La saldatura a fascio elettronico, nella terminologia AWS indicata EBW acronimo di Electron Beam Welding, è un processo di saldatura per fusione in cui si applica un fascio di elettroni ad alta velocità sui lembi da unire. L'energia cinetica degli elettroni viene trasformata in calore con l'impatto, e se viene utilizzato il metallo d'apporto, questo fonde passando sotto il fascio. Per migliorare questa tecnologia vengono spesso create le condizioni di vuoto in maniera da non disperdere il fascio di elettroni. Il fisico tedesco Karl-Heinz Steigerwald, sviluppò già nel 1958 la prima saldatrice a fascio di elettroni.
Procedimento
Esistono elettroni che non sono in reticoli cristallini ma si possono muovere nel vuoto, soggetti a campi magnetici ed elettrici, utilizzando questi due si possono trasportare creando dei fasci di elettroni, che quando si vanno a scontrare con reticoli cristallini trasformano l'energia cinetica in calore, andando nello stesso tempo a produrre calore. Questa porta alla fusione del metallo. Usando questo metodo si può riuscire a controllare il riscaldamento e quindi il tipo di saldatura nei minimi dettagli. Le caratteristiche imposte al fascio dipendono dal materiale, difatti la rapidità di calore oltre a provocare la fusione può far evaporare il metallo, che tuttavia risulta spesso limitata e non troppo importante ai fini della buona riuscita della saldatura.
La saldatura a fascio elettronico permette sicuramente una buona penetrazione, cioè gli elettroni che colpiscono il fascio, in parte vengo riflessi e in parte penetrano sotto la superficie dove si scontrano con le particelle del solido. Gli elettroni viaggiano solo poco sotto la superficie prima di trasferire la loro energia cinetica producendo calore. Il loro viaggio all'interno della materia è di solo quale centesimo di millimetro. Il contributo di ogni singolo elettrone è molto piccolo, ma se la tensione è elevata e aumentiamo il loro numero, cioè aumentiamo la corrente, la potenza aumenta di conseguenza, fino ai valori desiderati. La potenza planare arriva a 107 W/m2. Il comportamento del fascio di elettroni dipende molto dal materiale su cui è applicato.
L'attrezzatura per la saldatura a fascio elettronico comprende:
- Generatore del fascio di elettroni, chiamato cannone elettronico;
- Camera di lavoro, dove viene generato il vuoto;
- Meccanismo di posizionamento;
- Alimentazione, controllo e monitoraggio.
Problematiche e difetti
Esistono dei problemi per questo tipo di saldatura, difatti non tutti i materiali presentano una buona saldabilità. Non si può sicuramente applicare a tutti i non-metalli, ma anche a quelli che presentano un'alta temperatura di fusione, come zinco, cadmio e magnesio. Altre limitazioni nascono dal cambiamento di proprietà, come ad esempio un'elevata velocità di raffreddamento. Si possono verificare delle cricche dovute al raffreddamento repentino su una superficie molto limitata, oppure su un giunto saldato testa-testa si può verificare una flessibilità del giunto. Se si salda un metallo fragile, il giunto potrebbe andare a rottura per fragilità. Questo tipo di saldatura permette di avere un'alta precisione, con poche imperfezioni, viene eseguita completamente in autonomia, arrivando a temperature di circa 2500°C. Il costo di questo tipo di saldatrice è di circa 10'000 € per un modello base, arrivando a 50'000 € per una saldatrice ad alte prestazioni. Esistono tuttavia delle saldatrici dedicate alla medicina, che hanno un costo relativamente più basso.
