इलेक्ट्रॉन बीम वेल्डिंग

संलयन: निर्वात में इलेक्ट्रॉन बीम बहुत मोटी धातु वेल्ड करती है

इलेक्ट्रॉन बीम वेल्डिंग निर्वात चैंबर के भीतर तेज़ गति से दागी गई इलेक्ट्रॉनों की केंद्रित धारा से जोड़ पिघलाती है। यह सबसे गहरे, सबसे संकरे और सबसे साफ़ संलयन वेल्ड बनाती है, एक ही पास में 10 cm से मोटे स्टील के आर-पार। विमान के इंजन, रॉकेट के पार्ट और पार्टिकल एक्सेलेरेटर इस पर निर्भर हैं।

फ़ोटो: Zobac, CC0, स्रोत: Wikimedia Commons

इलेक्ट्रॉन बीम वेल्डिंग · निर्वात चैंबर के भीतर गन, बीम और कीहोलघेरे वाले नंबर नीचे दिए चरणों से मेल खाते हैं; बीम को गन के ऊपर से पार्ट तक नीचे की ओर देखें।

यह कैसे काम करती है

इलेक्ट्रॉन मुक्त करें। टंगस्टन कैथोड (ऋणात्मक इलेक्ट्रोड) को तब तक गर्म किया जाता है जब तक वह इलेक्ट्रॉन न छोड़ने लगे, कुछ-कुछ पुराने बल्ब के फ़िलामेंट की तरह।
उन्हें त्वरित करें। ऊँचा वोल्टेज, आमतौर पर लगभग 30–150 kV, इलेक्ट्रॉनों को एनोड (धनात्मक प्लेट) के छेद से खींचता है। वे प्रकाश की गति के बड़े अंश पर बाहर निकलते हैं।
फ़ोकस करें और दिशा दें। चुंबकीय कॉइलें लेंस की तरह काम करती हैं: वे बीम को एक मिलीमीटर से काफ़ी छोटे बिंदु में समेटती हैं और वेल्ड को आकार देने के लिए उसे हिला भी सकती हैं।
जोड़ पर प्रहार करें। जब इलेक्ट्रॉन धातु से टकराते हैं, तो उनकी गति की ऊर्जा लगभग तुरंत गर्मी में बदल जाती है। निर्वात (हवा का दाब सामान्य का लगभग दस लाखवाँ हिस्सा या उससे कम) हवा के अणुओं को बीम बिखेरने से रोकता है।
कीहोल बनाएँ। लेज़र वेल्डिंग की तरह, धातु पिघलती है और आंशिक रूप से उबलती है, जिससे संकरी वाष्प नली खुलती है जो पूरी मोटाई तक पहुँचती है।
चलें और जमने दें। टेबल पार्ट को स्थिर बीम के नीचे चलाती है। कीहोल के पीछे पिघली धातु बंद होकर जमती है और ऐसी सीवन बनाती है जो अपनी चौड़ाई से लगभग 20 गुना गहरी हो सकती है।

निर्वात क्यों मायने रखता है। यह ताक़त भी है और कमज़ोरी भी। हवा नहीं तो न ऑक्सीकरण, न शील्डिंग गैस, जो टाइटेनियम जैसी क्रियाशील धातुओं के लिए ठीक है। पर हर बैच को तब तक रुकना पड़ता है जब तक चैंबर पंप-डाउन न हो जाए, अक्सर कई मिनट।

मुख्य तथ्य

सामग्री: स्टील, स्टेनलेस स्टील, टाइटेनियम, निकल सुपरएलॉय, तांबा, नायोबियम और टैंटलम जैसी रिफ़्रैक्टरी धातुएँ; कई अलग-अलग धातु जोड़ियाँ
आम पार्ट: जेट-इंजन के रोटर और गियर, रॉकेट और उपग्रह के पार्ट, ट्रांसमिशन गियर, एक्सेलेरेटर कैविटी, परमाणु कंपोनेंट
पार्ट का आकार: नन्हे सेंसर से लेकर कई मीटर लंबे पार्ट तक; सीमा चैंबर तय करता है
सटीकता: बहुत कम विकृति; पार्ट अक्सर तैयार आकार के क़रीब, लगभग ±0.1 mm के भीतर वेल्ड किए जा सकते हैं
सतह की फ़िनिश: पूरी तरह भेदने पर दोनों तल पर संकरी, चिकनी सीवन; स्पैटर बहुत कम या नहीं
किस बैच साइज़ के लिए उपयुक्त: ऊँचे मूल्य वाले पार्ट के छोटे से मध्यम बैच; कुछ कार गियर प्लांट इसे बड़ी मात्रा में चलाते हैं
टूलिंग और मशीन की लागत: लगभग कई सौ हज़ार से कुछ करोड़ डॉलर, फ़िक्सचर अलग
गति: तेज़ वेल्डिंग, अक्सर लगभग 1 m प्रति मिनट, पर हर चैंबर लोड के लिए पंप-डाउन के कुछ मिनट

ताक़तें और सीमाएँ

खूबियाँ

किसी भी प्रक्रिया में सबसे गहरे एक-पास वेल्ड
बहुत संकरा वेल्ड, इसलिए विकृति कम
निर्वात क्रियाशील धातुओं को बिल्कुल साफ़ रखता है
वेल्ड करने में कठिन और अलग-अलग धातुएँ जोड़ती है

सीमाएँ

निर्वात चैंबर चाहिए, जो पार्ट का आकार सीमित करता है और पंप-डाउन का समय जोड़ता है
बहुत महँगी मशीनें और कुशल ऑपरेटर
X-रे पैदा करती है, इसलिए चैंबर को शील्ड करना पड़ता है
पार्ट कसकर बैठने चाहिए और विचुंबकित होने चाहिए, वरना बीम भटक जाती है

कहाँ इस्तेमाल होती है

एयरोस्पेसजेट-इंजन कम्प्रेसर रोटर, टाइटेनियम संरचनाएँ, रॉकेट नोज़ल
अंतरिक्षउपग्रह के ईंधन टैंक और थ्रस्टर पार्ट
ऑटोमोटिवट्रांसमिशन गियर और गियर क्लस्टर
विज्ञान और ऊर्जापार्टिकल-एक्सेलेरेटर कैविटी, परमाणु रिएक्टर के पार्ट
चिकित्सा और इलेक्ट्रॉनिक्ससेंसर और सीलबंद उपकरण हाउसिंग

इसे कैसे पहचानें

बेहद संकरी, सीधी सीवन, मोटे पार्ट पर भी अक्सर 1–2 mm से कम चौड़ी।
वही पतली सीवन पिछले तल पर भी दिखती है (पूर्ण भेदन)।
सीवन के पास चमकदार, ऑक्साइड-रहित धातु, बिना हीट टिंट के, टाइटेनियम पर भी।

तुलना करें

लेज़र वेल्डिंग7.4इलेक्ट्रॉनों की जगह प्रकाश से वही कीहोल विचार; यह खुली हवा में काम करती है पर कम गहराई तक पहुँचती है।आर्क वेल्डिंग7.1मोटी प्लेटों में खाँच और कई पास चाहिए, जो गर्मी और विकृति बढ़ाते हैं, जिनसे इलेक्ट्रॉन बीम वेल्डिंग बच जाती है।फ़्रिक्शन स्टिर वेल्डिंग7.6उच्च-गुणवत्ता वाले वेल्ड बनाने का एक और तरीका, पर बिना पिघलाए और केवल एल्युमिनियम जैसी नरम धातुओं में।

देखें

Cambridge Vacuum Engineering · गन, बीम और कीहोल, एनिमेशन में

Aluminium Guide Videos · प्रक्रिया का सरल भाषा में परिचय

TWI Ltd · शोध लैब में असली मशीनें और चैंबर

TWI Ltd · बहुत बड़े पार्ट विशाल निर्वात चैंबरों में कैसे समाते हैं

असली तस्वीरें देखें

Wikipedia: Electron-beam welding — सिद्धांत, गन और चैंबर के आरेख, तस्वीरों के लिंक के साथ
Wikimedia Commons फ़ोटो खोज

याद रखें

ऊँचे वोल्टेज पर दागे गए इलेक्ट्रॉन इतनी ऊर्जा ले जाते हैं कि बहुत मोटी धातु में कीहोल खोल देते हैं।
निर्वात बीम को फ़ोकस में और वेल्ड को बिल्कुल साफ़ रखता है।
यह सबसे गहरे, सबसे संकरे वेल्ड देती है, पर चैंबर, पंप-डाउन समय और ऊँची क़ीमत के बदले।