldadura ser de um vácuo forte. Material de tão grosso quanto 15 cm (6 in) pode ser soldada, e a distância entre a pistola de soldadura e da peça de trabalho (a distância stand-off) pode ser tão grande como de 0,7 m (30 pol). Enquanto o mais eficaz dos três modos, as desvantagens incluem a quantidade de tempo necessário para evacuar a câmara correctamente e o custo de toda a máquina. Como tecnologia de pistola de electrões do feixe avançada, tornou-se possível executar EBW no vácuo suave, sob pressão de 0,1 Torrs. Isto permite a soldadura câmaras maiores e reduz o tempo e os equipamentos necessários para atingir evacuar a câmara, mas reduz a distância máxima stand-off para metade e diminui a espessura máxima do material a 5 cm (2 pol). O terceiro modo de PCV é chamado nonvacuum ou fora-de-EBW de vácuo, uma vez que é realizado a pressão atmosférica. A distância stand-off deve ser diminuída a 4 cm (1,5 in), e a espessura máxima do material é de cerca de 5 cm (2 pol). No entanto, permite para peças de qualquer tamanho para ser soldada, uma vez que o tamanho da câmara de soldadura não é um factor. Um desenho esquemático pode ser útil

Equipamento

A arma de feixe de electrões usado em EBW tanto produz os elétrons e acelera-los, usando um emissor de cátodo quente feita de tungstênio que emite elétrons quando aquecido. Os elétrons são então acelerou para uma cavidade ânodo no interior da coluna arma por meio de um diferencial de alta tensão. Eles passam através do ânodo a alta velocidade (aproximadamente 1/2 da velocidade da luz) e são, em seguida, dirigida para a peça de trabalho com as forças magnéticas resultantes da focagem e bobinas de deflexão. Estes componentes estão todos alojados numa feixe de elétrons coluna pistola, em que um disco de vácuo (cerca de 0,00001 torr) é mantida.

O poder EBW fornecimento puxa uma corrente baixa (geralmente inferior a 1 A), mas fornece uma tensão tão elevada como 60 kV em máquinas de baixa tensão, ou 200 kV em máquinas de alta tensão. Máquinas de alta tensão de alimentação uma corrente tão baixo quanto 40 mA, e pode proporcionar um rácio de solda profundidade e largura de 25: 1, ao passo que a relação com uma máquina de baixa tensão é de cerca de 12: 1. A potência do feixe de uma fonte de alimentação é um indicador de sua capacidade de fazer o trabalho, e determina o densidade de potência (geralmente 40-4000 kW / cm² ou 100-10.000 kW / in²).

Para o vácuo forte e métodos EBW vácuo moles, a câmara de soldadura utilizada deve ser estanque e suficientemente forte para evitar que ele seja esmagado pela pressão atmosférica. Deve ter aberturas de modo que as peças de trabalho podem ser inseridos e removidos, e o seu tamanho tem de ser suficiente para segurar as peças de obra, mas não significativamente maiores, como câmaras maiores requerem mais tempo para evacuar. A câmara também tem de ser equipado com bombas capazes de evacuar para a pressão desejada. Para um disco de vácuo, uma é necessária uma bomba de difusão, enquanto vácuos moles pode muitas vezes ser obtido por equipamento menos dispendioso.