電子ビーム溶接（EBW）とは？原理、工程、メリットを徹底解説

電子ビーム溶接（EBW）とは

電子ビーム溶接（EBW）は、高速電子ビームを2つの母材に照射して接合する溶融溶接プロセスです。電子の運動エネルギーが衝撃で熱に変換され、母材が溶融・融合します。電子ビームの散逸を防ぐため、通常は真空条件下で行われます。

電子銃で発生した電子は電界で高速に加速され、磁界で集束・精密制御されて接合部へ照射されます。電子衝突で運動エネルギーが熱に変わり、金属が溶融・融合します。ガス分子があるとビームが散乱するため、一般に真空中で実施されます。

高電圧・真空が必要なため、プロセス全体はコンピュータ制御・高度に自動化されています。精密さが求められるため専用治具でワークを固定し、CNCテーブルで溶接室内を移動させるのが一般的です。

電子ビーム溶接機は高価で厳格なメンテナンスが必要、高電圧・高真空技術のサポートも要求されます。しかし、溶接部は極めて精密・高強度・高純度で、プロセスは高精度に繰り返し可能。多くの用途・材料において、電子ビーム溶接は最高の接合技術です。

EB Industriesでは、溶接品質と生産性を両立するため、以下の基本手順を遵守しています。

電子ビーム（EB）溶接は、電子銃で発生した電子を電界で高速加速し、磁界で強力に集束させて母材に照射する溶融溶接プロセスです。電子ビームがワークに衝突して運動エネルギー熱を発生させ、母材を溶融・接合させます。

ガス存在下ではビームが散乱するため、真空環境で実施されます。真空プロセスかつ高電圧使用のため、溶接は高度に自動化・コンピュータ制御されます。専用治具とCNCテーブルでワークを溶接真空室内で移動させます。

近年の技術進歩により、ワーク全体を真空室に入れず、電子銃を材料側面の真空ボックス内に封入する「ローカル電子ビーム溶接」が実用化されています。

EB溶接では、電子銃の陰極から電子が放出されます。陰極の後方にカップグリッドがあり、電子の発散を防ぎ制御します。陰極と陽極間の高電圧で、正極性の陽極がカップグリッドから電子を引き寄せます。

陽極で電子は加速され、速度は50,000〜200,000 km/sに達します。陽極通過後、高速電子ビームは磁気レンズと偏向コイルを通過します。

磁気レンズでビームをワーク上の所望位置に集束し、偏向コイルで必要な溶接領域へ偏向させます。高速電子ビームがワークに衝突すると強烈な熱が発生し、2つのワーク金属が溶融して溶接部を埋め、凝固して強固な溶接継手を形成します。

産業技術