Электронно-лучевая пушка

(51)4 В 23 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ СНОМ ДЕТЕЛЬСТВ У КА уче Электронно"Энерг",кже очи вид и ч а 2 данной тся нев ения, и овера электроннолучеысокое качество Недостатком вой пушки явля сварного соеди положения крос-за изменения процессе свар Целью изобр тения является повыше арного соединения пук положения кроссовение качества стем стабилизаци ь достигае бл евоэлектроннолуч исковый катод лектрод и анодкоторых выпол тей вращения, прикатодного эл иены гиперболи ием продольныхравным 1,4,Э не- раек-..ии ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМРИ ГХНТ СССР(54)(57) ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВАЯ ПУШКАсодержащая дисковый катод, априкатодный электрод и анод,поверхности которых выполненыповерхностей вращения, о т л Изобретение относится к оборудованию для электроннолучевой сварки, в частности к электроннолучевым пушкам,Известна электроннолучевая пушка, содержащая катод, анод и прикатодный электрод, причем рабочие поверхности анода и прикатодного электрода выполнены в виде поверхностей вращения.Недостатком данной электроннолучевой пушки является необходимое положение кроссовера при изменении параметров режима сварки.Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является электроннолучевая пушка, содержащая дисковый катод, а также прикатодный электрод и анод, рабочие поверхности которых выполнены в виде поверхностей вращения. ю щ а я с я тем, что, с целью новышения качества сварного соединения путем стабилизации положениякроссовера, рабочие поверхности прикатодного электрода и анода выполнены гиперболическими с соотношениемпродольных и поперечных полуосей,равным 1,4, и с соотношением продольных полуосей, равным 4,66, имеющих общую асимптотическую поверхноспричем диаметр катода не превышает0,6 его расстояния до анода, диаметрабочей поверхности прикатодного элетрода равен 3-6 этого расстояния, адиаметр рабочей поверхности анодаравен 0,5-1, 1 диаметра рабочей поверхности прикатодного электрода. Поставленная целгодаря тому, что впушке, содержащей дтакже прикатодный эрабочие поверхностины в виде поверхносбочие поверхноститрода и анода выполческими с соотношенпоперечных полуосейс соотношением продольных полуосей,равным 4,66, имеющих общую асимптотическую поверхность, причем диаметркатода не превышает 0,6 его расстояния до анода, диаметр рабочей поверх 5ности прикатодного электрода равен3-6 этого расстояния, а диаметр рабочей поверхносТи анода равен 0,51,1 диаметра рабочей поверхности прикатодного электрода,На чертеже представлена схемаэлектроннолучевой пушки.Пушка содержит дисковый катод 1,а также прикатодный электрод 2 ианод 3, рабочие поверхности которыхвыполнены в виде поверхностей вращения. Рабочие поверхности прикатодного электрода 2 и анода 3 выполненыгиперболическими с соотношением продольных и поперечных полуосей, раваным =. 1,4, и с соотношением проадольных полуосей, равным --Кг= сЬ( 2 Р ) = 4,66, имеющих общую,асимптотическую поверхность. Причемдиаметр катода 1 не превышает 0,6 егорасстояния до анода 3, диаметр рабочей поверхности прикатодного электро- ЗОда 2 равен 3-6 этого расстояния, адиаметр рабочей поверхности анодаравен 0,5-1,1 диаметра рабочей поверхности прикатодного электрода,где а а- продольные полуоси ги УЗБперболоидов вращения;с - поперечная полуосьгиперболоида вращения;сЬ - косинус гиперболический,Электроннолучевая пушка также содержит катодоподогреватель 5, изоляторы 6 и высоковольтные изоляторы 7.Катод 1, выполненный, например излантанборида или тантала, с помощьюкатододержателя 4 через изоляторы 6соединяют с прикатодным электродом 2.,Разогрев катода осуществляют элек-.,тродной бомбардировкой с катодоподогревателя.:5, закрепленного через изоляторы 6 на прикатодном электроде 2.50Таким образом, катод 1 с катодододогревателем 5, изоляторами 6 и прикатодным электродом 2 образует единый узел, соединенный высоковольтны"ми изоляторами 7 с анодом 3.55Поверхности катода 1, прикатодного электрода 2 и анода 3 представляют. собой эквипотенциальные поверхности распределения потенциала. представленного уравнением8= К/Е - - -) +ц2 О 1где ц - потенциал;" постоянные интегрированияуравнения Лапласа;Е, г - текущие координаты,Данное распределение потенциалаобладает фокусирующими свойствами идает воэможность аналитического решения уравнения движения электронов.Так как поверхности гиперболоидовасимптотически приближаются к общейконической поверхности, то существенное влияние на электрическую прочность пушки оказывают соотношенияразмеров рабочих поверхностей катода,прикатодного электрода и анода. Крометого, их размеры должны быть таковы,чтобы не исключалась расчетная конфигурация поля в рабочей зоне и обеспечивалось расчетное формированиепучка электронов, а следовательно,и расчетное положение кроссовера.Расчетное положение кроссовера впредлагаемом прожекторе для плоскогокатода, расположенного в вершине гиперболической поверхности, являющейся продолжением гиперболической поверхности прикатодного электрода,определяют по формуле42Екр =а сЬ ( - -и)+1+ - -й1+ сЬ( п)1 сТ 1 Г 2оН 2где Т - температура катода;Е - расстояние катод-анод;Б - ускоряющее напряжение;Ч - заряд электрона;- постоянная Больцмана;а 1 - продольная полуось гиперболоида поверхности прикатодного электрода.По приведенным формулам можно рассчитать изменения положения кроссовера для предлагаемой пушки при колебаниях ускоряющего напряжения в пределах 1-2 кВ, что на практике часто встречается в источниках различных типов.В описанной конструкции пушки при колебаниях ускоряющего напряжения на 1-2 кВ от заданной величины положе5 948047ние кроссовера изменяется в диапазонеот 0,003 до 0,009 мм, т.е. практически не изменяется, что в свою очередьприводит к повьппению количества свар 5ного соединения.Полученные результаты верны приусловии, что диаметр катода не пре- гд =вьппает 0,6 расстояния катод-анод. Вэтом случае продолжение гиперболичес О где гкой поверхности прикатодного электрода в области катода аппроксимируютплоскостью. Увеличение диаметра катода более чем на 0,6 расстояния катоданод, приводит к искажению расчетнойконфигурации поля в рабочей зоне и,следовательно, к отклонениям от расчетных параметров.Диаметр рабочей поверхности прикатодного электрода выбирают в диапазоне от 3 до 6 расстояния катод-анод,так как уменьшение этого диаметра менее 3 расстояний катод, -анод приводитк искажению расчетной конфигурацииполя. 25При увеличении диаметра рабочейчасти прикатодного электрода более6 расстояний катод-анод сближаюткрайние точки прикатодного электродаи анода, что приводит к снижению 30электропрочности пушки,По таким же соображениямрабочей части анода выбираютпазоне от 0,5 до 1, 1 диаметрачей части прикатодного электрода.Электроннолучевая пушка работаетследующим образом.При,помощи катодоподогревателя 5разогревают катод 1 до температуры,обеспечивающей эмиссию с катода элек 40тронов, которые Формируют с помощьюприкатодного электрода 2 и анода 3в луч.Электроды пушки изготавливали со Контрследующими размерами, мм:Диаметр катода 4,6 для анода ущие координаты; ояние катод-анод. пове хностей ек диаметр в диа- рабомикро45 ниРе(материтантал) одтверположери изб200 мА,ьтаты экспериментов актически стабильно совера в пушке даже тока луча от 5 мА д рабочейикатодктродарабочейодаие катод-. ждаютние крмененииБО Диаме части пного элДиаметрчасти аРасстояанодРабочиеэлектрода инатам на о 8 Данная электронн позволяет стабилизи кроссовера при коле сварки ускоряющего довательно повысить соединения.лучевая пушкаовать положениеаниях в процессеапряжения, а слекачество сварного 3 поверхности прикатодного анода строят по координовании уравнений для прикатодного электрода г = Г 2Еф. - (0,273 Г) Й - расстТочность обработки р проверяют по шаблонам.Между рабочими поверхностями электродов и шаблонами допускают зазоры не более 0,05 мм.При испытании пушки стабильно получают кинжальные швы на токах сварки от 50 мА до 500 мА при ускоряющем напряжении 28 кВ, скорости сварки 30 м/ч и рабочем расстоянии пушки 260 мм. Ток сварки регулируют плавно во всем диапазоне от 0 до 500 мА за счет изменения потенциала смещения.Во всем диапазоне токов, сварки визуально острой фокусировке соответствовал один и тот же ток фокусирующей катушки.Стабильность положения кроссовера косвенно оценивают по стабильности тока, фокусирующей катушки. Первоначально фокусируют пучок с током не более 5 мА, до минимально возможного размера пятна на поверхности образца, контроль визуальный. При этом ток фокусирующей катушки составляет 425 мА. Затем проводят проплавление образцов при токах фокусировки в 420, 425 и 430 мА и токах луча от 25 мА до 200 мА Во всех случаях наиболее глубокое проплавление получают при токе фокусировки в 425 мА. оль производят по поперечным фам при трехкратном увеличеПодписно Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгор Гагарина,10 Заказ 755ВНИИПИ Государстве1 Тираж 892ного комитета по изобре 035, Москва, 3-35, Рауш тениям и отская. наб иям при ГКНТ ССС