Guida alla Saldatura a fascio di elettroni

Guida alla Saldatura a fascio di elettroni

Lo scopo di questa guida alla Saldatura a Fascio di Elettroni è di fornire una comprensione di base dei procedimenti per i tecnici non esperti in saldatura a fascio di elettroni.

Indice

  1. Che cosa è una saldatura a fascio di elettroni?
  2. Applicazioni e materiali
  3. Progettazione dei giunti
  4. Tecniche di controllo
  5. Considerazioni progettuali
Electron Beam Welding Guide

Che cosa è una saldatura a fascio di elettroni?

La saldatura a fascio di elettroni consiste nel bombardamento di una superficie metallica da parte di un fascio di elettroni estremamente focalizzato. Questo determina una fonte di calore molto concentrata (circa 0.1 mm di diametro) ed intensa che fonde il metallo. Puntando il fascio verso un giunto e quindi muovendo il giunto sotto al fascio si ottiene una fusione completamente omogenea delle due superfici.

Questo procedimento viene eseguito all’interno di camere sottovuoto che impediscono alle molecole dell’aria di spezzare il fascio e creano anche un’atmosfera inerte. Quando il fascio colpisce il giunto, crea una depressione nel materiale circondata dal metallo di base fuso. Procedendo con l’attività del fascio, il materiale fuso si solidifica e crea il giunto. Il giunto saldato che ne risulta è in effetti un’area rifusa sottovuoto di materiale di base.

Applicazioni

La saldatura a fascio di elettroni trova applicazione praticamente in ogni campo: dall’aerospaziale, al campo medico, automobilistico, nucleare, fino alla difesa, al petrolio, al gas, all’ingegneria civile e persino nell’arte.

Gli assiemi possono essere saldati utilizzando componenti finiti o semilavorati, in una vasta gamma di materiali. I più comuni sono: titanio, acciaio inossidabile, Inconel, alluminio, rame, acciaio a basso tenore di carbonio, bronzo, super duplex, hastelloy e magnesio.

Beginners guide to Electron Beam Welding

Benefici

La saldatura a fascio di elettroni è particolarmente efficace per la fusione di assiemi delicati dove un calore eccessivo potrebbe danneggiare il prodotto. Può anche essere un’alternativa economica alle tecniche convenzionali di saldatura quando si uniscono sezioni profonde, poichè un solo passaggio con saldatura ad elettroni è in grado di sostituire multipli passaggi utilizzando i metodi TIG, MIG o Arc.

Altri vantaggi sono: una distorsione minima, una zona termicamente alterata (HAZ) molto ridotta e un rischio di contaminazione da idrogeno minimizzato, dal momento che la saldatura avviene in genere in ambiente sottovuoto. Questo è un grande vantaggio quando si fondono il titanio e le sue leghe.

Progettazione dei giunti

Di seguito viene indicata una serie di diversi tipi di giunti che possono essere utilizzati per la saldatura a fascio di elettroni. Una saldatura passante, come mostrato nella Fig.1, viene spesso utilizzata quando l’assemblaggio non richiede una lavorazione meccanica post saldatura. Le Figg. 2 e 4 mostrano i tipi di giunti che permettono un posizionamento delle parti da unire, rendendo più semplice l’assemblaggio. Questo tipo di configurazione può anche prevedere una finitura di lavorazione a macchina, anche se il materiale aggiuntivo utilizzato per il posizionamento del giunto viene a volte rimosso dopo la saldatura. Alla Fig. 3 viene mostrato un giunto che, sebbene completamente passante, dovrà probabilmente avere la parte superiore rimossa dopo la saldatura per prevenire la propagazione di cricche dalla sezione non fusa del giunto.

Electron Beam Joint Welding
Electron Beam Joint Welding
Electron Beam Joint Welding
Electron Beam Joint Welding

Tecniche di controllo

Per controllare l’integrità delle saldature a fascio di elettroni può essere utilizzata la maggior parte delle tecniche di controllo non distruttivo (NDT); raggi X, liquidi penetranti, ultrasuoni e magnaflux.

Controlli di progettazione

  • I materiali selezionati sono adatti per la saldatura a fascio di elettroni? Vedi l’elenco nella Guida alla Saldatura a Fascio di Elettroni, sezione 2.
  • Il giunto può essere raggiunto da un fascio di elettroni? Assicurarsi che non vi siano ostacoli al fascio di elettroni.
  • Il giunto può essere progettato come auto-posizionante o è necessario un supporto?
  • Le tolleranze del giunto devono garantire uno spazio di massimo 0.1 mm. In alcuni casi potrebbe essere necessario che questo margine sia ancora più stretto.
  • Controllare la vicinanza di componenti che possono essere influenzati da un’elevata temperatura.
  • Il design comprende particolari finiti o parti che richiedono una lavorazione post saldatura? Se si prevede di saldare parti finite, bisogna prendere in considerazione la percentuale di contrazione causata dalla saldatura.
  • Dopo la saldatura la maggior parte dei materiali subirà un calo di alcune proprietà meccaniche, quindi sarà necessaria una valutazione dei requisiti di resistenza.
Inspection techniques: x-ray, PFD, ultrasonic and MFD

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