Электронно-лучевая установка
Владельцы патента RU 2296038:
Закрытое акционерное общество Научно-производственный центр "Элионная техника" (ЗАО "НПЦ "ЭТ") (RU)
Изобретение относится к электротехнике, в частности к электронно-лучевой установке, и может найти применение при электронно-лучевой сварке и термообработке в различных отраслях машиностроения. Установка содержит вакуумный корпус (1), с которым состыкованы триодная электронная пушка (4) и система транспортировки электронного пучка (6) к координатному столу. Система (6) выполнена в виде герметичного корпуса лучевода (7) с расположенными вдоль него диафрагмами (8) и магнитными линзами (9, 10, 11). Г-образные откачные патрубки (14) с автономными откачными устройствами (15) ортогонально и герметично соединены с анодным фланцем пушки (4), выполненным в виде цилиндрического стакана (16), и с цилиндрической стенкой лучевода (7). Центрирующая линза (9) отделена дисковой перегородкой (19) от магнитных линз фокусировки и отклонения и установлена между диафрагмами (8), выполненными в форме усеченных конусов. Расстояние между торцами диафрагм (8) равно удвоенному диаметру центрального отверстия. Эти особенности конструкции обеспечивают повышение эффективности технологического процесса за счет создания оптимального перепада давления вдоль электронно-лучевого тракта и повышение мобильности управления, а также повышают надежность и расширяют диапазон рабочих параметров, необходимых при унификации способов обработки изделий. 2 ил.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к приборам, предназначенным для электронно-лучевой сварки металлических изделий, деталей и узлов.
Известна электронно-лучевая установка [1], предназначенная для микросварки и термической обработки изделий в вакууме, содержащая триодную электронную пушку, установленную на торце цилиндрического вакуумного корпуса, аксиально-симметричный блок транспортировки электронного пучка с магнитными линзами и рабочую камеру с координатным столом.
Основными недостатками известного устройства являются большая протяженность тракта транспортировки электронного пучка и низкая надежность системы в режимах, когда необходимо обеспечивать большой перепад давлений между областью ускорения и формирования пучка и рабочей камерой.
Кроме этого, известное устройство ограничено в своих технологических и функциональных возможностях в случае необходимости проведения механической юстировки элементов пушки, блока транспортировки пучка и вариаций режима газодинамического тракта при изменениях типа технологического процесса - сварка, термическая и размерная обработка.
Известна также электронно-лучевая установка [2], содержащая технологический вакуумный корпус с откачными патрубками и координатным столом, с которым осесимметрично состыкованы и последовательно размещены триодная электронная пушка с катодным узлом и анодным фланцем и аксиально-симметричная система транспортировки электронного пучка, выполненная в виде корпуса лучевода с расположенными вдоль него диафрагмами, центрирующей, фокусирующей и отклоняющей магнитными линзами, систему высоковольтного питания и управления линзами.
В известной установке предусмотрена возможность механической и электромагнитной юстировки системы транспортировки электронного пучка, однако вариации градиентов давления и режима газодинамического тракта, необходимые при изменениях типа технологического процесса, ограничены выбранной геометрией основных узлов установки. Это влияет на надежность системы и ограничивает ее функциональные возможности.
Настоящее изобретение решает задачу эффективного создания необходимых градиентов давления и режима фокусировки, центрирования и отклонения электронного пучка для широкого спектра технологических условий и процессов. Кроме этого, обеспечивается уменьшение протяженности тракта транспортировки электронного пучка и соответственно улучшение удельных массогабаритных параметров и повышение кпд и надежности.
Для решения этой задачи в известной [2] электронно-лучевой установке, содержащей технологический вакуумный корпус с откачными патрубками и координатным столом, с которым осесимметрично состыкованы и последовательно размещены триодная электронная пушка с катодным узлом и анодным фланцем и аксиально-симметричная система транспортировки электронного пучка к координатному столу, выполненная в виде корпуса лучевода с расположенными вдоль него диафрагмами, центрирующей, фокусирующей и отклоняющей магнитными линзами, систему высоковольтного питания и управления линзами, в установку встроена пара Г-образных откачных патрубков с автономными откачными устройствами, анодный фланец пушки выполнен в виде цилиндрического стакана, установленного аксиально-асимметрично в корпусе лучевода, при этом стакан герметично соединен с цилиндрической стенкой, а на боковой поверхности стакана имеется отверстие, ортогонально сопряженное с первым Г-образным патрубком, а второй патрубок с откачным устройством ортогонально вмонтирован в цилиндрическую стенку анодного фланца пушки, центрирующая катушка отделена дисковой перегородкой от фокусирующей линзы и установлена между диафрагмами, выполненными в форме усеченных конусов, меньшие основания которых ориентированы в сторону координатного стола, а большие основания закреплены на внешней поверхности торца анодного фланца и на внутренней поверхности дисковой перегородки, причем расстояние между торцами диафрагм равно удвоенному диаметру центрального отверстия.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид установки, скомпонованной в технологическом вакуумном корпусе, а на фиг.2 - общий вид ЭЛТУ, в которой электронно-лучевой блок с дополнительными автономными откачными устройствами расположен над технологическим корпусом.
Предлагаемая электронно-лучевая установка содержит технологический вакуумный корпус 1 с откачными патрубками 2 и координатным столом 3.
Триодная электронная пушка 4 снабжена анодным фланцем 5, выполненным в виде цилиндрического стакана.
Система транспортировки электронного пучка 6 выполнена в виде корпуса лучевода 7 с расположенными в нем диафрагмами 8, а также центрирующей 9, фокусирующей 10 и отклоняющими 11 магнитными линзами.
Установка содержит систему высоковольтного питания 12 и систему питания и управления линзами 13.
Встроенные Г-образные откачные патрубки 14 соединены с автономными откачными устройствами 15.
Цилиндрический стакан анодного фланца 16 установлен асимметрично в корпусе лучевода 7 и герметично соединен отверстием в цилиндрической стенке 18 с первым Г-образным патрубком 14. Второй патрубок с откачным устройством вмонтирован герметично в цилиндрическую стенку 17 корпуса лучевода 7. Центрирующая магнитная линза 9 отделена дисковой перегородкой 19 в лучеводе 7 и установлена между диафрагмами 8, выполненными в форме усеченных конусов. Меньшие основания диафрагм 20 ориентированы в сторону координатного стола. Большие основания диафрагм закреплены соответственно на внешней стороне торца анодного фланца 21 и на внутренней поверхности дисковой перегородки 22. Расстояние h (23) между торцами диафрагм 20 равно удвоенному диаметру d (24) центрального отверстия. Высоковольтный ввод 25 электронной пушки по фиг.1 герметично крепится на верхней крышке технологического корпуса и используется также для подвода питания накала для катодного узла 26. Анодный электрод 27 и фланец заземлены.
Электронно-лучевая установка работает следующим образом.
Перед началом работы проводится механическая юстировка блоков и затем производится включение откачной системы технологической камеры и электронной пушки.
Давление в рабочей камере, поддерживаемое форвакуумным насосом, может оставаться в пределах 10-2 - 10-3 мм рт.ст.
Автономные откачные устройства 15, собранные, например, на основе турбомолекулярных насосов, могут включаться параллельно и одновременно либо поочередно в зависимости от типа технологического процесса.
Система высоковольтного питания установки 12 автоматически обеспечивает стабилизацию высокого напряжения по сигналу с высоковольтного делителя напряжения, а также подавление пульсаций напряжения до заданного уровня. Система питания и управления линзами 13, как и в прототипе, снабжена датчиками контроля режима и положения электронного пучка для ведения сварки.
Встроенные Г-образные откачные патрубки 14 с откачными устройствами 15 формируют режим дифференциальной откачки рабочего объема триодной электронной пушки с электродами 26 и 27 и области расположения центрирующей магнитной линзы 9, ограниченной конусными диафрагмами 8. Эмпирически найденное отношение расстояния между торцами диафрагм и диаметра их центрального отверстия h/d=2 обеспечивает эффективное действие механизма газодинамического затвора на входе пучка в лучевод 7. При этом вероятность развития разряда в системе транспортировки электронного пучка 6, обусловленного взаимодействием пучка и остаточного газа, резко снижается и повышается эффективность магнитной коррекции положения и диаметра пучка. Для выбранного количества ступеней откачки n=2 длина пучка в области центрирования его положения оказывается минимальной, поскольку откачные патрубки 14 расположены ортогонально по отношению к оси системы и к лучеводу 7.
Кроме этого, предлагаемое выполнение основных блоков электроннолучевой установки обеспечивает возможность по фиг.2 их юстировки и демонтажа без разборки всего комплекса. Минимизация длины тракта пучка в зоне дифференциальной откачки, в свою очередь, расширяет допустимый диапазон рабочих параметров: плотность тока, поперечное сечение, мощность.
Источники информации
1. Спивак В.М. и др. Системы управления лучевых технологических установок. Киев. 1988 г., стр.202-206, рис.52.
2. Патент РФ №2192687, 7 H 01 J 37/30, 2002 г. Бюл. №31.
Электронно-лучевая установка, содержащая технологический вакуумный корпус с откачным патрубком и координатным столом, над которым последовательно и осесимметрично размещены триодная электронная пушка с катодным узлом и анодным фланцем, аксиально-симметричная система транспортировки электронного пучка к координатному столу, выполненная в виде герметичного корпуса с расположенными вдоль него диафрагмами, центрирующей, фокусирующей и отклоняющей магнитными линзами, систему высоковольтного питания и управления линзами, отличающаяся тем, что в установку встроена пара Г-образных откачных патрубков с автономными откачными устройствами, анодный фланец пушки выполнен в виде цилиндрического стакана, установленного аксиально-асимметрично в корпусе лучевода, при этом стакан герметично соединен с цилиндрической стенкой, а на боковой поверхности стакана имеется отверстие, ортогонально сопряженное с первым Г-образным патрубком, а второй патрубок с откачным устройством ортогонально вмонтирован в цилиндрическую стенку анодного фланца пушки, центрирующая магнитная линза отделена дисковой перегородкой от фокусирующей магнитной линзы и установлена между диафрагмами, выполненными в форме усеченных конусов, меньшие основания которых ориентированы в сторону координатного стола, а большие основания закреплены на внешней поверхности торца анодного фланца и на внутренней поверхности дисковой перегородки, причем расстояние между торцами диафрагм равно удвоенному диаметру центрального отверстия.
