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

Soudage par Faisceau d'Électrons

Qu'est-ce que l'EBM ?

EBM ou Soudage par faisceau d'électrons est un procédé de soudage qui utilise la chaleur produite par un faisceau d'électrons à haute énergie. Les électrons frappent la pièce et leur énergie cinétique est transformée en énergie thermique chauffant le métal de sorte que les côtés de la pièce peuvent être joints et une soudure peut être formée après solidification.

Le soudage par faisceau d'électrons est aussi un procédé de soudage à l'état liquide. Dans lequel, le joint métal-métal est formé dans un état liquide ou fondu. Il est aussi nommé procédé de soudage car il utilise l'énergie cinétique des électrons pour joindre deux pièces métalliques.

Quand l'EBM a-t-il été inventé ?

Ce soudage a été inventé en 1958 par le physicien allemand Karl-Heinz. Dans ce procédé de soudage, un flux d'électrons à haute énergie frappe les plaques de soudage, où son énergie cinétique est convertie en énergie thermique.

Cette énergie thermique est suffisante pour fondre les pièces et les joindre en une seule pièce. Tout ce processus se déroule dans le vide, sinon les électrons entreraient en collision avec les particules d'air et perdraient leur énergie.

Si vous voulez acheter une machine de soudage par faisceau d'électrons, le coût est d'environ 1 000 000 $ pour l'EBW-112x102x66 disponible chez Sciaky. La machine a un soudeur à faisceau sous vide dur contrôlé par ordinateur W2000 30KW, avec un canon à basse tension (60KV).

Équipement de l'EBM

Voici l'équipement de l'EBM :

1. Canon à électrons
2. Anode
3. Lentilles magnétiques
4. Lentille électromagnétique et bobine de déviation
5. Dispositif de maintien de pièce
6. Chambre à vide
7. Alimentation électrique

1. Canon à Électrons

C'est l'équipement important du soudage par faisceau d'électrons. C'est un tube cathodique (pôle négatif) qui génère des électrons, les accélère et les concentre en un point. Ce canon est souvent fait de tungstène ou d'alliages de tantale. Le filament cathodique est chauffé jusqu'à 2500°C pour la décharge continue d'électrons.

2. Anode

L'anode est un pôle positif juste derrière le canon à électrons. Sa fonction principale est d'attirer une charge négative (électrons dans ce cas) leur donnant un chemin et ne leur permettant pas de dévier de leur chemin.

3. Lentilles Magnétiques

Il y a une série de lentilles magnétiques qui ne laissent passer que les électrons convergents. Elles absorbent toutes les électrons divergents à faible énergie et fournissent un faisceau d'électrons à haute intensité.

4. Lentille Électromagnétique et Bobine de Déviation

Les lentilles électromagnétiques sont employées pour focaliser le faisceau d'électrons sur la pièce et la bobine de déviation dévie le faisceau vers la zone de soudure attendue. Ce sont les unités finales du processus EBW.

5. Dispositif de Maintien de Pièce

Ce procédé de soudage utilise des tables CNC pour maintenir les pièces qui peuvent tourner dans les trois directions. Les plaques de soudage sont fixées à la table CNC avec l'utilisation de montages appropriés.

6. Chambre à Vide

Comme vous savez, tout ce processus se déroule dans une chambre à vide. Le vide est produit par des pompes mécaniques ou électriques. La plage de pression dans la chambre à vide est d'environ 0,1 à 10 Pa.

7. Alimentation Électrique

Ce procédé de soudage EBM utilise une source d'alimentation pour fournir un faisceau continu d'électrons pour le processus de soudage. La plage de tension de soudage pour l'équipement à basse tension ou pour le soudage mince est d'environ 5-30 kV et pour l'équipement à haute tension ou 70-150 kV pour le soudage épais.

Principe de Fonctionnement du Soudage par Faisceau d'Électrons

Il fonctionne sur le principe de l'usinage par faisceau d'électrons. Ce processus utilise l'énergie cinétique des électrons pour générer de la chaleur. Cette chaleur est utilisée pour souder deux plaques de soudage.

Lorsqu'un flux d'électrons à haute énergie frappe les plaques de soudage, son énergie cinétique est convertie en énergie thermique. Cette énergie thermique est suffisante pour former un joint fondu en joignant deux plaques métalliques ensemble.

Fonctionnement du Soudage par Faisceau d'Électrons

L'EBM est un procédé de soudage utilisant la chaleur générée par un faisceau d'électrons à haute énergie. Les électrons frappent la pièce et leur énergie cinétique se transforme en énergie thermique chauffant le métal de sorte que les côtés de la pièce sont joints et une soudure peut être formée après solidification.

Le processus est réalisé dans la chambre à vide à une pression d'environ 2 x 10⁻⁷ à 2 x 10⁻⁶ psi (0,0013 à 0,0013 Pa). Un tel vide élevé est requis afin de prévenir la perte d'énergie des électrons en collisions avec les molécules d'air.

Les électrons sont émis par une cathode (canon à électrons). En raison d'une haute tension (environ 150 kV) utilisée entre la cathode et l'anode, les électrons sont accélérés jusqu'à 30% - 60% de la vitesse de la lumière. L'énergie cinétique des électrons devient suffisante pour fondre la soudure ciblée. Une partie de l'énergie de l'électron se transforme en irradiation X.

Les électrons stimulés par le champ électrique sont ensuite focalisés en un faisceau fin dans la bobine de focalisation. La bobine de déviation déplace le faisceau d'électrons le long de la soudure. Le faisceau d'électrons est capable de souder des pièces avec une épaisseur de 0,004" (0,01 mm) jusqu'à 6" (150 mm) d'acier et jusqu'à 20" (500 mm) d'aluminium.

Le soudage par faisceau d'électrons peut être utilisé pour joindre n'importe quel métal, y compris les métaux qui sont rarement soudés par d'autres méthodes de soudage : métaux réfractaires (tungstène, molybdène, niobium) et métaux chimiquement actifs (titane, zirconium, béryllium).

Le soudage par faisceau d'électrons est aussi capable de joindre des métaux dissemblables. L'arrangement est fait comme montré dans la figure.

Avantages du Soudage par Faisceau d'Électrons

1. Soudure continue étanche.
2. Faible distorsion.
3. Soudure étroite et zone affectée par la chaleur étroite.
4. Métal d'apport non requis.
5. Il peut souder à la fois des métaux uniformes et de diffusion.
6. Le procédé de soudage par faisceau d'électrons fournit un taux de jointure métallique élevé.
7. Il peut être utilisé pour souder des matériaux durs.
8. Il fournit une finition de surface de soudage élevée.
9. Tout le processus dans le vide a moins de défauts de soudage.

Inconvénients du Soudage par Faisceau d'Électrons

1. Son équipement est très coûteux.
2. Il a des frais de production élevés.
3. Ce type de soudage a un rayonnement X.
4. Il a un coût capital ou d'installation élevé.
5. Une maintenance régulière est requise.
6. La taille de la pièce est limitée selon la chambre à vide.
7. Il nécessite une main-d'œuvre hautement qualifiée.

Applications du Soudage par Faisceau d'Électrons

1. Il est utilisé dans les industries aérospatiales et marines pour les travaux d'infrastructure.
2. Ce type de soudage est généralement utilisé dans les industries automobiles pour connecter les engrenages, systèmes de transmission, turbocompresseurs, etc.
3. L'EBM est appliqué pour joindre le titane et ses alliages.
4. Il est utilisé dans les industries électroniques pour souder les connecteurs électroniques.
5. Ce procédé de soudage EBM est aussi utilisé dans les réacteurs nucléaires et les industries médicales.

---

Maintenant, nous espérons avoir clarifié tous vos doutes sur l'EBM. Si vous avez encore des doutes sur le "Soudage par faisceau d'électrons", vous pouvez demander dans les commentaires.

C'est tout, merci de votre lecture. Si vous avez aimé notre article, partagez-le avec vos amis. Abonnez-vous à notre newsletter pour être informé quand nous téléchargeons de nouveaux articles.