Электронный луч — легко управляемый источник теплоты, позволяющий в широких пределах и очень точно регулировать температуру нагрева изделия, легко перемещать зону нагрева по изделию и переносить энергию на значительные расстояния. Это — значительно более интенсивный источник теплоты по сравнению с другими известными источниками для сварки. Кроме того, плотность энергии в нем можно плавно изменять путем изменения напряженности магнитного поля фокусирующей линзы, что позволяет без особых затруднений нагревать изделия в значительно более широком диапазоне температур, чем дугой или газовым пламенем.

Электронным лучом легко управлять не только с точки зрения изменения его интенсивности, но и возможности его перемещения по поверхности изделия. Наиболее часто используемый метод управления электронным лучом при сварочных работах основан на использовании эффекта изменения траектории полета электронов под действием поперечных магнитных полей. Отклонение потока электронов магнитными и электрическими полями следует почти безынерционно за отклоняющим полем. Таким образом, изменяя интенсивность и направление поперечных магнитных или электрических полей, можно легко управлять электронным лучом, перемещая его по изделию по любой сложной кривой.

Возможность передвижения луча при неподвижном катоде позволяет создать совершенно новые сварочные устройства, отличающиеся простотой конструкций. Например, перемещая над изделием электронную пушку, в которой электронный луч передвигается по окружности под действием магнитного поля, можно изготовить установки для сварки теплообменников (вварка трубок в трубные доски). Кроме передвижения электронного луча при помощи отклоняющих систем, изменять форму пятна нагрева можно за счет изменения очертания катода.

При сварке электронным лучом изделий с пространственно расположенными швами наблюдаются некоторые особенности. Энергия луча зависит от скорости электронов, движущихся по инерции к изделию, и распределена примерно равномерно по его сечению. Если же на пути электронного луча встречается отверстие в изделии, то электроны, проникая в отверстие, не участвуют в нагреве свариваемого сечения. В этом случае, если площадь свариваемого металла меньше площади луча, например при сварке тонких проволок, кольцевых сечений и т. п.; в месте сварки выделится лишь часть энергии луча, равная отношению площади изделия, подвергаемой электронной бомбардировке ко всей площади луча. При встрече электронов с металлом тепловая энергия, выделившаяся на металле, будет зависеть также и от площади металла, подвергшегося бомбардировке. Это свойство электронного луча приводит к определенному автоматизму изменения количества выделяющейся энергии на изделии при изменении площади свариваемого сечения, что упрощает технологию сварки изделий с переменным сечением.

Электроннолучевая сварка находит применение для соединения как малогабаритных изделий электроники и приборостроения, так и различных крупногабаритных изделий длиной и диаметром в несколько метров.

Сварка в вакууме может быть осуществлена при наличии специального оборудования: сварочной вакуумной камеры с вакуумной насосной системой, электронной пушки с высоковольтным источником постоянного тока. Вакуумная камера должна быть газонепроницаемой и достаточно прочной, чтобы выдержать наружное атмосферное давление. Обычно вакуумные камеры имеют вакуумные вводы для передачи вращательных или возвратно- поступательных движений, подачи охлаждающей воды, кроме того, необходимы вакуумные электрические вводы для подачи электрической энергии к катоду, магнитным линзам и т. п.

В вакуумных камерах обычно имеются люки, обеспечивающие загрузку изделий, механизмов и устройств, расположенных внутри камеры, а также несколько смотровых люков для наблюдения за процессом сварки. Для определения степени вакуума в различных частях камеры установлены вакуумные лампы на специальных вакуумных вводах.

На рис. 83 представлена современная сварочная электроннолучевая установка, состоящая из вакуумной камеры 1, в верхней части которой размещена электронная пушка 2; к пушке с помощью высоковольтного кабеля подводится питание от высоковольтного выпрямителя. Для фокусирования электронного луча и возможности управления лучом на пути его установлена электромагнитная фокусирующая линза и отклоняющая система 4. Внутри камеры может также находиться механизм перемещения изделия 5 с электродвигателем.

Питание системы управления пушкой и электродвигателя механизма перемещения осуществляется через электрический вакуумный ввод. Вакуум в камере создается с помощью вакуумной системы. Всеми электрическими агрегатами управляют с пульта управления.

Рис.83. Современная сварочная электроннолучевая установка

Вакуумная камера выполнена в виде цилиндра. Для наблюдения за процессом сварки на камере и электронной пушке имеется несколько смотровых люков 3 и 6, отверстия которых перекрыты специальными свинцовыми стеклами. Внутри камеры расположены приспособления для крепления изделия и механизм перемещения изделия под электронным лучом.

Наибольшее распространение в промышленности СССР получили универсальные установки с многопозиционными сменными механизмами и сравнительно небольшими вакуумными камерами — длиной до 2 м и диаметром до 1 м. Установки этого типа имеют достаточно мощные вакуумные системы — обычно с производительностью 1,0—2,5 тыс л/с при вакууме 10^-4—10^_Б мм рт. ст. Мощность электроннолучевых пушек до 10—15 кВт.

Универсальный характер установок этого типа (рис. 84) позволяет использовать их как в научно-исследовательских лабораториях, так и на промышленных предприятиях. Механизмы установки позволяют сваривать различные детали плоской и коробчатой формы, 12 деталей цилиндрической формы с горизонтальной либо вертикальной осью вращения. Электроннолучевая пушка и источник питания обеспечивает формирование пучка мощностью свыше 10 кВт (ускоряющее напряжение 25 кВ, сила тока луча 500 мА).

Промышленность СССР выпускает установки ЭЛУ широкого назначения. Некоторые установки снабжены механизмом подачи присадочной проволоки под электронный луч для сварки кольцевых и продольных швов и обеспечивают также возможность сварки криволинейных швов сложного контура и горизонтальной плоскости с помощью копировального устройства.

Радиоэлектронной промышленностью выпускается электроннолучевая сварочная установка средней мощности с ускоряющим напряжением до 25 кВ и силой тока луча до 120 мА типа А306-05. Камера в установке А306-05 (рис. 85) выполнена в виде куба с размером грани 500 мм. Иллюминаторное окно диаметром 300 мм создает хорошую видимость и удобство в работе. Камера рассчитана на сварку кольцевых швов в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также плоских прямолинейных швов.

Основной недостаток установок, в которых сваривают одно изделие за одну откачку, — их низкая производительность.

При работе на таких установках в общем цикле работы установки лишь 2—3% времени расходуется непосредственно на сварку, остальное — на загрузку изделия, вакуумирование камеры, подготовку камеры к выгрузке изделия и процесс выгрузки. Низкая производительность установок, предназначенных для сварки лишь единичных изделий, препятствует использованию сварки электронным лучом, особенно в массовом производстве.