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Soldadura por Haz de Electrones

(EBW - Electron Beam Welding)

Daniel WoodardCI: 15.394.731

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IntroducciónLa SOLDADURA POR HAZ DE ELECTRONES

(EBW) es un proceso de fusión de alta energía que se logra bombardeando la unión a soldar con un intenso rayo de electrones (bien enfocado) que han sido acelerados

La energía es entregada al transformar instantáneamente la energía cinética de los electrones acelerados en energía térmica

Es usada para soldar cualquier metal que puede ser soldado por arco

Se pueden lograr densidades de potencia de hasta 108 W/cm2

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Fundamentos del Proceso1. Emisión de electrones

por efecto termoiónico2. Aceleración y

colimación3. Enfoque magnético y

conducción al objetivo4. Absorción de la energía

cinética por parte del metal base y fusión

5. Solidificación del metal fundido y establecimiento de la unión

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Equipo

Partes Principales

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1. Cámara de vacío y mecanismos de manipulación

2. Sistema de bombeo de vacío3. Computadoras de control4. Computadoras para los

servomecanismos5. Regulador de voltaje6. Fuente de alto voltaje7. Cabina de distribución de

poder8. Cabina de control de bombeo9. Consola del operador

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9Máquina de alto voltaje-alto vacío

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ClasificaciónSegún Voltajes de Trabajo

Bajo voltaje (15-60 kV)Alto voltaje (100-200 kV)

Según Presiones de OperaciónAlto vacío (0.13 - 130 mPa)Vacío medio (0.13 to 130 Pa)Atmosférico (aprox. 100 kPa)

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Mecanismo de soldadura1. La densidad energética del EBW mayor a 105 W/cm³ hace que el

material se funda y evaporice en el centro de la sección del rayo tan rápido que casi no se conduce calor fuera de la zona de impacto del haz.

2. El vapor generado es sobreclentado y se expande a temperaturas mayores de aprox. 2700 K. La presión del vapor generado es suficientemente fuerte como para forzar el metal fundido hacia abajo y hacia los lados.

3. Se genera por lo tanto una depresión donde el haz de electrones ataca material que aún no se ha evaporado y lo calienta aún más.

4. De esta manera se forma un capilar cuyo núcleo consiste de vapor sobrecalentado rodeado de material fundido.

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Características de las Soldaduras

ProfundasAngostasLimpias

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Efectos de la presión de la cámara sobre la penetración y forma de la

soldadura para un acero austenítico tipo 304

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Efecto de la presión sobre la

intensidad del haz y la resultante calidad de la

soldadura

(A) Patrones de dispersión del haz de electrones a distintas presiones.

(B) Penetración de la soldadura en función de la presión de la cámara

Otros parámetros como el voltaje del rayo, distancia de recorrido y el tipo de gas presente en la cámara pueden generar un amplio rango de valores, contribuyendo así a la dispersión de la data

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Procedimientos de Soldadura1. Preparación de la junta2. Encaje de la junta3. Limpieza de las superfícies4. Fijación a la mesa de trabajo5. Demagnetización6. Vaciado7. (Precalentamiento – Postcalentamiento)8. Prepacación de inicio y término

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VentajasCapacidad para hacer soldaduras profundas y

angostas en una sola pasada (entre 0.01 - 150 mm en acero)

Soldadura casi uniforme y muy angostaCantidad reducida de calor transmitida a la

pieza (HAZ pequeña) Ambiente de vacío evita la formación de óxidos y

nitrurosMayor resistencia (hasta 95% de la original)Permite soldar materiales refractarios y metales

disímiles

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LimitacionesCosto elevado de los equiposNecesidad de una cámara de vacíoGeneración de rayos X

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Metales SoldadosAceros al carbono y aleados, incluso

los resistentes al calorMetales refractarios (W, Mo, Nb)Cobre y sus aleacionesAleaciones de magnesioAleaciones de titanioBerilioZirconio

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Rango de aplicacionesIndustria AeroespacialIndustria Automotriz

Soldadura de engranesTurbocargadores

Construcción e ingenieríaVálvulas para ser instaladas en

los cascos de submarinos

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Sierras de corte bimetálicasAcabados superficiales para

resistencia a la corrosiónSoldadura de tanques

blindadosEquipos, consumibles y

materialesEnergéticaCaldera de plantas nuclearesRecipientes de desechos

niclearesFabricación y reparación de

turbinas de vapor

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Industria MédicaCápsulas de marcapasosPrótesis de cadera

Industria Química y petroleraTuberías fuera de costa

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Precauciones de SeguridadLa protección debe ser provista por el diseño

del equipo, su distribución y medidas de seguridad para protegerse de:

Altos voltages que generan el haz de electrones

El haz mismo (y la luz emanada por el metal fundido)

Los rayos X producidos por el impacto del haz sobre la superficie de la pieza