Pelajaran 7.5MenyambungBab 7 · Penyambungan

Pengelasan berkas elektron

Peleburan: berkas elektron dalam vakum mengelas logam yang sangat tebal

Pengelasan berkas elektron melelehkan sambungan dengan aliran elektron terfokus yang ditembakkan berkecepatan tinggi di dalam ruang vakum. Teknik ini menghasilkan las peleburan paling dalam, paling sempit, dan paling bersih dari semuanya, menembus baja setebal lebih dari 10 cm dalam satu lintasan. Mesin pesawat, komponen roket, dan akselerator partikel mengandalkannya.

Foto: Zobac, CC0, melalui Wikimedia Commons

Pengelasan berkas elektron · senjata, berkas, dan keyhole di dalam ruang vakumAngka dalam lingkaran sesuai dengan langkah-langkah di bawah; ikuti berkas dari atas senjata turun ke komponen.

Cara kerjanya

Bebaskan elektron. Katoda tungsten (elektrode negatif) dipanaskan hingga melepaskan elektron, mirip filamen bohlam lampu lama.
Percepat elektron. Tegangan tinggi, biasanya sekitar 30–150 kV, menarik elektron melalui lubang pada anoda (pelat positif). Elektron keluar dengan sebagian besar kecepatan cahaya.
Fokuskan dan arahkan. Kumparan magnet bekerja sebagai lensa: memeras berkas menjadi titik jauh di bawah satu milimeter dan bisa menggoyangnya untuk membentuk las.
Hantam sambungan. Saat elektron menghantam logam, energi geraknya berubah menjadi panas hampir seketika. Vakum (tekanan udara kira-kira sepersejuta tekanan normal atau kurang) mencegah molekul udara menghamburkan berkas.
Bor sebuah keyhole. Seperti pada pengelasan laser, logam meleleh dan sebagian mendidih, membuka saluran uap sempit yang menembus seluruh ketebalan.
Bergerak dan membeku. Meja menggerakkan komponen di bawah berkas yang tetap. Di belakang keyhole, lelehan menutup dan membeku menjadi las yang bisa sekitar 20 kali lebih dalam daripada lebarnya.

Mengapa vakum penting. Vakum adalah kekuatan sekaligus kelemahannya. Tanpa udara berarti tanpa oksidasi dan tanpa gas pelindung, yang cocok untuk logam reaktif seperti titanium. Tetapi setiap batch harus menunggu ruang dipompa vakum, sering beberapa menit.

Fakta kunci

Material: Baja, baja tahan karat, titanium, superalloy nikel, tembaga, logam refraktori seperti niobium dan tantalum; banyak pasangan berbeda jenis
Komponen khas: Rotor dan roda gigi mesin jet, komponen roket dan satelit, roda gigi transmisi, rongga akselerator, komponen nuklir
Ukuran komponen: Dari sensor kecil hingga komponen sepanjang beberapa meter; ruang vakum menjadi batasnya
Presisi: Distorsi sangat rendah; komponen sering bisa dilas mendekati ukuran jadi, dalam kisaran sekitar ±0,1 mm
Hasil permukaan: Las sempit dan halus di kedua sisi saat penetrasi penuh; sedikit atau tanpa percikan
Ukuran batch yang cocok: Batch kecil hingga menengah komponen bernilai tinggi; beberapa pabrik roda gigi mobil menjalankannya dalam volume
Biaya perkakas dan mesin: Kira-kira beberapa ratus ribu hingga beberapa juta dolar, plus fixture
Kecepatan: Pengelasan cepat, sering sekitar 1 m per menit, tetapi butuh menit untuk memompa vakum setiap muatan ruang

Kekuatan dan batasan

Kekuatan

Las satu lintasan terdalam dari semua proses
Las sangat sempit, sehingga distorsi kecil
Vakum menjaga logam reaktif tetap benar-benar bersih
Menyambung logam yang sulit dilas dan berbeda jenis

Batasan

Butuh ruang vakum, yang membatasi ukuran komponen dan menambah waktu pemompaan
Mesin sangat mahal dan operator harus terampil
Menghasilkan sinar-X, sehingga ruang harus diberi perisai
Komponen harus pas rapat dan didemagnetisasi, atau berkas bergeser

Di mana dipakai

DirgantaraRotor kompresor mesin jet, struktur titanium, nosel roket
AntariksaTangki bahan bakar satelit dan komponen thruster
OtomotifRoda gigi transmisi dan gugus roda gigi
Sains dan energiRongga akselerator partikel, komponen reaktor nuklir
Medis dan elektronikSensor dan rumah perangkat yang tertutup rapat

Cara mengenalinya

Las yang sangat sempit dan lurus, sering selebar di bawah 1–2 mm bahkan pada komponen tebal.
Las tipis yang sama terlihat di sisi belakang (penetrasi penuh).
Logam terang tanpa oksida di samping las, tanpa warna panas, bahkan pada titanium.

Bandingkan dengan

Pengelasan laser7.4gagasan keyhole yang sama dengan cahaya, bukan elektron; bekerja di udara terbuka tetapi menembus tidak sedalam itu.Pengelasan busur7.1pelat tebal butuh alur dan banyak lintasan, menambah panas dan distorsi yang dihindari pengelasan berkas elektron.Friction stir welding7.6cara lain membuat las berkualitas tinggi, tetapi tanpa peleburan dan hanya pada logam yang lebih lunak seperti aluminium.

Tonton

Cambridge Vacuum Engineering · Senjata, berkas, dan keyhole, dalam animasi

Aluminium Guide Videos · Ikhtisar proses dengan bahasa sederhana

TWI Ltd · Mesin dan ruang sungguhan di laboratorium riset

TWI Ltd · Bagaimana komponen sangat besar muat di ruang vakum raksasa

Lihat foto asli

Wikipedia: Electron-beam welding — prinsip, diagram senjata dan ruang, dengan tautan ke foto
Pencarian foto Wikimedia Commons

Ingat

Elektron yang ditembakkan pada tegangan tinggi membawa begitu banyak energi sehingga membuka keyhole menembus logam yang sangat tebal.
Vakum menjaga berkas tetap terfokus dan las benar-benar bersih.
Menghasilkan las terdalam dan tersempit, dengan imbalan ruang vakum, waktu pemompaan, dan harga tinggi.