Электронно-лучевая сварочная пушка
Использование: сварка деталей преимущественно со стороны внутренней полости. Сущность изобретения: пушка содержит корпус 1, высоковольтный изолятор 2 и соосно расположенные в нем катодный узел 3, анодный блок 5 с экраном 6 и магнитную фокусирующую линзу 7 с обмоткой. Последняя установлена внутри экрана 6 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 6 выполнены высотой, равной соответственно 1/6 - 1/4 и 1/5 - 1/3 высоты изолятора 2, и установлены с зазором 4 относительно последнего, соответственно равным 1/10 - 1/12 и 1/5 - 1/6 их высоты. Такое размещение экранов и фокусирующей системы обеспечивает высокую надежность пушки за счет исключения пробоев по поверхности изолятора и сокращения габаритов. 1 ил. 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 3, 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 6 анода 5 установлена обмотка фокусирующей линзы фокусирующей системы 7 пушки. Пушка имеет расположенные в полости высоковольтного изолятора 2 между катодным 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 h1 и h2 заглубления экранов. При ускоряющем напряжении до 60 кВ высота экрана: h1 у катодного узла составляет 1/4 H; h2 у анодного блока 1/3 H. При ускоряющем напряжении выше 60 кВ высота экрана у катодного узла должна составлять примерно 1/6-1/4 Y, а у анодного блока 1/4-1/5 H. Увеличение высоты экранов относительно заданного значения предела не дает положительного эффекта, т. к. величина пробойного напряжения при дальнейшем увеличении заглубления уменьшается. Это обусловлено возрастанием напряженности поля выше определенного критического значения в промежутке между электродами (катодом и анодом) и увеличением соответственно темновых токов, что недопустимо. Уменьшение же высоты заглубления сверх заданных пределов также уменьшает величину пробойного напряжения. Существенное значение при этом имеет величина зазора между высоковольтным изолятором 2 и экранами 8 и 6 в зоне их размещения. В зоне размещения катодного узла 4 величина зазора S1 выполняется равной 1/10-1/12 от высоты h1 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 S2 между высоковольтным изолятором 2 и экраном 6 должна быть больше, а именно: составлять 1/5-1/6 высоты h2 экрана. Уменьшение зазоров в обоих случаях не должно иметь место, т.к. приводит к повышению напряженности в местах заделки изолятора 2 в электроды, что снижает электрическую прочность, кроме того, уменьшение зазора снижает величину вакуумного промежутка, что также снижает электрическую прочность т.к. инициирует пробой между экраном и изолятором. Увеличение же зазоров сверх указанных 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 изолятора 2, при этом зазор между экраном и изолятором становится достаточным для придания электронам требуемой энергии. Кроме того, заглубление катододержателя 4 и экрана 6, анодного блока 5 во внутренний объем изолятора 2 позволило разместить катодный узел 3 и фокусирующую систему 7 внутри катододержателя 4 и экрана 6 анодного блока 5 соответственно. Таким образом, за счет изготовления катододержателя 4 и анодного блока в виде экранов увеличивается электрическая прочность пушки и соответственно уменьшаются ее габариты. Электронно-лучевая пушка работает следующим образом. На катододержатель 6 подают ускоряющее напряжение, а на катодный узел 3 ток накала катода, в результате чего катод разогревается и начинает эмиттировать 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 концентрация 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 h1 катододержателя, выполненного в виде экрана, равна 12 мм 1/4 H, зазор S1 между экраном и изолятором 1 мм, т.е. 1/10 h1. Анодный блок в пушке выполнен с заглублением на величину h2 17 мм 1/3 Н, с зазором S2 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 без пробоев. Некоторые данные экспериментальной проверки образца малогабаритной пушки приведены в таблице. Таким образом, из приведенной таблицы видно, что надежность пушки, в частности исключение пробоев, гарантируют только соотношения размеров экранов, установленных между высоковольтным изолятором и катодным узлом и корпусом анодного блока, и зазоров между ними, приведенные в формуле изобретения. Выход за эти размеры приводит к появлению пробоев, что снижает электрическую прочность пушки, нарушает технологичность процесса. При таких соотношениях размеров появилась возможность с гарантированным отсутствием пробоев уменьшить высоту высоковольтного изолятора по отношению к общепринятой, что позволило сократить габариты пушки для обеспечения сварки внутри изделий.
Формула изобретения
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ СВАРОЧНАЯ ПУШКА, содержащая высоковольтный изолятор, расположенные внутри него с противоположных сторон соосные катодный узел и анод, а также экран и электромагнитную фокусирующую линзу с обмоткой, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения габаритов и расширения эксплуатационных возможностей, она снабжена вторым экраном, экраны выполнены из 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 - 1/6 и 1/10 - 1/12 высоты соответствующего экрана.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 29-2000
Извещение опубликовано: 20.10.2000
