電子ビーム溶接：定義、プロセス、用途、メリット・デメリット

本記事では、電子ビーム溶接機について詳細に概説します。

この溶接プロセスは1949年、ドイツの物理学者カール・ハインツ・シュタイガーワルトによって最初に開発されました。

本記事ではまず定義と作動原理を見てから、EBW機の用途、利点、限界も紹介します。

電子ビーム溶接とは

電子ビーム溶接は、高エネルギー電子によって生成される熱を用いて、同種または異種の2つの金属を接合する液相溶接プロセスです。高速で電子が工作物に衝突すると、運動エネルギーと熱エネルギーの2形態のエネルギー変換が起こります。

電子ビーム溶接機は以下の部品で構成されます：

電源は低電圧と高電圧の2通りに分類されます：

電子銃では、熱電子放出によって熱した金属ストラップやワイヤーから自由電子が生成されます。電子銃の主目的は、カソードグリッド、アノード、磁気レンズ、偏向コイルの助けを借りて自由電子を電子ビームに変換することです。

この部品で自由電子が生成されます。ただし生成された自由電子の電圧は非常に低いeVです。これらの自由電子を加速するため、アノードとエミッター（カソード）によって生成される高電界を通過させます。

アノードはカソードグリッドで生成された電子を加速するために使用されます。

電子ビームが工作物に衝突する作用点を決定・設定するのに役立ちます。

磁気レンズは収束電子のみを通過させ、発散電子の低エネルギーを吸収し、高強度の電子ビームを提供します。

電子溶接の作動原理は電子ビーム加工と同じです。ここでは電子ビームを用いて同種または異種金属を接合します。

まずシステムに電力を供給します。図示の通り、タングステン製のカソード（負電荷）があり、その直下にアノードが接続されています。30〜175 kVの電位差を生成する必要があります。カソードから発生するコヒーレント光がアノードを通過し、アノードが可能な限り加速します。

コヒーレント光が直接工作物に向かう一方、フォーカシングコイルがコヒーレント光の余分な隙間を縮めます。偏向コイルの助けを借りて光が直接工作物に到達し、ここで温度が非常に高く工作物を溶融させます。運動エネルギーが熱エネルギーに変換されます。

工作物は治具に取り付けられ、全プロセスは真空中で行われます（空気なし）。空気が入るとコヒーレント光の方向が偏向し、溶接したくない場所に到達する恐れがあります。

以上、電子ビーム溶接の詳細な概説でした。機械工学分野の知識ベース記事も多数用意していますので、ぜひご覧ください。

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