Soldadura por por Haz de Electrones Electrones La soldadura por haz de electrones o también conocida como (EBW), por su nombre en inglés, es un proceso donde se produce coalescencia de metales con el calor calor obte obteni nido do a parti partirr de un haz haz conc concent entra rado, do, compue compuest sto o prin princi cipa palm lment entee de electrones a alta velocidad, los cuales chocan sobre la unión esta operación se usa sin gas de protección y sin aplicación de presión. dem!s, es un proceso de soldadura con la "usión con#unta del metal base y posiblemente del metal de aporte, para producir un soldado. $e genera calor en la pieza de traba#o a medida %ue esta es bombardeada por el haz de electrones de alta velocidad. La energ&a cinética de los elec electr tron ones es se trans trans"i "ier eree para para cale calent ntar ar ba#o ba#o su impac impacto to,, dicha dicha ener energ& g&aa no es e'cepcional, pero s& su densidad de energ&a, una alta densidad de energ&a se obtiene concentrando el haz de electrones sobre un !rea muy pe%uea de la super"icie de traba#o. or otro lado, es una "uente de calor altamente concentrado y poderoso %ue act*a de modo similar al arco de soldadura por arco de tungsteno con gas o al plasma de la soldadura por arco de plasma al hacer traba#os de soldado.
Características %u& hablaremos sobre la interacción entre un haz de electrones y la super"icie de un trozo de material. •
$e produce trans"erencia de energ&a cinética en el cho%ue entre electrones y !tomos del material, variando a su vez la trayectoria de dichos electrones, %ue
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son %uienes aportan la energ&a antes nombrada. no mbrada. +omo +omo la ener energ& g&aa %ue pier pierde de el elec electr trón ón por cho% cho%ue ue es muy muy pe%ue pe%uea a,, es necesario un elevado n*mero de colisiones para %ue el haz de electrones
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pierda toda su energ&a a causa de los cho%ues. +omo la trans"erencia de energ&a se realiza en pe%ueos vol*menes, podemos obtener elevadas concentraciones energéticas en la super"icie de impacto.
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Esta e'citación del material puede traducirse en un simple aumento de la energ&a térmica del material o en un cambio de la estructura %u&mica de los
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!tomos de ciertos compuestos. na pe%uea parte de los electrones incidentes rebota al chocar con la super"icie del material.-ambién se produce una cierta emisión de rayos . La radiación es biológicamente activa y si sobrepasa una determinada
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intensidad supone un riesgo para la salud. La protección "rente a los rayos debe ser una medida de seguridad primordial al determinar el diseo de los e%uipos y las dimensiones de la
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planta. En procesos no térmicos y procesos de radiación, las colisiones del haz de electrones e'citan o ionizan las capas de electrones de !tomos y moléculas,
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iniciando as& reacciones %u&micas. uede tener una e'actitud en tamao como el de la punta de una agu#a pero se
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re%uiere mucho e%uipo eléctrico y electrónico para este proceso. $e aplica generalmente en el interior de un recinto herméticamente cerrado el cual se ha sometido a un vació muy elevado. Este permite %ue los electrones cedan toda su energ&a, mientras %ue por otra parte, evita la contaminación del
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metal por la acción de los gases atmos"éricos. $e realiza e'clusivamente en "orma autom!tica, lo %ue %uiere decir %ue el avance de la pieza por delante del caón, siguiendo recorridos rectos o circulares, %ueda asegurado por medio de combinaciones de mecanismos, cuyos movimientos son dirigidos desde el e'terior de la c!mara de vac&o.
Detalles del Procesos: La soldadura por haz de electrones es un método %ue utiliza una corriente concentrada de electrones generados por un "ilamento y dirigida a la unión %ue debe soldarse. El calentamiento est! muy localizado y la mayor parte del con#unto permanece "r&a y estable. Esto da como resultado una soldadura muy estrecha con una zona a"ectada térmicamente muy reducida. /o es necesario utilizar metal de aporte debido a %ue se "unde el metal de base del con#unto. 0ebido a %ue este método
re%uiere una visibilidad directa, no es posible soldar alrededor de es%uinas o !ngulos reentrantes. $e pueden obtener pro"undidades de soldadura de hasta 12 mm y el control
in"ormatizado
garantiza
una
m&nima
dependencia
del
operador,
proporcionando as& una buena reproducibilidad a lo largo de un lote de componentes, a pesar de %ue se trata de un proceso de piezas elementales. 0ado %ue el aporte de calor es muy localizado, es posible soldar componentes sometidos anteriormente a tratamiento térmico3 es un método muy económico para la producción de !rboles de transmisión compuestos con, por e#emplo, un engrana#e cementado en ca#a en un !rbol templado y revenido. Este tipo de soldadura se basa en cinco ob#etivos %ue son4 •
Emisión de electrones por e"ecto termoiónico.
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celeración y colimación en el !nodo.
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En"o%ue magnético y conducción al ob#etivo.
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bsorción de la energ&a cinética por parte del metal base y "usión.
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$olidi"icación del metal "undido y establecimiento de la unión.
Equipos $e encuentra con"ormado por4 •
Cañón de haz de electrones: Es un instrumento para producir y para acelerar
electrones. •
Suministro y control de energía: La unidad ad%uiere energ&a de la l&nea de
servicio y proporciona la corriente del haz y normalmente menos de un amperio.
•
Equipo de movimiento para el cañón y para el trabajo: se usa para mover
la pieza de traba#o, puede ser del todo comple#o, oscilando desde un movimiento de un solo e#e hasta cinco o m!s e#es de movimiento en tres planos y con movimiento rotativo. •
Cámara de soldadura:debe ser absolutamente a prueba de gas. Este
recipiente, el cual se evacua para reducir la presión hasta un alto vac&o, debe ser e'tremadamente "uerte para %ue no se tritura ba#o la presión atmos"érica. •
Sistema de alineación y de visualización: El sistema óptico est! conectado
al dispositivo de movimiento de traba#o para lograr una alineación precisa.
Procedimientos ara obtener un buen soldado es necesario tener en cuenta unas recomendaciones tales como4 •
reparación de la #unta.
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Enca#e de la #unta.
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Limpieza de las super"icies.
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5i#ación a la mesa de traba#o.
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6aciado.
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recalentamiento 7 os calentamiento.
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reparación de inicio y término.
Parámetros del proceso:
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8elación entre la energ&a aportada por unidad de long.de soldadura (E9),
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potencia del haz (o), veloc. de soldadura, material y espesor de la pieza (e) elocidad de soldadura: l incrementar la velocidad de soldadura se producir! un e"ecto opuesto, por
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ser menor el aporte energético por unidad de longitud. !ensión de aceleración: l incrementarla se reduce el tamao de la huella del haz y produce una zona
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"undida m!s pe%uea y una soldadura m!s estrecha y pro"unda. "ntensidad del haz: l incrementar la corriente del haz, incrementamos la energ&a del haz y
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posibilita una mayor penetración y una mayor velocidad de soldadura. #iámetro del haz: ara la soldadura de grandes espesores es m!s adecuado el uso de un haz muy "ino, también podemos acceder a zonas muy estrechas y e#ecutar uniones de
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gran precisión. #istancia entre pieza y cañón: na distancia de traba#o pe%uea permite una mayor concentración del haz
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sobre la super"icie de la pieza. E$ecto de la presión en el haz: $ólo en valores de presión por deba#o de :2 elevado a la 7: a podemos alcanzar la m!'ima e"ectividad de la producción de soldaduras relativamente pro"undas y estrechas.
Ventajas. •
Ba#a entrada de calor en las partes soldadas3
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0istorsión m&nima3
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;ona de "usión (9;) y zona a"ectada por el calor (<;) limitadas3
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enetración pro"unda de la soldadura de entre 2,2= mm y >22 mm (2,22>? a @?) en un solo paso3
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lta velocidad de soldadura3
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$oldadura de todos los metales, incluso metales con alta conductividad térmica3
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$oldadura de metales con puntos de "usión di"erentes3
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El proceso de vac&o se produce en un entorno limpio y reproducible3
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roceso de soldadura natural para los materiales %ue re%uieren mucho o'&geno como el titanio, el circonio y el niobio3
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roceso de mecanizado garantizado para la "iabilidad y reproducibilidad de las condiciones de "uncionamiento3
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roceso de soldadura rentable para grandes producciones en modo autom!tico, y
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En su mayor&a, las piezas se pueden utilizar en la condición de soldadura4 no se re%uiere mecanizado secundario.
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Esta soldadura es valiosa puesto %ue4
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$e puede usar para soldar berilio, molibdeno, zirconio, ha"nio y otros metales re"ractarios di"&ciles de soldar por otros métodos.
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-iene la capacidad para hacer soldaduras pro"undas y angostas en una sola pasada (entre 2.2: A :=2mm en acero).
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Es casi uni"orme y muy angosta.
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El ambiente de vac&o evita la "ormación de ó'idos y nitruros.
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Es de mayor resistencia (hasta =C de la original).
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ermite soldar materiales re"ractarios y metales d is&miles.
Limitaciones. •
La alta relación de calentamiento restringe e la zona a"ectada por el calor y hay distorsión m&nima y alteración de las propiedades "&sicas.
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El proceso usa un e%uipo de alto costo y la cantidad total de calor disponible es pe%uea.
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+osto elevado de los e%uipos. /ecesidad de una c!mara de vac&o. Deneración de rayos .
Aplicacin Este procedimiento se aplica sobre todo a los traba#os en serie en piezas de muy alta calidad, constituidas por cobre deso'idado, aceros ino'idables, algunos aceros autotemplables, as& como para monta#es en pe%uea escala, e incluso en aleaciones caras a partir de titanio, talio, molibdeno, zirconio, etc. 9uy alterables en caliente por la acción del o'&geno y del nitrógeno atmos"éricos, siendo cada vez m!s utilizados en las industrias aeron!uticas, espaciales y nucleares. La soldadura por bombardeo electrónico suele aplicarse a piezas cuya con"iguración no permite su unión por otro procedimiento. Es pr!cticamente la *nica capaz de soldar entre s& metales
muy
distintos.
Los espesores %ue pueden ser soldados var&an entre 2.2= y >= mm, pudiéndose llegar hasta
los
cien
mil&metros
utilizando
instalaciones
muy
especializadas.
5inalmente, a causa del vac&o, %ue act*a sobre las piezas durante la operación de la soldadura, las aleaciones %ue tengan metales vol!tiles, como, por e#emplo, los latones, %ue contienen cinc, no pueden ser soldadas por bombardeo electrónico.
Se!uridad En este tipo de soldadura es necesario tener en cuenta algunos par!metros de seguridad, La protección debe ser provista por el diseo del e%uipo, su distribución y medidas de seguridad para protegerse de4 •
ltos volta#es %ue generan el haz de electrones.
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El haz mismo (y la luz emanada por el metal "undido).
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Los rayos producidos por el impacto del haz sobre la super"icie de la pieza.
