Электроннолучевая обработка материалов

Основные стадии формирования электронного луча и применяемое оборудование.

Формирование электронного луча включает:

Получение свободных электронов
Ускорение электронов электростатическим или магнитным полем и формирование электронного пучка
Фокусирование электронного пучка на обрабатываемой поверхности
Отклонение электронного луча от требуемой траектории его перемещение относительно обрабатываемой поверхности

Для получения электронного луча технологического назначения и управления им применяются электронные пушки (рис. 3.1).

Источником электронов является термоэмиссионный катод 1 из вольфрама или тантала. Рабочая температура достигает 1600-2800К. Подогрев катода осуществляется с помощью накаливаемого электрическим током нагревательного элемента. Катод служит несколько десятков часов. На расстоянии от катода расположен анод 2 в виде массивной детали с отверстием. Между катодом и анодом от специального высоковольтного источника питания входящего в состав блока питания 8 прикладывается ускоряющее напряжение от 30 до 150 кВ. За счет этого электроны ускоряются до значительных скоростей и большая их часть проходит через отверстие в аноде 2 и далее в за анодном пространстве они движутся по инерции. Чтобы из такого потока сформировать электронный луч с необходимыми характеристиками применяют фокусирование. Для этого в электронной пушке используется система диафрагм и магнитных линз. Магнитная линза 3 – соленоид с магнитопроводом, создающий магнитное поле специальной формы, которая при взаимодействии с движущимся электроном смещает его траекторию в направлении оси системы. За счет этого можно добиться «сходимости электронов» на малой площади поверхности, то есть сфокусировать электронный луч, который в фокусе может обладать высокой плотностью энергии. Перемещают электронный луч по обрабатываемой поверхности за счет его взаимодействия с поперечным магнитным полем, создаваемым отклоняющей системой 4. Обычно используют 2 пары отклоняющих катушек для перемещения луча в двух взаимноперпендикулярных направлениях. Внутри электронной пушки обеспечивают низкое давление (вакуум) чтобы молекулы остаточных газов не мешали свободному прохождению электронов. Электронная пушка выполняется в виде функционального блока, который неподвижно крепится к рабочей камере 5 или перемещается внутри нее специальными механизмами. Заготовка 6 помещается в рабочую камеру 5. Откачка воздуха из пушки и рабочей камеры производится системой вакуумных насосов 7. При площади обработки 10*10 мм заготовка не подвижна, а требуемые перемещения осуществляет электронный луч.

Получение свободных электронов

Свободный не связанный с атомом электрон можно получить, если сообщить атому избыточную энергию, поглощая которую электрон переходит на более удаленные от ядра орбиты и может потерять связь с ядром. Это происходит при нагреве металлов, которые начинают испускать термоэлектроны. Процесс выхода термоэлектронов с поверхности твердых тел за счет их нагрева получил название термоэлектронной эмиссии.

Ускорение электронов

Для сообщения электронам необходимой энергии и формирования из них потока частиц наиболее часто используются метод ускорения электронов электрическим полем. На электрон в электрическом поле действует электростатическая сила F=еЕ.

е – заряд электрона = 1,602 * Кл. Е – напряженность поля.