Qu’est-ce que le soudage par faisceau d’électrons (EBW) ?

référence

Le soudage par faisceau d'électrons (EBW) est une technique qui permet d'obtenir une coalescence en utilisant un flux focalisé d'électrons à grande vitesse dirigés vers le joint de soudure. À quelques exceptions près, l'opération s'effectue sans l'aide de pression ou de gaz de protection. Il existe trois variantes de cette procédure : le soudage par faisceau d'électrons sans vide (EBW-NV), le soudage par faisceau d'électrons sous vide moyen (EBW-MV) et le soudage par faisceau d'électrons sous vide poussé (EBW-HV). Étant donné que le soudage par faisceau d'électrons sans vide est effectué à des pressions proches de la pression atmosphérique, il est parfois appelé soudage par faisceau d'électrons atmosphérique.

Fondamentaux du soudage par faisceau d'électrons

Un faisceau d'électrons de haute énergie est projeté sur la pièce pendant le soudage par faisceau d'électrons pour créer une soudure par fusion avec de la chaleur générée. Ayant une charge négative et une masse relativement faible, les électrons sont les particules fondamentales de la matière. L’accélération des électrons à des vitesses comprises entre 30 % et 70 % de la vitesse de la lumière les élève à un état de haute énergie, nécessaire au soudage par faisceau d’électrons.

Tout comme un tube cathodique (CRT), qui balaie continuellement la surface d'un écran lumineux avec un faisceau d'électrons de faible intensité pour produire une image, un système de soudage par faisceau d'électrons fonctionne à peu près de la même manière. Les joints de soudure sont continuellement bombardés par un faisceau d'électrons de haute intensité dans les systèmes de soudage par faisceau d'électrons. L'énergie d'entrée produite lorsque les électrons frappent le métal provoque un échauffement localisé et une fusion du joint de soudure. Un canon à électrons, qui consiste généralement en une anode, une électrode de contrôle de tension de polarisation et un émetteur d'électrons thermoioniques, est utilisé pour créer le faisceau d'électrons dans chacun de ces scénarios.

Il est courant de désigner l'émetteur d'électrons par le terme de cathode ou de filament du canon et l'électrode de commande de la tension de polarisation par le terme de grille ou de coupelle de grille du canon. Afin de concentrer et de dévier ce faisceau, un certain nombre d'autres dispositifs sont également fournis en aval du canon, notamment des bobines de focalisation et de déviation.

Dans le soudage par faisceau d'électrons (EBW), l'ensemble du système de génération de faisceau, qui comprend le canon et l'optique électronique, est appelé ensemble canon/colonne à faisceau d'électrons ou simplement colonne de canon à faisceau d'électrons.

Principes d'opération

L’assemblage du canon à faisceau électronique et de la colonne constitue le cœur du processus de soudage par faisceau électronique. La figure ci-dessous représente une version simplifiée de la colonne des armes à feu :

Les électrons sont produits lorsqu'un matériau émetteur chargé négativement est chauffé à une température comprise dans sa plage d'émission thermoionique. Cela conduit les électrons à « bouillir » hors de l'émetteur, qui peut également faire référence à la cathode ou au filament, et à accélérer vers l'anode chargée positivement par des forces électrostatiques. Les électrons sont accélérés et façonnés en faisceau par la géométrie du champ électrostatique créée par la grille soigneusement disposée (coupelle de polarisation) entourant l'émetteur. Une ouverture dans l'anode permet au faisceau de quitter cette zone du canon.

L'électrode de mise en forme du faisceau et l'émetteur dans un pistolet à diode (cathode-anode) sont au même potentiel électrique et sont appelés ensemble cathode. En raison des potentiels différents de l'émetteur et de l'électrode de mise en forme du faisceau dans un pistolet triode (cathode, grille et anode), l'électrode de mise en forme du faisceau peut être polarisée à une valeur légèrement plus négative que l'émetteur afin de contrôler le courant du faisceau. couler. L'électrode de mise en forme du faisceau est dans ce cas appelée grille, tandis que l'émetteur seul est appelé cathode (ou filament). La génération du faisceau (accélération et mise en forme) est réalisée de manière totalement indépendante de la pièce dans les deux scénarios puisque l'anode est intégrée au canon à électrons. En utilisant des tensions de canon comprises entre 25 et 200 kilovolts (kV), le faisceau d'électrons est accéléré à des vitesses comprises entre 30 et 70 % de la vitesse de la lumière lorsqu'il quitte le canon.

Après cela, le faisceau continue de se déplacer en direction de la pièce. À mesure que la distance de déplacement augmente, le faisceau s'élargit progressivement après la sortie du pistolet, comme le montre la figure ci-dessus. En raison de leur énergie thermique, tous les électrons du faisceau ont une certaine vitesse radiale et ils subissent également tous un certain degré de répulsion électrique mutuelle, ce qui provoque la divergence. L'interaction des électrons avec les atomes et molécules de gaz résiduels dans le trajet du faisceau produit également quelques effets mineurs. Des niveaux d'énergie plus faibles utilisés dans les applications de soudage ne provoquent pas ce phénomène. Cependant, des électrons à des niveaux d'énergie beaucoup plus élevés chargeront les particules et généreront un effet d'auto-focalisation.

Le faisceau est alors convergé et focalisé en un petit point de la pièce à usiner à l'aide d'un système de lentilles électromagnétiques afin de contrer cet effet de divergence intrinsèque. Selon la figure ci-dessus, le faisceau focalisé a une plage focale utile (ou profondeur de champ) qui s'étend sur une distance d'environ 25 mm (1 po) puisque les angles de divergence et de convergence du faisceau sont assez faibles.

Les quatre variables fondamentales suivantes, lorsqu’elles sont appliquées à un joint de soudage, régissent le taux d’apport d’énergie :

1. Courant du faisceau : la quantité d'électrons frappant la pièce en une seconde ;
2. Tension d’accélération du faisceau, ou à quelle vitesse ces électrons se déplacent ;
3. La taille du point focal du faisceau, qui correspond à la quantité de concentration du faisceau au niveau de la pièce à usiner ; et
4. Vitesse de soudage : vitesse à laquelle le faisceau d'électrons ou la pièce à usiner se déplace.

Les ensembles canon/colonne à faisceau d'électrons disponibles dans le commerce peuvent produire des tensions et des courants d'accélération de faisceau maximum compris entre 25 kV et 200 kV pour le canon et entre 1 mA et 1000 0.25 mA pour le courant. Les faisceaux d'électrons de ces systèmes peuvent généralement être concentrés sur des diamètres minimum de 0.76 mm à 0.01 mm, ou de 0.03 pouce [po] à XNUMX pouce.

Jusqu'à 100 kilowatts (kW) peuvent être obtenus comme puissance finale de sortie de ces unités. On peut obtenir des densités de puissance aussi élevées que 1.55 × 10⁴ W/mm² (10⁷ Gagner.²). Semblables à ce qui peut être obtenu par le soudage par faisceau laser, ces densités de puissance sont bien supérieures à celles rendues possibles par les procédures de soudage à l'arc.

La densité de puissance la plus élevée qu'un système à faisceau d'électrons peut appliquer à la pièce indique les capacités de soudage potentielles du système. La taille du point focal le plus faible que le système peut atteindre et la puissance maximale du faisceau (courant multiplié par la tension) déterminent ce facteur comparatif. Bien qu'ils aient été construits, des systèmes de soudage par faisceau d'électrons avec des niveaux de puissance de faisceau allant jusqu'à 300 kW et des densités de puissance supérieures à 1.55 × 10⁵ W/mm² (10⁸ Gagner.²) n’ont jamais été utilisés commercialement.

La figure ci-dessous montre comment un faisceau d'électrons peut pénétrer rapidement dans une pièce solide ou un joint bout à bout à des densités de puissance de l'ordre de 1.55 × 10.² W/mm² (10⁵ Gagner.²) et plus haut, générant une cavité de vapeur appelée trou de serrure entourée de métal en fusion. À mesure que la poutre avance le long du joint, le métal en fusion s'écoule autour du trou de serrure et se solidifie à l'arrière pour former du métal soudé. Dans les applications en trou de serrure, une zone très étroite affectée par la chaleur se forme et la pénétration du joint est beaucoup plus profonde que large.

L'angle d'incidence du faisceau sur la surface de la pièce peut influencer l'angle final auquel le trou de serrure est réalisé par rapport à cette surface, car la soudure par faisceau d'électrons est la conséquence d'un trou de serrure formé par le faisceau. La zone de métal de soudure résultante est également influencée par l'angle d'incidence.

Variantes de soudage par faisceau électronique

Le soudage par faisceau d'électrons est généralement effectué selon trois variantes fondamentales : sous vide poussé (EBW-HV), sous vide moyen (EBW-MV) et sans vide (EBW-NV). La pression ambiante à laquelle le soudage est effectué constitue la principale distinction entre les différents modes de processus. La méthode de soudage sous vide dur, également connue sous le nom de version sous vide poussé, fonctionne en dessous de 0.13 Pa (10^-3 torr).4 La plage de pression pour le soudage sous vide moyen est de 0.13 Pa à 3.3 × 10³ Pa (10^-3 torr à 25 torr). Dans cette plage, la plage de pression comprise entre environ 0.13 Pa et 1.3 × 10² Pa (10^-3 torr à 1 torr) est parfois appelé vide partiel ou vide doux, tandis que la plage de pression comprise entre environ 1.3 × 10² Pa et 3.3 × 10³ Pa (1 torr à 25 torr) est appelé vide rapide. Pour un fonctionnement stable et efficace, la pression dans la colonne du canon à faisceau électronique doit être maintenue sous un vide poussé, qui est de 1.3 × 10.^-2 Pa (10^-4 torr) ou moins, dans toutes les situations.

Le faisceau d'électrons dans les systèmes de soudage par faisceau d'électrons sans vide est créé dans un vide poussé, puis traverse une séquence d'orifices spécialement conçus pour diviser de nombreuses chambres à pompage différentiel. Le faisceau sort finalement dans une zone de travail qui se trouve à la pression atmosphérique ou légèrement en dessous. Pour le soudage par faisceau d'électrons sans vide en extérieur, des tensions d'accélération du faisceau supérieures à 150 kV sont généralement requises. Des tensions d'accélération du faisceau inférieures à 150 kV peuvent néanmoins être utilisées si l'environnement ambiant est composé d'un gaz tel que l'hélium.

Les trois modes de base du soudage par faisceau électronique sont illustrés dans la figure ci-dessous.

Soudage par faisceau d'électrons sous vide poussé

Pour tous les canons à faisceaux d'électrons, un vide poussé de 1.3 × 10^-2 Pa [10^-4 torr] ou moins est nécessaire. Le pistolet lui-même ne peut pas fonctionner efficacement à des pressions bien supérieures à 1.3 × 10^-2 Pa (10^-4 torr), même si des techniques uniques permettent au faisceau de pénétrer dans des environnements à pression plus élevée.

Dans un environnement sous vide poussé, le soudage par faisceau d’électrons offre les principaux avantages suivants :

1. Le retrait et la déformation des soudures peuvent être minimisés en obtenant une pénétration maximale du joint et une largeur de soudure minimale.
2. En raison de la densité énergétique élevée du faisceau et de la forme de fusion en trou de serrure qui en résulte, les soudures ont un rapport profondeur/largeur élevé ;
3. L'environnement propre créé par un vide poussé permet au métal soudé d'être aussi pur que possible ; et
4. La capacité de l'opérateur à surveiller le processus de soudage et à souder les joints avec une accessibilité restreinte est améliorée par les distances étendues entre le pistolet et la pièce réalisables sous vide élevé.

Dans un environnement à vide poussé, la diffusion des électrons résultant des collisions entre le faisceau d'électrons et les molécules de gaz résiduelles présentes sur son trajet est réduite. La fréquence de ces collisions est directement proportionnelle à la concentration des molécules de gaz et à la distance totale parcourue. Lorsque de longues distances doivent être parcourues, la diffusion réduite des électrons est particulièrement avantageuse.

La pureté du métal de soudure est augmentée grâce au vide poussé, qui réduit la quantité d'oxygène et d'azote à laquelle la zone de soudure chaude est exposée tout en forçant les gaz créés pendant le soudage à s'échapper rapidement de la région. Par conséquent, par rapport aux variantes de processus à vide moyen et sans vide, le soudage sous vide poussé est plus approprié pour souder des métaux extrêmement réactifs. Les taux de production sont fortement limités par les temps de pompage nécessaires pour créer un vide poussé dans la chambre. Si de nombreux assemblages peuvent être soudés en une seule charge dans une chambre de petit volume, cette limitation de pompage peut être quelque peu atténuée. La taille de la chambre détermine le nombre maximal de composants qui peuvent être soudés par charge de lot. Pour cette raison, le soudage sous vide poussé est généralement plus approprié dans les situations où les taux de production sont relativement faibles. Les transferts de pièces à l'aide de techniques « air-air » ont été conçus de diverses manières, permettant le déplacement d'assemblages de composants dans et hors des zones à vide poussé sans ouvrir la chambre. Le soudage par immersion sous vide poussé peut être utilisé dans certaines applications d'assemblage à haute production, y compris le soudage de lames de scie bimétalliques, grâce à ces techniques.

Soudage sous vide moyen

La capacité de souder sans pomper la chambre de soudage à une pression extrêmement basse (vide poussé) est un élément clé du soudage par faisceau d'électrons sous vide moyen. Une taille minimale de chambre peut entraîner un temps de pompage nécessaire de quelques secondes, ce qui est crucial pour un traitement rentable. Le soudage sous vide moyen est la meilleure option pour la production d’assemblages en grand volume impliquant des processus de soudage répétitifs lorsqu’une chambre de soudage de volume minimum est disponible. Lorsque les engrenages sont correctement soudés aux arbres dans leur état final usiné ou estampé, par exemple, des tolérances dimensionnelles étroites sont maintenues et aucune finition supplémentaire n'est nécessaire. La figure suivante illustre cette application.

Engrenages soudés avec EBW sous vide moyen

L'EBW sous vide moyen est moins efficace que l'EBW sous vide poussé pour le soudage de métaux réactifs car il fonctionne à des pressions où il y a une forte concentration d'air (100 parties par million). Les métaux réactifs nécessitent un environnement de soudage extrêmement pur afin de conserver leurs propriétés. Les électrons du faisceau sont en outre dispersés par la concentration accrue de l’air, ce qui augmente la largeur du faisceau et diminue la densité de puissance. Comparées aux soudures identiques réalisées sous vide poussé, ces soudures sont un peu plus larges, plus effilées et ont moins de pénétration des joints.

Soudage sans vide

Le principal avantage du soudage par faisceau d'électrons sans vide, ou soudage atmosphérique, est que les pièces à souder n'ont pas besoin d'être scellées dans une chambre à vide. Des taux de production plus élevés et des coûts par pièce plus faibles sont obtenus en éliminant le temps nécessaire pour vider une chambre. De plus, la taille de la soudure n'est pas limitée par la taille de la chambre. Ces avantages ont pour prix de ne pas pouvoir atteindre la distance pistolet-pièce, la profondeur de fusion ou le rapport profondeur/largeur de la soudure qui peuvent être réalisés sous vide. Même avec une protection par gaz inerte, l'environnement pendant le soudage n'est pas aussi pur que pendant le soudage sous vide élevé et moyen.

Bien qu'un récipient sous vide pour la pièce ne soit pas nécessaire, un blindage contre les radiations doit être installé pour protéger les travailleurs des rayons X produits lorsque le faisceau d'électrons frappe le matériau. Contrairement aux versions à vide élevé et moyen, le soudage sans vide nécessite des conditions de fonctionnement différentes. Lorsque la pression ambiante augmente, la dispersion du faisceau augmente rapidement. La plus petite distance pistolet-pièce sans vide qui peut être utilisée, même dans un environnement à gaz d'hélium, est inférieure à 38 mm (1.5 pouce). Cela limite les formes possibles des pièces à celles qui n'obstruent pas la colonne du pistolet. Dans le soudage par faisceau d'électrons sans vide, la distance pistolet-pièce, la vitesse de déplacement, le niveau de puissance du faisceau et l'atmosphère environnante ont tous un impact sur la pénétration du joint qui est réalisée.

À des niveaux de puissance supérieurs à 50 kW, le soudage par faisceau d'électrons sans vide semble présenter une pénétration des joints plus efficace. La densité de gaz plus faible causée par le chauffage local du faisceau d'électrons à haute énergie est la cause de ce résultat.

Avantages du soudage par faisceau d'électrons

Le soudage par faisceau d'électrons offre des possibilités de performances exceptionnelles. De nombreux problèmes d'assemblage sont résolus grâce à l'excellente capacité de contrôle, à la densité de puissance élevée et à l'environnement de haute qualité. Voici quelques-uns des avantages du soudage par faisceau électronique :

1. Étant donné que l’EBW transforme l’énergie électrique directement en énergie de sortie du faisceau, la méthode est incroyablement efficace ;
2. Étant donné que les soudeuses à faisceau électronique ont un rapport profondeur/largeur élevé, des soudures en un seul passage peuvent être réalisées dans des joints épais ;
3. 3. Par rapport au soudage à l'arc, l'apport de chaleur par unité de longueur pour une profondeur de pénétration donnée peut être considérablement inférieur, conduisant à une zone de soudure plus étroite, à moins de déformation et à des effets thermiques moins nocifs dans la pièce à usiner ;
4. Une contamination réduite par l'oxygène et l'azote du métal fondu est obtenue lors du soudage dans une atmosphère de haute pureté (sous vide).
5. Le soudage est souvent possible dans des zones qui ne seraient pas accessibles autrement en raison de la capacité du vide à projeter le faisceau sur quelques pieds ;
6. Étant donné que les taux de fusion élevés de la source de chaleur concentrée permettent des vitesses de déplacement rapides, les temps de soudage peuvent être réduits, la productivité peut augmenter et l'efficacité énergétique peut être augmentée ;
7. Les plaques fines et épaisses peuvent être soudées en un seul passage sans avoir besoin de métal d'apport si les joints bout à bout sont convenablement carrés ;
8. Le vide peut être maintenu à l’intérieur de la construction soudée lorsque des fermetures hermétiques sont soudées en utilisant les modes de fonctionnement sous vide élevé ou moyen ;

Limites du soudage par faisceau d’électrons

Voici quelques limitations du soudage par faisceau électronique :

1. L'équipement EBW a des coûts d'investissement nettement plus élevés que l'équipement de soudage à l'arc. Cependant, dans la fabrication de gros volumes, le coût global par pièce peut être très compétitif ;
2. Sauf dans certains cas, un usinage précis des bords des joints, un alignement précis des joints et un ajustement approprié sont nécessaires pour préparer des soudures présentant des rapports profondeur/largeur élevés ;
3. Pour tirer parti de la petite taille du faisceau d’électrons, l’ouverture de la racine doit être aussi petite que possible ;
4. L'acier inoxydable austénitique à faible teneur en ferrite et hautement restreint peut se fissurer en raison des vitesses de solidification rapides atteintes ;
5. La taille de la chambre à vide et le temps nécessaire pour l'évacuer affecteront les coûts de production car le soudage sous vide poussé et moyen nécessite que la chambre soit suffisamment grande pour contenir l'assemblage ;
6. La porosité et les cavités dans le fond de soudure peuvent apparaître dans les soudures à pénétration partielle avec des rapports profondeur/largeur élevés ;
7. Les champs magnétiques dévient le faisceau électronique, c'est pourquoi des métaux non magnétiques ou correctement démagnétisés doivent être utilisés pour l'outillage et le montage à proximité du trajet du faisceau ; cela affectera les coûts de fabrication ;
8. Lors de l'utilisation du mode de soudage par faisceau d'électrons sans vide, la conception du produit dans les régions immédiatement proches du joint de soudure peut être limitée en raison de la restriction de distance entre le bas de la colonne du canon à faisceau d'électrons et la pièce à usiner. Pour garantir que les membres du personnel ne soient pas exposés aux rayons X produits par EBW, une protection contre les rayonnements doit être maintenue pour tous les modes EBW ;
9. Lors de l'utilisation d'EBW sans vide ou d'autres techniques de soudage générant des matières dangereuses, une ventilation suffisante est nécessaire pour garantir l'élimination correcte de l'ozone et des autres gaz nocifs produits.

Équipement pour le soudage par faisceau d'électrons

Un ensemble canon/colonne à faisceau d'électrons, un ou plusieurs systèmes de pompage à vide et une alimentation électrique sont utilisés dans un équipement de soudage par faisceau d'électrons sous vide poussé, sous vide moyen et sans vide. Les pièces à usiner dans les chambres de soudage sous vide sont utilisées dans des systèmes à vide poussé et moyen. La colonne du canon à faisceau d'électrons a besoin d'un environnement sous vide, même si le mode sans vide ne nécessite pas de placer les pièces dans une chambre.

Des équipements à haute tension ou des équipements dotés de colonnes de canons dont les tensions d'accélération du faisceau sont supérieures à 60 kV peuvent être utilisés pour effectuer les trois types de soudage par faisceau d'électrons. Il faut des tensions d'accélération de faisceau supérieures à 150 kV pour réaliser un soudage par faisceau d'électrons sans vide directement dans l'air. Le soudage sous vide élevé et moyen peut être effectué à l'aide d'équipements basse tension, tels que ceux équipés de colonnes de canons qui utilisent des tensions de 60 kV ou moins pour accélérer les faisceaux.

Étant donné que les colonnes de pistolets à haute tension sont généralement quelque peu massives, elles sont généralement positionnées à l'extérieur de la chambre de soudage et ne peuvent se déplacer que dans une direction limitée d'inclinaison ou de translation, ou les deux. Les colonnes de pistolets à basse tension sont souvent compactes. Une unité peut avoir jusqu'à cinq axes de mouvement de translation combiné si elle est installée en interne ; d'autres unités sont fixées à l'extérieur.

Pistolets à faisceau d'électrons

Les pistolets de soudage par faisceau d'électrons fonctionnent généralement sous des limites de charge d'espace. Lorsqu'un pistolet est utilisé de cette manière, le courant de faisceau qu'il produit à n'importe quelle tension d'accélération est proportionnel à la puissance 3/2 de la tension d'accélération (I = KV^3/2). La constante de proportionnalité, K, est déterminée par la géométrie du canon.

La configuration du pistolet, les propriétés de l'émetteur, les capacités de puissance totale et les dispositions de mise au point affectent toutes les performances d'un pistolet. S'il y a suffisamment de puissance de faisceau disponible pour permettre des temps de déplacement rapides et si la densité de puissance du faisceau est suffisamment élevée pour créer et maintenir un trou de serrure jusqu'à la profondeur de pénétration du joint nécessaire, alors de minuscules soudures peuvent être réalisées pour un métal et une épaisseur de joint donnés. .

Les électrons sont produits, accélérés et collimatés dans un faisceau ciblé à l'aide d'un canon à électrons. Les pièces et les caractéristiques du canon se répartissent en deux catégories :

1. l'émetteur, qui produit des électrons, utilise soit un filament en forme de tige ou de disque qui est indirectement chauffé par bombardement électronique ou par induction, soit un fil ou un filament en ruban qui est chauffé directement.
2. Les éléments qui façonnent et forment les poutres sont la grille et l'anode.

Sources d'alimentation

Un ensemble constitué d'une section de source d'alimentation haute tension et d'un ou plusieurs segments de source d'alimentation auxiliaire fournit l'énergie haute tension requise par un équipement de soudage par faisceau d'électrons. La tension d'accélération nécessaire du faisceau du canon est fournie par la section de source d'alimentation haute tension, tandis que le chauffage de l'émetteur et la régulation de la sortie de courant du faisceau sont fournis par les segments de source d'alimentation auxiliaire. L'alimentation haute tension est composée d'au moins deux des éléments suivants, selon que le pistolet est de type triode ou diode :

1. La tension continue d'accélération du faisceau et le courant total du faisceau sont fournis par une source d'alimentation primaire à courant continu (CC) haute tension.
2. une source d'alimentation pour l'émetteur (filament) qui peut produire une sortie CC ou CA
3. une source d'énergie avec des électrodes de grille qui contrôle le courant du faisceau en imposant une tension entre l'électrode de polarisation et l'émetteur.

Systèmes de pompage sous vide

Pour le soudage sous vide poussé et moyen, des systèmes de pompage sous vide sont nécessaires pour évacuer la chambre du canon à faisceau d'électrons, la chambre de soudage (également connue sous le nom de chambre de la pièce à usiner) et l'ensemble d'orifice utilisé sur la partie de sortie du faisceau des ensembles pistolet/colonne pour soudage sous vide moyen et sans vide. Il existe deux principaux types de pompes à vide. L'un est un type mécanique à piston ou à palette qui abaisse la pression d'une atmosphère à 0.1 torr (1.0 × 10^-2 kPa). L'autre pompe est du type à diffusion d'huile qui abaisse la pression à 1.3 × 10^-2 Pa (10^-4 torr) ou moins.

Applications du soudage par faisceau d'électrons

La haute précision et la production élevée sont les deux principales catégories d’applications du soudage par faisceau électronique. Pour les applications de haute précision, le soudage doit être effectué dans un environnement de haute pureté (vide poussé) avec des effets thermiques minimaux et une reproductibilité maximale pour éviter toute contamination par l'oxygène ou l'azote, ou les deux. Les industries nucléaire, aérospatiale, aéronautique et électronique sont les principaux utilisateurs de ces technologies. Les produits typiques comprennent les récipients sous pression pour les systèmes de propulsion de fusée, les dispositifs à vide hermétiquement fermés, les composants de moteurs à réaction fabriqués à partir d'alliages spécifiques et les éléments combustibles nucléaires.

Les applications à haute production bénéficient de l'apport de chaleur minimal, de la vitesse élevée, de la répétabilité élevée et de la fiabilité élevée du soudage par faisceau d'électrons lorsqu'un environnement de haute pureté n'est pas nécessaire. Ces circonstances permissives permettent le soudage de composants semi-finis ou finis avec un équipement sans vide ou sous vide moyen. Des exemples typiques sont les tubes à paroi mince, les colonnes de direction, les cadres, les boîtes de vitesses et les pièces de transmission et de transmission pour voitures.

La méthode « air-air » de soudage par points à haute température à haute production est une autre façon d'assembler des bandes bimétalliques, qui sont utilisées dans les relais, les lames de scies à ruban et de scies à métaux et d'autres applications. Ce mode permet de réaliser le soudage dans des environnements à vide ambiant et à vide poussé, car le produit est alimenté en continu depuis l'atmosphère via une zone de vide et retourne à l'atmosphère.

La principale utilisation du soudage par faisceau d'électrons sans vide est la fabrication en grand volume de composants industriels où le soudage sous vide n'est pas pratique en raison de facteurs tels que la taille, la composition ou le taux de production horaire nécessaire. Le secteur automobile en est un exemple, car le soudage sans vide est utilisé dans de nombreuses applications différentes. La figure (A) ci-dessous montre une bague d'entraînement soudée à un ensemble bol de turbine de convertisseur de couple.

La figure (B) ci-dessous affiche un profil de la soudure par faisceau d'électrons sans vide créée dans cette application.

La figure ci-dessous fournit une autre illustration du soudage par faisceau d'électrons sans vide. La figure (A) représente la soudure de bord dans deux demi-coquilles formées en alliage d'aluminium, et la figure (B) montre une vue rapprochée de la soudure. L'application concerne une section de barre transversale de poids réduit d'un tableau de bord automobile. À la place de l'élément en acier qu'il remplace, cette construction soudée offre un composant ayant une résistance structurelle équivalente. Sa réduction de poids de 40 % et sa vitesse moyenne de soudage de 12 m/min (450 po/min) sont ses principaux avantages par rapport à l'article en acier.

Références

Société américaine de soudage, 2007. Manuel de soudage : procédés de soudage, partie 2. 9e éd. Edité par Annette O'Brien. Rédacteur associé : Carlos Guzmán.