СПОСОБ ТЕРМОЭМИССИОННОГО НАГРЕВА ДЕТАЛИ Советский патент 1973 года по МПК B23K15/00 H01J37/30 

1

Известен способ термоэмиссионного нагрева детали с постоянной толщиной в нормальных сечениях, изготовленной из высокоэмиссионного тугоплавкого материала, с использованием размещенного над деталью термоэмиттера, обращенного к ней своей эмиттирующей поверхностью.

Известный способ основан на облучении детали движущимся по направлению к ней потоком электронов, испускаемых термоэмиттером (термокатодом) и ускоренных высоким постоянным напряжением, поданным между термоэмиттером и деталью. Термоэмиттер при этом непрерывно подогревают или непосредственным пропусканием через него электрического тока, .или от внешнего источника тепла.

Известный способ не обеспечивает возможности равномерного нагрева детали сложной геометрической формы и в сильных импульсных магнитных полях, так как, например, возникновение магнитного поля от тока внешнего источника тепла исключает .возможность формирования однородного по плотности электронного потока от термокатода, а при нагреве деталей, размещенных в сильных импульсных магнитных полях (например, катодные узлы для инжекции электронов в импульсное магнитное поле) возникают пондемоторные силы между токами подогревателя и магнитным полем, разрушающе действующие на катодный узел.

Для обеспечения возможности равномерного нагрева детали сложной геометрической формы и в сильных импульсных магнитных полях по предлагаемому способу используют термоэмиттер с термоэмиссионной поверхностью, повторяющей форму нагреваемой поверхности детали, между термоэмиттером и деталью подают переменное напряжение и осуществляют локальный кратковременный разогрев термоэмиттера, причем величину переменного напряжения и расстояния между деталью и термоэмиттером выбирают из соотношения

TYd

.33,2,

518

где Т - температура нагрева детали, °К; d - расстояние между деталью и термоэмиттером, см; и - величина переменного напряжения, в. На чертеже показано устройство, обеспечивающее возможность реализации предлагаемого способа.

Устройство содержит герметичную вакуумную камеру }, тумблер 2 включения запального катода; запальный катод - внешний

источник тепла 3; термоэмиттер 4; тумблер 5 включения запального катода; выключатель 6 нагрева детали; деталь 7. Способ осуществляют следующим образом. Обеспечив вакуум ниже 10 мм рт. ст. в камере /, тумблером 2 включают яакал запального катода 5 и затем обеспечивают подачу высокого переменного напряжения между запальным катодом 3 и термоэмиттером 4 (с помощью тумблеров 5 и 5). Одновременно обеспечивается высокая разность потенциалов между деталью 7 и тврмоэмиттером 4. Вначале нагревается только та часть термоэмиттера 4, которая расположена напротив запального катода 3. Термоэлектронная эмиссия от одной зоны обеспечивает разогрев соответствующей части детали 7 до температуры, при которой начинается термоэлектронная эмиссия с детали в сторону термокатода 4. В этот момент отключают накал запального катода 3, и дальнейщий разогрев термоэмиттера 4 и детали 7 обеспечивается за счет их взаимной электроиной бомбардировки при наличии переменного напряжения между ними. Первоначальное локальное пятно нагрева вследствие теплопроводности и увеличения площади термоэмиссии распространяется по всей поверхности детали и термоэмиттера. Расстояние .между термоэмиттером 4 и деталью 7 и величину переменного напряжения мелсду ними определяют следующим образом. Плотность тока /, между пластинами, располол енными на расстоянии d, друг от друга, к которым подано действующее переменное напряжение 6, : . sin t равна У 2,33 -10 X /2.t/. а выделяемая при электронной бомбардировке пластин мощность W (усредненная по периоду) равна V {j-U-df 2A8-W -, em Jd Основные потери тепла WT пластин происходят за счет лучеиспускапия. Для вольфрама, например, нагретого до температуры Т с учетом теплового экрана (т. е. случай лучеиспускания в направлении нормали к поверхности детали в одну сторону) получаем: ir 2-10--r«, вт Поэтому температура Г детали, (получаемая при оценке теплового баланса), равна Г 33,2Данным методом нагревают, например, два вольфрамовых диска (с 1% борида лантана) толщиной 2 мм и диаметром 13 мм, установленных параллельно друг другу на расстоянии 5 мм. С одной стороны от дисков на расстоянии 3 мм от одного из них размещают запальяый катод - вольфрамовая проволока диаметром 1,2 мм. Между дисками было приложено переменное напряжение 900 в. Такое же напряжение прикладывают между запальным катодом и ближайщим к нему диском. Запальный катод накаливают только в течение 1-2 мин, после чего нагрев дисков осуществляется самопроизвольно при переменном напряжении 900 в и электронном токе 400 ма. Температура внещней поверхности диска составляет, приблизительно, 2800°С. В тех случаях, когда между запальным электродом и ближайшим к нему диском приложено постоянное напряжение (плюсом на диск), то начальный разогрев дисков осуществляют при более низком значении этого напряжения (600 в) без изменения выщеперечисленных параметров процесса. Предмет изобретения Способ термоэмиссионного нагрева детали с постоянной толщиной в нормальных сечениях, изготовленной из высокоэмиссионного тугоплавкого материала, с использоваипем размещенного над деталью термоэмиттера, обращенного к ней своей эмиттирующей поверхностью и нагреваемого внещним источником тепла до температуры термоэмиссии, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности равномерного нагрева детали сложной геометрической формы и в сильных импульсных магнитных полях, используют термоэмиттер с термоэмиссионной поверхностью, повторяющей форму нагреваемой поверхности детали, между термоэмиттером и деталью подают переменное напряжение и осуществляют локальный кратковременный разогрев термоэмиттера, причем величину переменного напряжения и расстояния между деталью и термоэмиттером выбирают из соотнощения:T-yd -332 5/8 где Т - температура нагрева детали, °К; d - расстояние между деталью и термоэмитером выбирают их соотношения, см; U - величина переменного напряжения, в.

Откачка на бакуум