Сущность электронно-лучевой сварки.

Сущность процесса сварки электрон­ным лучом в вакууме состоит в использовании кинетической энергии электронов, быстро движущихся в глубоком вакууме.

При бомбардировке электронами поверх­ности металла подавляющая часть кинетической энергии электронов (99%) превращается в тепло, которое и используется для расплавления металла. Температура в месте соударения может достигать 5000…6000°С.

При использовании этого источника тепла для сварки необходимо получить свободные электроны, сконцентрировать и сообщить им большую скорость с целью увеличения их энергии, которая должна превратиться в тепло при торможении электронов в свариваемом металле.

Получение свободных электронов достигается применением раскаленного металлического катода, эмитирующего электроны. Ускорение электронов обес­печивается электрическим полем с высоким потенциалом между катодом и анодом.

Ф окусировка — концентрация электронов — достигается использованием маг­нитных полей. Резкое торможение электронного потока происходит автоматически при внедрении электронов в металл.

Электронная пушка представляет собой устройство, с помощью кото­рого получают узкие электронные пучки с большой плотностью энергии.

Пушка имеет катод, который может нагреваться до вы­соких температур. Катод размещается внутри прикатодного электрода. На некотором уда­лении от катода находится ускоряющий электрод (анод) с отверстием. Прикатодный и ускоряющий электроды имеют фор­му, обеспечивающую такое строение электри­ческого поля между ними, которое фокуси­рует электроны в пучок с диаметром, равным диаметру отверстия в аноде. Положительный потенциал ускоряющего электрода может достигать нескольких десятков тысяч вольт, поэтому электроны, эмитированные катодом на пути к аноду, приобретают значительную скорость и энергию.

После ускоряющего электрода электроны движутся равномерно. Пушка получает питание электрической энер­гией от высоковольтного источника постоян­ного тока. Электроны, имея одинаковый за­ряд, отталкиваются друг от друга, вследствие чего диаметр пучка увеличивается, а плот­ность энергии в пучке уменьшается.

Для увеличения плотности энергии в луче после вы­хода электронов из первого анода электроны фокусируются магнитным полем в специальной магнитной линзе. Сфо­кусированные в плотный пучок летящие электроны уда­ряются с большой скоростью о малую, резко ограни­ченную площадку на изделии, при этом кинетическая энергия электронов, вследствие торможения в веществе, превращается в теплоту, нагревая металл до очень вы­соких температур.

Для перемещения луча по свариваемому изделию на пути электронов помещают магнитную отклоняю­щую систему, позволяющую устанавливать электрон­ный луч точно по линии сварки.

Для обеспечения свободного движения электронов от катода к аноду и далее к изделию, для тепловой и химической изоляции катода, а также для предотвращения возможности возникновения дугового разряда между электродами в установке создается глубокий вакуум, обеспечиваемый насосной системой установки.

Движение электронов в вакууме не сопровождается световыми эффектами и поэтому луч не виден, но его действие на вещество можно наблюдать по нагреву места бомбардировки, свечению люминофоров и т. п.