Elektronenstrahlanlagen

A

Ajustement du faisceau

Afin que le faisceau d'électrons ne soit pas dévié latéralement dans le champ magnétique de focalisation de la bobine de lentille, il doit être ajusté de façon à traverser exactement au milieu. Pour cela, on se sert de bobines d'ajustement croisées.

Anode

Électrode positive (sur potentiel de terre) dans le système générateur du faisceau avec trou central.

Apport d'énergie

L'apport d'énergie pour tous les types d'usinage par faisceau d'électrons est créé grâce au freinage des électrons de faisceau dans le matériau (métal) ; l'énergie cinétique est transformée en chaleur. Comparé à d'autres procédés de soudage - rapportés à une section d'assemblage prédéfinie - c'est dans le cas du soudage par faisceau d'électrons que l'apport d'énergie est le plus réduit.

Aptitude au soudage

Caractéristique spécifique au matériau de pouvoir être soudé (par exemple au moyen du soudage EB), sans générer des défauts graves. Ceci est plus particulièrement valable aussi pour la combinaison des matériaux. De façon erronée, l'aptitude au soudage est souvent désignée par soudabilité.

Atmosphère

Contrairement à presque tous les autres procédés de soudage, le soudage EB n'est pas réalisé sous pression atmosphérique mais sous vide. Le procédé NonVac constitue une exception.

Automatisation

De manière générale, toute machine EB travaille de façon entièrement automatique. Ceci concerne les déroulements internes de la machine tout comme la technologie proprement dite de l'usinage. Il convient de faire la distinction avec l'automatisation du chargement/déchargement ainsi qu'avec le chaînage avec des étapes de travail en amont et en aval ; les deux sont importants pour la fabrication EB de pièces produites en masse.

B

Bobine de focalisation

Bobine cylindrique commandée électriquement dans le générateur EB, à l'intérieur de laquelle est formé un champ magnétique qui engendre la focalisation du faisceau d'électrons. Suivant l'intensité du courant dans la bobine de focalisation, la position du foyer est déplacée.

Brasage EB

Abréviation pour brasage par faisceau d'électrons

Brasage par faisceau d'électrons

Modification du soudage EB ; ce ne sont pas les deux pièces à assembler qui sont fondues, mais une seule ou un matériau de soudage intercalé. Contrairement à d'autres sources de chaleur, le faisceau d'électrons permet également d'introduire la chaleur nécessaire en profondeur, sans une conduction thermique nécessitant du temps.

C

Capillaires

Appelés souvent aussi capillaires de soudage ou key hole - voir l'effet de soudage en profondeur.

Capillaires de soudage

Appelées souvent aussi capillaires ou key hole - voir l'effet de soudage en profondeur.

Cathode

Partie du système de générateur de faisceau, de laquelle sortent, du fait de sa température élevée, des électrons libres qui forment ensuite le faisceau. Les matériaux de cathode typiques sont le tungstène et l'hexaborure de lanthane. On fait une distinction entre le chauffage direct de la cathode (par passage du courant) et le chauffage indirect (par bombardement électronique primaire).

Cellule de fabrication

voir ligne de fabrication

Chaînage

Voir automatisation

Chambre à vide

Voir chambre de travail

Chambre de travail

Espace sous vide, dans lequel la pièce est usinée. La paroi de la chambre satisfait en même temps aux exigences relatives à la protection contre les rayons X.

Combinaison de matériaux

Le faisceau d'électrons permet d'assembler de nombreuses combinaisons de métaux ; dans certains cas, des mesures particulières sont nécessaires pour obtenir une solidité suffisante.

Commande

La commande d'une machine EB permet son fonctionnement entièrement automatique et le déroulement du processus programmé. La plupart du temps, on utilise des commandes numériques, mais il est également possible d'utiliser un API pour les applications plus simples.

Consommation

Les coûts sont déterminés par la consommation en énergie électrique et en air comprimé ainsi que par le remplacement de cathodes. Viennent s'ajouter à cela les joints étanches au vide et les huiles de pompe lors de travaux d'entretien périodiques. Globalement, les coûts de consommation sont particulièrement modérés.

Cosmétique

voir lissage

Courant de faisceau

Cela correspond à l'intensité de courant (mesurée en milliampères [mA]) du faisceau d'électrons efficace. Comme celui-ci ne subit pratiquement aucune perte entre sa génération et son arrivée sur la pièce, le rendement lors de l'usinage EB est très élevé. La valeur du courant de faisceau est pilotée par le biais de la tension électrique sur l'électrode Wehnelt et elle est réglable par paliers de dixièmes de milliampères.

Coûts de consommation

Les coûts sont déterminés par la consommation en énergie électrique et en air comprimé ainsi que par le remplacement de cathodes. Viennent s'ajouter à cela les joints étanches au vide et les huiles de pompe lors de travaux d'entretien périodiques. Globalement, les coûts de consommation sont particulièrement modérés.

D

Déformation

Voir déformation de la pièce

Déformation de la pièce

L'application d'énergie fortement concentrée et les flancs idéalement parallèles du profil de cordon de soudure réduisent au minimum la déformation due au soudage, ce qui fait qu'il n'est pas nécessaire la plupart du temps de retoucher le composant après le soudage.

Déviation

Des champs magnétiques dévient le faisceau d'électrons de telle manière dans le plan x-y (transversal par rapport au sens du faisceau) qu'il se déplace sur des trajectoires prédéfinies (programmées). La déviation point à point est également possible, et plus particulièrement aussi au sein d'un ensemble de points. La déviation (indésirable la plupart du temps) par des champs électriques est pratiquement insignifiante.

Déviation de faisceau rapide

A la différence de la déviation basse fréquence pour influencer les capillaires de soudage, une déviation extrêmement rapide est nécessaire pour les applications à bains multiples ou à processus multiples (jusqu'à 1 MHz point à point).

Durcissement par faisceau d'électrons

La forme la plus fréquemment employée de la modification de surface au moyen du faisceau d'électrons dans le cas d'aciers durcissables ou de fontes de fer qui peut se dérouler soit intégralement durant la phase solide (sans aucune fusion) ou également durant la phase liquide (avec fusion de la surface). Du fait de l'apport de chaleur, une austénitisation de la structure a lieu et de la martensite est formée suite à l'auto-trempage subséquent (sans fluide extérieur). Le durcissement par faisceau d'électrons est un processus de courte durée.

Durée d'évacuation

Temps requis pour atteindre le vide de processus nécessaire. Cela peut aller de quelques secondes (pour les machines destinées à la production de masse) à de nombreuses minutes (pour les machines à grande chambre). La durée d'évacuation peut être mise en parallèle de la durée principale.

E

EB

Abréviation pour electron beam (faisceau d'électrons)

Effet de soudage en profondeur

La pénétration profonde (en fonction des paramètres) dans le matériau est typique pour le soudage par faisceau : il se forme un capillaire de soudage, dans le centre duquel se trouve du plasma de vapeur métallique qui n'oppose pratiquement aucune résistance aux électrons qui arrivent et dont la paroi est constituée de métal en fusion. Au fur et à mesure de l'avancement du processus (mouvement relatif du faisceau et de la pièce), cette matière fondue se rigidifie sur le côté arrière du capillaire et forme le cordon de soudure, alors que du nouveau matériau est fondu en permanence sur le côté avant.

Electron Beam

Le terme anglais pour faisceau d'électrons ; ceci explique l'abréviation fréquemment employée : EB.

Evacuation time

Time to achieve operating pressure.

É

Électrode Wehnelt

Le faisceau d'électrons (EB) ne peut pas seulement assembler des pièces constituées d'un matériau uniforme, mais plus particulièrement aussi des pièces constituées de différents matériaux. L'aptitude au soudage dans le cas de combinaisons de matériaux dépend résolument de la métallurgie du bain de fusion commun (mélangé). Les phases intermétalliques peuvent limiter la solidité ; l'utilisation de matériaux d'apport permet de juguler cet effet.

Électrons

Particules élémentaires avec charge négative (1,6 x 10-19 As) et masse extrêmement faible (9,1 x 10-31 kg). Elles sont accélérées par le champ électrique entre la cathode et l'anode, et focalisées et/ou déviées par des champs magnétiques.

Énergie du faisceau

Énergie des électrons de faisceau dans leur globalité. Cela correspond souvent à la puissance du faisceau (ce qui n'est pas correct d'un point de vue physique).

Évacuation

Comme le faisceau d'électrons ne peut être créé que dans le vide, le générateur de faisceau doit être évacué (inférieur à 10-4 mbar). Dans la chambre de travail, le vide est également nécessaire (suivant la tâche 10-2 à 10-6 mbar). Pour faire le vide, on utilise des pompes mécaniques, des pompes à diffusion d'huile ou des pompes cryogéniques.

F

Fabrication à l'unité

De nombreuses applications EB concernent des pièces complexes et/ou chères – également de très grosses pièces. Celles-ci ne sont pas fabriquées en masse de façon automatisée, mais elles exigent un équipement et un usinage spécifiques.

Faisceau d'électrons

Faisceau constitué d'électrons qui possèdent une énergie cinétique telle qu'ils font fondre ou s'évaporer le matériau métallique qu'ils touchent. Ainsi, il est possible d'usiner n'importe quel métal, quel que soit son point de fusion.

Figure de déviation

Les figures analogues (cercle, ellipse, triangle, dent de scie, parabole, et autres) servent à influencer les capillaires de soudage de manière à obtenir le profil de cordon de soudure souhaité. Les fréquences de déviation sont habituellement inférieures à 1 000 Hz, et les amplitudes de déviation au niveau de la pièce inférieures à 1 mm.

Focalisation

Le faisceau d'électrons divergent qui a traversé l'anode est focalisé en un « point » à l'aide du champ magnétique de la bobine de focalisation. Le fait que la concentration ne se fasse pas sur un seul plan mais qu'elle soit effective sur un certain trajet, le rétrécissement focal, est typique pour le faisceau d'électrons.

Foyer

Il s'agit du « point » sur l'axe du faisceau d'électrons, dans lequel la densité de puissance est la plus élevée ; les électrons y sont rassemblés du fait de la focalisation. La position du foyer par rapport à la surface de la pièce est un paramètre essentiel pour tous les processus EB.

G

Gaz de protection

A utiliser dans le cas du soudage à l'arc et du soudage au laser, afin de protéger la métallurgie de la matière fondue de l'influence néfaste de l'atmosphère naturelle. Dans le cas de l'usinage EB, le gaz inerte n'est pas nécessaire ; il n'est pas nécessaire non plus dans le cas du procédé hors vide (NonVac).

Générateur

Voir générateur de faisceau d'électrons

Générateur de faisceau

Il s'agit habituellement d'un système de triode constitué de la cathode (sur potentiel haute tension), de l'anode (sur potentiel de terre) et de l'électrode de commande intercalée (Wehnelt). Les électrons sont émis par la cathode et accélérés à travers le trou de l'anode en direction de la pièce.

Générateur de faisceau d'électrons

Ensemble d'une machine EB, dans laquelle le faisceau est généré et formé. Outre le générateur de faisceau, il comporte les systèmes de focalisation et de déviation, une pompe à vide poussé, un système optique permettant d'observer la pièce et le processus. Un isolateur permet d'apporter la haute tension. Le générateur EB peut être installé de façon fixe ou mobile à l'extérieur sur la chambre de travail, mais il peut également - dans le cas de grande chambre - être installé à l'intérieur sur un système de déplacement.

Générateur EB

Abréviation pour générateur de faisceau d'électrons

H

Haute tension

Tension continue entre la cathode et l'anode dans le générateur EB qui accélère les électrons de façon à obtenir le faisceau. Suivant le type de machine et le cas d'application, les hautes tensions usuelles pour l'usinage EB se situent entre 60 et 150 kV.

J

Job Shop

Entreprise (ou division), dans laquelle des usinages EB sont réalisés pour des clients externes (usinages à façon).

L

Largeur de soudure

Largeur de la zone de fusion (en coupe transversale) d'une soudure obtenue par effet de soudage en profondeur.

Lentille

La bobine de focalisation pour la génération du champ magnétique est également appelée lentille ou bobine de lentille.

Lentille magnétique

voir bobine de foyer

Ligne de fabrication

Chaque machine EB peut être chaînée avec des machines pour l'usinage en amont et/ou en aval. Ces machines sont typiquement des machines pour le nettoyage, pour l'assemblage (compression), pour le préchauffage, pour le contrôle, etc.

Lissage

En effectuant de nouveau une opération de soudage (fusion) sur la passe supérieure d'une soudure EB (avec des paramètres sélectionnés), ses structures éventuellement « rugueuses » et/ou les caniveaux de soudure peuvent être partiellement aplanis. Parfois, on parle également de « cosmétique ».

M

Machine à chambre

Type de base d'une machine EB, dans lequel la ou les pièce(s) à usiner est (sont) placé(s) dans une chambre de travail, cette chambre de travail étant cycliquement ouverte, rééquipée, fermée et évacuée.

Machine à faisceau d'électrons

Machine d'usinage par faisceau d'électrons ; la forme de construction est définie par les tâches concrètes.

Machine à sas

Aussi bien dans le cas d'une machine à chambre que dans le cas d'une machine cyclique, une telle configuration est possible, ce qui fait qu'une chambre (= chambre à sas) qui vient d'être chargée avec une (des) pièce(s) est évacuée (mise sous vide) pendant que l'usinage EB est réalisé simultanément dans la chambre de travail proprement dite. A la fin du processus, le remplacement à lieu sous vide. Ainsi, le temps d'évacuation n'entre pas dans le temps de cycle.

Machine à table circulaire

Voir machine cyclique

Machine cyclique

Type de machine utilisé la plupart du temps pour des pièces produites en masse, le travail étant réalisé avec plusieurs stations en mouvement alternatif. Suivant la configuration, des déroulements très différents peuvent être réalisés.

Machine EB

Abréviation pour machine à faisceau d'électrons

Matériau d'apport

Le soudage EB est un procédé appelé procédé autogène, à savoir que les pièces à assembler sont fondus proportionnellement au niveau du point d'assemblage et elles forment ensuite elles-mêmes le cordon de soudure. Dans certains cas particuliers, on peut utiliser Z pour influencer par exemple la métallurgie de soudage ou pour combler des tolérances.

Métallurgie

Il est question ici de la métallurgie de soudage, à savoir de la modification de la structure lors de l'usinage EB.

Métallurgie de soudage

Globalité des processus métallurgiques lors du mélange et du refroidissement des matériaux liquides générés durant le soudage.

Modification de surface

Parfois également appelée traitement de la couche superficielle. Grâce à la sollicitation thermique de la surface de la pièce dans des zones prédéfinies (locales), il est possible de modifier les caractéristiques dans une couche superficielle (épaisseurs usuelles 0,1 – 1,5 mm) afin de les adapter aux contraintes attendues. Ceci englobe le durcissement, la refusion, l'alliage, l'enrobage, la structuration, etc.

N

Nettoyage

Comme toutes les impuretés ont une influence sur la métallurgie de fusion et de ce fait sur la qualité de la soudure dans le cas du soudage EB, un nettoyage minutieux de la zone du joint et de son environnement est nécessaire. Dans le cas de nettoyants aqueux, il convient de veiller à un séchage intégral, avant que les pièces ne soient confrontées au vide.

NonVac

Abréviation pour soudage par faisceau d'électrons hors vide.

O

Observation

Du fait de l'enceinte autour de la zone de travail, l'observation se fait par le biais de fenêtres et/ou de systèmes optiques éclairés, d'une caméra CCD et/ou d'une vision opto-électronique.

P

Perçage EB

Abréviation pour perçage par faisceau d'électrons

Perçage par faisceau d'électrons

Du fait que le capillaire de soudage profond traverse entièrement une tôle et touche ensuite une substance explosive placée en dessous (pas d'explosif), la matière fondue est éjectée vers le haut : il reste alors un trou. Ceci fonctionne pour les parois minces et celles plus épaisses ; les fréquences maximales de trou de perçage dépendent de cela, cependant elle peuvent correspondre à plusieurs milliers de trous par seconde.

Poste de pompage

Terme sommaire pour désigner le système d'évacuation d'une machine EB. Il est constitué de pompes, de vannes, d'une tuyauterie et de systèmes de mesure et il est commandé de façon entièrement automatique.

Préparation de la soudure

Cela correspond à la préparation du point d'assemblage. Lors du soudage EB (sous vide), une préparation précise est nécessaire (fente de référence technique) et possible (pas de déformation notable de la pièce, ce qui fait que des pièces finies peuvent être assemblées). Sont adaptés au soudage EB tous les types de soudure connus, comme par exemple le joint bout à bout, le joint à recouvrement, le joint droit en T, le joint à bords bridés, etc.

Production de masse

L'usinage EB est également possible de façon avantageuse dans la fabrication de pièces produites en masse ; on utilise alors de préférence des machines cycliques ou des machines à sas, ce qui permet d'obtenir des temps morts de courte durée.

Profil de cordon de soudure

Zone de fusion (et, le cas échéant, zone d'influence de chaleur), visible en coupe transversale, d'une soudure obtenue par effet de soudage en profondeur. Un profil de cordon de soudure avec des flancs de zone de fusion parallèles est typique pour le soudage EB.

Profil de faisceau

Le profil de faisceau désigne la forme de la répartition de densité de puissance du faisceau d'électrons émis par le générateur EB. Typiquement, il s'agit d'un rétrécissement de faisceau (densité de puissance maximale) s'étendant sur plusieurs millimètres et de zones défocalisées au dessus et en dessous de celui-ci. La géométrie radiale de la répartition de densité de puissance qui devrait correspondre idéalement à une répartition gaussienne revêt une importance particulière.

Profondeur de soudure

Profondeur de la zone de fusion (en coupe transversale) d'une soudure obtenue par effet de soudage en profondeur.

Puissance du faisceau

La puissance du faisceau est le produit de la haute tension et du courant de faisceau ; elle est suffisante pour les applications typiques allant de quelques Watts jusqu'à 60 kW.

Q

Qualité

La constatation concernant la qualité d'un usinage EB se rapporte aussi bien aux défauts extérieurs et intérieurs (entailles, défauts à la racine, projections, soufflures et piqûres, fissures, manque de fusion, etc.) qu'à la forme du profil de cordon de soudure et plus particulièrement à la profondeur de soudure.

R

Radioprotection

voir rayons X

Rayons X

Lors de chaque freinage d'électrons qui se déplacent rapidement, des rayons X apparaissent – y compris dans toute (!) machine EB. C'est pour cette raison que les machines EB sont considérées, selon l'ordonnance sur les rayons X, comme émetteurs de rayons parasites dont l'exploitation est soumise à autorisation. Du fait de la configuration de la machine, il y a un blindage contre les rayons X, ce qui fait que personne ne subira des préjudices dans l'environnement de la machine.

Rendement

Ce qu'on appelle le « rendement de prise de courant » d'une machine EB inclut aussi bien la génération de faisceau hautement efficace proprement dite que le travail d'évacuation (mise sous vide), de déplacement et de refroidissement etc. En fonction du type de machine et de la puissance du faisceau utilisée, ce rendement global atteint des valeurs > 60 %.

Rétrécissement de faisceau

Zone du diamètre le plus réduit du faisceau EB focalisé et présentant la densité de puissance maximale. Voir également le profil de faisceau.

S

Soudabilité

Terme générique relatif aux influences - interagissant entre elles - de l'aptitude au soudage, de la sécurité du soudage et de la possibilité de soudage.

Soudage

Assemblage par liaison de matière de deux pièces à assembler ; la plupart du temps, une matière fondue est générée qui se solidifie en tant que cordon de soudure de liaison. Dans les procédés de soudage conventionnels, on utilise souvent un matériau d'apport ; ce n'est pas nécessaire dans le cas du soudage EB, mais cela est possible.

Soudage à façon

voir Job Shop

Soudage EB

Abréviation pour soudage par faisceau d'électrons

Soudage par faisceau d'électrons

La méthode d'usinage par faisceau d'électrons la plus couramment employée. Ce qui est typique, c'est l'effet de soudage en profondeur, ce qui fait que des grandes sections de matériau peuvent être reliées en une seule passe. La plupart du temps, les pièces à assembler sont mises bout à bout sans fente et soudées par la fusion des deux zones de contact. Il se forme un cordon de soudure avec un profil de section pouvant présenter des flancs très parallèles et un rapport profondeur/largeur pouvant aller jusqu'à 40:1. Du fait de ce profil de cordon de soudure et de l'apport d'énergie globalement réduit au minimum, la déformation de soudure est extrêmement faible. De cela découle la possibilité de souder des pièces finies au moyen de faisceaux d'électrons.

Soudage par faisceau d'électrons hors vide

Forme particulière du soudage EB, dans laquelle la pièce ne se trouve pas dans une chambre évacuée. Pour cela, le générateur EB spécifique est équipé d'étages de pression qui laissent sortir le faisceau à l'atmosphère libre. Du fait de la collision des électrons avec les molécules de gaz de l'atmosphère, le faisceau devient un peu plus large que sous vide, ce qui permet de combler facilement les tolérances de pièce. Toutefois, le faisceau d'électrons hors vide ne permet pas de souder aussi profondément et étroitement que sous vide, tout comme la distance de travail est limitée.

Soudure borgne

Soudage EB dans la matière pleine.

Structure

Structure métallurgique de la matière à usiner ; du fait de l'action du faisceau d'électrons – aussi bien lors du soudage que lors de la modification de surface - la structure est modifiée (uniquement) dans l'environnement du processus.

Système de déviation

Celui-ci comprend aussi bien la commande de la déviation que l'amplificateur et le système de bobine pour la génération des champs de déviation.

T

Technologie

Au sens strict, la totalité des paramètres d'usinage EB

Technologie de soudage

Au sens strict, cela désigne la totalité des paramètres en rapport avec le processus pour une application particulière.

Temps de cycle

Durée totale d'un cycle de travail complet d'une machine EB. Souvent, le temps de cycle est utilisé à tort en tant que synonyme pour le temps de fabrication par pièce qui est plus important pour la productivité ; cependant, les deux ne sont identiques que si 1 seule pièce est usinée par cycle.

Temps de fabrication par pièce

En particulier dans la production de masse, le temps de fabrication par pièce (en tant que floor-to-floor time) joue un rôle important. Lors de l'usinage, il n'est pas seulement déterminé par le processus EB proprement dit, mais également par les temps morts. Il existe des types de machine (machines cycliques, machines à sas) qui permettent des temps morts très réduits.

Tension d'accélération

Haute tension entre la cathode et l'anode, avec laquelle les électrons émis par la cathode sont accélérés. Les valeurs de haute tension usuelles de machines EB s'élèvent à 60 ou à 150 kV, parfois moins ou plus. L'accélération permet aux électrons du faisceau d'atteindre des vitesses de 150 000 à 200 000 km/s.

Trame de déviation

Une trame à points est utilisée pour générer des figures de déviation numériques. Ce procédé est utilisé de préférence dans le cas de la déviation rapide de faisceau - aussi bien pour le soudage multi-bains ou dans le cas de la technique multi-processus que dans le cas de la modification de surface par EB.

U

Usinage à façon

voir Job Shop

Usinage de matériau par faisceau d'électrons

Voir usinage par faisceau d'électrons

Usinage EB

Abréviation pour usinage par faisceau d'électrons

Usinage par faisceau d'électrons

Terme générique pour tous les types d'usinages thermiques d'une pièce avec le faisceau d'électrons. En font partie le soudage EB, la modification de surface EB, le perçage EB, etc.

V

Vide

La génération du faisceau d'électrons et son « transport » dans la chambre de travail ne sont possibles que sous vide. Les molécules de gaz réduiraient sa densité de puissance.

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