Принципы действия телевизора, электронного микроскопа и электронного сварочного аппарата одинаковы. Разница в том, что для телевизора или микроскопа нужны пучки электронов малой мощности, а для машиностроения — большой.
Главные части электроннолучевых установок — электронная пушка (источник, генератор электронов) и устройства (пластины, катушки и т. д.), создающие электромагнитное поле высокого напряжения, которое ускоряет, фокусирует и направляет пучок электронов.
Электронно-оптические элементы динамической фокусировки позволяют быстро изменять фокусное расстояние всей системы по командам от управляющего устройства или ЭВМ.
Чтобы электроны не растрачивали энергию на столкновение с молекулами воздуха и чтобы не окислялась заготовка при разных технологических операциях, ее вместе с «пушкой» помещают в глубокий вакуум, где давление примерно в миллиард раз меньше атмосферного.
Электронный луч может работать как идеальная металлургическая печь. Причем пучок электронов расплавляет металл в очень тонком слое, который затем мгновенно отдает теплоту в соседние, холодные области металла. При этом происходит измельчение зерен металла и хрупкие материалы становятся пластичными, мелкозернистая, подобно стеклу, структура металла позволяет довести прочность поверхности до самого высокого теоретически возможного предела. Закалка таким способом режущего инструмента в несколько раз повышает срок его жизни.
Не следует думать, что электроннолучевая технология (ЭЛТ) применима только для деталей небольших размеров. В современных агрегатах с мощностью пучка до нескольких мегаватт можно выплавлять слитки массой в десятки тонн. Электроннолучевой переплав идеален в смысле чистоты. Причем чистый металл получают то в виде порошков, то в виде слитков сложной формы. Можно переплавлять в условиях стерильной чистоты отходы ценных металлов. Эти «отходы» заключают в себе громадный труд, который потребовался бы для получения редких и ценных металлов.
Электронный луч способен сваривать любые тугоплавкие металлы, камни и керамику. При электроннолучевой сварке расходуется в 20 раз меньше электроэнергии, чем при дуговой. Ведь здесь не приходится впустую разогревать большие объемы материала. Луч легко перемещать, отклоняя поток электронов магнитным полем и оставляя само изделие неподвижным. Достигается ювелирная точность сварки и отпадает надобность в громоздких приспособлениях для перемещения изделий. Для сварки корпусов ракет, деталей подводных кораблей, тепловыделяющих элементов атомных станций созданы сварочные камеры диаметром более 10 м. Вес обрабатываемых в них заготовок достигает 25 т.
Электроннолучевые установки применяют и в полевых условиях при прокладке трубопроводов.
При электроннолучевом испарении металла его поверхность бомбардируют электронами. При этом испаряется только сам металл, не загрязняясь никакими посторонними примесями. Испарению (и осаждению) таким методом поддаются нелетучие и тугоплавкие соединения — оксид алюминия, оксид кремния, стекло, карбиды металлов. Вакуумное осаждение тончайших пленок незаменимо для получения интегральных схем микроэлектроники.
Электроннолучевые установки применяют для стерилизации различных продуктов, семян, медикаментов. Электронное облучение абсолютно безвредно, чего не скажешь про химические способы уничтожения вредных микроорганизмов.
При воздействии электронных пучков на вещество в нем идут процессы полимеризации, образование длинных молекулярных цепочек. Термостойкость полимеров при этом увеличивается, улучшается прочность и водостойкость, несминаемость, огнестойкость. Промышленной химической электроннолучевой обработке подвергают автопокрышки, в несколько раз повышая их «ходимость», кабельную изоляцию, лаки и другие покрытия.
Здесь перечислены далеко не все области применения ЭЛТ (см. также Электрофизические методы обработки).
Аппараты ЭЛТ легко поддаются полной автоматизации и мгновенно переходят с одного режима работы на другой. Все процессы идут в замкнутом объеме, нет выбросов газа, пыли, излишков тепла. ЭЛТ — экологически чистая технология. Ее ждет большое будущее.