Elektronenbundellassen Uitgelegd: Definitie, Proces en Voordelen

Wat is Elektronenbundellassen?

Elektronenbundellassen (EBW) is een smeltlasproces waarbij een bundel hoge-snelheid elektronen wordt toegepast op twee te verbinden materialen. De werkstukken smelten en vloeien samen door de kinetische energie van de elektronen die bij impact omgezet wordt in warmte. EBW wordt vaak onder vacuüm uitgevoerd om dissipatie van de elektronenbundel te voorkomen.

Elektronen worden gegenereerd via een elektronenkanon en vervolgens versneld tot zeer hoge snelheden met elektrische velden. Deze hoge-snelheid stroom elektronen wordt vervolgens gefocusseerd met magnetische velden en precies toegepast op de te verbinden materialen.

Bij impact wordt de kinetische energie van de elektronen omgezet in warmte, waardoor de metalen smelten en samen vloeien. Elektronenbundellassen vindt over het algemeen in vacuüm plaats omdat gasmoleculen de bundel kunnen verstrooien.

Vanwege de hoge spanningen en de vereiste vacuüm is het hele proces geautomatiseerd en computergecontroleerd. De precisie van de technologie vereist vaak gespecialiseerde spannen om delen te fixeren, en CNC-tafels worden veel gebruikt om spannen en werkstukken in de laaskamer te verplaatsen.

Elektronenbundellaapparatuur is duur, vereist strikt onderhoud, en de ondersteuning voor hoge spanning en hoge vacuüm kan veeleisend zijn. Echter, elektronenbundellassen zijn uiterst precies, sterk en zuiver, het proces is volledig herhaalbaar, en voor veel toepassingen en materialen is het de beste verbindingstechnologie.

Een Typische Elektronenbundellasprocedure

Hoewel elke elektronenbundellasopdracht anders is, volgen we bij EB Industries een basiprocedure om zowel laskwaliteit als productiesnelheid te waarborgen.

• De te monteren delen worden grondig geïnspecteerd en gereinigd;
• Spannen om de delen tijdens het lassen veilig vast te houden worden ontwikkeld. We maximaliseren het aantal delen per vacuümcyclus voor hoge productiesnelheden. Indien nodig worden spannen op maat gemaakt in onze complete machinekelder;
• Delen worden in hun spannen geladen en de spannen bevestigd aan de CNC-tafel van de elektronenbundellaar. De CNC-tafel wordt geprogrammeerd om de delen precies in positie te brengen onder de elektronenbundel tijdens het lassen;
• De vacuümkamer wordt gedicht en de lucht uitgepompt om de benodigde partiële of volledige vacuüm te bereiken volgens klantspecificaties;
• Indien nodig worden proeflassen uitgevoerd om bundeluitlijning, focus, vermogen, dieptepenetratie en algemene laskwaliteit te controleren. Parameters worden bijgesteld en continu gemonitord;
• Bij een productielascyclus start de operator de CNC-tafelprogrammering en elektronenbundelvuurcyclus. De delen worden dan gelast;
• Aan het einde van de lascyclus wordt de vacuümkamer uitgepompt en de delen en spannen verwijderd;
• De delen worden voorzichtig uit hun spannen gehaald en onderworpen aan een volledige kwaliteitscontrole.

Werking van Elektronenbundellassen

Elektronenbundel (EB) lassen is een smeltlasproces waarbij elektronen gegenereerd worden door een elektronenkanon en versneld tot hoge snelheden met elektrische velden. Deze hoge-snelheid stroom wordt strak gefocusseerd met magnetische velden en toegepast op de te verbinden materialen. De elektronenbundel creëert kinetische warmte bij impact op de werkstukken, waardoor deze smelten en binden.

Elektronenbundellassen wordt in een vacuümomgeving uitgevoerd omdat gas de bundel kan laten verstrooien. Vanwege het vacuümproces en de hoge spanningen is deze lasmethode sterk geautomatiseerd en computergecontroleerd. Daarom worden gespecialiseerde spannen en CNC-tafels gebruikt om werkstukken in de lasvacuümkamer te verplaatsen.

Recente ontwikkelingen in elektronenbundellaapparatuur hebben een lokale methode gerealiseerd, waarbij de elektronenkanon in een vacuümdoos aan de zijkant van het te verbinden materiaal wordt geplaatst, in plaats van het hele werkstuk in een vacuümkamer te zetten.

Bij elektronenbundellassen wordt het elektronen geproduceerd door de kathode van de elektronenkanon. Na de kathode zit een kup-gitter. Dit voorkomt divergentie van elektronen en controleert ze. Door de hoge spanning over kathode en anode trekt de positief geladen anode de elektronen uit het kup-gitter.

De anode versnelt het elektronen en de snelheid stijgt tot 50.000 – 200.000 km/s. Vanaf de anode passeert de hoge-snelheid elektronenbundel de magnetische lens en afbuigspoelen.

De magnetische lens focusseert de elektronenbundel op de gewenste locatie op het werkstuk. De afbuigspoel buigt de bundel naar het vereiste lasgebied. Als de hoge-snelheid elektronenbundel het werkstuk raakt, ontstaat intense warmte en het metaal van de twee werkstukken smelt en vult het lasgebied. Het vloeibare letsel verstolkt en vormt een sterke lasnaad.

Toepassingen van Elektronenbundellassen

• Luchtvaartindustrie: vervaardiging van straalmotorcomponenten, structurele delen, transmissiedelen en sensoren
• Energieopwekkingindustrie
• Ruimtevaartindustrie: bouwen van titaniumtanks en sensoren
• Automobielindustrie: vervaardiging van transmissiesystemen, tandwielen en turbocompressoren
• Elektrotechnische en elektronische industrie: vervaardiging van koperstructuren
• Overige: kernindustrie, medisch, onderzoekscentra, etc.

Voordelen van Elektronenbundellassen

• Hoge lassnelheid
• Lassen van ongelijksoortige metalen mogelijk
• Hoge laskwaliteit en precisie
• Lage bedrijfskosten
• Materialen met hoge lastemperaturen gemakkelijk te lassen
• Minder vervorming door kleinere warmtebeïnvloede zone
• Vernacharbare reinigingskosten
• Last dikke platen, bereik 0,025 mm tot 100 mm
• In staat tot lassen van onbereikbare lassen

Nadelen van Elektronenbundellassen

• Apparatuurkosten zijn erg hoog
• Hooggeschoolde operator vereist
• Hoge vacuüm vereist
• Door vacuümwerking geen grote werkstukken te lassen
• Strenge veiligheidsmaatregelen nodig