Электронно-лучевая пушка Советский патент 1989 года по МПК B23K15/00 

.1

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 вьшолнены 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.

;о

Недостатком данной электроннолуче4вой пушки является невысокое качество сварного соединения, из-за изменения

00 положения кроссовера в процессе свароки.

4

Целью изобретения является повьш1еЧние 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 электрода и анода выполнены гиперболическими с соотношением продольных и поперечных полуосей, равным 1,4, и 394 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 пoвepxнoctи анода равен 0,51,1 диаметра рабочей поверхности при катодного электрода, На чертеже представлена схема i 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 соотнощением продольных и поперечных полуосей, равHbuj 1,4, И С соотношением про a-t дольных полуосей, равным - ch() 4,66, имеющих общую. асимптотическую поверхность. Причем диаметр катода 1 не превьш1ает 0,6 ег расстояния до анода 3, диаметр рабочей поверхности прикатодного электро да 2 равен 3-6 этого расстояния, а диаметр рабочей поверхности анода равен 0,5-1,1 диаметра рабочей поверхности прикатодного электрода, где а , а -2 продольные полуоси гиперболоидов вращения; с - поперечная полуось Гиперболоида вращения; ch - косинус гиперболический Электроннолучевая пушка также содержит катодоподогреватель 5, изоля торы 6 и высоковольтные изоляторы 7. Катод, .1, вьшолненный, например из лантанборида шш тантала, с помощью катододержателя 4 через изоляторы 6 соединяют с прикатодным электродом 2 Разогрев катода осуществляют элек-, тродной бомбардировкой с-катодоподогревателя :5, закрепленного через изо ляторы 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. Поверхности катода 1, прикатодно го электрода 2 и анода 3 представляют собой эквипотенциальные поверхнос ти распределения потенциала, представленного уравнением Lf К /Z2 ) + д., где Lf - потенциал; К , постоянные интегрирования уравнения Лапласа; Z, г - текущие координаты. Данное распределение потенциала обладает фокусирующими свойствами и дает возможность 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 фop мpoвaниe 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 a,.ch (-f) + ch(-tl), I-.f fi ti V где Т - температура катода; f - расстояние катод-анод; и - ускоряющее напряжение; q - заряд электрона; k. - постоянная Больцмана; а - продольная полуось гиперболоида поверхности прикатодного электрода. По приведенным формулам можно рассчитат 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 положе5ние кроссовера изменяется в диапазо от 0,003 до 0,009 мм, т.е. практичес ки не изменяет ся, что в свою очередь приводит к повьппению количества свар ного соединения. Полученные результаты верны при условии, что диаметр катода не превышает 0,6 расстояния катод-анод. В этом случае продолжение гиперболичес кой поверхности прикатодного электро да в области катода аппроксимируют плоскостью. Увеличение диаметра като да более чем на 0,6 расстояния катод анод, приводит к искажению расчетной конфигурации поля в рабочей зоне и, следовательно, к отклонениям от расчетных параметров. Диаметр рабочей поверхности прикатодного электрода выбирают в диапа зоне от 3 до 6 расстояния катод-анод так как уменьшение этого диаметра ме нее 3 расстояний катод, -анод приводи к искажению расчетной конфигурации поля.. При увеличении диаметра рабочей части прикатодного электрода более 6 расстояний катод-анод сближают крайние точки прикатодного электрода и анода, что приводит к снижению 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 тронов, которые формируют с помощью прикатодного электрода 2 и анода 3 в луч. Электроды пушки изготавливали со следующими размерами, мм: 4,6 (матери Диаметр катода ал - тантал) Диаметр рабочей части прикатодного электрода 47 Диаметр рабочей части анода .48 Расстояние катодт анод13 Рабочие поверхности прикатодного электрода и анода строят по координатам на основании уравнений 7 для прикатодного электрода /2- Vz. - (0,273 f)2 для анода гс, V -Vzz - (1 ,273 f)z где г„,Гц, 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. Первоначально 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 всез4 случаях наиболее глубокое проплавление получают при токе фокусировки в 425 мА. Контроль производят по поперечным микрошлифам при трехкратном увеличении. Результаты экспериментов подтвердают практически стабильное положение кроссовера в тгутке даже при изенении тока луча от 5 мА до 200 мА, Данная электроннолучевая пушка озволяет стабилизировать положетае россовера при колебаниях в процессе варки ускоряющего напряжения, а сле. 1овательно повысить качество свавного оединения.

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