O equipamento para soldagem com feixe de elétrons compreende: lentes eletromagnéticas, sistema de controle de foco, canhão emissor de elétrons, câmara de vácuo e sistemas de visualização e posicionamento.
lentes eletromagnéticas
As lentes eletromagnéticas são constituídas por bobinas eletromagnéticas com a função de fazer convergir o feixe, que tende a se dispersar quando gerado. Embora se possam utilizar sistemas com mais de uma lente, o mais usual é usar apenas uma lente circular, devido à facilidade de regulagens e de manutenção.
sistema de controle de foco
O sistema de controle de foco é um conjunto de bobinas dentro das quais passa o feixe de elétrons e que permite fazer o ajuste de foco do feixe de elétrons. O ajuste do foco é geralmente necessário porque podem surgir desvios no foco do feixe. Por essa razão, é preferível trabalhar com altas tensões e baixas correntes.
canhão emissor de elétrons
O canhão emissor de elétrons é o local onde são gerados os elétrons, e consequentemente, é onde se inicia todo o processo.O canhão é composto essencialmente de duas partes: o sistema de focalização e o dispositivo de emissão e aceleração dos elétrons, que compreende “wehnelt”, cátodo e ânodo.
O canhão trabalha sempre em alto vácuo (10″4 Torr ou menos); há algumas razões para isso: o filamento, quando aquecido por efeito Joule, liberta elétrons e estes terão tanto mais facilidade de serem transportados, quanto maior for a condição de vácuo; as moléculas de ar diminuem com o aumento do vácuo e, com isto, diminui a probabilidade de formar plasma ou abrir arcos submetidos a uma grande ddp; além disso, o vácuo também ajuda a evitar oxidação do filamento e a manter a limpeza do componente. A alimentação do canhão é feita por um transformador especial de alta tensão.
O cátodo pode ser de dois diferentes tipos: o diretamente aquecido e o indiretamente aquecido.
O cátodo diretamente aquecido é de construção mais simples e o que apresenta maior confiabilidade. O excesso de calor pode ser retirado por refrigeração externa; por outro lado, apresenta um tempo de vida menor e má distribuição dos elétrons. São exemplos destes tipo de cátodo os seguintes: Hamilton-Standard e Sciaky.
O cátodo indiretamente aquecido apresenta tempo de vida superior e têm maior estabilidade, além de apresentar a mancha catódica mais definida. Por outro lado, apresenta menor confiabilidade. Exemplos: Bas e Vickers.
câmara de vácuo
A câmara de vácuo é o local onde devem ser colocados os materiais a soldar; apresenta um revestimento interno de chumbo, necessário devido à emissão de raios-X, quando do funcionamento do equipamento. O volume da câmara deve ser corretamente escolhido, pois uma câmara muito pequena limita a dimensão máxima das peças a trabalhar; por outro lado, uma câmara muito grande tem o inconveniente de demorar tempo demais para fazer o vácuo necessário para a operação.
A câmara deve conter também uma janela que permita a visualização para auxiliar o posicionamento das peças; esta janela é feita no formato de sanduíche, com um vidro contendo chumbo (Pb) para impedir a radiação, e um vidro vulgar para absorver os vapores metálicos e assim proteger o primeiro vidro.
Por último, a câmara deve ter bom acesso à limpeza, facilidade de movimentos, boas condições de visualização, e ser construída de material resistente a altas pressões.
sistemas de visualização e posicionamento
Os sistemas de visualização e posicionamento são necessários para visualizar a junta e ter condições tanto de posicioná-la, como de ajustar o feixe sobre ela.
O sistema de visualização é constituído por um jogo de lentes, um visor e uma adequada iluminação da câmara. Em equipamentos mais modernos, existe um equipamento de filmagem montado no interior da câmara de vácuo para permitir a visualização durante a soldagem. As lentes e as lâmpadas são protegidas contra respingos e emissão de vapores. No caso das lâmpadas, usam-se vidros protetores, que são substituídos ou limpos periodicamente; para as lentes, existe um filtro metálico em forma de disco, colocado entre a região de soldagem e a lente; este filtro é fechado após estar posicionado e focado corretamente, para fazer a proteção enquanto se executa a soldagem.
No sistema de posicionamento, as peças a serem trabalhadas são colocadas em uma mesa. Esta mesa está ligada a dois eixos tipo fuso, acionados por dois motores independentes, que permitem a movimentação nas direcções X e Y. Além disto, no centro da mesa há um outro motor, que possibilita o movimento de rotação. Desta forma, as peças são posicionadas adequadamente antes de iniciar o trabalho.
Estes sistemas são necessários porque, uma vez feito o vácuo, todos os ajustes de parâmetros e movimentações da peça deverão ser feitos sem que se abra a câmara, para que o vácuo não seja perdido; refazer o vácuo acarretaria gastos, sem contar o tempo desperdiçado.
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