Wat is elektronenstraallassen? - Definitie en proces

Wat is lassen met elektronenstralen?

Elektronenstraallassen (EBW) is een smeltlasprocédé waarbij een bundel hogesnelheidselektronen wordt aangebracht op twee te verbinden materialen. De werkstukken smelten en vloeien samen terwijl de kinetische energie van de elektronen bij een botsing wordt omgezet in warmte. EBW wordt vaak uitgevoerd onder vacuümomstandigheden om dissipatie van de elektronenstraal te voorkomen.

Elektronen worden gegenereerd via een elektronenkanon en vervolgens versneld tot zeer hoge snelheden met behulp van elektrische velden. Deze snelle elektronenstroom wordt vervolgens met behulp van magnetische velden gefocusseerd en nauwkeurig op de te verbinden materialen aangebracht.

Als de elektronen de materialen raken, wordt hun kinetische energie omgezet in warmte, waardoor de metalen smelten en samenvloeien. Lassen met elektronenbundels gebeurt meestal in een vacuüm, omdat de aanwezigheid van gasmoleculen de bundel kan verstrooien.

Vanwege de hoge spanningen bij EB-lassen en het vereiste vacuüm, is het hele proces computergestuurd en sterk geautomatiseerd. De precieze aard van de technologie vereist vaak gespecialiseerde opspanningen om onderdelen vast te zetten voor het verbinden, en CNC-tafels worden vaak gebruikt om de opspanningen en werkstukken binnen de laskamer te verplaatsen.

Elektronenstraallassers zijn erg duur, moeten goed worden onderhouden en de ondersteuning die vereist is door de hoogspannings- en hoogvacuümtechnologieën kan veeleisend zijn. Elektronenstraallassen zijn echter ongelooflijk nauwkeurig, sterk en puur, het hele proces is nauwkeurig herhaalbaar en voor veel toepassingen en materialen is elektronenstraallassen de best verbindende technologie die er is.

Een typische lasprocedure met elektronenstralen

Hoewel elke Electron Beam-lastaak anders is, is er een basisprocedure die we volgen bij EB Industries waarmee we zowel de laskwaliteit als de productiesnelheid kunnen handhaven.

• De te monteren onderdelen worden grondig geïnspecteerd en schoongemaakt;
• Er zijn armaturen bedacht om de onderdelen tijdens het lasproces stevig op hun plaats te houden. We proberen het aantal onderdelen dat per vacuümcyclus kan worden gelast, te maximaliseren om hoge productiesnelheden te behouden. Indien nodig worden armaturen op maat gemaakt in onze complete machinewerkplaats;
• Onderdelen worden in hun armaturen geladen en de armaturen worden bevestigd aan de CNC-tafel van de Electron Beam-lasser. De CNC-tafel is geprogrammeerd om de onderdelen tijdens het lasproces nauwkeurig in positie te brengen onder de elektronenstraal;
• De vacuümkamer is beveiligd en de lucht wordt eruit gepompt om het noodzakelijke gedeeltelijke of volledige vacuüm te bereiken dat vereist is door de klantspecificatie;
• Indien nodig worden testlassen uitgevoerd om te controleren op de juiste uitlijning en focus van de straal, het straalvermogen, de laspenetratie en de algehele kwaliteit van de las. Parameters worden naar behoefte aangepast en continu gecontroleerd tijdens alle laswerkzaamheden;
• Als het een productielascyclus is, start de lasoperator de CNC-tafelprogrammering en de elektronenstraal-afvuurcyclus. De onderdelen worden vervolgens Electron Beam gelast;
• Aan het einde van de lascyclus wordt de vacuümkamer leeggepompt en worden de onderdelen en fittingen van de lasser verwijderd;
• De onderdelen worden voorzichtig uit hun bevestigingen verwijderd en vervolgens onderworpen aan een volledige kwaliteitscontrole.

Werking van lassen met elektronenstralen

Elektronenstraallassen (EB) is een fusielasproces waarbij elektronen worden gegenereerd door een elektronenkanon en worden versneld tot hoge snelheden met behulp van elektrische velden. Deze hogesnelheidsstroom van elektronen wordt strak gefocusseerd met behulp van magnetische velden en toegepast op de te verbinden materialen. De elektronenbundel creëert kinetische warmte wanneer deze de werkstukken raakt, waardoor ze smelten en aan elkaar hechten.

Elektronenbundellassen wordt uitgevoerd in een vacuümomgeving, omdat de aanwezigheid van gas kan leiden tot verstrooiing van de bundel. Omdat het een vacuümproces is en door de hoge spanningen die worden gebruikt, is deze lasmethode sterk geautomatiseerd en computergestuurd. Als gevolg hiervan worden gespecialiseerde armaturen en CNC-tafels gebruikt om de werkstukken in de lasvacuümkamer te verplaatsen.

Recente ontwikkelingen in de technologie van elektronenbundellasmachines hebben geleid tot een lokale methode van elektronenbundellassen, waarbij het elektronenbundelkanon is ingesloten in een vacuümdoos aan de zijkant van het te verbinden materiaal, in plaats van het hele werkstuk in een vacuümkamer te plaatsen.

Bij elektronenstraallassen wordt het elektron geproduceerd door de kathode van het elektronenkanon. Na de kathode is een bekerrooster aangebracht. Het voorkomt de divergentie van elektronen en controleert ze. Vanwege de hoge spanning die over de kathode en anode wordt aangelegd. De positief geladen anode trekt het elektron uit het bekerrooster aan.

De anode versnelt het elektron en zijn snelheid neemt toe en bereikt het bereik van 50000 – 200000 km/s. Vanaf de anode wordt de elektronenbundel met hoge snelheid door de magnetische lens en de afbuigspoelen geleid.

De magnetische lens focust de elektronenstraal op de gewenste plaats op het werkstuk. En de deflectorspoel buigt de straal af naar het vereiste lasgebied. Wanneer de elektronenstraal met hoge snelheid het werkstuk raakt, wordt intense hitte geproduceerd en smelt het metaal van de twee werkstukken en vult het lasgebied. De gesmolten las stolt en vormt een sterke lasverbinding.

Toepassing van lassen met elektronenstralen

• Het wordt gebruikt in de lucht- en ruimtevaartindustrie voor het vervaardigen van jetcomponenten, onderdelen van constructies, transmissieonderdelen en sensoren.
• Het wordt gebruikt in energieopwekkingsindustrieën.
• Het wordt gebruikt in de ruimtevaartindustrie om titanium tanks en sensoren te bouwen.
• Het wordt in de auto-industrie gebruikt om transmissiesystemen, tandwielen en turboladers te vervaardigen.
• Het werd gebruikt in de elektrische en elektronische industrie om delen van koperen constructies te vervaardigen.
• De andere gebieden waar het wordt gebruikt zijn de nucleaire industrie, de medische sector, onderzoekscentra, enz.

Voordelen van lassen met elektronenstralen

• Hoge lassnelheid.
• Het lassen van ongelijksoortig metaal is mogelijk.
• Hoge laskwaliteit en precisie.
• Lagere bedrijfskosten.
• Materialen met hoge lastemperaturen kunnen gemakkelijk worden gelast.
• Minder vervorming door minder beïnvloede warmtezone.
• De schoonmaakkosten zijn te verwaarlozen.
• Het last dikkere platen, variërend van 0,025 mm tot 100 mm.
• Het is in staat om ontoegankelijke verbindingen te lassen.

Nadelen van lassen met elektronenstralen

• De kosten van apparatuur zijn erg hoog.
• Er is een hoogopgeleide operator vereist om het te bedienen.
• Er is een hoog vacuüm vereist.
• Vanwege de werking in vacuüm kunnen grote klussen niet worden gelast.
• Er zijn hoge veiligheidsmaatregelen nodig om ermee te werken.