Технология обработки материалов концентрированными потоками энергии. Часть 1. Технология и оборудование электронно-лучевой обработки

Московский государственный технический университет  
имени. Н.Э. Баумана 
 
 
 
 
Б.М. Федоров, А.И. Мисюров,  
Н.А. Смирнова 
 
 
ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ 
КОНЦЕНТРИРОВАННЫМИ  
ПОТОКАМИ ЭНЕРГИИ 
 
В двух частях 
 
Часть 1 
 
ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ  
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКИ 
Методические указания к лабораторным работам  
по курсу «Технология машиностроительного производства» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
М о с к в а 
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 
2 0 0 9 

Ф333 
УДК 621.791.72 
ББК 34.5  
         Ф333 
 
 
Рецензент  В.П. Морозов 
 
    Федоров Б.М., Мисюров А.И., Смирнова Н.А. 
Технология обработки материалов концентрированными 
потоками энергии: Метод. указания к лабораторным работам 
по курсу «Технология машиностроительного производства»: 
В 2 ч. – Ч. 1: Технология и оборудование электронно-лучевой 
обработки. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. –  
36 с.: ил. 
 
В методических указаниях рассмотрены оборудование и технологические особенности процессов электронно-лучевой сварки, 
наиболее часто применяемые в машиностроении. 
Для студентов, изучающих курс «Технология машиностроительного производства». 
                                                                                                        
                                                                                                  УДК 621.791.72 
       ББК 34.5 
 
Учебное издание 
Борис Михайлович Федоров 
Александр Иванович Мисюров 
Наталия Анатольевна Смирнова 
ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ 
КОНЦЕНТРИРОВАННЫМИ ПОТОКАМИ ЭНЕРГИИ 
Часть 1 
Редактор А.К. Яковлева 
Корректор Г.С. Беляева  
Компьютерная верстка О.В. Беляевой 
Подписано в печать 23.04.2009.  Формат 60×84/16.  
Усл. печ. л. 2,09. Тираж  50 экз. Изд. № 13. 
 Заказ   
 
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана. 
Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана. 
105005, Москва, 2-я Бауманская ул., 5. 
© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009 

Работа № 1. УСТРОЙСТВО И РАБОТА  
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ  
УСТАНОВКИ 
Цель работы – изучение состава, устройства, принципа работы электронно-лучевой установки (ЭЛУ) и последовательности 
действий по подготовке ее к работе. 
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 
Основные теоретические сведения 
Электронный пучок, как технологический инструмент, позволяет осуществлять нагрев, плавление и испарение практически 
всех материалов,  а также сварку и размерную обработку, нанесение покрытий и запись информации. Такая универсальность электронного пучка дает возможность использовать одно и то же оборудование для различных технологических целей и совмещать в 
одном цикле обработки различные технологические процессы. 
Формирование электронного пучка 
Процесс формирования электронного пучка для технологических целей можно разбить на следующие основные стадии. 
1. Получение свободных электронов. 
2. Ускорение электронов электростатическим полем (магнитное 
поле не изменяет их энергию) и формирование электронного пучка. 
3. Изменение поперечного сечения пучка (чаще всего фокусировка на обрабатываемой поверхности). 
4. Отклонение электронного пучка для обеспечения требуемой 
траектории перемещения точки встречи с обрабатываемой поверхностью. 
Электрон, как устойчивая материальная частица, может быть 
получен различными способами. Свободный, не связанный с атомом электрон можно получить, если сообщить атому избыточную 
 
3 

энергию, поглощая которую электрон переходит на более удаленные от ядра орбиты и может при этом потерять связь с ядром. Если 
это происходит в результате нагрева, то освобождающиеся электроны называются термоэлектронами, а процесс их выхода с поверхности твердых тел – термоэлектронной эмиссией. 
Сила тока эмиссии в ЭЛУ лежит в широких пределах 10–6...30 А. 
Ее значение зависит от вида обработки, технологического режима  
и определяется материалом и конструкцией катода электронной 
пушки. 
Ускорение электронов (УЭ) осуществляется с помощью создаваемого в электронной пушке (ЭП) между катодом (К) и анодом 
(А) электрического поля, в котором на электрон действует сила 
F = еЕ, 
где е = 1,6⋅10–19 Кл – заряд электрона; Е – напряженность электрического поля, В/м. 
При движении в электрическом поле с разностью потенциалов 
U, В, под действием силы F, Н, электрон приобретает энергию, 
равную eU, эВ. Приращение энергии происходит в результате увеличения кинетической энергии. Если начальная скорость электрона равна нулю, а конечная – v, км/с, то 
2 ,
2
mv
еU =
 
где m = 9,1⋅10–31 кг – масса электрона. Отсюда получим выражение 
для скорости 
2
593,2
e
v
U
U
m
=
=
 км/с. 
Величина ускоряющего напряжения в значительной мере зависит от назначения процесса. Электронно-лучевые установки с низковольтными ЭП (U = 15...30 кВ), более простые по конструкции  
и в эксплуатации, применяются для плавки и сварки металлов. 
Электронно-лучевые установки с промежуточным ускоряющим 
напряжением (U = 50...80 кВ) применяются для сварки металлов. 
Электронно-лучевые установки с высоковольтными ЭП (U = 
= 100...200 кВ) являются наиболее сложными в изготовлении и 
эксплуатации, применяются для прецизионной обработки и сварки 
металлов сверхбольших толщин (до 400 мм). Мощность ЭП в зависимости от ее назначения колеблется от 0,5 до 1000 кВт. Установки с маломощными ЭП применяются для микросварки и размерной обработки, а с мощными – для вакуумной плавки металлов. 
 
4