Technologie

Prinzip der Elektronenstrahlbearbeitung


Die Elektronenstrahltechnologie besteht in der Nutzung von beschleunigten Elektronen zur Bearbeitung von Werkstücken. Zu diesem Zweck wird in einem evakuierten Strahlerzeuger (Elektronenstrahl-generator) eine Kathode durch eine direkte oder indirekte Heizung zum Glühen gebracht und emittiert zunächst frei bewegliche Elektronen. Es entsteht eine Elektronenwolke.

Durch das Anlegen einer Hochspannung von mehreren Kilovolt zwischen Kathode und Anode werden diese Elektronen in Richtung Anode beschleunigt. Die beschleunigten Elektronen werden durch magnetische Spulen zentriert (Zentrierung), gebündelt (Fokussierung) und optional abgelenkt (Strahlablenkung) und bewegen sich als Elektronenstrahl mit etwa zwei Drittel der Lichtgeschwindigkeit durch die Generatoröffnung in Richtung Werkstückoberfläche.

Das Werkstück befindet sich in der Regel in einer Vakuumkammer. Es gibt auch eine Elektronenstrahlbearbeitung an Atmosphäre, auf die jedoch an dieser Stelle nicht eingegangen wird. An der Werkstückoberfläche wird der größte Teil der kinetischen Energie der Elektronen in Wärmeenergie umgesetzt.

Durch Wärmeleitung wird die Energie in tiefere Schichten des Werkstückes transportiert. Die weitere Wirkungsweise ist von der gewünschten Anwendung abhängig. Ob es zum Erwärmen, Schmelzen oder Verdampfen des bestrahlten Materials kommt, ist von der durch die Fokussierung bestimmten Leistungsdichte des auftreffenden Elektronenstrahls und der Relativgeschwindigkeit zwischen Elektronenstrahl und Werkstück abhängig.

Beim Elektronenstrahl-Schweißen ist die Leistungsdichte so hoch, dass das Material schmilzt, verdampft und eine Dampfkapillare entsteht, die bei gleichzeitiger Bewegung des Werkstücks oder des Elektronenstrahls zu einer Schweißnaht führt.

Beim Elektronenstrahl-Härten in fester Phase ist die Leistungsdichte geringer, so dass die Oberfläche auf eine Temperatur knapp unter Schmelztemperatur des bestrahlten Werkstückes gebracht wird.

Beim Elektronenstrahl-Umschmelzen wird nur die Werkstückoberfläche aufgeschmolzen.

Beim Elektronenstrahl-Bohren wird Material lokal durch eine ein- oder mehrmalig kurzzeitig hohe Leistungsdichte verdampft.

Es gibt zahlreiche andere Elektronenstrahlanwendungen. 

Prinzip Elektronenstrahltechnologie
Drucken Weiterempfehlen