在高压静电场作用下，电子枪内的灯丝（阴极）发射电子，电子流汇聚后穿过阳极孔，被磁透镜聚焦成直径很小的电子束，偏转线圈使电子束的方向对准待焊位置。形成的高速（0.3～0.7倍光速）、高功率密度（10¹⁰～10¹³瓦/米²）的电子束轰击工件以实现焊接。

电子束焊过程中（见图），高速电子束撞击到工件表面，电子的动能转变为热能，使金属迅速熔化和蒸发。在高压金属蒸气的作用下，熔化的金属被排开，在熔池内形成小孔，小孔周围被液态金属包围。随着电子束与工件的相对移动，液态金属沿小孔周围流向熔池后部，逐渐冷却凝固形成焊缝。电子束焊接中，可以通过电场或磁场对电子束的方向进行快速而精确控制。电子束焊接接头质量与电子束电流、加速电压、焊接速度、电子束斑点质量、工作距离以及被焊材料的性能等因素相关。一般焊接深度与加速电压、束流强度成正比，和束斑直径、工作距离及焊接速度成反比。

电子束焊原理图

常用的电子束焊接头形式有对接、搭接、端接、角接和T形。电子束斑点直径小，能量集中，焊接时一般不加焊丝。常用的金属、合金、金属间化合物等都可以采用电子束焊。

根据被焊工件所处的环境的真空度可将电子束焊分为三种：高真空（10⁻⁴～10⁻¹帕）电子束焊接，适用于活性金属；低真空（10⁻¹～10帕）电子束焊接，适用于一般金属件焊接；非真空电子束焊接，仅电子枪内保持真空，电子束通过光阑、气阻和若干级真空室到达处于大气压力下的工件表面，其穿透能力减小，工件保护也较差。

真空电子束焊接设备通常由电子枪、高压电源、真空室（工作室）、运动系统、真空系统及电气控制系统等部分组成。根据电子束加速电压的高低，可以分为高压（大于120千伏）电子束、中压（60～100千伏）电子束和低压（小于40千伏）电子束三类。

电子束焊接的优点有：电子束穿透能力强，焊缝深宽比大，可达50︰1，可以不开坡口实现单道大厚度焊接；焊接速度快，热影响区和焊接变形均很小；真空环境可以防止熔化金属受到有害气体污染，且有利于焊缝金属的除气和净化，特别适于活泼金属的焊接及真空密封元件的焊接。电子束焊接的缺点是设备复杂、价格昂贵，焊前对于接头加工和装配的精度要求高，高蒸气压元素在高温下会蒸发损耗，工件尺寸受真空室体积的限制等。

电子束焊在航空、航天、核能、兵器、能源、汽车制造、纺织、机械等许多领域有广泛应用。