Qu'est-ce que le soudage par faisceau d'électrons ? - Définition et processus

Qu'est-ce que le soudage par faisceau d'électrons ?

Le soudage par faisceau d'électrons (EBW) est un procédé de soudage par fusion dans lequel un faisceau d'électrons à grande vitesse est appliqué sur deux matériaux à assembler. Les pièces fondent et coulent ensemble lorsque l'énergie cinétique des électrons est transformée en chaleur lors de l'impact. L'EBW est souvent réalisée dans des conditions de vide pour empêcher la dissipation du faisceau d'électrons.

Les électrons sont générés via un canon à électrons, puis accélérés à des vitesses très élevées à l'aide de champs électriques. Ce flux d'électrons à grande vitesse est ensuite focalisé à l'aide de champs magnétiques et appliqué avec précision sur les matériaux à assembler.

Lorsque les électrons impactent les matériaux, leur énergie cinétique est convertie en chaleur, ce qui fait fondre et s'écouler les métaux. Le soudage par faisceau d'électrons se produit généralement sous vide car la présence de molécules de gaz peut disperser le faisceau.

En raison des hautes tensions impliquées dans le soudage EB et du vide requis, l'ensemble du processus est contrôlé par ordinateur et fortement automatisé. La nature précise de la technologie nécessite souvent des fixations spécialisées pour fixer les pièces à assembler, et les tables CNC sont couramment utilisées pour déplacer les fixations et les pièces à usiner dans la chambre de soudage.

Les soudeuses à faisceau d'électrons sont très coûteuses, doivent être étroitement entretenues et le support requis par les technologies à haute tension et à vide poussé peut être exigeant. Cependant, les soudures par faisceau d'électrons sont incroyablement précises, solides et pures, l'ensemble du processus reproductible avec précision, et pour de nombreuses applications et matériaux, le soudage par faisceau d'électrons est la meilleure technologie d'assemblage qui soit.

Une procédure typique de soudage par faisceau d'électrons

Bien que chaque travail de soudage par faisceau d'électrons soit différent, il existe une procédure de base que nous suivons chez EB Industries qui nous permet de maintenir à la fois la qualité de la soudure et le taux de production.

• Les pièces à assembler sont minutieusement inspectées et nettoyées ;
• Des fixations pour maintenir les pièces solidement en place pendant le processus de soudage sont conçues. Nous essayons de maximiser le nombre de pièces pouvant être soudées par cycle de vide pour maintenir des taux de production élevés. Si nécessaire, les luminaires sont fabriqués sur mesure dans notre atelier d'usinage complet ;
• Les pièces sont chargées dans leurs fixations et les fixations fixées à la table CNC du soudeur à faisceau d'électrons. La table CNC est programmée pour déplacer avec précision les pièces en position sous le faisceau d'électrons pendant le processus de soudage ;
• La chambre à vide est sécurisée et l'air pompé hors de celle-ci pour obtenir le vide partiel ou total nécessaire requis par les spécifications du client ;
• Si nécessaire, des soudures d'essai sont effectuées pour vérifier l'alignement et la focalisation appropriés du faisceau, la puissance du faisceau, la pénétration de la soudure et la qualité globale de la soudure. Les paramètres sont ajustés selon les besoins et surveillés en permanence pendant toutes les opérations de soudage ;
• S'il s'agit d'un cycle de soudage de production, l'opérateur de soudage lance la programmation de la table CNC et le cycle de tir du faisceau d'électrons. Les pièces sont ensuite soudées par faisceau d'électrons ;
• À la fin du cycle de soudage, la chambre à vide est pompée et les pièces et les raccords sont retirés de la soudeuse ;
• Les pièces sont soigneusement retirées de leurs fixations, puis soumises à une inspection de contrôle qualité complète.

Fonctionnement du soudage par faisceau d'électrons

Le soudage par faisceau d'électrons (EB) est un procédé de soudage par fusion dans lequel des électrons sont générés par un canon à électrons et accélérés à des vitesses élevées à l'aide de champs électriques. Ce flux d'électrons à grande vitesse est étroitement focalisé à l'aide de champs magnétiques et appliqué aux matériaux à assembler. Le faisceau d'électrons crée une chaleur cinétique lorsqu'il impacte les pièces, les faisant fondre et se lier ensemble.

Le soudage par faisceau d'électrons est effectué dans un environnement sous vide car la présence de gaz peut provoquer la dispersion du faisceau. En raison du fait qu'il s'agit d'un processus sous vide et des hautes tensions utilisées, cette méthode de soudage est fortement automatisée et contrôlée par ordinateur. En conséquence, des appareils spécialisés et des tables CNC sont utilisés pour déplacer les pièces à l'intérieur de la chambre à vide de soudage.

Les développements récents de la technologie des machines de soudage par faisceau d'électrons ont permis de réaliser une méthode locale de soudage par faisceau d'électrons, dans laquelle le pistolet à faisceau d'électrons est enfermé dans une boîte à vide sur le côté du matériau à assembler, plutôt que de placer la pièce entière à l'intérieur d'une chambre à vide.

Dans le soudage par faisceau d'électrons, l'électron est produit par la cathode du canon à électrons. Après la cathode, une grille à godets est prévue. Il empêche la divergence des électrons et les contrôle. En raison de la haute tension appliquée entre la cathode et l'anode. L'anode qui est chargée positivement attire l'électron de la grille de la coupelle.

L'anode accélère l'électron et sa vitesse augmente et atteint la plage de 50 000 à 200 000 km/s. À partir de l'anode, le faisceau d'électrons à grande vitesse traverse la lentille magnétique et les bobines déflectrices.

La lentille magnétique focalise le faisceau d'électrons à l'emplacement souhaité sur la pièce. Et la bobine déflectrice dévie le faisceau vers la zone de soudure requise. Lorsque le faisceau d'électrons à grande vitesse frappe la pièce, une chaleur intense est produite et fait fondre le métal des deux pièces et remplit la zone de soudure. La soudure fondue se solidifie et forme un joint de soudure solide.

Application du soudage par faisceau d'électrons

• Il est utilisé dans les industries aérospatiales pour la fabrication de composants de jet, de pièces de structures, de pièces de transmission et de capteurs.
• Il est utilisé dans les industries de production d'électricité.
• Il est utilisé dans les industries spatiales pour construire des réservoirs et des capteurs en titane.
• Il est utilisé dans l'industrie automobile pour fabriquer des systèmes de transmission, des engrenages et des turbocompresseurs.
• Il est utilisé dans les industries électriques et électroniques pour fabriquer des pièces de structures en cuivre.
• Les autres domaines où il est utilisé sont les industries nucléaires, le médical, les centres de recherche, etc.

Avantages du soudage par faisceau d'électrons

• Vitesse de soudage élevée.
• Le soudage de métaux différents peut être effectué.
• Haute qualité et précision des soudures.
• Moins de coûts d'exploitation.
• Les matériaux avec des températures de soudage élevées peuvent être soudés facilement.
• Moins de distorsion grâce à une zone de chaleur moins affectée.
• Le coût du nettoyage est négligeable.
• Il soude des tôles plus épaisses, allant de 0,025 mm à 100 mm.
• Il est capable de souder des joints inaccessibles.

Inconvénients du soudage par faisceau d'électrons

• Le coût de l'équipement est très élevé.
• Un opérateur hautement qualifié est nécessaire pour l'utiliser.
• Un vide poussé est nécessaire.
• En raison du fonctionnement sous vide, les gros travaux ne peuvent pas être soudés.
• Des mesures de sécurité élevées sont nécessaires pour travailler avec.