Soudage par faisceau d'électrons

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Le soudage par faisceau d'électrons est une méthode de soudage utilisant l'interaction d'un faisceau d'électron avec la pièce de travail. Les électrons lancés à forte vitesse interagissent avec la matière, générant suffisamment de chaleur pour provoquer la fonte puis le soudages des matériaux. Cette méthode de soudage est essentiellement automatisé, compte tenu de l'environnement nécessaire à la génération du faisceau d'électrons.

[modifier] Description

Le faisceau est concentré sur les zones à assembler. Lorsque la puissance dépasse environ 10 kW par millimètres carres, la chaleur n'arrive plus a être dissipée dans le substrat. Il en résulte une évaporation locale du matériau et la formation d'une cavité dans laquelle la soudure se forme. Le soudage se fait dans une enceinte sous vide évitant ainsi toute contamination extérieure ou toute oxydation. La soudure par faisceau d'électron offre une grande plage de puissance variant entre 10 kW and 100 kW, donnant une souplesse d'utilisation supérieure par exemple au soudage Laser. La puissance associée à la possibilité de concentrer le faisceau sur une zone très étroite permet une très bonne pénétration (rapport de 50:1 pénétration/largeur). Ceci permet de souder sur de très grandes épaisseurs, comme par exemple 200mm (acier) ou 300mm (Aluminium). La vitesse de soudure limite également la déformation des pièces à assembler. Le taux de conversion énergie électrique / chaleur est également très élevé, pouvant atteindre jusqu'à 75% d'efficacité, comparé, par exemple a 10% dans les méthodes Laser. Le procédé est entièrement automatisé, nécessitant un investissements de départ supérieur, mais permettant une reproductibilité parfaite de la soudure d'une pièce a l'autre.

[modifier] équipement

L'équipement est très proche dans le principe d'une tube à rayon cathodique. Une cathode sous potentiel négatif de -150 kV projette un faisceau d'électron accéléré par une anode dont le potentiel varie entre 30 et 200 kV. Le faisceau est concentré par une lentille magnétique avant d'être dirigé sur la zone à souder. En général, la pièce à souder est placée sur une table x-y automatisée permettant de la déplacer sous le faisceau. L'ensemble est en général placé dans une enceinte sous vide, le vide autour de la cathode étant plus important que le vide autour de la pièce. L'impact du faisceau sur la pièce génère une émission de rayons X qu'il est nécessaire de filtrer par une enceinte de protection.

[modifier] Technique de soudage

La technologie est très bien adapte au soudage en bout en un seul passage avec des épaisseurs pouvant dépasser 150 mm. Les surfaces jointes sont généralement fraisées pour permettre un meilleur contact. Il est possible de laisser un léger écartement entre les surfaces, mais comme il n'y a pas d'apport externe de métal, il en résulte un enfoncement de surface de la zone soudée. Pour des pièces d'épaisseur modeste, il est possible d'obtenir de très bons résultats cosmétiques en utilisant, par exemple, un second passage du faisceau pour adoucir l'aspect de surface. Pour de plus grandes épaisseur, il est parfois nécessaire d'incorporer sur les pièces d'origine différentes configurations géométriques additionnelles comme, par exemple une embase et un collet qui seront éliminés par la suite par fraisage. La plupart de métaux peuvent être soude par cette méthode y compris les métaux traditionnellement difficilement soudables sans apport de matière extérieure comme: les métaux réfractaires, les métaux faiblement alliés, les métaux à grande conductibilité thermique, cuivres, " Super alliages ", Tantale, Titane, Molybdène, etc.

[modifier] Applications

L'utilisation du soudage par faisceau d'électrons trouve toute son utilité dans le soudage de pièces de grande taille ou la distorsion après soudure doit être limitée au maximum. L'industrie nucléaire et l'aérospatiale (réacteurs) sont à l'origine des premières applications industrielles. Grâce à la qualité des résultats obtenu, et malgré l'investissement en capital nécessaire, on retrouve également cette technologie dans les milieux de l'automobile, notamment dans la soudure des pièces de transmission.