Soudage par faisceau d'électrons : technologie, équipement, caractéristiques et principe de fonctionnement

Cette méthode de soudage est apparue pour la première fois en 1958. Le soudage par faisceau d'électrons permet de souder des métaux ensemble. Il consiste à assembler deux métaux à leur jonction. Réalisé sous vide, il permet de souder des pièces de conceptions et de tailles très variées, produisant ainsi une soudure parfaitement polie.

L'énergie cinétique des électrons collectés dans un faisceau d'électrons, formé par un dispositif spécial, est utilisée pour souder le métal. Le métal est soudé à l'aide d'un faisceau pulsé. Ce faisceau présente une densité énergétique très élevée et une fréquence d'impulsion comprise entre 100 et 500 Hz. Il est utilisé pour souder des métaux volatils tels que le magnésium et l'aluminium. Ces paramètres augmentent la profondeur de pénétration. Des métaux de différentes épaisseurs peuvent être soudés, mais le type, l'épaisseur et la structure du métal doivent toujours être pris en compte.

Les tôles fines peuvent également être assemblées avec succès, mais un essai est effectué avant le soudage afin de déterminer correctement le rapport pause/impulsion. La dissipation thermique pendant les pauses permet de réduire la zone affectée thermiquement. Lors du soudage de petites pièces, il est crucial que le faisceau atteigne précisément la largeur étroite du joint ; la position du faisceau est donc d'abord vérifiée sur un échantillon d'essai. Le faisceau doit atteindre précisément le joint à assembler, ni trop bas ni trop haut, sous peine de compromettre la qualité de l'assemblage. Les paramètres du faisceau sont vérifiés par un essai de procédé. Ensuite, le soudage en série de toutes les pièces nécessaires est réalisé.

En soudage par faisceau d'électrons, le faisceau lui-même ou la pièce est déplacé grâce à un système de déviation. Ce système permet au faisceau d'osciller transversalement et le long de la soudure, ainsi que sur des trajectoires plus complexes. Des appareils basse et haute tension sont disponibles. Les appareils basse tension sont utilisés pour souder des épaisseurs de métal supérieures ou égales à 0,5 mm, tandis que les appareils haute tension sont réservés aux épaisseurs supérieures.

Le vide créé lors du soudage par faisceau d'électrons réduit considérablement la perte d'énergie cinétique des électrons due aux collisions avec les molécules de l'air et assure la protection thermique et chimique de la cathode du canon à électrons. Le vide est d'environ 10-4 à 10-6 mmHg. La pénétration du métal est principalement due à la pression du faisceau d'électrons, à la chaleur dégagée dans le métal solide et à la forte pression du métal en évaporation. La qualité et le type de traitement par faisceau dépendent des propriétés thermophysiques du matériau, des paramètres du faisceau et de la durée de l'impulsion, mais sont indépendants de ses propriétés mécaniques. Le soudage par faisceau d'électrons permet donc de traiter le quartz, la céramique et les pierres précieuses. Il est utilisé avec succès pour le soudage des métaux réfractaires, ainsi que des métaux utilisés dans l'industrie aéronautique et l'instrumentation. Selon la taille de la chambre à vide, il est possible d'assembler des pièces épaisses.

Avantages du soudage par faisceau d'électrons :

• Il est possible de souder des pièces d'une épaisseur de 0,1 à 200 mm en un seul passage, et dans des conditions différentes même des pièces plus épaisses ;
• le procédé est rentable, nécessitant 10 à 15 fois moins d’énergie que le soudage à l’arc ;
• il n'y a pas de saturation en gaz du métal, ce qui donne de la résistance à la soudure ;
• soudures de haute qualité, pénétration profonde du métal.

Inconvénients de ce type de soudage :

• à la racine du joint, il y a parfois un joint insuffisamment cuit ;
• fixation à la chambre de travail pour créer un vide.