2.5Электронный луч.

Если получить достаточно мощный поток электронов, движущихся с большой скоростью, то такой поток можно использовать для сварки. Высокая скорость электронов достигается применением высокого ускоряющего напряжения (до 150 кВ) и вакуума высокой степени (до 10^-5мм рт. ст.) в специальных установках.

В результате действия ускоряющего напряжения энергия электрического поля превращается в кинетическую энергию электрона согласно уравнению

(3),

где е,m – заряд и масса электрона, – ускоряющее напряжение, V – скорость подлета электрона к изделию.

Из ранее приведенной формулы определим:

.

При: =10⁴ В V=60000 км/с, а при =10⁵ В V=200000 км/c, т.е. скорость электрона очень высока и приближается к скорости света. Тепловая мощность электронного луча .

Применяют токи от 1 до 100 А. Тепловые потери в вакууме невелики, поэтому , диаметр луча при сварке составляет (1,0…0,1)мм.

Вычислим максимально возможную плотность теплового потока:

 Вт/см².

Как видим, концентрация энергии здесь очень высока и в 1000 раз больше, чем при дуговой сварке.

Следует отметить также, что при указанных скоростях подлета к изделию электроны проникают в глубь нагреваемого металла и создается так называемый проникающий нагрев. Зона расплавления массивного металла имеет ”кинжальную” форму. Например, при В глубина зоны расплавления составляет 15 мм, а ширина – 1,0 мм (рис.2.8.).

Электронным лучом можно нагреть до расплавления и кипения любые металлы и сплавы, а также испарить их.

Рис. 2.8. Форма зоны расплавления при высоком ускоряющем напряжении (U_УСК=10⁵В).