Soldadura Por Haz De Electrones

Soldadura por Haz de Electrones

(EBW - Electron Beam Welding)

Daniel Woodard CI: 15.394.731 1

Introducción La 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 2

Fundamentos del Proceso 1. Emisión de electrones por efecto termoiónico 2. Aceleración y colimación 3. Enfoque magnético y conducción al objetivo 4. 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

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Partes Principales 1. Cámara de vacío y mecanismos de manipulación 2. Sistema de bombeo de vacío 3. Computadoras de control 4. Computadoras para los servomecanismos 5. Regulador de voltaje 6. Fuente de alto voltaje 7. Cabina de distribución de poder

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1 Máquina de alto voltaje-alto vacío

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Clasificación Según Voltajes de Trabajo Bajo voltaje (15-60 kV) Alto voltaje (100-200 kV)

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

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Mecanismo de soldadura 1.

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.

3.

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.

5.

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.

7.

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 Profundas Angostas Limpias

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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,

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Procedimientos de Soldadura 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Preparación de la junta Encaje de la junta Limpieza de las superfícies Fijación a la mesa de trabajo Demagnetización Vaciado (Precalentamiento – Postcalentamiento) Prepacación de inicio y término

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Ventajas Capacidad para hacer soldaduras profundas y

angostas en una sola pasada (entre 0.01 - 150 mm en acero) Soldadura casi uniforme y muy angosta Cantidad reducida de calor transmitida a la pieza (HAZ pequeña) Ambiente de vacío evita la formación de óxidos y nitruros Mayor resistencia (hasta 95% de la original) Permite soldar materiales refractarios y metales disímiles 13

Limitaciones Costo elevado de los equipos Necesidad de una cámara de vacío Generación de rayos X

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Metales Soldados Aceros al carbono y aleados, incluso

los resistentes al calor Metales refractarios (W, Mo, Nb) Cobre y sus aleaciones Aleaciones de magnesio Aleaciones de titanio Berilio Zirconio

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Rango de aplicaciones Industria Aeroespacial Industria Automotriz Soldadura de engranes Turbocargadores Construcción e ingeniería Válvulas para ser instaladas en los cascos de submarinos

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Sierras de corte bimetálicas Acabados superficiales para

resistencia a la corrosión Soldadura de tanques blindados

Equipos, consumibles y

materialesEnergética Caldera de plantas nucleares Recipientes de desechos

nicleares Fabricación y reparación de turbinas de vapor 17

Industria Médica Cápsulas de marcapasos Prótesis de cadera Industria Química y petrolera Tuberías fuera de costa

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Precauciones de Seguridad La 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

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