Soudage par Faisceau d'Électrons : Définition, Procédé et Avantages

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 haute vélocité est appliqué sur deux matériaux à assembler. Les pièces à souder fondent et s'écoulent ensemble lorsque l'énergie cinétique des électrons est transformée en chaleur lors de l'impact. L'EBW est souvent réalisé sous vide pour éviter 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 haute vitesse est ensuite focalisé à l'aide de champs magnétiques et appliqué avec précision sur les matériaux à assembler.

Lorsque les électrons frappent les matériaux, leur énergie cinétique est convertie en chaleur, ce qui fait fondre les métaux et les fait s'écouler ensemble. Le soudage par faisceau d'électrons se produit généralement dans le 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 dispositifs de fixation spécialisés pour maintenir les pièces à assembler, et des tables CNC sont couramment utilisées pour déplacer les dispositifs et les pièces à l'intérieur de la chambre de soudage.

Les soudeurs par faisceau d'électrons sont très coûteux, doivent être rigoureusement entretenus, et le support requis par les technologies haute tension et haut vide peut être exigeant. Cependant, les soudures par faisceau d'électrons sont incroyablement précises, solides et pures, l'ensemble du processus est précisément reproductible, et pour de nombreuses applications et matériaux, le soudage par faisceau d'électrons est la meilleure technologie d'assemblage qui soit.

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 pour maintenir à la fois la qualité des soudures et le taux de production.

• Les pièces à assembler sont soigneusement inspectées et nettoyées ;
• Des dispositifs de fixation pour maintenir les pièces solidement en place pendant le processus de soudage sont conçus. 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 dispositifs sont fabriqués sur mesure dans notre atelier d'usinage complet ;
• Les pièces sont chargées dans leurs dispositifs et les dispositifs fixés sur la table CNC du soudeur par faisceau d'électrons. La table CNC est programmée pour déplacer précisément les pièces en position sous le faisceau d'électrons pendant le processus de soudage ;
• La chambre à vide est fermée et l'air est pompé hors de celle-ci pour atteindre le vide partiel ou total requis par la spécification du client ;
• Si nécessaire, des soudures d'essai sont effectuées pour vérifier le bon alignement et la focalisation du faisceau, la puissance du faisceau, la pénétration de la soudure et la qualité globale de la soudure. Les paramètres sont ajustés si nécessaire et surveillés en continu 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 alors soudées par faisceau d'électrons ;
• À la fin du cycle de soudage, la chambre à vide est remise sous pression et les pièces et dispositifs sont retirés du soudeur ;
• Les pièces sont soigneusement retirées de leurs dispositifs et soumises à une inspection complète de contrôle qualité.

Fonctionnement du Soudage par Faisceau d'Électrons

Le soudage par faisceau d'électrons (EB) est un procédé de soudage par fusion dans lequel les électrons sont générés par un canon à électrons et accélérés à haute vitesse à l'aide de champs électriques. Ce flux d'électrons à haute vitesse est finement focalisé à l'aide de champs magnétiques et appliqué sur les matériaux à assembler. Le faisceau d'électrons crée de la chaleur cinétique lors de l'impact sur 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 processus sous vide et des hautes tensions utilisées, cette méthode de soudage est fortement automatisée et contrôlée par ordinateur. Par conséquent, des dispositifs de fixation spécialisés et des tables CNC sont utilisés pour déplacer les pièces à l'intérieur de la chambre de soudage sous vide.

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

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

L'anode accélère l'électron et sa vitesse augmente pour atteindre une plage de 50 000 à 200 000 km/s. Depuis l'anode, le faisceau d'électrons à haute vélocité passe à travers la lentille magnétique et les bobines de déviation.

La lentille magnétique focalise le faisceau d'électrons à l'emplacement souhaité sur la pièce. Et la bobine de déviation dévie le faisceau vers la zone de soudure requise. Lorsque le faisceau d'électrons à haute vélocité frappe la pièce, une chaleur intense est produite, fondant le métal des deux pièces et remplissant la zone de soudure. Le métal de soudure en fusion se solidifie et forme un joint de soudure solide.

Applications du Soudage par Faisceau d'Électrons

• Il est utilisé dans l'industrie aérospatiale pour la fabrication de composants de réaction, de pièces de structure, de pièces de transmission et de capteurs.
• Il est utilisé dans l'industrie de la production d'énergie.
• Il est utilisé dans l'industrie spatiale pour construire des réservoirs en titane et des capteurs.
• 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 d'utilisation sont l'industrie nucléaire, le médical, les centres de recherche, etc.

Avantages du Soudage par Faisceau d'Électrons

• Vitesse de soudage élevée.
• Soudage de métaux dissemblables possible.
• Haute qualité et précision de soudure.
• Coût d'exploitation faible.
• Les matériaux à haute température de soudage peuvent être soudés facilement.
• Faible distorsion en raison de la zone affectée par la chaleur réduite.
• Le coût de nettoyage est négligeable.
• Il soude des tôles 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 requis pour l'opérer.
• Un vide élevé est requis.
• En raison du fonctionnement sous vide, les gros travaux ne peuvent pas être soudés.
• Des mesures de sécurité élevées sont nécessaires pour travailler avec.