Вакуумное устройство для термообработки материалов Советский патент 1980 года по МПК H05B7/18 H05H1/24 

(54) ВАКУУМНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для термообработки материалов, и может быть использовано в металлургии, сварочном производстве и для технологических целей.

Известны устройства для термообработки материсшов в вакууме, содег жащие герметичный корпус, разделенный на катодную и анодную камеры диафраг-О мой с каналом для прохождения газового разряда, и узел размещения в анодной камере обрабатываемого материала Ц.и 2 .

Недостатком известных устройств 15 является низкая эффективность нагрева обрабатываемого материала.

Целью данного изобретения является повышение эффективности обработки.

Для достижения этой цели длина ка- 20 нала в диафрагме выбрана не более его диаметра и не превышает длины свободного пробега электронов в газе, а узел размещения обрабатываемого материала снабжен механизмом переь щения, 2,

Устройство схематически изображено на чертеже.

Устройство содержит герметичйый корпус 1, катод 2, анод 3, диафрагму 4 с каналом 5, механизм б для пе- ЗС

ремещения обрабатываемого материала, нагреваемое вещество 7, патрубок 8 для откачки, измерения и напуска газа.

Диафрагма 4 установлена в корпусе так, что она разделяет объем полости корпуса 1 на две камеры, в одной из которых помещен анод 3 (анодная камера), в другой - катод 2 (катодная камера). Обе камеры сообщены каналом 5, имеющимся в диафрагме 4.

Катод 2 и анод 3 служат для создания в полости корпуса 1 газоврго разряда, который проходит между ними через канал 5 в диафрагме 4. Механизм

6для перемещения обрабатываемого материала служит для изменения, расстояния между этим материалом и каналом 5 в диафрагме 4, чем достигается изменение температуры материала 7. Механизм б электрически изолирован

от анода 3, катода 2 и корпуса 1, но в случае, когда нагреваемый материал

7электропроводен, целесообразно для увеличения эффективности нагрева соединять механизм 6, а вместе с ним и нагреваемый материал, с анодом 3.

Диафрагма 4 с каналом 5 изготовлена из метсшла и может быть электрически соединена с корпусом 1, однако устройство будет работоспособно и в случае изоляции диафрагмы 4 от корпуса 1, анода 3 и катода 2, Длина канала 5 должна быть минимально возможной, поскольку с увеличением длины канала растут потери энергии элек тронов при, столкновении со стенками канала и поэтому эффективность нагре ва уменьшается. Устройство работает следующим образом. В анодную и катодную камеры напускается газ, давление которого поддерживается в пределах 1-1,10 мм рт.ст. Между катодом 2 и анодом 3 прикладывается электрическое напряжение 100-150 В. При возникновении газового разряда в катодной камере. у канала 5 диафрагмы 4 образуется двойной электрический слой, граница которого представляет собой часть сферической поверхности с выпуклость обращенной в сторону катода 2. Двойной электрический слой ускоряет по направлению к аноду 3 электроны и от рицательные ионы и фокусирует их в анодной камере. Давление газа в камерах должно быть минимально возможным для поддержания устойчивого газового разряда и одинаковым в обе их камерах, так как наличие большого количества газа приведет к потерям энергии на его нагревание, а поток газа, вызванный разностью давлений газа в камерах, будет охлаждать нагреваемый материал, что приведет к уменьшению эффективности нагрева. Нагреваемый материал, закрепленный не механизме перемещения, устанавливается в просвете канала диафра мы в область фокусирования электронов и отрицательных ионов, где и про ис содит . нагревание. В связи с возникновением двойного электрического слоя в катодной .камере у канала диафрагмы, оёраВотка материала - нагревание, плавление, сва ка и испарение - осуществляется в ре зультате воздействия на его отрицательно заряженных частиц, в основно электронов, ускоренных в двойном электрическом елое. Нагреваемый материал устанавлива ся с Помощью механизма перемещения так, что перекидывает поток частиц, выходящих из отверстия диафрагмы в анодную камеру, на таком расстоянии от границы двойного электрического слоя, на котором большая часть части упомянутого потока не утратила на столкновения свою энергию, приобретенную в двойном электрическом слое то есть главным критерием в выборе длины канала является средняя длина свободного пробега электронов в газ Выделяющаяся в виде тепла энергия частиц при столкновении с поверхностью вещества нагревает его,, плавит, испаряет, а S случае присутствия двух или нескольких тел позволяет их сварку.Активная зона, где происходит нагрев веществ с высокой эффективностью, занимает небольшую часть газового разряда, расположенную от границы ДВОЙНОГО электрического слоя на расстоянии средней длины свободного пробега электрона в газе в сторону анода. Двойной электрический слой полусферической формы, расположенный в катодной камере,.фокусирует электроны к центру полусферы, если длина канала отверстия диафрагмы больше, чем диаметр или ширина указанного отверстия, то значительная часть электронов, ускоренных в двойном электрическом слое, будет взаимодействовать с внутренней поверхностью канала и нагревать диафрагму, что приведет к утрате энергии, а следовательно, KI уменьшению эффективности работы устрюйства. С помощью данного устройства при силе тока разряда не более 2 А, напряжении на разряде не более 100 В (использовался подогревной оксидный катод), давлении газа (технический гелий) в пределах 5 10- 9 10 мм рт.ст., при диаметре отверстия в диафрагме. 2 мм и длине канаша отверстия 0,5 мм произведено: прожигание отверстий в листовом вольфраме толщиной 0,05 мм и листовом молибдене толщиной 0,1 мм, плавление вольфрамовой проволоки диаметром 1 мм, сварка пластин из нержавеющей стали толщиной 0,2 мм, плавление и испарение бора, кварца и стекла.. Использование данного устройства позволяет увеличить эффективность нагрева, сварки и испарения веществ за счет использования в качестве теплоносителя электронного луча, образованного из электронов, ускоренных в двойном электрическом слое газового разряда при давлении газа в разряде в пределах 1-1«10 мм рт.ст. Формула изобретения Вакуумное устройство для термообработки материалов, например, сварки, содержащее герметичный корпус, разделенный на катодную и анодную камеры диафрагмой, в которой выполнен канал для прохождения газового разряда, и узел размещения в анодной камере обрабатываемого материала, отличающее ся тем, что, с целью, повышения эффективности термообработки, длина канала в диафрагме выбрана не более его диаметра и не превышает длины свободного пробега электронов в газе, а у.-зел размещения

обрабатываемого материала снабжен механизмом перемещения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР 228806, кл. Я 05 В 7/00, 1968.