Управление электронным лучом

Применяется электростатические и магнитные поля. На движущийся в магнитном поле электрон действует сила.

B – магнитная индукция

v – скорость движения электрона

α – угол между вектором скорости движения электрона и магнитной силовой линией поля.

Под действием этой силы электрон будет двигаться в магнитном поле по окружности перпендикулярной силовым линиям поля. При этом траектория движения электрона под действием магнитного поля и инерционных сил выглядит в виде спирали, радиус которой зависит от начальной скорости электрона и напряженности магнитного поля. Созданием по оси электронного луча магнитного поля определенной формы можно обеспечить фокусировку электронов в определенной точке. Изменяя положение это точки по вертикали к обрабатываемой поверхности можно менять концентрацию энергии на заготовке. Для перемещения электронного луча по обрабатываемой поверхности используют его взаимодействие со скрещенными поперечными магнитными полями, создаваемыми отклоняющей системой. Благодаря малой массе электронов можно перемещать электронный луч по обрабатываемой поверхности в широком диапазоне скоростей при практически любой форме траектории. Получают электронный луч только в вакууме. Иначе в электронной пушке резко возрастает число ионизированных молекул остаточных газов, что может вызвать пробой промежутка между катодом и анодом.

Взаимодействие электронного луча с веществом

При встрече потока электронов с веществом их кинетическая энергия переходит в другие виды энергии. Мощность (плотность потока энергии) электронного луча вместе встречи с обрабатываемы материалом определяется как:

U – ускоряющее напряжение

I_{A –} сила тока луча

ɳ -- эффективное КПД нагрева

Тогда удельная поверхностная мощность луча в зоне его воздействия будет равна:

S – площадь сечения луча на поверхности вещества

P₀ важнейшая энергетическая характеристика, определяющая возможности ЭЛО. При р₀ =10 ¹²-10¹³ Вт/м² возможна размерная обработка материалов за счет их локального испарения в месте воздействия луча на заготовку. При меньших р₀ (расфокусировав луч) проводят плавку, сварку и нагрев.

Длина пробега электронов в веществе определяется по формуле:

Ρ – плотность вещества

U -- ускорение напряжения

Торможение электронов сопровождается явлениями:

• Собственно нагревом поверхности

• Тормозным рентгеновским излучением

• Вторичной электронной эмиссией, отражением электронов, термоэлектронной эмиссией

Нагрев заготовки осуществляется за счет выделения энергии на ее поверхности и дальнейшей теплопередачи во внутренние слои. Высокая интенсивность ввода энергии в вещество приводит к температурам превышающим точку кипения тугоплавких материалов. Это явление включающее испарение и взрывное вскипание лежит в основе размерной ЭЛО.

Доля тормозного рентгеновского излучения определяется по формуле:

P_x – мощность рентгеновского излучения

P_В – выделяемая энергия

Z – атомный номер элемента

U – ускоряющее напряжение

Особенности электронного луча как инструмента

• Плавное изменение удельной энергии в зоне нагрева за счет фокусировки

• Высокая мощность в зоне воздействия

• Простота управления лучом

• Малая зона воздействия

Недостатки:

• Необходимость обеспечения вакуума

• Наличие рентгеновского излучения

• Сложность, высокая стоимость оборудования