O documento descreve o processo de soldagem por feixe de elétrons, no qual elétrons acelerados em alta velocidade geram calor suficiente para fundir os metais. O processo permite soldar metais refratários e dissimilares em alta qualidade com baixa distorção e zona térmica afetada. O equipamento requer alto vácuo e tensões elevadas para acelerar os elétrons gerados no cátodo.

1. SOLDAGE
M
POR FEIXE
DE
ELÉTRONS

2. DEFINIÇÃO
• O feixe de elétrons é uma
tecnologia utilizada para
processamento de materiais,
utilizando o calor gerado
pelo impacto dos elétrons
com o material a trabalhar.

3. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
• O processo é baseado na
utilização otimizada do calor
sobre a peça de trabalho. Para
melhor entender este
mecanismo, é importante ter
uma ideia global da máquina
de feixe de elétrons, o que é
mostrado na figura 1.

4. • O filamento mostrado na figura
Detalhe do filamento, é o
responsável pelo mecanismo de
geração dos elétrons, e isto é
conseguido por efeito Joule
(aquecendo-o). Ele é montado
dentro do wehnelt, e este está
inserido no cátodo. O cátodo é
conectado com uma grande
diferença de potencial (DDP) em
relação ao ânodo.
• Obs: Um cilindro de Wehnelt é um
eletrodo na montagem de canhões de
elétrons de alguns dispositivos
termiônicos, usados para focar-se e
controlar o feixe de elétrons.

5. EQUIPAMENTOS
• Um equipamento típico para a soldagem com feixes de elétrons
inclui a câmara de vácuo, uma fonte de energia e canhão
eletrônico (operando tipicamente com 30 a 175kV e 50 a 1000
mA), dispositivos de focalização do feixe, um sistema para
observação ou rastreamento do feixe e um sistema para
manipulação da peça e/ou do canhão eletrônico.

6. 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:
• Sistema de focalização.
• O dispositivo de emissão e aceleração dos elétrons. Este dispositivo é
formado pelo ânodo e pelo cátodo. O canhão, trabalha sempre em
alto vácuo (10-4 Torr ou menos), devido a: Filamento quando
aquecido (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, com isto, a
probabilidade de formar plasmas ou abrirem arcos quando
submetidos a uma grande DDP, diminui consideravelmente.

7. CÁTODO
• Diretamente aquecidos: São os de construção mais simples e os que
apresentam maior confiabilidade. Pode-se retirar-lhes o excesso de calor
por refrigeração externa. Por outro lado, apresentam um tempo de vida
menor e uma má distribuição dos elétrons.
• Indiretamente aquecidos: Tem maior estabilidade e apresentam tempo
de vida superior, além de apresentarem a mancha catódica mais definida.
Por outro lado, apresentam menor confiabilidade.

8. 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.

9. 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.

10. SISTEMA DE POSICIONAMENTO
• Neste sistema, tem-se uma
mesa onde se colocam as
peças a serem trabalhadas.
• Esta mesa está ligada em dois
eixos tipo fuso, que por sua
vez são acionados por dois
motores independentes, que
permitirão assim a
movimentação nas direções X e
Y.

11. TENSÃO DE ACELERAÇÃO
• A diferença de potencial
existente entre o cátodo e o
ânodo, é que determinará a
atração dos elétrons. Conforme
se aumenta esta tensão, se
aumenta a velocidade dos
elétrons. Isto é mostrado na
Figura Variação da velocidade
dos elétrons conforme a
variação da tensão.

12. VELOCIDADE DE SOLDAGEM
• A velocidade influencia a
geometria do cordão,
principalmente a profundidade
de penetração.
• Através da velocidade pode-se
exercer um controle mais
sensível da penetração, pois
mantida a potência do feixe,
um aumento na velocidade
diminuirá sensivelmente a
penetração.

13. TÉCNICAS
• A escolha é feita em função
da resistência mecânica que
se pretende dar à junta
soldada e em função da
densidade de energia.
• Na figura, Soldagem
penetrante - Técnica do
"key-hole“.

14. • Na figura, Soldagem não
penetrante - Técnica "por
condução".

15. VANTAGENS
• Possibilita a soldagem de metais refratários, reativos e a combinação de metais
dissimilares não soldáveis com arco elétrico.
• A qualidade da solda é igual ou superior a do processo TIG.
• Permite soldas estreitas e profundas em um único passe, com energia de
soldagem menor que outros processos; por exemplo, solda em 1 passe 200 mm
de alumínio, 150 mm de aço-carbono
• A zona afetada pelo calor é estreita.
• Torna a soldagem possível em locais próximos a componentes sensíveis ao
aquecimento;
• A distorção gerada pelo processo é baixa.
• O processo tem 50% de eficiência energética, a maior entre os processos de alta

16. DESVANTAGENS
• O custo do equipamento é bastante elevado, porém mais baixos que os
outros processos de alta densidade de energia.
• Elevado custo de preparação da junta.
• O tamanho da câmara limita o tamanho da peça. As peças grandes exigem
câmaras.
• Quando o feixe de elétrons incide na peça ela gera raios X.
• As peças devem ser desmagnetizadas antes da soldagem.