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Soldagem por feixe de elétrons - Parâmetros de soldagem

Escrito por Infosolda. Posted in Processos

Os parâmetros de soldagem por feixe de elétrons são: tensão de aceleração, corrente de focalização, corrente do feixe, velocidade de soldagem, vácuo do canhão e distância canhão-peça.

 

tensão de aceleração

A tensão de aceleração é relativa à atração dos elétrons, por sua vez determinada pela diferença de potencial existente entre cátodo e ânodo; conforme aumenta esta tensão, aumenta também a velocidade dos elétrons. Isto acarreta maior energia cinética nos elétrons, o que resulta em maior penetração e maior temperatura. Desta forma, é possível soldar materiais com ponto de fusão mais elevado e obter menores ZACs nas soldagens. A tensão situa-se geralmente entre 30 e 180kV.

corrente de focalização

A corrente de focalização é responsável pela criação de um campo magnético que vai interferir com o feixe para que, numa dada distância, obtenha-se o menor diâmetro do feixe na menor área possível, de modo a conseguir a densidade máxima de energia.

Ao ser gerado, o feixe é geralmente divergente, porém, ao passar e ser submetido à ação do campo magnético, tende a restringir-se, para logo em seguida divergir novamente.

O ponto de restrição com o menor diâmetro d é o ponto de densidade de potência máxima. Assim, a regulagem da corrente de focalização consiste em fazer alterações na corrente das bobinas até que o ponto de menor diâmetro ocorra exatamente para a distância canhão-peça D, já estabelecida e medida na montagem da peça na câmara. É comum também, medir-se o diâmetro do foco para controle deste parâmetro. Os diâmetros mais usuais encontram-se na faixa de 0,25 a 0,75mm.

corrente do feixe

A corrente do feixe controla a quantidade de elétrons que atingem a peça, influenciando diretamente a forma do cordão obtido. Além disto, como é o produto V x I que determina a potência do feixe, toma-se difícil explicar a importância isolada da corrente, sem citá-la no contexto global dos parâmetros. Em geral as correntes usadas são da ordem de 50 a 1000 miliampères.

velocidade de soldagem

A velocidade de soldagem influencia a geometria do cordão, principalmente a profundidade de penetração. Mantida a potência do feixe, um aumento na velocidade diminuirá sensivelmente a penetração. Embora a tensão também seja um fator de influência, a penetração é mais facilmente ajustada pela velocidade. Este efeito pode ser visualizado no gráfico.


vácuo do canhão

Embora não influencie diretamente a soldagem, o canhão deve sempre trabalhar a partir de um certo nível de vácuo — no mínimo 10-4 bar — para que os elétrons possam ser mais facilmente liberados e transportados.

distância canhão-peça

A distância canhão-peça influencia diretamente a tensão e a corrente de focalização. A influência sobre a tensão deve-se ao fato de que se a distância é maior, a chance de o feixe dispersar-se também aumenta; deve- se, então, aumentar a tensão sob risco de não se obter a penetração desejada. A influência sobre a corrente de focalização se explica porque se a distância canhão-peça aumentar, a distância entre as bobinas e o ponto focai também aumentará e será preciso uma corrente diferente nas bobinas para obter a focalização adequada.

Defeitos do processo

Na soldagem dos aços, o processo de soldagem por feixe de elétrons evita a fragilização causada pelo crescimento dos grãos, além de minimizar as distorções. Porém, é possível acontecerem alguns defeitos, entre os quais citam-se sub-espessura, trincas, porosidades e falta de fusão.

sub-espessura

Durante a soldagem pela técnica "key-hole", as forças de contração do material impedem o fechamento do capilar, possibilitando a soldagem. Após o avanço da peça ou do canhão, a força do feixe de elétrons cessa. Nesta fase inicia-se a contração do material, pois o esfriamento deixará os átomos com menor grau de liberdade, diminuindo assim o seu volume e causando na linha superior da solda um rebaixamento diretamente proporcional à quantidade de material que sofre contração.


Conclui-se, pois, que quanto maior o volume de material fundido, maior será a contração. Assim, para evitar a formação deste defeito, é preferível a técnica "key-hole" à soldagem por condução, pois esta produz uma poça de fusão menor.

trincas

O processo feixe de elétrons pode apresentar alguns tipos de trincas. Os tipos que ocorrem com maior significância são: horizontal, vertical e "cold shut".

A trinca tipo vertical 2 ocorre após o resfriamento, sendo por isto chamada de trinca a frio, enquanto que as outras, conhecidas como trincas a quente, ocorrem durante a solidificação. Deve sempre ser levado em conta que a técnica "key hole" é dinâmica e não uma condição estática. Esta movimentação também facilita o aparecimento de trincas.


 

Porosidades

No processo por feixe de elétrons existem praticamente dois tipos de porosidade e um tipo de falta de fusão. As porosidades são de raiz e na zona ativa.

A porosidade de raiz é um defeito que normalmente acontece em soldagens não penetrantes. Ocorre no ponto extremo da profundidade de penetração, isto é, na vizinhança da raiz, e tende a ocorrer nas zonas mais profundas da penetração.


A porosidade na zona ativa é devida ao fato de a atividade no centro do cordão ser muito forte em função da grande densidade de energia. Como os demais defeitos de soldagem, este também acaba por causar uma redução na resistência da junta soldada, uma vez que a presença do poro causa uma redução na região da secção d.

relação entre materiais e defeitos

No processo de soldagem por feixe de elétrons existem dois aspectos que minimizam a formação de defeitos: a velocidade de soldagem e a forma do cordão com pequenas zonas afetadas pelo calor. No entanto, a composição química do material pode estar diretamente relacionada com vários tipos de defeitos; por exemplo, quando o material apresenta oxigênio em sua estrutura, principalmente em aços não acalmados, as combinações dos íons para formar moléculas gasosas resultarão em defeitos do tipo porosidade e excesso de respingos.

Os aços com baixo teor de carbono, enxofre, fósforo e manganês e os de baixa liga são normalmente soldados sem problemas. Como o oxigênio causa porosidade nestes materiais, é necessário decapar antes da soldagem para remover os óxidos da superfície e minimizar a quantidade de oxigênio que pode existir na poça de fusão. O mesmo problema causado pela presença do oxigênio na formação de porosidades é também causado pelo nitrogênio no aço inoxidável e no aço carbono.

A soldagem do alumínio e suas ligas requer cuidados especiais devido aos altos níveis de vapores metálicos produzidos por esses materiais durante a soldagem. Isso poderá acarretar respingos excessivos e porosidades.

O cobre e suas ligas também necessitam de cuidados especiais para evitar porosidades, devendo-se destacar a necessidade de um feixe com grande densidade de potência para compensar a alta condutividade térmica do material.

Nos materiais reativos, como titânio e zircônio, o grande problema da soldagem é a contaminação com oxigênio antes do total resfriamento. Como o processo por feixe de elétrons transcorre em vácuo, estes materiais podem ser soldados sem maiores problemas.

 Link Relacionado:

Soldagem – Coleção tecnológica SENAI – 1ª ed. 1997