Variáveis ​​principais do processo em EBW

Este artigo lança luz sobre as quatro principais variáveis ​​do processo em soldagem por feixe de elétrons (EBW, Electron Beam Welding). As variáveis ​​do processo são: 1. Tensão de Aceleração 2. Potência do Feixe 3. Tamanho do Ponto de Feixe 4. Velocidade de Soldagem.

Variável de Processo # 1. Tensão de Aceleração:

Com o aumento da tensão de aceleração, a penetração da solda aumenta. O sistema de alta tensão (70-150 Kv) permite tamanhos de pontos mais finos, maior distância focal e maiores distâncias de trabalho. Assim, para distâncias longas da pistola ao trabalho ou a produção de lados estreitos e paralelos, as tensões de aceleração devem ser aumentadas para obter a distância focal máxima, Fig. 14.6. Isso ocorre porque quando a tensão de aceleração é aumentada, a corrente de feixe necessária para uma determinada configuração de potência diminui proporcionalmente.

Assim, com menos elétrons no feixe para repelir um ao outro, um feixe mais estreito é formado de acordo com a seguinte relação:

No entanto, para o sistema de alta tensão, os canhões tendem a ser mais longos e com isolamento de alta tensão, é imperativo que a pistola seja mantida estacionária e o trabalho movido sob ela.

Para a mesma potência de feixe, mas menor tensão de aceleração, a distância de trabalho tende a ser menor e os feixes mais convergentes. Tal arma, se mantida estacionária, comandaria uma área de trabalho menor, portanto, estas são freqüentemente projetadas para serem movidas em torno de um trabalho estacionário mantido na câmara de vácuo.

Variável de Processo # 2. Potência do Feixe:

A energia cinética de cada elétron é dada por ½mv 2 mas v, isto é, a velocidade do elétron é proporcional à raiz quadrada da tensão de aceleração, de modo que a energia de cada elétron é proporcional à voltagem de aceleração. Como o número de elétrons que chegam por unidade de tempo é diretamente proporcional à corrente do feixe, a potência do feixe pode ser expressa em termos do produto da voltagem de aceleração e da corrente do feixe, ou seja, em watts. À medida que a corrente do feixe é aumentada, a penetração da solda também aumenta. A potência do feixe dividida pela área do ponto do feixe na superfície de trabalho fornece a densidade de energia e pode ser tão alta quanto 5 x 10 9 W / mm 2 .

A saída de calor de um feixe de elétrons com uma tensão de aceleração de 120 kV e uma corrente de feixe de 12, 5 mA pode ser calculada da seguinte forma:

Portanto, no impacto com a superfície de trabalho 1507 joules por segundo são liberados como energia térmica com um diâmetro de ponto de feixe de 2, 5 mm; esta energia é capaz de curar 6 mm de espessura de tungstênio a 17000 ° C / seg. Um diâmetro de feixe reduzido de 0, 25 mm pode, teoricamente, produzir um aumento de cem vezes na taxa de aquecimento. Embora uma parte da energia térmica seja perdida por condução, perdas de vaporização e radiação, mas a potência indicada é suficientemente alta para levar em consideração a alta relação entre a largura da solda e a largura da solda obtida com os feixes de elétrons.

As unidades EBW podem ter potências de 1, 25 a 60 KW, mas a faixa mais comum é de 3 a 35 KW. Essas unidades são projetadas para fornecer uma determinada tensão de saída e corrente de feixe, conforme mostrado na Tabela 14.2.

O efeito da corrente do feixe na profundidade de penetração do aço inoxidável tipo 302 soldado a uma velocidade de deslocamento de 11-25 mm / seg é mostrado como uma função da aceleração da tensão na Fig. 14.7.

Fig. 14.7 Efeito da corrente de feixe na penetração da solda

Variável de Processo # 3. Tamanho do Ponto de Feixe:

O tamanho do ponto do feixe no trabalho é um fator importante, pois afeta a largura da solda, bem como a densidade de energia e, portanto, a relação entre penetração e largura. Dependendo da tensão de aceleração e da corrente do feixe, é possível atingir o tamanho do ponto do feixe entre 0-1 a 0-5 mm de diâmetro. No entanto, não é fácil obter tamanhos de pontos tão pequenos.

Isso ocorre porque os elétrons no feixe se movem em velocidades diferentes e durante sua passagem através da lente eletromagnética eles sofrem um efeito semelhante à aberração esférica em uma lente ótica. Assim, o cone externo dos raios é focalizado mais próximo do que os raios axiais, devido à sua proximidade das peças polares na lente magnética, onde a força do campo é maior.

Embora a alta voltagem e a baixa corrente de feixe favorecem um pequeno tamanho de ponto, é muito difícil obter o feixe de elétrons denso e estreitamente longo, estreito e desejado para a soldagem. Além disso, devido à rotação do feixe durante sua passagem através da lente magnética, qualquer assimetria é girada de uma maneira imprevisível e problemática, de acordo com as mudanças de foco e a distância de trabalho.

Fig. 14.8 Efeito do foco do feixe na geometria e penetração do cordão

Um ponto de feixe agudamente focado resulta em máxima densidade efetiva de calor, produzindo assim uma solda estreita de lados paralelos. A defocagem do feixe pela focagem excessiva ou sub-focagem aumenta o tamanho do ponto na superfície de trabalho, resultando em um cordão de solda raso ou em forma de V; esses efeitos são mostrados na Fig. 14.8.

Variável de Processo # 4. Velocidade de Soldagem:

Para um dado nível de potência do feixe, a velocidade de soldagem tem um efeito marcado na penetração em baixas velocidades de deslocamento, como mostrado na Fig. 14.9; no entanto, à medida que a velocidade aumenta, seu efeito sobre a penetração continua reduzindo. A largura da solda também diminui com o aumento da velocidade de deslocamento.

Para o PCV, a expressão comumente aceita para a taxa de entrada de energia para o trabalho é de joules por mm de comprimento de solda, conforme expresso pela equação,

Entrada de energia, J / mm = VI / S = P / S …… (14.2)

Onde,

I = corrente de feixe, amperes

P = potência do feixe, watts ou joule / seg

S = velocidade de soldagem, mm / seg

As variáveis ​​EBW podem ser interpoladas graficamente pelo uso da equação (14.2) em conjunto com os dados disponíveis para soldagem de diferentes espessuras de metal. A Fig. 14.10 mostra esses dados com base nas condições estabelecidas para algumas das ligas mais soldadas por este processo. Tais gráficos são úteis para determinar a necessidade de ajustes iniciais de potência e velocidade de deslocamento para soldar uma liga particular de uma determinada espessura.

Fig. 14.10 Relação entre potência, velocidade de soldagem e espessura do material para soldas de penetração total por EBW em diferentes materiais.