CN105414732A - 多阴极电子枪装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多阴极电子枪装置，包括枪体和阴极变压器，其特征在于枪体内壁上端设有阴极座，下端设有阳极座，所述阴极座上设有中心导体柱、前导体柱和后导体柱，所述前导体柱和后导体柱中间设有中心导体柱，所述中心导体柱和前导体柱下端设有前阴极，所述中心导体柱和后导体柱下端设有后阴极，所述阳极座上设有阳极，所述阳极座和阳极上分别对应设有前阳极出束孔和后阳极出束孔，所述前阴极与前阳极出束孔相对应，所述后阴极与后阳极出束孔相对应，所述中心导体柱、前导体柱和后导体柱分别与阴极变压器相连接，具有结构新颖、使用方便、焊接质量高、工作效率高、加热速度极快、热影响区极小、变形微小、焊接深度比大、使用寿命长等优点。

Description

多阴极电子枪装置

技术领域

本发明涉及焊接设备技术领域，具体地说是一种多阴极电子枪装置。

背景技术

高能量密度的电子束由于束斑直径小、加热区域集中，因而加热速度极快，所获得的峰值温度高，可以快速达到金属的沸点。电子束焊接具有焊缝深宽比大（10:1~50:1），热影响区小，变形小，组织性能好，易于实现计算机控制，焊接参数重复性及稳定性好，以及适应能力强，可焊接厚度范围宽（0.05-300mm）等优点，适宜焊接难熔、热敏感性金属和异种金属等优点而广泛地应用于航空、航天、核能及船舶等重要工业领域。

电子枪中的阴极属于消耗品，当服役达到一定时长后会出现损坏停止下束等问题，另一方面电子束焊接过程中由于熔化金属的剧烈气化会导致电子枪发生高压放电过程，这些都属于焊接过程中意外断束问题，针对这个问题，当前的研究主要是提出预防措施，比如采取避免金属蒸汽直接进入电子枪以及控制电子束焊接工艺参数等措施，降低放电发生的概率。但是这些故障一旦发生，需要排除故障后再进行焊接，需要间隔很长时间，这不仅影响焊接生产效率，同时会影响焊缝质量，严重时会导致产品报废。此外对于断束位置的焊缝上会产生收束坑缺陷，如果束流中断后从该位置继续焊接，则会在该处产生凹坑缺陷。

如果断束后电子枪能够立即重新下束，同时使重新下束的起束点位置处于断束位置的后方，则可以有效克服断束带来的焊接质量和效率问题。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构新颖、使用方便、焊接质量高、工作效率高、加热速度极快、热影响区极小、变形微小、焊接深度比大、使用寿命长的多阴极电子枪装置。

一种多阴极电子枪装置，包括枪体和阴极变压器，其特征在于枪体内壁上端设有阴极座，下端设有阳极座，所述阴极座上设有中心导体柱、前导体柱和后导体柱，所述前导体柱和后导体柱中间设有中心导体柱，所述中心导体柱和前导体柱下端设有前阴极，所述中心导体柱和后导体柱下端设有后阴极，所述阳极座上设有阳极，所述阳极座和阳极上分别对应设有前阳极出束孔和后阳极出束孔，所述前阴极与前阳极出束孔相对应，所述后阴极与后阳极出束孔相对应，所述中心导体柱、前导体柱和后导体柱分别与阴极变压器相连接，当电子束焊枪的前阴极服役达到一定时长后出现损坏停止下束，或者，电子束焊接过程中由于熔化金属的剧烈气化会导致电子枪发生高压放电过程中意外断束时，可自动切换到后阴极进行工作，大大提高了工作效率，保证了焊接质量。

本发明可在所述中心导体柱和前导体柱上缠绕有前灯丝，所述中心导体柱和后导体柱上缠绕有后灯丝，所述前灯丝和后灯丝分别与阴极变压器相连接，并与轰击变压器的负压端相连接，以利于通过前灯丝或后灯丝在阴极间加上上千伏的轰击电压，在此电压下，从灯丝发射的电子轰击前阴极或后阴极，使前阴极或后阴极加热到一定温度后从其表面发射出大量电子，进一步显著提高加热速度。

本发明可在所述中心导体柱和前导体柱下端设有前阴极座，所述中心导体柱和后导体柱下端设有后阴极座，所述前阴极座下端设有前阴极，所述后阴极座下端设有后阴极，以利于进一步缩小电子束的束流直径，达到加热区域集中，加热速度极快、热影响区极小、变形微小、焊接深度比大的作用。

本发明由于采用上述结构，具有结构新颖、使用方便、焊接质量高、工作效率高、加热速度极快、热影响区极小、变形微小、焊接深度比大、使用寿命长等优点。

附图说明

图1是本发明第一种是实施例的结构示意图。

图2是本发明第二种实施例的结构示意图。

图3是本发明第三种实施例的结构示意图。

附图标记：前导体柱1、中心导体柱2、后导体柱3、前阴极4、后阴极5、阳极6、前阳极出束孔7、后阳极出束孔8、前灯丝9、后灯丝10、前阴极座11、后阴极座12。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

如附图所示，一种多阴极电子枪装置，包括枪体和阴极变压器，其特征在于枪体内壁上端设有阴极座，下端设有阳极座，所述阴极座上直线间隔排列有前导体柱1、中心导体柱2和后导体柱3，所述中心导体柱2和前导体柱1下端设有前阴极4，所述中心导体柱2和后导体柱3下端设有后阴极5，所述阳极座上设有阳极6，所述阳极座和阳极6上分别对应设有前阳极出束孔7和后阳极出束孔8，所述前阴极4与前阳极出束孔7相对应，所述后阴极5与后阳极出束孔8相对应，所述中心导体柱2、前导体柱1和后导体柱3分别与阴极变压器相连接，当电子束焊枪的前阴极服役达到一定时长后出现损坏停止下束，或者，电子束焊接过程中由于熔化金属的剧烈气化会导致电子枪发生高压放电过程中意外断束时，可自动切换到后阴极进行工作，大大提高了工作效率，保证了焊接质量。

本发明可在所述中心导体柱2和前导体柱1上缠绕有前灯丝9，所述中心导体柱2和后导体柱3上缠绕有后灯丝10，所述前灯丝9和后灯丝10分别与阴极变压器相连接，并与轰击变压器的负压端相连接，以利于通过前灯丝9或后灯丝10在阴极间加上上千伏的轰击电压，在此电压下，从灯丝发射的电子轰击前阴极4或后阴极5，使前阴极4或后阴极4加热到一定温度后从其表面发射出大量电子，进一步显著提高加热速度。

本发明可在所述中心导体柱2和前导体柱1下端设有前阴极座11，所述中心导体柱2和后导体柱3下端设有后阴极座12，所述前阴极座11下端设有前阴极4，所述后阴极座12下端设有后阴极5，以利于进一步缩小电子束的束流直径，达到加热区域集中，加热速度极快、热影响区极小、变形微小、焊接深度比大的作用。

实施例1：如附图1所示，本发明的组装方式可以采用直热式分体阴极，即前导体柱1和中心导体柱2下端前阴极4与后导体柱3和中心导体柱2下端的后阴极5为分体阴极，以使前导体柱1和中心导体柱2间的前阴极4加热到一定温度后从其表面发射出大量电子束流，该电子束流再通过阳极的前阳极出束孔至焊接金属板上，对难熔、热敏感性金属或异种金属进行焊接，在前阴极4工作的过程中，中心导体柱2将其热量传递给后阴极5，对后阴极5进行了间接加热，在焊接过程中，一旦前阴极4意外断束，控制系统可立即启用其后的后阴极5进行工作，使后阴极5无需再进行先期的加热，即可立即进行工作，后阴极5发射出的大量电子束流通过阳极的后阳极出束孔8至焊接金属板13上，使断束后的电子枪能够立即重新下束，同时，使重新下束的起束点位置处于断束位置的正后方，不但解决了断束造成的收束坑缺陷，而且，还大大节约了能源，提高了工作质量和工作效率，延长了使用寿命。

实施例2：如附图2所示，本发明的组装方式也可以采用直热式整体阴极，即前导体柱1和中心导体柱2下端前阴极4与后导体柱3和中心导体柱2下端的后阴极5为整体阴极，以使前导体柱1和中心导体柱2间的前阴极4加热到一定温度后从其表面发射出大量电子束流，该电子束流再通过阳极的前阳极出束孔7至焊接金属板上，对难熔、热敏感性金属或异种金属进行焊接，在前阴极4工作的过程中，中心导体柱2将其热量传递给后阴极5，对后阴极5进行了间接加热，在焊接过程中，一旦前阴极4意外断束，控制系统可立即启用其后的后阴极5进行工作，使后阴极5无需再进行先期的加热，即可立即进行工作，后阴极5发射出的大量电子束流通过阳极的后阳极出束孔8至焊接金属板上，使断束后的电子枪能够立即重新下束，同时，使重新下束的起束点位置处于断束位置的正后方，不但解决了断束造成的收束坑缺陷，而且，还大大节约了能源，提高了工作质量和工作效率，延长了使用寿命。

实施例3：如附图3所示，本发明的组装方式还可以采用间热式分体阴极，即所述前导体柱1和后导体柱3间线性设有至少一个中心导体柱2，且相邻的中心导体柱2、中心导体柱2和前导体柱1、中心导体柱2和后导体柱3间通过灯丝缠绕，以使前导体柱1和中心导体柱2间的前阴极4和前灯丝9间产生上千伏的轰击电压，在此电压下，从前灯丝9发射的电子轰击前阴极4，使阴极座下端的前阴极4加热到一定温度后从其表面发射出大量电子束流，该电子束流再通过阳极的阳极出束孔8至焊接金属板上，对难熔、热敏感性金属或异种金属进行焊接，在前阴极4工作的过程中，中心导体柱2将其热量传递给后阴极5，对后阴极5进行了间接加热，在焊接过程中，一旦前阴极4意外断束，控制系统可立即启用其后的后阴极5和后灯丝10进行工作，使后阴极5无需再进行先期的加热，即可立即进行工作，后阴极5和后灯丝10间产生上千伏的轰击电压，使从后灯丝10发射的电子轰击后阴极5，后阴极5发射出的大量电子束流通过阳极的后阳极出束孔8至焊接金属板上，使断束后的电子枪能够立即重新下束，同时，由于重新下束的起束点位置处于断束位置的正后方，不但解决了断束造成的收束坑缺陷，而且，还大大节约了能源，提高了工作质量和工作效率，延长了使用寿命。

本发明有以下优点：

(1)由于电子束焊接通常在真空室内进行，如果打开真空室进行故障排除后再次抽真空焊接，则会严重影响焊接生产效率，因此该装置和工艺方法可以有效解决断束过程引起的加工效率低的问题；

(2)电子束焊接断束后，如果焊缝不能及时继续焊接，则焊缝处温度下降，再次开启焊接则断束处经历了二次加热，导致焊接接头及母材的性能下降，对于不允许二次加热的零件则直接出现报废，采用本发明在断束处温度尚未下降时立即加热，断束处没有经历二次加热，从而保证了焊接接头的质量；

(3)通过优化焊接工艺，先启用焊接方向前阴极，在焊接过程中断后启用后阴极，从而避免了起束点与断束坑的重合，同时后方电子枪焊接进行到断束坑位置时能够完成对断束坑的调补，消除断束缺陷。

本发明适合于电子枪更换阴极困难的场合，如空间站宇航员舱外维修，如果采用单阴极电子枪，一旦出现阴极故障，则必须取消任务返回舱内更换阴极，而采用多阴极电子枪，则在一个阴极损坏后可以启用其余的阴极继续工作。

Claims (3)

1.一种多阴极电子枪装置，包括枪体和阴极变压器，其特征在于枪体内壁上端设有阴极座，下端设有阳极座，所述阴极座上设有中心导体柱、前导体柱和后导体柱，所述前导体柱和后导体柱中间设有中心导体柱，所述中心导体柱和前导体柱下端设有前阴极，所述中心导体柱和后导体柱下端设有后阴极，所述阳极座上设有阳极，所述阳极座和阳极上分别对应设有前阳极出束孔和后阳极出束孔，所述前阴极与前阳极出束孔相对应，所述后阴极与后阳极出束孔相对应，所述中心导体柱、前导体柱和后导体柱分别与高压变压器相连接。

2.根据权利要求1所述的一种多阴极电子枪装置，其特征在于所述中心导体柱和前导体柱上缠绕有前灯丝，所述中心导体柱和后导体柱上缠绕有后灯丝，所述前灯丝和后灯丝分别与阴极变压器相连接，并与轰击变压器的负压端相连接。

3.根据权利要求1所述的一种多阴极电子枪装置，其特征在于所述中心导体柱和前导体柱下端设有前阴极座，所述中心导体柱和后导体柱下端设有后阴极座，所述前阴极座下端设有前阴极，所述后阴极座下端设有后阴极。