Электронно-лучевая сварочная пушка

(22) 11.04.91доркевич- А.В.,нстнтут водства Комитет Российской Федерации о патентам и товарным знакам к авторскому свидетельству(71) Научно-исследовательский и технологии и организации произ двигателей(5 б) Чвертко А,И. и др. Оборудование для электронно-лучевой сварки. Киев: Наукова Думка, 1973, с.129, 136, фиг.80, 88, (54) ЭЛЕКТРОННО ЛУЧЕВАЯ СВАРОЧНАЯ ПУШКА(57) Использование: сварка деталей преимущественно со стороны внутренней полосги, Сущность изобретения; пушка содержит корпус 1, высоковольтный изолятор 2 и соосно расположенные в нем катодный узел 3, анодный блок 5 с экраном б и магнитную 2фокусирующую линзу 7 с обмоткой. Последняя установлена внутри экрана б анодного блока. Это обеспечено за счет установки между изолятором и катодным узлом и корпусом анодного блока экранов. Экраны у катодного узла 4 и у анодного блока б Сб выполнены высотой, равной соответственно 1/б - 1/4 и 1/5 - 1/3 высоты изолятора 2, и установлены с зазором 4 относительно последнего, соответственно равным 1/10 - О 1/12 и 1/5 - 1/б их высоты, Такое размещение экранов и фокусирующей систе-. мы обеспечивает высокую надежность пушки за счет исключения пробоев по поверхности изолятора и сокращения габаритов. 1 нл. 1 табл.Изобретение относится к оборудованию для электронно-лучевой технологии, в частности сварки, и касается конструкций малогабаритных высоковольтных пушек, предназначенных для сварки деталей изнутри их,Целью изобретения является сокращение габаритов пушки и, тем самым, расширение ее эксплуатационных возможностей,На чертеже изображена электронно-лучевая пушка, продольный разрез.Электронно-лучевая пушка содержит корпус 1, установленный в нем высоковольтный изолятор 2 и коаксиально расположенные в нем катодный узел.З, закрепленный на охватывающем его катододержателе 4 и анод 5 с экраном 6, Катододержатель 4 и экран 6 с анодом 5 закреплены на противоположных торцах высоковольтного изолятора 2. Внутри экрана б анода 5 установлена обмотка фокусирующей линзы фокусирующей системы 7 пушки,Пушка имеет расположенные в полости высоковольтного изолятора 2 между катод" ным узлом 3 и анодом 5 размещенные экраны соответственно 8 и 6. Экраны могут быть выполнены заодно. с катододержателем 4 и корпусом анода 5 из магнитомягкого материала, Эти экраны размещены вдоль изолятора 2 от торцов его внутрь полости и имеют длину определенной величины,Высоту заглубления экрана 8 у катодного узла 3 в полость изолятора 2 задают в пределах 1/6-1/4 от высоты Н изолятора.Высота Н изолятора 2, как известно, определяется из условия обеспечения электрической прочности, т.е. на 1 кВ ускоряющего напряжения задают 1 см длины изолятора,В зависимости от величины ускоряющего напряжения имеет смысл выбирать большую или меньшую величину высот Ь 1 и Ьг заглубления экранов. При ускоряющем напряжении до 60 кВ высота экрана:п 1 у катодного узла составляет 1/4 Н; .Ьг у анодного блока - 1/3 Н.При ускоряющем напряжении выше 60 кВ высота экрана у катодного узла должна составлять примерно 1/6-1/4 У, а у анодного блока - 1/4-1/5 Н,Увеличение высоты экранов относительно заданного значения предела не дает положительного эффекта, т,к, величина про. бойного напряжения при дальнейшем увеличении заглубления уменьшается,Это обусловлено возрастанием напря= женности поля выше определенного критического значения в промежутке между электродами катодом и анодом) и увеличением соответственно темновых токов, что недопустимо. Уменьшение же высоты за 5 10 15 20 глубления сверх заданных пределов также уменьшает величину пробойного напряжения, Существенное значение при этом имеет величина зазора между высоковольтным изолятором 2 и экранами 8 и б в зоне их размещения, В зоне размещения катодного узла 4 величина зазора 31 выполняется равной 1/10-1/12 от высоты п 1 экрана 8, т.к. только при таком соотношении величин имеет место оптимум, как показали эксперименты, электрической прочности. Так как в зоне анодного блока неоднородность напряженности поля может быть значительно выше, чем у катодного узла 5, из-за наличия парогазовой фракции, попадающей по каналу дрейфа луча, то величина зазора Яг между высоковольтным изолятором 2 и экраном 6 должна быть больше, а именно: составлять 1/5-1/б высоты 12 экрана.Уменьшение зазоров в обоих случаях недолжно иметь место, т.к, приводит к повышению напряженности в местах заделки изолятора 2 в электроды, что снижает электрическую прочность, кроме того, умень 25 шение зазора снижает величину вакуумного промежутка, что также снижает электрическую прочность т.к, инициирует пробой между экраном и изолятором,Увеличение же зазоров сверх указанных ЗО величин приводит к снижению эффективности установки экранов из-за увеличения электронных токов в вакууме вблизи поверхности изолятора, которые могут инициировать вторичную электронную эмиссию с поверхности 35 изолятора 2, при этом зазор между экраном иизолятором становится достаточным для придания электронам требуемой энергииКроме того, эаглубление катододержателя 4 и экрана 6, анодного блока 5 во внут- "О ренний обьем изолятора 2 позволилоразместить катодный узел 3 и фокусирующую систему 7 внутри катододержателя 4 и экрана 6 анодного блока 5 соответственно.Таким образом, эа счет изготовлениякатододержателя 4 и анодного блока в виде экранов увеличивается электрическая прочность пушки и соответственно уменьшаются ее габариты,Электронно-лучевая пушка работает 50 следующим образом. На катододержатель 6подают ускоряющее напряжение, а на катодный узел 3- ток накала катода, в результате чего катод разогревается и начинаетэмиттировать электроны, которые проходят% через анод и попадают в фокусирующую систему 7, в которой происходит фокусировка проходящего пучка электронов,При подаче на электроды высокого напряжения в местах их сочленения с изолятором происходит концентрация1827935 Высота изолятора Нмм Ускоряющее напряжение 60 кВ, при работе Ь 2, мм 52, мм Ь 1, мм 33(1/6 Ь 2)З(1/6 Ь 2) 17(1/ЗН). 12(1 /4 Н)8,5(1/6 Н) 17(1/ЗН) 17 17 11(1/12 Ь 1)1(1/10 Ь 1) 7(1/7 Н) 3 17 25(1/2 Н) 10(1/5 Н) 12 8,5(1/6 Н) 12 1,3(1 /9 Ьт) 0,9(1/3 Ь 1) 12 17 12 17 4(1/4 Ь 2) 12 17,12 2,4(1/7 Ь 2) напряженности поля, которое уменьшается за счет экранировки изолятора 2, катододержателем 4 и экраном 6 анодного блока 5 и соответственно приводит к повышению пробивного напряжения по поверхности изолятора в 2-3 раза,В качестве примера приводим пушку, испытанную в процессе опытной эксплуатации, Высота Н высоковольтного изолятора равна 50 мм, высота Ь 1 катододержателя, выполненного в виде экрана, равна 12 мм/4 Н, зазор 51 между экраном и изолятором - 1 мм, т.е. 1/10 Ь 1, Анодный блок в пушке выполнен с заглублением на величину Ь 2 = 17 мм = 1/3 Н, с зазором 32 между анодным блоком и изолятором, равным 3 мм; внутренний диаметр высоковольтного изолятора равен 85 мм,Данная пушка испытывалась на напряжение до 80 кВ, при этом пробоев не наблюдалось. Во время опытной эксплуатации при ускоряющем напряжении 60 кВ пушка работала непрерывно при сварке титановых сплавов толщиной до 50 мм в течение 4 ч безпробоев.Некоторые данные экспериментальнойпроверки образца малогабаритной пушки5 приведены в таблице,Таким образом, из приведенной таблицы видно. что надежность пушки, в частности исключение пробоев, гарантируюттолько соотношения размеров экранов, ус 1 О тановленных между высоковольтным изолятором и катодным узлом и корпусоманодного блока, и зазоров между ними, приведенные в формуле изобретения. Выход заэти размеры приводит к появлению пробоев,15 что снижает электрическую прочность пушки,нарушает технологичность процесса.При таких соотношениях размеров появилась возможность с гарантированным отсутствием пробоев уменьшить высоту20 высоковольтного изолятора по отношениюк общепринятой, что позволило сократитьгабариты пушки для обеспечения сваркивнутри изделий,Показатели надежности Наблюдались пробои между экранами При повышении ускоряющего напряжения до 80 кВ и токе луча 110 мА на титане пробоев не наблюдалосьЕдиничные пробои по изолятору при напряжении 70 кВ и токе луча 100 мА Наблюдались пробои между экранами При повышении ускоряющего напряжения до 80 кВ и токе луча 110 мА пробоев не наблюдалосьЕдиничные пробои при напряжении 80 кВи токе луча 100 мА по изолятору При токе луча 100 мА и ускоряющем напряженки 80 кВ возникали пробои между экраном у катода и изолятором При напряжении 80 кВ единичные микропробои между изолятором и катодом Микропробои на изолятор при напряжении 80 кВ1827935 Составитель Г. КвартальноваТехред М.МоргенталКорректор . ПетрашК В.П Редактор Тираж НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Заказ 1615 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 формула изобретенияЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ СВАРОЧНАЯ ПУШКА, содержащая высоковольтный изолятор, расположенные внутри 5 него с противоположных сторон соосные катодный узел и анод, а также экран и электромагнитную фокусирующую линзу с обмоткой, олтличаащаяси тем, что, с целью уменьшения габаритов и 10 расширения эксплуатационных воэможностей, она снабжена вторым экраном, экраны выполнены иэ магнитомягкого материала, анод закреплен на первом экране, а внутри анода расположена обмотка фокусирующей линзы, второй экран расположен между изолятором и катодным узлом, при этом экраны выполнены с высотой, соответственно равной 1/5 - 1/3 и 1/6 - 1/4 высоты изолятора, и установлены с зазорами относительно изолятора, соответственно равными 1/5 - 1/б и 1/10 - 1/12 высоты соответствующего экрана,