Электронно-лучевая пушка

 

ЭЛЕРРОННОЛУЧЕВАЯПУШКА, содержащая дисковый катод, а также прикатодный электрод и анод, рабочие поверхности которых выполнены в виде поверхностей вращения, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества сварного соедине- . ния путем стабилизации положения кроссовера, рабочие поверхности прикатодного электрода и анода выполнены гиперболическими с соотношением продольных и поперечных полуосей, равным 1,4, и с соотношением продольных полуосей, равным 4,66, имеющих общую асимптотическую поверхность, причем диаметр катода не превьш ает 0,6 его расстояния до анода, диаметр рабочей поверхности прикатодного электрода равен 3-6 этого расстояния, а диаметр рабочей поверхности анода равен 0,5-1,1 диаметра рабочей поверхности прикатодного электрода. СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК .

„„SU„„94804 (51)4 В 23 К 15 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

rIO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н AST0PCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3229295/25-27 (22) 04. 01. 81 (46) 15.02.89; Бюп. 11 6 (72) В.Ю.Горстин, Г.А.Логинов, К.С.Монахов, Н.Ю.Пальчук и С.И.Чугунов (53) 621.791.72.03 (088.8) (56) Шиллер 3. и др. Электроннолуче вая технология. М.: "Энергия", 1980, с.51.

Патент Японии Р 55-19716 . В 23 К 15/00, 28. 05.80. (54) (57) ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВАЯ ПУШКА, содержащая дисковый катод, а также прикатодный электрод и анод,.рабочие поверхности которых выполнены в виде поверхностей вращения, о т л и ч аI

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 положения кроссовера, рабочие поверхности прикатодного электрода и анода выполнены гиперболическими с соотношением продольных и поперечных полуосей, равным 1,4, и с соотношением продольных полуосей, равным 4,66, имеющих общую асимптотическую поверхность, причем диаметр катода не превышает

0,6 его расстояния до анода, диаметр рабочей поверхности прикатодного электрода равен 3-6 этого расстояния, а диаметр рабочей поверхности анода равен 0,5-1, 1 диаметра рабочей поверхности прикатодного электрода.

Недостатком данной электроннолучевой пушки является невысокое качество ф, сварного соединения, из-за изменения положения кроссовера в процессе свар- «ю ки °

Целью изобретения является повышение качества сварного соединения путем стабилизации положения кроссовера.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что в электроннолучевой пушке, содержащей дисковый катод, а также прикатодный электрод и анод, рабочие поверхности которых выполнены в виде поверхностей вращения, рабочие поверхности прикатодного элек-. трода и анода выполнены гиперболическими с соотношением продольных и

:поперечных полуосей, равным 1 4 и

948047 с соотношением продольных полуосей, равным 4,66, имеющих общую асимптотическую поверхность, причем диаметр катода не превьппает 0,6 его расстояния до анода, диаметр рабочей поверх5 ности прикатодного электрода равен

3-6 этого расстояния, а диаметр рабочей поверхносТи анода равен 0,51, 1 диаметра рабочей поверхности при- 10 катодного электрода.

На чертеже представлена схема электроннолучевой пушки.

Пушка содержит дисковый катод 1, а также прикатодный электрод 2 и анод 3, рабочие поверхности которых выполнены в виде поверхностей вращения. Рабочие поверхности прикатодного электрода 2 и анода 3 выполнены гиперболическими с соотношением продольных и поперечных полуосей, рава ным =. 1,4, и с соотношением проа1 дольных полуосей, равным —— и.

= ch(2 К) = 4,66, имеющих общую. асимптотическую поверхность. Причем диаметр катода 1 не превьппает 0,6 его расстояния до анода 3, диаметр рабочей поверхности прикатодного электро- 3О да 2 равен 3-6 этого расстояния, а диаметр рабочей поверхности анода равен 0,5-1,1 диаметра рабочей поверхности прикатодного электрода1 где à à z — - продольные полуоси ги19

35 перболоидов вращения; с - поперечная полуось гиперболоида вращения;

ch — косинус гиперболический, Электроннолучевая пушка также со 4 держит катодоподогреватель 5, изоля1 торы 6 и высоковольтные изоляторы 7.

Катод 1, выполненный, например из лантанборида или тантала, с помощью катододержателя 4 через изоляторы 6 соединяют с прикатодным электродом 2., Разогрев катода осуществляют элек-.. тродной бомбардировкой с .катодоподогревателя::5, закрепленного через изоляторы 6 на прикатодном электроде 2.

Таким образом, катод 1 с катодододогревателем 5, изоляторами 6 и прикатодным электродом 2 образует единый узел, соединенный высоковольтными изоляторами 7 с анодом 3.

-55

Поверхйости катода 1, прикатодного электрода 2 и анода 3 представляют- собой эквипотенциальные поверхнос ти распределения потенциала. представленного уравнением Р= К/Z - — -) +ц

2 О 1 где ц — потенциал;

" постоянные интегрирования уравнения Лапласа;

Z, r — - текущие координаты.

Данное распределение потенциала обладает фокусирующими свойствами и дает воэможность аналитического решения уравнения движения электронов.

Так как поверхности гиперболоидов асимптотически приближаются к общей конической поверхности, то существенное влияние на электрическую прочность пушки оказывают соотношения размеров рабочих поверхностей катода, прикатодного электрода и анода. Кроме того, их размеры должны быть таковы, чтобы не исключалась расчетная конфигурация поля в рабочей зоне и обеспечивалось расчетное формирование пучка электронов, а следовательно, и расчетное положение кроссовера.

Расчетное положение кроссовера в предлагаемом прожекторе для плоского катода, расположенного в вершине гиперболической поверхности, являющейся продолжением гиперболической поверхности прикатодного электрода, определяют по формуле /2

Zqz =а ch (— -и)+

+ — — f ° (1+ ch(и)), kT 12

qU 2 где Т вЂ” температура катода;

f — расстояние катод-анод;

U — ускоряющее напряжение;

q - заряд электрона; — постоянная Больцмана; а — 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 положедля анода

) гд = 1Г2 где r »r „, Z- — текущие координаты;

f — расстояние катод-анод.

Точность обработки поверхностей 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 О 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. Первона- чально 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.

5 94804 ние кроссовера изменяется в диапазоне от 0,003 до 0,009 мм, т.е. практически не изменяется, что в свою очередь приводит к повьппению количества свар5 ного соединения.

Полученные результаты верны при условии, что диаметр катода не превьппает 0,6 расстояния катод-анод. В этом случае продолжение гиперболичес- 1О кой поверхности прикатодного электрода в области катода аппроксимируют плоскостью. Увеличение диаметра катода более чем на 0,6 расстояния катоданод, приводит к искажению расчетной конфигурации поля в рабочей зоне и, следовательно, к отклонениям от расчетных параметров.

Диаметр рабочей поверхности прикатодного электрода выбирают в диапа- 20 зоне от 3 до 6 расстояния катод-анод, так как уменьшение этого диаметра менее 3 расстояний катод, -анод приводит к искажению расчетной конфигурации поля. 25

При увеличении диаметра рабочей части прикатодного электрода более

6 расстояний катод-анод сближают крайние точки прикатодного электрода и анода, что приводит к снижению 30 электропрочности пушки.

По таким же соображениям диаметр рабочей части анода выбирают в диапазоне от 0,5 до 1,1 диаметра рабочей части прикатодного электрода.

Электроннолучевая пушка работает следующим образом.

При,помощи катодоподогревателя 5 разогревают катод 1 до температуры, обеспечивающей эмиссию с катода элек« 40 тронов, которые формируют с помощью прикатодного электрода 2 и анода 3 в луч.

Электроды пушки изготавливали со следующими размерами, мм: 45

Диаметр катода 4,6 (материал - тантал)

Диаметр рабочей части прикатодного электрода 47

Диаметр рабочей части анода . 48

Расстояние катод-. анод 13

Рабочие поверхности прикатодного электрода и анода строят по координатам на основании уравнений для прикатодного электрода

r = VÃ2 ° K . — (0,273 Е)

Контроль производят по поперечным микрошлифам при трехкратном увеличении.

Результаты экспериментов подтверждают практически стабильное положение кроссовера в пушке даже при изменении тока луча от 5 мА до 200 мА, Данная электроннолучевая пушка позволяет стабилизировать положение кроссовера при колебаниях в процессе сварки ускоряющего напряжения, а сле довательно повысить качество сварного соединения.

948047

Составитель В.Мельников

Редактор Н.Сильнягина Техред,М.Ходанич

КоРРектоР И.Муска

Заказ 755 Тираж 892 Подписное

ВЕЯИПК Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина,101