용접은 가장 일반적인 기술 공정 중 하나입니다. 용접 방법은 약 150가지가 넘습니다.

전자빔 용접(EBW)

전자빔 용접은다른 방법이 물리적으로 불가능하거나 경제적으로 타당하지 않을 때입니다.

EBW의 대표적인 적용 분야는 화학적으로 활성이 높고 내화성 및 내열성이 뛰어난 금속 및 합금(Ti, W, Al 등)입니다.

용접이 어려운 재료 및 이들의 조합(예: 금속-세라믹)에도 적합합니다.

초박형 및 초박형 용접 재료, 최소한의 용접 깊이,그리고 최소한의 열 영향부를 요구하는 경우에도 EBW가 유용합니다.

또한 고속, 정밀성 및 반복성이 요구됩니다.

EBW의 기술적 성능은 집속된 전자빔의 물리적 특성에 따라 결정되며, 특정 생산 작업에서는 기술자에게 유일한 선택지가 될 수 있습니다. 이러한 문제는 원자력 발전, 항공기 및 엔진 제조, 우주선, 계측기 등 첨단 기계 공학 분야에서 가장 빈번하게 발생합니다 .

TETA 는 진공 장비, 부품 취급 및 위치 지정 시스템, 공정 자동화 분야의 전문성을 바탕으로 다양한 종류의 산업용 용접

장비를 제조합니다.​​

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EBW (Electron Beam Welding) 전자빔 용접의 원리 및 특징

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EBW는 고속으로 가속된 전자들의 운동 에너지를 열에너지로 변환하여 금속을 용융·융합시키는 용접 방법입니다.

 

작동 과정

1. 전자 생성: 음극(cathode)에서 열전자 방출 또는 전계 방출로 전자가 발생

2. 가속: 양극(anode)과의 전위차(일반적으로 30~200 kV)에 의해 전자가 고속(광속의 약 0.3~0.7배)으로 가속됨

3. 집속: 자기 렌즈(electromagnetic lens)가 전자빔을 직경 0.1~1 mm 수준으로 초점 맞춤

4. 충돌: 집속된 전자빔이 모재에 충돌하면 운동 에너지가 열에너지로 변환 (약 99% 변환 효율)

5. 키홀(Keyhole) 형성: 용융금속이 증발하면서 깊은 키홀(증기 구멍)이 형성되어 깊은 침투를 만듦

6. 용: 키홀이 이동 방향으로 나아가면서 후방에서 액체금속이 채워지며 용접부가 응고

 

주요 특징

• 에너지 밀도10⁷~10¹⁰ W/cm² (아크 용접보다 100배 이상)

• 침투비(두께/폭)10:1 ~ 50:1 (좁고 깊은 용접부)

• 용접 두께단 패스로 최대 100 mm 이상 가능

• 진공 환경대부분 진공(10⁻³~10⁻⁵ Torr)에서 수행

• 열영향부(HAZ)매우 좁음 → 잔류 응력·변형이 작음

• 가능 재료 티타늄, 알루미늄, 스테인리스, 내열합금, 이종금속 접합 등

 

진공 환경을 만들어야 되는 이유

• 전자가 공기 분자와 충돌하면 산란되어 빔 집속도가 떨어짐

• 진공은 용융풀을 오염으로부터 보호 (불활성 가스 불필요)

• 활성 금속(티타늄, 지르코늄 등) 용접에 매우 유리

 

분류 (진공도에 따라)

• High Vacuum EBW (HV-EBW): 10⁻⁴~10⁻⁶ Torr, 품질 최고

• Medium Vacuum EBW (MV-EBW): 10⁻²~10⁻³ Torr

• Non-Vacuum EBW (NV-EBW)

​      : 대기 중, Helium 커튼 사용, 생산성 높음

장점

• 깊고 좁은 용접부, 단일 패스 두꺼운 재질 용접

• 열영향부와 변형이 극히 작음

• 진공으로 고품질, 산화·질화 방지

• 이종 금속 접합 가능

 

단점

• 장비 비용이 매우 높음

• 진공 챔버 크기가 부품 크기를 제한

• 자기장 근처 사용 불가

• X선 발생으로 차폐 필요

 

응용 분야

• 항공우주: 엔진 부품, 티타늄 구조물

• 원자력: 핵연료 봉, 압력용기

• 자동차: 변속기 기어, 토크 컨버터

• 의료·정밀기기: 센서, 이식물 하우징​​​