Электронный кольцевой нагреватель

ЭЛЕКТРОННЫЙ КОЛЬЦЕВОЙ НАГРЕВАТЕЛЬ, содержащий термокатод и фокусирующий электрод, состоящий из двух плоских экранов, отличающийся тем, что, с целью выравнивания удельной мощности в зоне нагрева, экраны разделены в радиальном сечении по меньшей мере на восемь секций, электрически изолированных друг от друга.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к электронно-лучевой обработке материалов, например, при сварке, плавке, зонной очистке, пайке и других операциях, использующих для нагрева энергию ускоренных электронов.
Цель изобретения выравнивание удельной мощности и температуры в зоне нагрева.
На чертеже изображен предлагаемый нагреватель, вариант выполнения.
Конструктивно такой нагреватель представляет собой диод, термокатодом которого служит кольцо 1, выполненное из материала с высоким коэффициентом термоэлектронной эмиссии (вольфрам, тантал и т.п.), а анодом является объект 2 нагрева. Катод окружен фокусирующим электродом, разделенным в радиальном сечении на секции 3, которые электрически изолированы друг от друга и от других электродов нагревателя с помощью изолятора 4.
Высокое напряжение прикладывается между катодом 1 и нагреваемым объектом 2 (деталь-анод) плюсом на деталь от высоковольтного анодного источника 5. Секции 3 фокусирующего электрода находятся под "плавающим" потенциалом каждая. Для нагрева катода используют низковольтный источник 6 питания, у которого средняя точка трансформатора электрически связана с отрицательным полюсом высоковольтного анодного источника 5 и заземлена. Возможно выполнение схемы соединений с заземленным анодом без изменения сущности протекающих в нагревателе процессов.
Принцип работы нагревателя состоит в следующем.
При достижении в рабочей камере, куда помещен электронный кольцевой нагреватель, давления порядка Р 1,33 10^-3 Па, подается напряжение накала на термокатод 1, который разогревается прямым пропусканием тока до температуры электронной эмиссии. При подаче высокого положительного потенциала от анодного источника 5 на объект 2 нагрева начинается направленное движение электронов под действием электрического поля. Ускоренные электроны приобретают кинетическую энергию и, достигнув анода, бомбардируют его и нагревают до высокой температуры.
Одновременно часть электронов оседает на секциях фокусирующего электрода, заряжая их до потенциала, оптимального для автофокусировки электронного потока. При этом происходит усреднение плотности тока эмиссии с поверхности различных участков катода за счет различной степени ограничения пространственным зарядом. Такие явления приводят к выравниванию удельной мощности и достижению дополнительной локализации электронного потока с равномерным распределением мощности, а следовательно и температуры, по периметру зоны нагрева.
При перегреве некоторой части катода, по сравнению с остальными его частями, возрастает плотность тока эмиссии с данной части. Дополнительный поток электронов заряжает близко расположенные секции фокусирующего электрода до потенциалов более отрицательных, по сравнению с остальными секциями, что приводит к ограничению плотности тока эмиссии с данного участка катода.
При снижении температуры некоторой части катода происходят процессы, обратные вышеописанным.
Такой механизм работы фокусирующего электрода приводит к выравниванию удельной мощности в зоне нагрева.
Неравномерность распределения плотности электронного тока на нагреваемой детали будет тем меньше, чем больше будет локализована зона управления электронной эмиссией с катода, т.е. чем большее число независимо действующих секций содержит фокусирующий электрод.
Для обеспечения не более чем 5% уровня неоднородности распределения плотности электронного тока на поверхности изделия достаточно выполнить фокусирующий электрод разделенным на восемь секций.
Уменьшение числа секций влечет за собой увеличение уровня неоднородности. Для снижения уровня неоднородности распределения плотности электронного тока число секций должно быть увеличено в зависимости от конфигурации катода и формы обрабатываемых деталей.
При рациональном выборе числа секции и их формы возможно получить любое заранее заданное распределение плотности электронного тока на поверхности объекта нагрева 2, что особенно важно при обработке изделий нецилиндрической формы (овальных, прямоугольных и т.д.).
Использование предлагаемого устройства в различных технологических процессах (например, локальная пайка, сварка плавлением, зонная плавка и т.п.) позволит повысить качество обработки изделий и существенно расширить технологические возможности электронного кольцевого нагревателя.
Изобретение относится к электронно-лучевой обработке материалов, например, сварке, плавке, зонной очистке, пайке и других операциях, использующих для нагрева энергию ускоренных электронов. Целью изобретения является выравнивание удельной мощности и температуры в зоне нагрева. Нагреватель представляет собой диод, термокатодом служит кольцо 1 из материала с высоким коэффициентом термоэлектронной эмиссии. Анодом является объект 2 нагрева. Катод окружен фокусирующим электродом, разделенным на секции 3 в радиальном сечении. Секции разделены изолятором 4. Напряжение на анод подается от источника 5. Катод нагревается от источника 6, у которого средняя точка трансформатора электрически связана с отрицательным полюсом источника 5 и заземлена. В устройстве предусматривается возможность получения любого заранее заданного распределения плотности электронного потока на поверхности объекта нагрева 2, что повышает качество обработки и расширяет технологические возможности электронного кольцевого нагревателя. 1 ил.