El cátodo sirve para muchos otros propósitos además de proporcionar electrones. Debe tener una potencia de calentamiento mínima y una larga vida útil y proporcionar una gran corriente de haz de electrones emitiendo el máximo número de electrones. Según la ley de emisión de electrones termoiónicos de Richardson (físico británico 0.W. Richardson, 1879-1959), el flujo de electrones se expande rápidamente a medida que aumenta la temperatura del emisor, por lo que el cátodo suele estar hecho de materiales de alta temperatura. A medida que aumenta la temperatura del emisor, los electrones se mueven rápidamente. Los materiales catódicos preferidos son tungsteno y aleaciones de tungsteno-renio debido a su baja presión de vapor en el vacío y su larga vida útil del cátodo. Se pueden lograr densidades de corriente de emisión de je = 5 A/cm² calentando directamente el electrodo de tungsteno en una instalación de soldadura por haz de electrones.
El aporte de calor necesario para llevar el cátodo a la temperatura deseada depende del tamaño y la forma del cátodo y del método de calentamiento. Como se muestra en la figura 2-3, el cátodo de tira está conectado al circuito como una resistencia óhmica y se calienta directamente mediante una corriente de tamaño IH. Los cátodos de cinta son el tipo más común de cátodo utilizado en equipos de soldadura por haz de electrones. Se pueden lograr características de haz estables y una alta eficiencia de calentamiento utilizando una herramienta de sujeción para garantizar la estabilidad de la posición de la superficie emisora y la geometría de la superficie emisora. El cátodo es prácticamente el único consumible del cañón de electrones y puede sustituirse fácil y rápidamente. Después de cortar la corriente de calentamiento, el cátodo de tira se puede enfriar rápidamente debido a su pequeña masa, evitando así eficazmente la oxidación del cátodo debido al rápido inflado del cañón de electrones.
Los cátodos intertérmicos (ver Figura 2-4) se calientan mediante bombardeo electrónico del cátodo auxiliar. Los cátodos intertérmicos pueden fabricarse con materiales sólidos más adecuados porque no es necesario calentarlos con corrientes elevadas. Los cátodos intercalentados pueden funcionar con voltajes de aceleración más bajos y se utilizan principalmente en equipos de soldadura por haz de electrones de alta corriente. Se pueden reemplazar fácilmente y tienen una vida más larga que los cátodos en tiras. Sin embargo, los cátodos intercalentados tienen una desventaja: sus cátodos auxiliares se desgastan rápidamente y necesitan ser reemplazados con más frecuencia que los cátodos de tira.
Figura 2-3 Dimensiones y forma de un cátodo de tira con potencia P = 15 kW.
Figura 2-4 Cátodo intercalentado.
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