Soldadura

SOLDADURA POR RAYOS O HAZ DE ELECTRONES

**INTRODUCCIÓN **

El siguiente trabajo tiene como objetivo comprender la importancia del estudio del proceso de soldadura por rayos de electrones, para lo cual es necesario realizar un estudio completo, con el fin de acercarnos un poco a su naturaleza. Posteriormente, analizaremos el proceso, aplicaciones y demás elementos que conforman este trabajo, con el fin de entregar algunos elementos que permitan entender y analizar el proceso de soldadura por rayos de electrones.

**OBJETIVOS GENERALES Y ESPECÍFICOS ** **OBJETIVO GENERAL: ** Identificar como se trabaja la soldadura por haz de electrones y sus aplicaciones. **OBJETIVOS ESPECÍFICOS: **

Analizar detenidamente las ventajas y desventajas de este proceso. Describir de forma detallada el proceso de soldadura por haz de electrones. Evaluar la importancia de este proceso.

**SOLDADURA CON RAYO DE ELECTRONES ** **Definiciones. ** La soldadura por rayos de electrones es un proceso de soldadura en el cual la energía requerida para fundir el material es suministrada por un rayo de electrones de alta densidad de energía. Es un proceso de soldadura con la fusión conjunta del metal base, y posiblemente del metal de aporte, para producir un soldado. Se genera calor en la pieza de trabajo a medida que esta es bombardeada por el rayo de electrones de alta velocidad. La energía cinética de los electrones se transfiere para calentar bajo su impacto. Es una fuente de calor altamente concentrado y poderoso que actúa de modo similar al arco de soldadura por arco de tungsteno con gas o al plasma de la soldadura por arco de plasma al hacer trabajos de soldado.





**Historia. ** <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">El proceso por rayos de electrones se desarrollo en los años cincuenta en la industria de energía nuclear. La industria nuclear necesita soldar metales refractarios y metales reactivos. <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Los éxitos iníciales fueron logrados por la industria de energía nuclear francesa, seguidos por los estadounidenses. Poco tiempo después, los científicos alemanes desarrollaron su propia versión de la soldadura con haz de electrones. <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Desde los años sesenta, ha sido posible adquirir equipo comercial el cual ha sido mejorado continuamente. La soldadura por rayos de electrones es ahora un proceso popular de rápido crecimiento.



**<span style="font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 18.6667px;">Descripción del proceso **<span style="font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 18.6667px;">. <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Los rayos de electrones, característico de este proceso, se genera y acelera en un cañón de electrones compuesto por un emisor o cátodo, un electrodo-bias y un ánodo. Los electrones se generan cuando el cátodo se calienta como consecuencia del paso de una corriente eléctrica (corriente del haz) y son acelerados y dirigidos al ánodo, que se encuentra perforado y cargado positivamente. <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Los electrones que forman el rayos poseen, por tanto, una velocidad alta al haber sido acelerados en un campo electroestático con una diferencia de potencial elevada. La energía cinética que poseen se convierte en calor al chocar con las piezas a unir favoreciendo la formación del denominado “keyhole” (ojo de cerradura), mediante el cual se produce el soldeo de las piezas. **<span style="font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 18.6667px;">EQUIPOS ** <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">El equipo para la soldadura por rayos de electrones está formado por los siguientes elementos:
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Cañón de electrones.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Bombas para la obtención de vacío.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Cámara de trabajo.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Sistemas para la manipulación de las piezas.



v **<span style="font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 18.6667px;">Cañón de electrones: ** <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">El cañón de electrones es una cámara donde se alojan el cátodo, el ánodo y un electrodo de control. El cátodo es un filamento de metal refractario que se calienta hasta la temperatura de emisión (2500K) por el paso de una intensidad de corriente elevada. El cátodo se encuentra a una tensión negativa respecto al ánodo que oscila entre 30 y 200kV. Esta es la tensión de aceleración que puede proporcionar velocidades a los electrones algo superiores a la mitad de la velocidad de la luz. Entre el cátodo y el ánodo se encuentra el electrodo de control, que es un electrodo con forma de copa con una diferencia de potencial de entre 1 y 2kV respecto al cátodo. <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Es el encargado de concentrar y regular el número de electrones. Estos electrones atraviesan el ánodo dirigiéndose a la pieza de trabajo. Tras abandonar el ánodo los electrodos tienden a separarse unos de otros debido a la repulsión electromagnética entre cargas del mismo signo y a la agitación térmica radial que poseen. Esta dispersión se corrige mediante el sistema de enfoque que consiste en una bobina que crea un campo magnético corrector de la trayectoria de los electrones. v **<span style="font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 18.6667px;">Sistemas de vacío **<span style="font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 18.6667px;">: <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">El sistema de vacío es una cámara donde se aloja el cañón de electrones y en la que se practica el vacío para evitar la dispersión del haz por las moléculas del aire. v **<span style="font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 18.6667px;">Cámara de trabajo: ** <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">La cámara de trabajo es el lugar donde se alojan las piezas que van a ser soldadas. La forma y el tamaño de estas cámaras son dos variables a tener en cuenta, pues cuanto mayor sean las dimensiones más tiempo se tardará en alcanzar las condiciones de vacío. Por otro lado, cuanto más reducidas sean sus dimensiones más limitadas serán las dimensiones de las piezas que se pueden soldar. v **<span style="font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 18.6667px;">Sistemas de manipulación: ** <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Debido a las condiciones de trabajo de estos equipos es necesario dotarlos de unos sistemas que permiten la manipulación de las piezas a lo largo de todo el proceso. Un ejemplo son los sistemas de control numérico que permiten desplazamientos rotativos y longitudinales de la pieza respecto al haz de electrones. De esta forma también se asegura la repetitividad de los movimientos, necesaria para los procesos en serie.



**<span style="font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 18.6667px;">Parámetros del proceso **<span style="font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 18.6667px;">. <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Los parámetros que controlan la cantidad de calor que el haz suministra a la pieza de trabajo son: <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">La relación existente entre estas variables se puede comprender analizando la expresión: **<span style="font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px;">Q = η (n*qe*V)/Us **
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">El voltaje de aceleración entre el ánodo y el cátodo, que normalmente es del orden de 30-200 kV.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">La cantidad de electrones o intensidad del haz, que habitualmente se sitúa entre 0,5 y 1500 mA.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">El grado de concentración del haz o diámetro del foco, que suele ser de 0,25-1.3 mm.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">La velocidad de soldeo.

<span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Donde:
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Q es la energía necesaria para realizar la soldadura por unidad de longitud del cordón.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">η es el rendimiento energético del proceso.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">n es la intensidad electrónica. qe es la carga eléctrica del electrón (1,6021*10-19 C).
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">V es la tensión de aceleración de los electrones o tensión entre el cátodo y el ánodo.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Us es la velocidad de avance o velocidad de soldadura.

**<span style="font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 18.6667px;">Clasificación de los procesos **<span style="font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 18.6667px;">. <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">En función del grado de vacío que existe en la cámara donde se realiza el proceso, el soldeo por haz de electrones se clasifica en: **<span style="font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 18.6667px;">Soldeo de alto vacío: ** <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">El vacío practicado en la cámara es del orden de 0,13-13 mPa. Es un procedimiento idóneo para: <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Las limitaciones del proceso son: **<span style="font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 18.6667px;">Soldeo en medio vacío: ** <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">El vacío practicado en la cámara es del orden de 0,13-3300 Pa. <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Las principales ventajas de este proceso son: <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Las limitaciones más importantes del proceso son: **<span style="font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 18.6667px;">Soldeo atmosférico **<span style="font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 18.6667px;">: <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">No se practica vacío en la cámara de soldadura, pero el cañón debe trabajar a un vacío de 13 mPa como mínimo. En este proceso la protección de la pieza se realiza con un chorro de gas inerte. <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Las ventajas de este proceso son: <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Las limitaciones del proceso son: **<span style="font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 18.6667px;">LAS APLICACIONES ** <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Las aplicaciones en las que se ha consolidado el soldeo por haz de electrones son: <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">En cuanto a los sectores que más emplean este proceso son: <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">- Soldadura de engranajes. <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">- Soldadura de ejes. <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">- Soldadura de tanques de combustible, fabricados típicamente en aluminio. <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">- Soldadura de grandes recipientes a presión, empleando aleaciones de níquel o níquel-cobalto. **<span style="font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 18.6667px;">CONSUMIBLES ** <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">La soldadura mediante haz de electrones es una soldadura autógena, es decir, que no requiere material de aportación. Se realiza en vacío, por lo que tampoco hay gases de proceso. No hay pues consumibles como tales, y el equipo no es más que un generador de alta tensión, por lo que sus fungibles son los típicos de toda instalación eléctrica de cierta potencia, y únicamente el filamento emisor como elemento particular. <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">En algunas ocasiones, sin embargo, se utilizan finas láminas de metal puro (en particular aluminio) entre las piezas a soldar para producir una unión de calidad reduciendo los problemas metalúrgicos debidos al enfriamiento rápido. Es la única ocasión en que se puede hablar de fungibles, y son láminas que se suelen posicionar a mano antes de soldar.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Conseguir uniones y zonas afectadas por la temperatura de reducidas dimensiones.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Soldeo de metales reactivos con el oxígeno y nitrógeno, al trabajar a vacío.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Soldeo de metales de gran espesor, debido a su gran poder de penetración.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">La limitación del tamaño de la pieza a soldar, pues la cámara de vacío tiene un espacio útil reducido.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">La baja producción, ya que requiere altos tiempos de bombeo para alcanzar el vacío.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">La productividad es mayor al reducirse el tiempo de bombeo.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">El equipo es más barato, al no ser necesaria una bomba difusora (imprescindible para obtener el alto vacío).
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">La alta concentración de aire en la cámara aumenta la divergencia del haz de electrones y en consecuencia la soldadura presenta cordones más anchos y de menor espesor.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Es la soldadura de mayor productividad, al no ser necesario esperar a que se alcancen las condiciones de vacío.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">No existen tantas limitaciones en relación al tamaño de la pieza.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">La divergencia del haz de electrones como consecuencia de la mayor concentración de aire da lugar a cordones considerablemente más anchos y menos profundos que los obtenidos con los otros procesos.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">En la soldadura de grandes espesores (mayores de 100 mm).
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">En soldadura de metales refractarios y resistentes a la corrosión.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">En soldaduras de responsabilidad.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Soldeo disimilar de flejes continuos de aceros endurecidos, como los que se usan para la fabricación de sierras y otras herramientas.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">En la soldadura de sensores y transductores, en particular de presión.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">El sector automovilístico:
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">El sector aeroespacial. Soldadura del fuselaje.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">En la industria nuclear.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">En la industria química:

**<span style="font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 18.6667px;">Ventajas **<span style="font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 18.6667px;">.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">El aporte térmico es pequeño, por lo que la zona afectada por el calor también es más pequeña y se reducen los problemas relacionados con la distorsión de las piezas soldadas.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Es un proceso limpio, es decir, tiene un menor riesgo de contaminación del baño de fusión y del material que en cualquier otra técnica de soldadura.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Proporciona cordones de soldadura estrechos y profundos, permite realizar soldaduras de grandes espesores en una sola pasada.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Es un proceso que normalmente no utiliza material de aporte.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Permite soldar materiales con alta tendencia a la oxidación y elevadas exigencias de pureza química, como el titanio, superaleaciones, circonio, cromo, etc.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">La alta densidad de energía permite soldar a altas velocidades.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Permite la ejecución de uniones de difícil acceso ya que el haz puede proyectarse a 510 mm de distancia y además se puede provocar su oscilación y deflexión por medios magnéticos.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Tiene una eficiencia de conversión de energía del orden del 65% ligeramente superior a la de los procesos de soldeo por arco y muy superior a la del láser.

**<span style="font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 18.6667px;">Limitaciones **<span style="font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 18.6667px;">.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">El coste de los equipos, instalaciones y medios de protección es alto.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">El tamaño de las cámaras de vacío limita el tamaño de las piezas que pueden ser soldadas.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">La preparación de los bordes y ajuste deben ser de precisión ya que el foco del haz puede ser tan solo de décimas de milímetro.
 * <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">La necesidad de realizar el vacío en el soldeo de medio y alto vacío aumenta el tiempo de procesado de la pieza y, por tanto, disminuye su productividad.

**<span style="font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 18.6667px;">CONCLUSIONES ** <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">En este trabajo he tratado de analizar los aspectos centrales de la soldadura por haz de electrones. Desde la formulación del experimento desde hace varios años atrás hasta su definición en términos de “actualidad”, pasando por la noción de “la industria”. <span style="display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">Independientemente de la validez de la definición propuesta por Tanto que, como hemos visto a lo largo de este estudio, no está exenta de problemas, su aportación al ámbito de la industria se distingue en la productividad y rendimiento por varias razones. **<span style="font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 18.6667px;">BIBLIOGRAFÍA ** <span style="color: #000000; display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">[]

<span style="color: #000000; display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">[]

<span style="color: #000000; display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">[]

<span style="color: #000000; display: block; font-family: 'Georgia','serif'; font-size: 16px; text-align: justify;">[]

<span style="color: #800000; font-family: Impact,Charcoal,sans-serif; font-size: 16px;">Exposición:

**<span style="background-color: #000000; color: #ffff00; font-family: 'Trebuchet MS',Helvetica,sans-serif;">VIDEOS SALIDA DE CAMPO **

<span style="background-color: #000000; color: #ffff00; display: block; font-family: 'Trebuchet MS',Helvetica,sans-serif; text-align: center;">VISITA A LA EMPRESA SERVIMOLIENDA SAS

media type="file" key="CHARLA.MOV" width="420" height="420" align="center"

<span style="background-color: #000000; color: #ffff00; display: block; font-family: 'Trebuchet MS',Helvetica,sans-serif; text-align: center;">Practica de Soldadura Oxiacetilenica y Por Arco electrico

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<span style="color: #800000; display: block; font-family: 'Arial Black',Gadget,sans-serif; text-align: center;">ARCHIVOS AUDIOVISUALES

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