Soudage par faisceau d'électrons expliqué : définition, processus 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 à deux matériaux à assembler. Les pièces fondent et s'écoulent ensemble alors que l'énergie cinétique des électrons se transforme en chaleur à l'impact. L'EBW est souvent réalisé sous 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 par des champs électriques. Ce flux d'électrons à haute vitesse est ensuite focalisé par des champs magnétiques et appliqué précisément aux matériaux à joindre.

À l'impact, l'énergie cinétique se convertit en chaleur, faisant fondre et couler les métaux ensemble. Le soudage par faisceau d'électrons se fait généralement sous vide car la présence de molécules de gaz peut disperser le faisceau.

En raison des hautes tensions impliquées et du vide requis, tout le processus est piloté par ordinateur et fortement automatisé. La nature précise de la technologie requiert souvent des montages spécialisés pour fixer les pièces, et des tables CNC sont couramment utilisées pour déplacer les montages et pièces dans la chambre de soudage.

Les soudeurs par faisceau d'électrons sont très chers, nécessitent une maintenance rigoureuse, 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, le processus entièrement répétable, et pour de nombreuses applications et matériaux, c'est la meilleure technologie d'assemblage qui soit.

Procédure typique de soudage par faisceau d'électrons

Chaque travail de soudage EB est différent, mais voici une procédure de base suivie chez EB Industries pour maintenir qualité de soudure et taux de production.

• Les pièces à assembler sont soigneusement inspectées et nettoyées ;
• Des montages pour maintenir les pièces en place pendant le soudage sont conçus. On maximise le nombre de pièces soudées par cycle de vide pour maintenir un haut taux de production. Si nécessaire, montages faits sur mesure dans notre atelier complet ;
• Pièces chargées dans leurs montages et montages fixés sur la table CNC du soudeur EB. La table CNC est programmée pour déplacer précisément les pièces sous le faisceau d'électrons pendant le soudage ;
• La chambre à vide est fermée et l'air pompé pour atteindre le vide partiel ou total requis par la spécification client ;
• Si nécessaire, des soudures d'essai sont effectuées pour vérifier alignement et focalisation du faisceau, puissance, pénétration et qualité globale. Paramètres ajustés si nécessaire, et surveillés en continu ;
• Si c'est un cycle de production, l'opérateur lance la programmation de la table CNC et le cycle de tir du faisceau. Les pièces sont alors soudées par faisceau d'électrons ;
• À la fin du cycle, la chambre est remise à pression atmosphérique et les pièces/montages retirées ;
• Les pièces sont soigneusement retirées de leurs montages et soumises à une inspection qualité complète.

Fonctionnement du soudage par faisceau d'électrons

Le soudage par faisceau d'électrons (EB) est un procédé de soudage par fusion où les électrons sont générés par un canon à électrons et accélérés à haute vitesse par des champs électriques. Ce flux d'électrons à haute vitesse est finement focalisé par des champs magnétiques et appliqué aux matériaux à joindre. Le faisceau crée de la chaleur cinétique à l'impact sur les pièces, les faisant fondre et se lier.

Le soudage EB se fait en environnement vide car la présence de gaz peut disperser le faisceau. En raison du vide et des hautes tensions, cette méthode est fortement automatisée et pilotée par ordinateur. Résultat : montages spécialisés et tables CNC pour déplacer les pièces dans la chambre à vide.

Des développements récents ont permis une méthode locale de soudage EB, où le canon est enfermé dans une boîte à vide sur le côté du matériau à joindre, au lieu de placer toute la pièce dans une chambre à vide.

En soudage EB, l'électron est produit par la cathode du canon. Après la cathode, une grille de coupe est fournie. Elle empêche la divergence des électrons et les contrôle. À cause de la haute tension appliquée entre cathode et anode. L'anode (charge positive) attire les électrons de la grille.

L'anode accélère l'électron, sa vitesse augmente et atteint 50 000 – 200 000 km/s. De l'anode, le faisceau d'électrons à haute vélocité passe par la lentille magnétique et les bobines de déviation.

La lentille magnétique focalise le faisceau sur l'emplacement désiré sur la pièce. La bobine de déviation dévie le faisceau vers la zone de soudure requise. Quand le faisceau frappe la pièce, une chaleur intense est produite, fondant le métal des deux pièces et remplissant la zone de soudure. Le métal fondu se solidifie et forme un joint de soudure solide.

Applications du soudage par faisceau d'électrons

• Industrie aérospatiale : composants de réaction, pièces de structure, transmission, capteurs.
• Industrie de production d'énergie.
• Industrie spatiale : réservoirs en titane et capteurs.
• Industrie automobile : systèmes de transmission, engrenages, turbocompresseurs.
• Industries électriques/électroniques : pièces de structures en cuivre.
• Autres : nucléaire, médical, 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.
• Matériaux à haute température de soudage soudables facilement.
• Moins de distorsion grâce à zone affectée par la chaleur réduite.
• Coût de nettoyage négligeable.
• Soudure de tôles épaisses, de 0,025 mm à 100 mm.
• Capable de souder des joints inaccessibles.

Inconvénients du soudage par faisceau d'électrons

• Coût d'équipement très élevé.
• Opérateur hautement qualifié requis.
• Vide élevé requis.
• À cause du vide, grosses pièces ne peuvent pas être soudées.
• Mesures de sécurité élevées nécessaires.