Soudage par faisceau
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Soudage par faisceau d'électrons (EBW) est une fusion de soudure , dans lequel un processus de faisceau à grande vitesse des électrons est appliquée sur les matériaux à assembler. Les pièces fondent comme énergie cinétique des électrons se transforme en chaleur à l'impact, et le métal d'apport, le cas échéant, également fait fondre pour former une partie de la soudure. La soudure se fait souvent dans des conditions d'un de vide pour éviter dispersion du faisceau d'électrons. Le processus a été développé par le physicien allemand Karl-Heinz Steigerwald, qui était au moment de travailler sur diverses applications du faisceau d'électrons, perçue et a développé le premier faisceau d'électrons pratique machine de soudure qui a commencé à fonctionner en 1958.
Opération
Comme les électrons frappent la pièce à usiner, leur énergie est convertie en chaleur, vaporiser instantanément le métal à des températures proches de 25 000 ° C . La chaleur pénètre profondément, ce qui permet de souder des pièces beaucoup plus épais que ce qui est possible avec la plupart des autres procédés de soudage. Cependant, parce que le faisceau d'électrons est bien ciblée, l'apport de chaleur total est en fait très inférieure à celle de toute processus de soudage à l'arc. Par conséquent, l'effet de soudure sur le matériau environnant est minime, et la zone affectée par la chaleur est faible. La distorsion est faible, et la pièce se refroidit rapidement, et alors que normalement un avantage, cela peut conduire à la fissuration dans acier haute teneur en carbone. Presque tous les métaux peuvent être soudés par le procédé, mais le plus communément sont soudées aciers inoxydables, superalliages, et réactif et métaux réfractaires. Le processus est aussi largement utilisé pour effectuer des soudures d'une variété de combinaisons de métaux dissemblables. Toutefois, en essayant de souder de l'acier au carbone dans un vide amène le métal à émettre des gaz à mesure qu'il fond, de sorte que désoxydants doivent être utilisés pour empêcher la porosité soudure. Soudage par faisceau d'électrons est un processus très similaire à soudage par faisceau laser, sauf que les électrons sont focalisés au lieu de photons dans le cas de lasers. L'avantage d'utiliser un faisceau d'électrons est que le faisceau ne présente pas de tendance à se écarter comme des faisceaux laser quand ils font contact avec la pièce à usiner. Certaines des utilisations de EB soudage comprennent faire l'aérospatiale et des pièces automobiles, ainsi que des pièces de semi-conducteurs et même des bijoux.
La quantité de l'apport de chaleur, et ainsi la pénétration, dépend de plusieurs variables, notamment le nombre et la vitesse des électrons percutant la pièce, le diamètre du faisceau d'électrons, et la vitesse de Voyage. Une plus grande intensité du faisceau entraîne une augmentation de l'apport de chaleur et la pénétration, tandis que la vitesse de Voyage ultérieure diminue la quantité de l'apport de chaleur et réduit la pénétration. Le diamètre du faisceau peut être modifiée en déplaçant le point focal par rapport à la pièce à usiner, la focalisation du faisceau au-dessous de la surface augmente la pénétration, tout en mettant le point focal au-dessus de la surface augmente la largeur de la soudure.
Les trois principales méthodes de EBW sont appliqués chacun dans différents environnements de soudage. Le premier procédé mis au point nécessite que la chambre de soudage soit à un vide poussé. Matériau épais comme 15 cm (6 in) peuvent être soudés, et la distance entre le pistolet de soudage et la pièce (la distance de séparation) peut être aussi grande que 0,7 m (30 in). Bien que le plus efficace des trois modes, les inconvénients comprennent la quantité de temps nécessaire pour évacuer correctement la chambre et le coût de l'ensemble de la machine. Comme la technologie faisceau de canon à électrons avancé, il est devenu possible d'effectuer EBW dans un vide douce, sous la pression de 0,1 Torr. Cela permet de plus grandes chambres de soudage et réduit le temps et le matériel nécessaires pour atteindre évacuer la chambre, mais permet de réduire la distance maximale d'écartement et diminue de moitié l'épaisseur maximale du matériau de 5 cm (2 in). Le troisième mode est appelé EBW nonvacuum ou EBW hors du vide, car il est effectué à pression atmosphérique. La distance de sécurité doit être réduite à 4 cm (1,5 po), et l'épaisseur maximale du matériau est d'environ 5 cm (2 po). Cependant, il permet pour des pièces de toutes tailles à souder, étant donné que la taille de la chambre de soudage ne est plus un facteur. Un schéma peut être utile
Équipement
Le canon à faisceau d'électrons utilisé dans les deux EBW produit les électrons et les accélère, en utilisant un émetteur de cathode chaude en tungstène qui émet des électrons lorsqu'elle est chauffée. Les électrons sont ensuite accélérés à un creux anode à l'intérieur de la colonne de canon au moyen d'un différentiel de tension élevée. Ils traversent l'anode à grande vitesse (environ 1/2 de la vitesse de la lumière), et sont ensuite dirigés vers la pièce à usiner avec des forces magnétiques résultant de focalisation et des bobines de déviation. Ces composants sont tous logés dans un un faisceau d'électrons colonne arme à feu, dans lequel un vide poussé (environ 0,00001 torr) est maintenue.
La puissance de la fourniture EBW tire un courant faible (généralement inférieur à 1 A), mais fournit une tension aussi élevée que 60 kV dans les machines basse tension, ou 200 kV dans les machines à haute tension. Machines à haute tension fournissent un courant aussi bas que 40 mA, et peut fournir une soudure profondeur-largeur rapport de 25: 1, tandis que le rapport avec une machine basse tension est d'environ 12: 1. La puissance du faisceau d'une source d'alimentation est un indicateur de sa capacité à effectuer un travail, et détermine la densité de puissance (généralement de 40 à 4000 kW / cm² ou 100-10,000 kW / in²).
Pour le vide dur et méthodes de EBW à vide douces, la chambre de soudage utilisé doit être étanche et assez fort pour l'empêcher d'être écrasé par la pression atmosphérique. Il doit avoir des ouvertures de sorte que les pièces peuvent être insérés et extraits et sa taille doit être suffisante pour maintenir les pièces mais pas significativement plus grandes, que les grandes chambres nécessitent plus de temps pour évacuer. La chambre doit également être équipé de pompes capables d'évacuer à la pression désirée. Pour un vide poussé, un pompe à diffusion est nécessaire, tandis que les aspirateurs mous peuvent souvent être obtenus par des équipements moins coûteux.
