202

X.

Obróbka elektronowa jest sposobem mikroobróbki, polegającym na technologicznym wykorzystaniu termicznych oddziaływań strumienia elektronów (wiązki elektronowej). Podczas termicznej obróbki elektronowej w miejscu działania wiązki elektronowej zostaje w wyniku topienia i wyparowania usunięty materiał, albo osiągnięta, termicznie uwarunkowana, strukturalna lub chemiczna zmiana materiału.

Swobodny ruch elektronów może odbywać się tylko w próżni. W atmosferze gazowej elektrony natrafiając na atomy gazu traciłyby swą energię i powodowały jonizację, a jony z kolei powodowałyby niszczenie katody. Energię kinetyczną wiązki elektronów, przy zamianie jej na ciepło, można zatem w pełni wykorzystać, gdy proces

•    •    —5    —3

spawania przebiega w próżni rzędu 10 mm Hg (10 Pa) lub w niektórych przypadkach 10“⁴ mm Hg (10“² Pa). W efekcie skupienia wiązki elektronów mającej dużą energię kinetyczną na bardzo małej przestrzeni (równej powierzchni przekroju wiązki w ognisku) uzyskuje się źródło ciepła o bardzo dużej koncentracji. Stwierdzono, że głębokość miejscowego stopienia metalu (głębokość przetopu) metalu nagrzewanego wiązką elektronów jest wielokrotnie większa od głębokości wnikania elektronów w metal. Głębokość wnikania elektronów można, na podstawie prawa Whiddingtona obliczyć według wzoru

-"ił'-_max - największa głębokość wnikania elektronów [pm],

a - wartość stała,

A - liczba masowa,

Z - liczba atomowa,

- napięcie elektryczne [V].

Dla żelaza (jako pierwiastka) wzór powyższy przybiera postać

Jf_max = 3,0xl0-V².

Powyższe obliczenia przeprowadzone zostały przy założeniu, że prędkość elektronów na głębokości X_max zostanie wyhamowana do zera. Na rysunku 8.40 przedstawiono wykres głębokości wnikania wiązki elektronów w zależności od wielkości napięcia przyspieszającego. Na wykresie przyjęto głębokość wnikania dla żelaza za równą 1 i w stosunku do niej podano głębokości X dla innych metali.

Z przeprowadzonych obliczeń i wykresu wynika, że głębokość wnikania elektronów, uderzających z dużą prędkością w powierzchnię metalu, jest bardzo niewielka. Na przykład głębokość wnikania elektronów, przyspieszanych napięciem równym 60 kV, w żelazo jest równa 10 ⁵ m, czyli 0,01 mm. Z drugiej strony jednak wiadomo, że wiązka elektronów bombardująca powierzchnię metalu powoduje jego przetopienie na znacznej głębokości (kilkunastu i kilkudziesięciu mm) w bardzo krótkim czasie.

la

U

/

gdzie:

X

1 </

202