Lavorazione con FASCIO ELETTRONICO - Il primo brevetto di lavorazione tramite fascio elettronico

Lavorazione con FASCIO ELETTRONICO

Le lavorazioni con l'EBM (Electron Beam Machining), provocano l'asportazione  del materiale per mezzo di un fascio di elettroni fato convergere sul pezzo: il materiale nella zona di bombardamento, si scalda, fonde ed vaporizza.

L'EBM è un procedimento termoelettrico; la notevole somiglianza alla lavorazione tramite raggio laser, è data dalle elevatissime temperature e densità di energia termica raggiungibili: il calore è generato da elettroni lanciati ad alta velocità, che, colpendo il pezzo, trasformano la loro energia cinetica in energia termica.

Questo processo, generalmente eseguito sotto vuoto, si utilizza soprattutto per operazioni di micro saldatura e micro foratura.

Nel cannone elettronico, oltre all'anodo e il catodo, è presente un terzo elettrodo, detto Lente Wehnelt, che è collegato al catodo e che ha la funzione di regolare il flusso di elettroni.

La tensione fra anodo e catodo, detta tensione acceleratrice, influisce sulla velocità degli elettroni e sull'energia termica sviluppabile tramite il bombardamento elettronico, è quindi proporzionale alla tensione; generalmente non si superano i 60 Kw di potenza.

Il cannone è sistemato in una camera a vuoto ed è attrezzato per potersi spostare in senso verticale; il fascio rimane generalmente fermo e il pezzo da lavorare viene mosso alla velocità desiderata sotto il fascio elettronico (moto di alimentazione); le temperature ottenibili sono sufficienti a vaporizzare il Tungsteno (la cui temperatura di fusione è 3370°C) o qualsiasi altro materiale conosciuto.

Saldatura

La lavorazione più eseguita è la saldatura, sia pure con limitazioni riguardanti materiali ferrosi e spessori (Acciaio:spessore massimo = 50 - 60 mm; spessore minimo = 0,05 mm; Leghe Leggere: spessore massimo = 150-200 mm): il materiale viene congiunto fondendo il lembi dei pezzi in lavorazione e penetrando a fondo nel materiale; generalmente non viene usato materiale d'apporto.

Questo processo può essere usato per scaldare sia i materiali comuni che i materiali refrattari e le varie superleghe che è impossibile saldare per altre vie.

L'apporto di calore in questo tipo di saldatura, è molto minore che in altri tipi di saldature convenzionali, ma assai concentrato

Foratura

Nella micro saldatura, la velocità di rimozione del metallo, è di circa 0,01 mm/s, l'asportazione è perciò lenta, ma la lavorazione è molto accurata, infatti non vi sono zone nel pezzo in lavorazione, in cui la struttura abbia risentito dell'azione del calore o della pressione e possono quindi essere rispettate tolleranze di lavorazione, strettissime.

Limitazioni del processo sono date dall'alto costo delle attrezzature, dalla necessità di operai qualificati e dall'impiego di una camera a vuoto che restringe le dimensioni massime del pezzo da lavorare.

Il procedimento, inoltre, emette raggi X, il che richiede una schermatura opportuna, per assorbire le radiazioni.

Attualmente l'EMB viene impiegato per:

- fori di diametro piccolissimo (circa 0,05mm) in qualsiasi materiale conosciuto;

- per la formazione di particolari piccolissimi nell'industria dei semiconduttori;

- per la lavorazione di diamanti industriali;

Vantaggi

- Profondità di penetrazione elevatissime (fino a 40 volte la larghezza del pezzo);

- Grande velocità di avanzamento (circa 500 mm/min);

- Limitata estensione della zona riscaldata;

- Possibilità di saldare materiali dissimili;

- Applicazione della lavorazione a pezzi meccanici già finiti;

- Saldabilità di tutti i materiali, anche di quelli fortemente ossidabili (Berillio, Titanio, Zirconio, ecc.);

- Saldature molto precise;

- Assenza di ossidazioni e/o alterazioni.

Le pressioni di vuoto raggiunte nella camera, vanno da 10^-2 a 10^-5 Torr (mmHg), a seconda della zona della camera; il tipo di vuoto utilizzato nella lavorazione, viene chiamato vuoto spinto, in quanto una volta creata una depressione opportuna all'interno della camera , intervengono dei sali che reagiscono con l'aria, aumentando ulteriormente il vuoto.

Nella zona di lavorazione, la pressione di vuoto deve essere di almeno 10^-4 Torr

Gli elettroni sparati dal cannone, raggiungo una velocità compresa fra i 50000 e i 200000 Km/s.

Il primo brevetto di lavorazione tramite fascio elettronico, lo abbiamo in Francia nel 1956.