Электронно-лучевую сварку успешно применяют в нижнем положении вертикальным лучом, для вертикальных и горизонтальных швов – горизонтальным лучом с неполным и сквозным проплавлением. Сварка в нижнем положении рекомендуется для стальных изделий толщиной до 40 мм и изделий из титановых и алюминиевых сплавов толщиной до 80 мм. Горизонтальным лучом со сквозным проплавлением сваривают металлы толщиной до 400 мм. Для сварки металлов, имеющих высокую теплопроводность или большую температуру плавления, а также деталей больших толщин применяется электронный луч с высокой плотностью энергии. При сварке легкоплавких и легкоиспаряющихся металлов (Al, Mg) и деталей небольших толщин (до 3 мм) применяют электронный луч с малой плотностью энергии или с импульсным нагревом, когда действие луча на изделие чередуется с паузами. В этом случае испарение металла с поверхности сварочной ванны незначительно.

Основными параметрами режима электронно-лучевой сварки являются сила тока (мА), ускоряющее напряжение (кВ), скорость сварки (см/с). Конструкция соединения для однопроходной сварки выполняется с учетом глубокого проникновения луча в металл: отношение глубины проплавления к средней ширине шва составляет 20–30. Зазор в стыке не превышает 0,3 мм и должен быть меньше диаметра луча.

Для электронно-лучевой сварки характерны специфические виды дефектов сварных соединений.

Такими дефектами при сварке с несквозным проплавлением являются не заполненные металлом полости толщиной до 5–10 мм и длиной до 20–30 мм и периодическое несплавление корня шва. При ЭЛС также возможно отклонение канала проплавления от линии стыка вследствие отклонения луча.

Для улучшения качества сварных швов и уменьшения возможности возникновения дефектов используют ряд технологических приемов:

• сварка наклоненным на 5-7 градусов в направлении движения лучом для уменьшения вероятности образования пор и несплошностей и создания более благоприятных условий для кристаллизации;
• сварка с присадкой для легирования металла шва или восстановления концентрации легкоиспаряющихся в вакууме элементов;
• тандемная сварка двумя электронными пушками, из которых одна осуществляет проплавление, а вторая, меньшей мощности, формирует либо корень шва, либо хвостовую часть ванны;
• предварительные проходы для проверки позиционирования луча и очистки кромок свариваемых металлов от поверхностных загрязнений и адсорбированных газов;
• безынерционное отклонение электронного луча в магнитном поле по сложным контурам в соответствии с программой, заложенной в ЭВМ, что позволяет создавать более благоприятные газо- и гидродинамические условия формирования канала, подавлять возникновение корневых дефектов, одновременно сваривать два и более стыков;
• модуляция тока луча (обычно с частотой 1–100 Гц) для управления теплоотдачей в сварной шов.

К несомненным преимуществам электронно-лучевой сварки относятся следующие:

• получение очень узкого с глубоким проплавлением шва, что обеспечивает значительную экономию металла;
• большая сосредоточенность вводимого в изделие тепла, малое его количество (в 4–5 раз меньшее, чем при дуговой сварке) позволяют получить небольшую зону термовлияния и минимальные изменения формы изделия;
• благодаря вакууму, в котором происходит сварка, отсутствует насыщение металла шва газами, а имевшиеся в нем газы успевают удалиться, чем достигается высокое качество сварных соединений;
• для сварки характерен пониженный расход электроэнергии по сравнению с дуговыми методами.

К числу недостатков электронно-лучевой сварки можно отнести следующие:

• создание вакуума в рабочей камере, загрузка и выгрузка изделий из нее требуют значительного времени, что не только снижает производительность процесса, но и затрудняет осуществление комплексной автоматизации;
• вследствие торможения электронов в свариваемом металле, особенно при большом ускоряющем напряжении (> 100 кВ), возникает жесткое рентгеновское излучение, что требует дополнительной защиты обслуживающего персонала и, кроме того, усложняет и без того непростое оборудование;
• необходимость высококвалифицированного персонала.