MECANIZADO POR HAZ DE ELECTRONES

MECANIZADO POR HAZ DE ELECTRONES

Es un proceso de soldadura de fusión, que se logra mediante el contacto de la pieza a soldar con un haz de electrones de alta densidad energética. El haz de electrones es de pequeño diámetro y elevada intensidad energética, lo cual permite atravesar grandes espesores de material (hasta 65 milímetros de una sola pasada aproximadamente). El principio de soldadura se puede explicar mediante el efecto keyhole (también denominado como ojo de cerradura).

Se transforma la energía cinética en energía térmica.Este proceso realiza cortes muy exactos para una amplia gama de metales.

Características

ü  Genera rayos x

ü  Soldadura casi uniforme y limpia.

ü  Soldaduras profundas y cordones estrechos.

ü  El coste de los equipos es elevado.

ü  Las velocidades de soldadura son muy elevadas (hasta 2000 mm/min).

ü  Permitir la unión de una gran diversidad de materiales e incluso de multitud de materiales distintos entre sí.

ü  Cantidad reducida de calor transmitida a la pieza.

ü  No se necesita metal de aportación.

 Equipo necesario

v  Cámara de vacío

v  Suministro y control de energía

v  Sistema de alineación y visualización

v  Cámara de vacío.

v  Pistola de haz de electrones.

Proceso de soldadura

El proceso de soldadura mediante haz de electrones se efectúa en una cámara de vacío. Encima de dicha cámara se encuentra una pistola de electrones. Las piezas a soldar se colocan en un manipulador motorizado dentro de la cámara de vacío produciendo así soldaduras axiales o lineales. La pistola de haz de electrones, consta de un cátodo y un ánodo entre los que se genera una diferencia de potencial y se induce el paso de corriente. Debajo del ánodo, hay una lente magnética, para dirigir el haz de electrones hacia la zona de soldadura.

Características de la soldadura

[  Profundas

[  Angostas

[  Limpias 

[  Metales soldados

[  Aceros al carbono y aleados, 

[  metales refractarios (w, M, Nb) 

[  Cobre y sus aleaciones.

[  Aleaciones de magnesio 

[  Aleaciones de titanio, 

[  Berilio.

[  Zirconio.

Aplicaciones

N  Industria aeroespacial.

N  Industria automotriz: soldadura de engranes y turbocompresor.

N  Construcción e ingeniería: válvulas, sierras, tanques blindados...

N  Industria energética: calderas nucleares, recipientes para desechos nucleares, turbinas de vapor.

Metales soldables

Q  Aceros al carbono y aleados.

Q  Metales refractarios (W,Mo,Nb).

Q  Cobre y sus aleaciones.

Q  Aleaciones de Magnesio.

Q  Aleaciones de Titanio.

Q  Berilio.

Q  Zirconio.

Mecanizado por haz de electrones

En el procesado térmico el haz se utiliza para eliminar material en el punto deseado mediante la fusión y vaporización o para producir un cambio en las propiedades del material en función de la temperatura alcanzada.La energía cinética del haz convertida en calor cuando choca contra la superficie de la materia sólida se utiliza tanto para eliminación del material como para inducir térmicamente cambios químicos o estructurales. La perforación por haz de electrones se basa fundamentalmente en el efecto térmico que provoca un haz de electrones de alta energía al incidir sobre el material.

Mecanizado por haz de láser

La tecnología del Mecanizado Láser se basa en la generación de un rayo láser de alta potencia que es dirigido contra la pieza mediante un sistema de espejos de alta precisión.En la zona de incidencia del rayo se consigue una elevada densidad de potencia que produce la volatilización del material. El rayo láser erosiona el material en múltiples capas obteniendo, de este modo, la geometría y profundidad requerida.

vídeo de rayos láser: https://www.youtube.com/watch?v=cDvkaH7WNsI&t=178s

Procesos de mecanizado con láser

Proceso de mecanizado:
El láser refuerza la luz mediante absorción e irradiación de energía. Se dirige energía a una barra de cristal o a una mezcla de gas del láser. Esta energía se produce a través de lámparas de rayos, o mediante una descarga eléctrica.

De esta forma, la barra de cristal o el gas, anteriormente activado por el láser, son dirigidos entre dos espejos, produciendo un resonador de luz. Este fenómeno proporciona al haz láser una dirección determinada. Una proporción de la luz del láser pasa por un espejo parcialmente traslúcido y luego por el lente convergente quedando asi a disposición de la mecanización del material.

Características del proceso

·          La tecnología del mecanizado con láser se basa en la generación de un haz láser de elevada potencia que es dirigido hasta a la pieza a mecanizar mediante un sistema de espejos de reflexión.
·  En la zona de incidencia del rayo se consigue una elevada densidad de energía térmica concentrada que produce la volatilización del material.

·          Otra característica de esta tecnología es que al ser una fuente de energía la que incide sobre el material a mecanizar, no se producen desgastes, roturas ni colisiones de la herramienta de corte.

Limitaciones

·         ·        La limitación del tamaño de la pieza a soldar, pues la cámara de vacío tiene un espacio útil reducido de las piezas a cortar.

·     ·      La baja producción, ya que requiere altos tiempos de bombeo para alcanzar el vacío.

·   ·    La alta concentración de aire en la cámara aumenta la divergencia del haz de electrones y en consecuencia la soldadura presenta cordones más anchos y de menor espesor que los obtenidos con los otros procesos.

·      También es importante resaltar que la interacción del haz de electrones con la superficie produce rayos X los cuales son perjudiciales, estas máquinas deben ser manipuladas por personal altamente capacitado.

Parámetros del proceso

• Velocidad de la soldadura
• Tensión de aceleración
• Intensidad del haz
• Diámetro del haz
• Distancia entre la pieza y el cañón
• Efecto de la presión en el haz

Materiales a los que se le aplica.

El mecanizado con láser se emplea para mecanizar cualquier tipo de material independientemente de su dureza o maquinabilidad, como por ejemplo: metales duros y blandos, aleaciones termorresistentes, cerámicas, silicio, composite, cueros, cartón, tejidos, madera, plásticos, etc. Algunos materiales absorben la radiación del haz excepcionalmente bien, pero otros mucho peor.

El aluminio o el latón sin recubrimiento tienen un grado de absorción débil. En estos casos es necesario por lo tanto un potente sistema láser.También es muy habitual utilizar este proceso para el mecanizado de materiales compuestos de matriz polimérica. Este mecanizado es rápido y productivo.

Las cortaduras por láser son de aplicación flexible. Los trabajos grandes de corte se pueden realizar de forma fácil y rentable, como producciones en masa.Son adecuadas para el corte con láser tanto piezas muy pequeñas como objetos de grandes dimensiones.El mecanizado por láser es muy seguro, el material no necesita ser fijado ni enderezado. Los usuarios no entran nunca en contacto con piezas móviles o abiertas de máquinas.

El corte por láser es especialmente sencillo, los principiantes en este proceso pueden conseguir un corte perfecto. Esta técnica es muy limpia, con ella se consiguen rebordes agudos sin deshilachamientos. En el mecanizado por láser no hay contacto entre herramienta y pieza, así se evita que se produzcan fallos, roturas y desgastes.