在光学显微镜中,利用电子来代替可见光,在图像质量和信息价值,可靠性和利用率方面有很大的优势。,利用电子束放大的倍率可以达到20,000x,而利用可见光的放大倍率只有1000x。散射电子的特征是:利用被检查物体表面的电子核相互作用的弹性,散射电子角度范围可以达到180度,但是平均散射角度为5度。通过这种方式,一小部分散射的原子的原子序数Z发生了强烈的改变,通过这种方式可以对原材料做鉴定比较。这就是所谓的原子序数特征对比。这就是为什么电子束焊接机中需要安装检测板来收集散射电子的原因。软件和CNC系统可以利用这些准确的信息来控制焊接参数。
焊缝熔区即深又窄,深宽比可达50:1,焊件变形可忽略不计,很多精密零件焊后仍然保持精度,并不需要再次精加工,比常规焊接方法可节省大量工时。对于无法整体加工的零件可以采用两件甚至三件后采用此法来进行焊接起来,这样对于原加工工艺可以减少难度,省时、省料甚至可使零件的结构变的更加合理。
电子束作为焊接热源有两个明显的特点:
(1)功率密度高
电子束焊接常用的加速电压范围为30~150千伏,电子束电流为20~1000毫安,电子束聚焦直径约为01~1毫米,这样电子束功率密度可达106瓦/平方厘米以上。
(2)、快速的可控性
作为物质的基本粒子,电子具有极小的质量(9.1×10-31kg)和一定的负电荷(1.6×1019C),电子的荷质比高达176×1011C/kg。电子束可以被电场和磁场快速而地控制。电子束的这一特性明显优于激光束,激光束只能由透明和反射镜控制,并且速度较慢。
直到近,电子束焊接都被认为是一个非常复杂的过程,不容易控制。但是现代化的工厂和控制技术使其易于操作,使得工业界越来越多地转向该技术,因为它提供了许多优势,特别是在以前被认为难以焊接的应用领域。
通常,电子与原子紧紧绑定,但它们可以通过提供能量从原子壳中释放出来。在电子束焊接中,加热阴极产生自由电子云,然后阳极会强烈得使之加速。通过控制网络和电磁透镜将这些自由的电子聚焦成光束。电子束的速度能达到1/3-2/3的光速。由于电子束很容易被磁偏转,因此可以控制。
真空支持活性金属(如钛、硅或镍)的加工,甚至比使用保护性气体更便宜。一般来说,在真空下工作可使工件保持清洁和更好的焊缝质量。智能型空气锁的理念可防止以牺牲生产时间为代价而产生的真空。
与电子束焊接一样,电弧焊接工艺近年来也大有发展。相比之下,电子束焊接的成本几乎与焊接材料无关,因为不需要填料材料。辅助工艺成本基本限于功耗,与其他聚变焊接工艺相比,功耗非常低。此外,无需任何气体或相应的粉末来保护焊池,因为工艺产生的真空可提供佳的边界条件。
电子束焊接因具有不用焊条、不易氧化、工艺重复性好及热变形量小的优点而广泛应用于航空航天、原子能、及、汽车和电气电工仪表等众多行业。电子束焊接的基本原理是电子枪中的阴极由于直接或间接加热而发射电子,该电子在高压静电场的加速下再通过电磁场的聚焦就可以形成能量密度的电子束,用此电子束去轰击工件,的动能转化为热能,使焊接处工件熔化,形成熔池,从而实现对工件的焊接。
宇航技术中所用的各类火箭、卫星、飞船、星球车、空间站、太阳能电站等的结构件、发动机以及各种仪器均需用焊接技术,而电子束焊是满足其需求的强有力的工具。宇航零部件所用电子束焊的焊接设备可分为两类:一类是常规的电子束焊机,用来焊接可以在地面进行装配的零部件;另一类是在太空条件下所用的电子束焊机,需要宇航员到太空进行焊接操作,因此要适应太空的特殊环境。