电子束焊接
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的的真空度维持在 1.33×102~
1.33×10-4 Pa。
（3）控制系统和电源。
控制系统包括束流聚焦 控制、束流位置控制、束流 强度控制以及工作台位移控 制。
图6-2 电子束加工装置示意图
1-工作台系统；2-偏转线圈；3-电磁透镜；4-光阑； 5-加速阳极；6-发射电子的阴极；7-控制栅极； 8-光学观察系统；9-带窗真空室门；10-工件 8
时产生化学变化的原理，即可进行电子束光刻加工。
6
第六章 电子束和离子束加工
3、加工装置
电子束加工装置主要由以下 几部分组成。 （ 1 ）电子枪。获得电子束 的装置。它包括： 电子发射阴极 — 用钨或钽制成， 在加热状态下发射电子。 控制栅极 — 既控制电子束的强 弱，又有初步的聚焦作用。
加速阳极 — 通常接地，由于阴
世界上电子束加工技术较先进的国家：德国、日本、 美国、俄罗斯以及法国等。
4
第六章 电子束和离子束加工
2、加工原理
电子枪系统
在真空条件下，利用电 子枪中产生的 电子经加速、 聚 焦 后 能 量 密 度 为 106 ～ 109w/cm2的极细束流高速冲击 到工件表面上极小的部位 ， 并在几分之一微秒时间内 ， 其能量大部分 转换为热能， 使工件被冲击部位的材料达 到几千摄氏度 ，致使材料局 部熔化或蒸发，来去除材料。
9
第六章 电子束和离子束加工
4、电子束加工的特点
电子束能够极其微细地聚焦(可达l～0.1 μm)，故可进
行微细加工。
加工材料的范围广。能加工各种力学性能的导体、半 导体和非导体材料。
加工效率很高。
加工在真空中进行，污染少，加工表面不易被氧化。 电子束加工需要整套的专用设备和真空系统，价格较 贵，故在生产中受到一定程度的限制。
电源 及控 制系 统 抽真 空系 统 聚焦系统
电子束
工件
电子束加工原理
5
第六章 电子束和离子束加工
控制电子束能量密度的大小和能量注入时间，就
可以达到不同的加工目的。 （1）只使材料局部加热就可进行电子束热处理；
（2）使材料局部熔化就可以进行电子束焊接； （3）提高电子束能量密度，使材料熔化和汽化， 就可进行打孔、切割等加工； （4）利用较低能量密度的电子束轰击高分子材料
应用：应用范围极为广泛，尤其在焊接大型铝合金零件
中，具有极大的优势，并且可用于不同金属之间的连接。 如美国和日本采用电子束焊接工艺加工发电厂汽轮
机的定子部件；美国还将电子束焊接工艺广泛应用于飞
机制造ຫໍສະໝຸດ Baidu。
16
第六章 电子束和离子束加工
（4）电子束光刻 利用低能量密度的电子束照射高分子材料时，将使材 料分子链被切断或重新组合，引起分子量的变化即产 生潜象，再将其浸入适当的溶剂中，由于分子量的不 同而溶解度不同，就会将潜象显影出来。 将光刻与粒子束刻蚀或蒸镀工艺结合，就可以在金属 掩模或材料表面指出图形来。
10
第六章 电子束和离子束加工
5、电子束加工的应用
1-淬火硬化；2-熔炼； 3-焊接； 4-打孔；
5-钻、切削；6-刻蚀； 7-升华；8-塑料聚合； 9-电子抗蚀剂； 10-塑料打孔
11
第六章 电子束和离子束加工
（1）电子束打孔 能加工各种孔，包括异形孔 、斜孔、锥孔和弯孔。
生产效率高。机翼吸附屏的孔、喷气发动机套上的冷却
《精密与特种加工》
Precision and non-traditional machining
第六章 电子束和离子束加工
第六章 电子束和离子束加工
主要内容
6.1 电子束加工 6.2 离子束加工
2
第六章 电子束和离子束加工 6.1 电子束加工
1、概述
电子束加工（Electron Beam Machining 简称EBM） 起源于德国。1948年德国科学家斯特格瓦发明了第 一台电子束加工设备。
孔，此类孔数量巨大（高达数百万），且孔径微小，密 度连续分布而孔径也有变化，非常适合电子束打孔。
加工材料范围广。可加工不锈钢、耐热钢、宝石、陶瓷、
玻璃、塑料和人造革等各种材料上的小孔、深孔。 加工质量好，无毛刺和再铸层等缺陷。 加工孔的最小直径可达0.003mm，最大深径比可达10。
12
第六章 电子束和离子束加工
束流聚焦控制：提高电子束的能量密度，它决定加工点 的孔径或缝宽。 聚焦方法：一是利用高压静电场是电子流聚焦成细
束；另一种方法是利用“电磁透镜”靠磁场聚焦。
束流位置控制：改变电子的方向。 工作台位移控制：加工时控制工作台的位置。 电源：对电压的稳定性要求较高，常用稳压电源。
(c)
(d)
14
第六章 电子束和离子束加工
（2）电子束切割 可对各种材料进行切割，切口宽度仅有3～6μm。 利用电子束再配合工件的相对运动，可加工所需要的
曲面。
3 3
1
2
(a)
(b)
(c)
(d)
15
电子束加工曲面
第六章 电子束和离子束加工
（3）电子束焊接
特点：电子束焊接具有焊缝深宽比大； 焊接速度快，焊缝深而窄，焊件变形小； 不用焊条，接头机械性能好； 可进行异种金属焊接； 可在精加工后焊接等等。
极为很高的负压，所以能驱使 电子加速。
图6-2 电子束加工装置示意图
1-工作台系统；2-偏转线圈；3-电磁透镜；4-光阑； 5-加速阳极；6-发射电子的阴极；7-控制栅极； 8-光学观察系统；9-带窗真空室门；10-工件 7
第六章 电子束和离子束加工
（2）真空系统
保证电子加工时所需要
的真空度。一般电子束加工
第六章 电子束和离子束加工
0.03 0.03～ ～ 0.07 0.07 mm mm
电子束加工的异形孔
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第六章 电子束和离子束加工
加工弯孔：利用 电子束在磁场中偏 转的原理，使电子
束在工件内偏转方
向。控制电子速度 和磁场强度，就可 控制曲率半径，加 工出弯曲的孔。 电子束加工弯曲的孔
1 2 3
利用高能量密度的电子束对材料进行工艺处理的一
切方法统称为电子束加工。
3
第六章 电子束和离子束加工
经过几十年的发展，目前电子束加工技术已在核工业、
航空宇航、精密制造等工业部门广泛应用。 电子束加工应用于：电子束焊接、打孔、表面处理、 熔炼、镀膜、物理气相沉积、雕刻、铣切、切割以及
电子束曝光等。
1.33×10-4 Pa。
（3）控制系统和电源。
控制系统包括束流聚焦 控制、束流位置控制、束流 强度控制以及工作台位移控 制。
图6-2 电子束加工装置示意图
1-工作台系统；2-偏转线圈；3-电磁透镜；4-光阑； 5-加速阳极；6-发射电子的阴极；7-控制栅极； 8-光学观察系统；9-带窗真空室门；10-工件 8
时产生化学变化的原理，即可进行电子束光刻加工。
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第六章 电子束和离子束加工
3、加工装置
电子束加工装置主要由以下 几部分组成。 （ 1 ）电子枪。获得电子束 的装置。它包括： 电子发射阴极 — 用钨或钽制成， 在加热状态下发射电子。 控制栅极 — 既控制电子束的强 弱，又有初步的聚焦作用。
加速阳极 — 通常接地，由于阴
世界上电子束加工技术较先进的国家：德国、日本、 美国、俄罗斯以及法国等。
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第六章 电子束和离子束加工
2、加工原理
电子枪系统
在真空条件下，利用电 子枪中产生的 电子经加速、 聚 焦 后 能 量 密 度 为 106 ～ 109w/cm2的极细束流高速冲击 到工件表面上极小的部位 ， 并在几分之一微秒时间内 ， 其能量大部分 转换为热能， 使工件被冲击部位的材料达 到几千摄氏度 ，致使材料局 部熔化或蒸发，来去除材料。
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第六章 电子束和离子束加工
4、电子束加工的特点
电子束能够极其微细地聚焦(可达l～0.1 μm)，故可进
行微细加工。
加工材料的范围广。能加工各种力学性能的导体、半 导体和非导体材料。
加工效率很高。
加工在真空中进行，污染少，加工表面不易被氧化。 电子束加工需要整套的专用设备和真空系统，价格较 贵，故在生产中受到一定程度的限制。
电源 及控 制系 统 抽真 空系 统 聚焦系统
电子束
工件
电子束加工原理
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第六章 电子束和离子束加工
控制电子束能量密度的大小和能量注入时间，就
可以达到不同的加工目的。 （1）只使材料局部加热就可进行电子束热处理；
（2）使材料局部熔化就可以进行电子束焊接； （3）提高电子束能量密度，使材料熔化和汽化， 就可进行打孔、切割等加工； （4）利用较低能量密度的电子束轰击高分子材料
应用：应用范围极为广泛，尤其在焊接大型铝合金零件
中，具有极大的优势，并且可用于不同金属之间的连接。 如美国和日本采用电子束焊接工艺加工发电厂汽轮
机的定子部件；美国还将电子束焊接工艺广泛应用于飞
机制造ຫໍສະໝຸດ Baidu。
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第六章 电子束和离子束加工
（4）电子束光刻 利用低能量密度的电子束照射高分子材料时，将使材 料分子链被切断或重新组合，引起分子量的变化即产 生潜象，再将其浸入适当的溶剂中，由于分子量的不 同而溶解度不同，就会将潜象显影出来。 将光刻与粒子束刻蚀或蒸镀工艺结合，就可以在金属 掩模或材料表面指出图形来。
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第六章 电子束和离子束加工
5、电子束加工的应用
1-淬火硬化；2-熔炼； 3-焊接； 4-打孔；
5-钻、切削；6-刻蚀； 7-升华；8-塑料聚合； 9-电子抗蚀剂； 10-塑料打孔
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第六章 电子束和离子束加工
（1）电子束打孔 能加工各种孔，包括异形孔 、斜孔、锥孔和弯孔。
生产效率高。机翼吸附屏的孔、喷气发动机套上的冷却
《精密与特种加工》
Precision and non-traditional machining
第六章 电子束和离子束加工
第六章 电子束和离子束加工
主要内容
6.1 电子束加工 6.2 离子束加工
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第六章 电子束和离子束加工 6.1 电子束加工
1、概述
电子束加工（Electron Beam Machining 简称EBM） 起源于德国。1948年德国科学家斯特格瓦发明了第 一台电子束加工设备。
孔，此类孔数量巨大（高达数百万），且孔径微小，密 度连续分布而孔径也有变化，非常适合电子束打孔。
加工材料范围广。可加工不锈钢、耐热钢、宝石、陶瓷、
玻璃、塑料和人造革等各种材料上的小孔、深孔。 加工质量好，无毛刺和再铸层等缺陷。 加工孔的最小直径可达0.003mm，最大深径比可达10。
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第六章 电子束和离子束加工
束流聚焦控制：提高电子束的能量密度，它决定加工点 的孔径或缝宽。 聚焦方法：一是利用高压静电场是电子流聚焦成细
束；另一种方法是利用“电磁透镜”靠磁场聚焦。
束流位置控制：改变电子的方向。 工作台位移控制：加工时控制工作台的位置。 电源：对电压的稳定性要求较高，常用稳压电源。
(c)
(d)
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第六章 电子束和离子束加工
（2）电子束切割 可对各种材料进行切割，切口宽度仅有3～6μm。 利用电子束再配合工件的相对运动，可加工所需要的
曲面。
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(a)
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(c)
(d)
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电子束加工曲面
第六章 电子束和离子束加工
（3）电子束焊接
特点：电子束焊接具有焊缝深宽比大； 焊接速度快，焊缝深而窄，焊件变形小； 不用焊条，接头机械性能好； 可进行异种金属焊接； 可在精加工后焊接等等。
极为很高的负压，所以能驱使 电子加速。
图6-2 电子束加工装置示意图
1-工作台系统；2-偏转线圈；3-电磁透镜；4-光阑； 5-加速阳极；6-发射电子的阴极；7-控制栅极； 8-光学观察系统；9-带窗真空室门；10-工件 7
第六章 电子束和离子束加工
（2）真空系统
保证电子加工时所需要
的真空度。一般电子束加工
第六章 电子束和离子束加工
0.03 0.03～ ～ 0.07 0.07 mm mm
电子束加工的异形孔
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第六章 电子束和离子束加工
加工弯孔：利用 电子束在磁场中偏 转的原理，使电子
束在工件内偏转方
向。控制电子速度 和磁场强度，就可 控制曲率半径，加 工出弯曲的孔。 电子束加工弯曲的孔
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利用高能量密度的电子束对材料进行工艺处理的一
切方法统称为电子束加工。
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第六章 电子束和离子束加工
经过几十年的发展，目前电子束加工技术已在核工业、
航空宇航、精密制造等工业部门广泛应用。 电子束加工应用于：电子束焊接、打孔、表面处理、 熔炼、镀膜、物理气相沉积、雕刻、铣切、切割以及
电子束曝光等。