Катодный узел электронно-лучевой пушки

 

Изобретение относится к электронно-лучевой сварке. Цель изобретения - увеличение срока службы катода путем повышения его формоустойчивости без нарушения токопроводимости. Для этого в стенке катододержателя 11 вырезают три окна, причем отношение площадей поперечных сечений перемычек 16 между окнами и окон равно 0,28-0,33, а отношение длины перемычки 16 между окнами к площади ее поперечного сечения равно 7,1- 8,0. При указанных отношениях элементов конструкции катододержателя 11 обеспечивается высокая формоустойчивость катода, энергоэкономичность катодного узла при длительном сроке службы подогревателя. 5 ил., 1 табл. i (Л со ел СО СП

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А"! (19) (И) (5)) 4 В 23 К 15/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

)3,;

Жив.!

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

RO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3923964/25-27 (22) 08.07.85 (46) 07.06.87. Ъюл. Р 21 (72) В.Г. Элбакидзе, А.Ф. Худышев, В.А. Ермаков и Г.Я. Колтанюк (53) 621.791.72(088.8) (56) Шергов И.В. и др. Электроннолучевые сварочные пушки. Сер. ЦЭП.

Электронно-лучевая сварка. Материалы конференции общества "Знание"

РСФСР, Московский ДНТП им.. Ф.Э.Дзержинского. 1978, с. 129-137.

Электронно-лучевая сварка. Ч. 3.

Оборудование для электронно-лучевой сварки. ИЭС им. Е.О. Патона АН УССР, Киев, 1975, разд. III.

Электронно-лучевая пушка установки электронно-лучевой сварки А 306.13.

Рабочий чертеж ТСЗ.354.002, ТУ бВО.005.011, утв. 13.06.74. (54) КАТОДНЬИ УЗЕЛ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ПУШКИ (57) Изобретение относится к электронно-лучевой сварке. Цель изобретения — увеличение срока службы катода путем повышения его формоустойчивости без нарушения токопроводимости. Для этого в стенке катододержателя 11 вырезают три окна, причем отношение площадей поперечных сечений перемычек 16 между окнами и окон равно 0,28-0,33, а отношение длины перемычки 16 между окнами к площади ее поперечного сечения равно 7,18,0. При укаэанных отношениях элементов конструкции катододержателя 11 обеспечивается высокая формоустойчивость катода, энергоэкономичность катодного узла при длительном сроке службы подогревателя. 5 ил., 1 табл.

1 131

Изобретение относится к электронно-лучевой сварке.

Целью изобретения является увеличение срока службы катода путем повьппения его формоустойчивости без нарушения токопроводимости.

На фиг. 1 изображена электроннолучевая пушка; на фиг. 2 — катодный узел электронно-лучевой пушки; на фиг. 3 — схема ориентации катододержателя для расчета площади сечения перемычек, сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 4 — катододержатель; на фиг. 5 — графики зависимости температуры катода от мощности накала катода для катододержателей с различной длиной перемычек: 1 L = 7,5 мм;

2 L = 6,0 мм; 3 L = 4,5 мм.

Электронная пушка (фиг. 1) состоит из металлокерамического узла 1, на котором закреплены катодный узел

2 и направляющий электрод 3. Сбоку имеется фланец 4 для подсоединения к высоковакуумному насосу. Ниже расположен анод 5 и шибер 6 с электроприводом. ПоД шибером 6 расположено зеркало 7 и оптическая система 8 наблюдения. Под системой 8 расположена фокусирующая линза 9 и отклоняющая система 10.

Катодный узел 2 (фиг. 2) состоит из катододержателя 11, представляющего собой цилиндрическую трубку из молибдена, в которую через изолятор

12 вставлен держатель подогревателя

13 и закреплен при помощи стаканчика 14 лазерной сваркой. Камера нагрева с подогревателем 15 отделена от основания корпуса катодного уз, ла тремя перемычками 16 (фиг. 3).

Верхняя часть, камеры подогрева экранирована стаканчиком 17 и экраном

18 на держателе подогревателя.,Катод 19 удерживается стаканчиком 20, который завальцовывается в двух пазах под углом 180 на катододержателе. Катодный узел вставляется в держатель электронной пушки и удерживается гайкой 21.

Катодный узел. в составе электронно-лучевой пушки работает следующим образом.

При достижении в вакуумной полости электронной пушки разрежения. воздуха 5х10 мм рт.ст. автоматически производится двухступенная подача напряжения питания накала подогревателя катодного узла (фиг. 2). Сначала подается напряжение для получе5195 2

5

10 !

35 ния 507 мощности накала (15 Вт), а затем при достижении в рабочей камере вакуума 5х10 4 мм рт.ст. автоматически при открывании шибера 6 подается полное напряжение накала, и мощность накала достигает 29 Вт (фиг.1).

Затем на управляющий электрод 3 подается отрицательное напряжение для управления током электронного луча, которое регулируется в пределах

0,3-1,8 кВ.

После этого подается напряжение питания на фокусирующую линзу 9 и отклоняющую систему 10, а затем вы-. соковольтное напряжение — 25 кВ на катод относительно анода 5.

Высокая формоустойчивость катода и егo энергоэкономичность обеспечивается в случае, когда отношения площади поперечного сечения перемычек к площади поперечного сечения окон катододержателя составит

0,28-0,33 и длины перемычек к площади их поперечного сечения 7,1.-8. Эти значения являются оптимальными. При уменьшении площади сечения перемычек и увеличении их длины резко снижается их формоустойчивость и, как следствие этого, токопрохождение электронной пушки. При увеличении площади поперечного сечения перемычек и уменьшении их длины резко .возрастает мощность, потребляемая на накал катода, и, как следствие этого, уменьшается срок службы подогревателя. !

Оптимальность соотношения площадей поперечного сечения перемычек (образованных путем вырезания от тонкостенной молибденовой трубки окон под углом 60 друг к другу) и окон катододержателя, а также отношения длины перемычек к площади их поперечного сечения устанавливалась расчетно-экспериментальным путем. Основным критерием оптимальности указанных соотношений являлась высокая (ji)opMoóñòoé÷èâoñòü катододержателя в режиме циклического включения накала. Высокой формоустойчивостью катодного узла считается его работа при циклическом включении накала свыше 1000 ч, при этом осевое отклонение катода не должно превышать

0,1 мм. Косвенным критерием высокой формоустойчивости является малая мощность, потребляемая на накал катода до его рабочей температуры, и

3 13151 .незначительная энергоемкость катодного узла.

Установление указанных оптимальных соотношений элементов катододержателя включает: расчет площадей се5 чения перемычек катододержателя по формулам (фиг. 3); экспериментальное определение температуры нагрева катододержателя в точках Ip II u IIE (фиг. 4) при рабочей температуре катода из гексоборидалантана, равной

1650 С; расчет длины перемычек катододержателя;. экспериментальное определение зависимости температуры катода от мощности накала для катододержателей с различной длиной перемычек; экспериментальное исследование осевого отклонения центра катода через 500 и 1000 ч работы катодного узла. 20

В качестве исходного варианта был взят катододержатель (фиг. 4), имеющий следующие размеры (фиг. 3);

Дн=3 8 ММ ÂÍ

Ы =30 ; p=1в2 мм; В=1э8 мм; L=4þ5 мм. 25

Расчетом получены следующие значения: х =О 3 xi=0 59, у„ =1 88 у =1,38; S<=0,36 мм2 — площадь сечения одной перемычки; S и „„=1,08 мм сумма площадей сечения 3 перемычек; 30

Яо — 1 06 мм — площадь сечения одного окна; оп„л„ =3,18 мм2 — сумма площадей сечения 3 окон.

С помощью оптического пирометра было проведено измерение температуры катододержателя в контрольных точках I, II u III (фиг. 4) при оптимальной рабочей температуре катода, равной 1650 С, которая соответствовала следующим значениям: в точ- 40 ке I 1600 С, в точке II 1300 С, в точке IEI 960 С.

При этом мощность, расходуемая на накал катода, составила 40,5 Вт. Катодный узел через 300 ч работы дал 45 осевое отклонение 0,24 мм, т.е. имел недостаточную формоустойчивость. С целью увеличения формоустойчивости была увеличена площадь поперечного сечения перемычки катододержателя за 50 счет изменения глубины вырезания h с 3,1 до 3,2 мм (фиг. 3): Д„=3,8 мм;

Д „=3,0 мм; h=3 2 мм; Ы=ЗО ;

В=1,49 мм; P =1,3.

Расчетом получены следующие значения площадей сечения перемычек и окон: Б =0,48 мм; Я „ „„ =1,44 мм пполн =2,82 мм2 °

95 4

При полученных значениях площадей сечения перемычек их длина определя-. лась из условия, что температура в точке III не должна превышать 800 С, при которой исключается схватывание материала катододержателя, B котором он крепится. Перепад температуры между точками. II u III в,КПУ с L =

=4,5 мм составлял 4 Tz=380 С а в расо считываемом КПУ пТ вЂ = 5 С.

Тогда длина перемычки определяется из выражения

dT2 Б пал г 500 1,44

L „д T„S1 пол. 380 1,08

7,66.

Экспериментальное определение формоустойчивости катододержателя с L=7,5 мм показало, что через 600 ч его работы осевое смещение превысило 0,2 мм. После этого был изготовлен и исследован катододержатель с длиной перемычки .=6 мм, осевое смещение которого после 1250 ч работы не превышало 0,12 мм, что удовлетворяет условиям работы. Снятые зависимости температуры катода от мощности накала при различной длине перемычек (фиг. 6) также подтверждают указанный диапазон оптимальных значений отношений площадей поперечного сечения перемычек и окон и модуля отношения длины каждой перемычки к площади их поперечного сечения.В таблице приведены значения мощности накала при различной температуре эмиттера для трех величин перемычек.

Так, при L=4,5 мм мощность накала

P=38,5 Вт, при Ь=б мм мощность накала Р=28,2 Вт, при L=7,5 мм мощность . накала Р=34,65 Вт. При L=á мм отношение площадей поперечного сечения полн перемычек и окон равно

2 полн

=0,33, а модуль отношения длины перемычек к площади их поперечного сечения

Ь 6

S 1 44

1 полн У вЂ” 7,03; где К вЂ” коэффициент, учитывающий изменение линейных размеров материала (в данном случае молибдена) катододержателя в точке EI (фиг. 4) при нагреве от 20 до 1300 С. т, 0с

1=45мм

1=7,5мм

1=6,0мм

I А U В I А Б,В

3,2

3 5 3,83 2,9

4,0 4,4 3,4

2,97

3 5

1100

4,0

4,0

3 53

1200

1300

4,32

4,06

4,4

4,3 4,96

4,7

4,82

4,6 5,72 4,0

1400

5,0

4,3

5,96

5,13

5,0

1500

6,3

7,0

6,0

1650

5,5

/У

Раг. 2

5 . 13151

Для катодов с диаметром более

3 MM они MoryT быть другими, ладывающимися в указанный диапазон.

При оптимальных значениях указанных отнощений площади поперечного се5 чения перемычек к площади поперечного сечения окон и отношении длины перемычек к площади их поперечно,го сечения обеспечивается высокая формоустойчивость катода, обеспечивающая работу без замены 5-7 тыс.ч и высокий срок службы подогревателя

1,5-2 тыс. ч. Кроме того, предложенная конструкция катодного узла обладает высокой энергоэкономичностью, при которой потребляемая на накал мощность не превышает 30 Вт, что способствует повышению формоустой-чивости катодного узла при высокой температуре катода.

95 6

Формула изобретения

Катодный узел электронно-лучевой пушки, содержащий выполненный в ви-. де втулки катододержатель с узлом нагрева катода, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения срока службы катода путем повышения его формоустойчивости без нарушения токопроводимости, в стенке катододержателя выполнены три окна, расположенные по высоте между узлом нагрева и нерабочим торцом катододержателя, отношение площадей поперечных сечений перемычек между окнами и окон равно 0,28-0,33, а соотношение длины перемычки между окнами к площади ее поперечного сечения равно 7,1-8,0. иг.

i 315195

7 с

ООд

ЖИ

fM0

rzuo

МО

Составитель Г. Квартальнова

Редактор В. Данко Техред М.Моргентал Корректор С. Шекмар

Заказ 2243/12 Тираж 975 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектн я, а 4