CN105895478A - 具备抑制电子枪放电危害功能的电子束系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具备抑制电子枪放电危害功能的电子束系统，由高压油箱、高压电缆和电子枪组成。油箱电缆头和电子枪电缆头通过高压电缆相连。高压油箱的油箱外壳内还设有油箱抑制装置，该油箱抑制装置呈环状，且油箱导线从该油箱抑制装置的中心穿过；和/或电子枪的电子枪外壳内还设有电子枪抑制装置，该电子枪抑制装置呈环状，且电子枪导线从该电子枪抑制装置的中心穿过。本发明通过在电子枪高压入线端和/或高压油箱高压出线端加入抑制装置来提高抑制电子枪放电危害的效果。

Description

具备抑制电子枪放电危害功能的电子束系统

技术领域

本发明涉及电子束加工设备技术领域，具体涉及一种具备抑制电子枪放电危害功能的电子束系统。

背景技术

在电子束加工过程中，金属材料熔化时总伴随着金属本身及其附带金属和非金属等杂质的气化和蒸发，不可避免地在电子枪内部形成局部低真空区域，在电子束高压加速电场的作用下，产生放电现象(电击穿)，放电现象将破坏电子枪电极表面光洁度，进一步引发放电现象发生的概率。这种“放电”现象对电子束加工设备来说，是随机的、不规则的、不可避免的、更是致命的，它除了缩短电子枪(发射阴极)寿命和破坏电极表面光洁度外，还容易导致电子束流的不可控突增，极易造成工件加工缺陷甚至废品。

电子束加工发展历时60多年，电子束加工设备所包含的关键技术中，电子枪技术发展已臻成熟，加速高压加速电源性能也随着电力电子技术的发展得到大幅提升，但抑制电子枪放电危害相关技术，却长期得不到有效解决，严重制约电子束在加工精密器件领域的应用。目前，抑制电子枪放电危害的技术措施主要从加速高压加速电源入手，采用放电时快速切断供电手段，加工中断时间在5～30ms，在大工件加工时利用熔池的热惯性可消除中断影响。但此技术对抑制放电过程加速高压电源贮能的快速释放是无能为力的。

1995年，《高压电器》第4期刊登了一篇题名为“电子枪高压放电的危害及其对策”的论文，该文提出在高压电源回路中串接大电感扼流器抑制电击穿危害方法，实践表明，此方法抑制高压放电对低压控制回路的冲击效果良好，可明显提高控制系统的可靠性，至今仍被广泛使用。

高压放电时除了加速电源滤波元件的贮能快速释放外，高压电缆、灯丝电源组件、轰击电源组件和偏扫电源组件与低压端间的寄生电容的贮能也会快速释放，共同形成放电冲击。目前，抑制电子枪放电危害的技术手段对加速电源滤波电容形成的放电冲击有较好缓冲作用，但对高压电缆、灯丝电源组件、轰击电源组件和偏扫电源组件与低压端间的寄生电容形成的放电冲击无缓冲效果，对于诸如精密小焊件焊接、电子束打孔、毛化、刻蚀、快速制造等电子束微细精密加工领域，电击穿极容易造成严重的加工缺陷，会造成巨大的经济损失甚至严重后果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有电子枪产生高压放电危害的问题，提供一种具备抑制电子枪放电危害功能的电子束系统。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

具备抑制电子枪放电危害功能的电子束系统，由高压油箱、高压电缆和电子枪组成。高压油箱包括油箱外壳、油箱电缆头、油箱电极和油箱电源组件；油箱电缆头穿设在油箱外壳上，油箱电缆头的壳内端通过油箱导线与油箱电极相连。电子枪包括电子枪外壳、电子枪电缆头、绝缘子、电子枪电极、阴极及栅偏极组件、阳极；电子枪电缆头穿设在电子枪外壳上，电子枪电缆头的壳内端通过电子枪导线与电子枪电极相连。油箱电缆头的壳外端和电子枪电缆头的壳外端通过高压电缆相连。与现有技术不同的是，高压油箱的油箱外壳内还设有油箱抑制装置，该油箱抑制装置呈环状，且油箱导线从该油箱抑制装置的中心穿过；和/或电子枪的电子枪外壳内还设有电子枪抑制装置，该电子枪抑制装置呈环状，且电子枪导线从该电子枪抑制装置的中心穿过。

上述方案中，油箱抑制装置环套在油箱电缆头的壳内端的外侧。

所述油箱抑制装置的组成形式为：由m个第一种抑制单元组成，其中m≥1的整数；或由n个第二种抑制单元组成，其中n≥1的整数；或由i个第一种抑制单元和j个第二种抑制单元组成，其中i≥1的整数,j≥1的整数。

上述方案中，电子枪抑制装置环套在电子枪电缆头的壳内端的外侧。

所述电子枪抑制装置的组成形式为：由p个第一种抑制单元组成，其中p≥1的整数；或由q个第二种抑制单元组成，其中q≥1的整数；或由s个第一种抑制单元和t个第二种抑制单元组成，其中s≥1的整数,t≥1的整数。

上述油箱抑制装置中的第一种抑制单元和电子枪抑制装置的第一种抑制单元结构相同，均由闭合的高频第一铁芯构成。

上述油箱抑制装置中的第二种抑制单元和电子枪抑制装置的第二种抑制单元结构相同，由闭合的高频第二铁芯、环绕在第二铁芯上的感应绕组和串接在感应绕组两端的吸收电阻构成。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

1、通过在电子枪高压入线端和/或高压油箱高压出线端加入抑制装置来提高抑制电子枪放电危害的效果。

2、第一种抑制单元由闭合的高频铁芯构成，辅助电源(灯丝、轰击、栅偏)的电流对该抑制装置来说属于共模电流，所以闭合高频铁芯对辅助电源(灯丝、轰击、栅偏)不产生影响；电子枪电子束流和放电电流对该结构的抑制装置来说属于差模电流，所以闭合高频铁芯对电子束流有一定的滤波作用，对急剧变化的放电电流有较强的缓冲抑制作用。

3、第二种制单元由闭合的高频铁芯、环绕在高频铁芯上的感应绕组、接在绕组两端的吸收电阻构成，辅助电源(灯丝、轰击、栅偏)的电流对第二种抑制装置来说属于共模电流，所以第二种抑制装置对辅助电源(灯丝、轰击、栅偏)不产生影响；电子枪电子束流和放电电流对第二种抑制装置来说属于差模电流，但稳定的电子束流在感应绕组回路中不产生感应电流，只有急剧变化的放电电流在感应绕组回路中感应较大电流，从而把电子束系统部分容性贮能由吸收电阻释放掉，降低电子枪放电的危害。

附图说明

图1为一种具备抑制电子枪放电危害功能的电子束系统示意图。

图2为第一种抑制单元。

图3为第二种抑制单元。

图中标记：

1、高压油箱；11、油箱外壳；12、油箱电缆头；13、油箱抑制装置；14、变压器油；15、油箱电极；16、油箱电源组件；

2、高压电缆；

3、电子枪；31、电子枪外壳；32、电子枪电缆头；33、电子枪抑制装置；34、绝缘冷却油；35、绝缘子；36、电子枪电极；37、阴极及栅偏极组件；38、阳极；

40、第一铁芯；

41、第二铁芯；42感应绕组；43、吸收电阻。

具体实施方式

一种具备抑制电子枪放电危害功能的电子束系统，如图1所示，主要由高压油箱1、高压电缆2和电子枪3组成。油箱电缆头12的外端和电子枪电缆头32的外端通过高压电缆2相连。

高压油箱1包括油箱外壳11、油箱电缆头12、油箱抑制装置13、油箱电极15和油箱电源组件16。油箱外壳11内填充有变压器油14。油箱电源组件16浸没在变压器油14中，油箱电缆头12贯穿设置在油箱外11壳上。油箱电源组件16高压端由油箱电极15引出，并通过导线与油箱电缆头12的内端连接。高压油箱1内部在油箱电缆头12与油箱电极15之间设置油箱抑制装置13，所有由油箱电极15引出的引线都从油箱抑制装置13中间穿过，油箱抑制装置13的作用是在电子枪放电过程，缓冲高压油箱1内电子束加速电源滤波电容贮能以及各辅助电源(灯丝、轰击、栅偏)寄生电容贮能的释放，达到抑制电子枪放电危害的目的。油箱抑制装置13的组成有3种形式：①由m个第一种抑制单元组成，其中m≥1的整数；②由n个第二种抑制单元组成，其中n≥1的整数；③由i个第一种抑制单元和j个第二种抑制单元组成，其中i≥1的整数,j≥1的整数。

高压电缆2采用三芯或四芯高压电缆，也可采用3根或4根单芯高压电缆组成。不管是多芯还是单芯高压电缆它们的外层都套有金属屏蔽层，且该金属屏蔽层要求必须接地，从而高压电缆内部电线与金属屏蔽层间形成较大的寄生电容值，通过高压电时便贮能了电能。

电子枪3包括电子枪外壳31、电子枪电缆头32、电子枪抑制装置33、绝缘子35、电子枪电极36、阴极及栅偏极组件37、阳极38。绝缘子35横亘在电子枪外壳31内部，并将电子枪外壳31的内腔分割为上下两个腔室。上腔室内填充有绝缘冷却油34，下腔室内为真空室。阴极及栅偏极组件37和阳极38位于下腔室，阴极及栅偏极组件37固定在绝缘子35上，阳极38固定在电子枪外壳31上。电子枪电极36、电子枪电缆头32和电子枪抑制装置33位于上腔室。电子枪电极36是阴极及栅偏极组件37的引出头，位于绝缘子35上，电子枪电缆头32贯穿设置在电子枪外壳31上。电子枪电极36通过导线与电子枪电缆头32的内端连接。电子枪3内部在电子枪电缆头32与电子枪电极36之间设置电子枪抑制装置33，所有高压引线从电子枪抑制装置33中间穿过，电子枪抑制装置33的主要作用是在电子枪放电过程缓冲高压电缆2寄生电容贮能的释放，达到抑制电子枪放电危害的目的。若高压油箱1中不设置油箱抑制装置13，电子枪抑制装置33亦兼顾油箱抑制装置13的作用。电子枪抑制装置33的组成有3种形式：①由p个第一种抑制单元组成，其中p≥1的整数；②由q个第二种抑制单元组成，其中q≥1的整数；③由s个第一种抑制单元和t个第二种抑制单元组成，其中s≥1的整数,t≥1的整数。

所述第一种抑制单元由闭合的高频第一铁芯40构成，参见图2。在本发明中，所有与高压电极连接的线即连接电缆头和电极的导线都从第一铁芯40中间穿过。这样辅助电源(即灯丝、轰击和栅偏)的电流对第一铁芯40来说属于共模电流，所以第一铁芯40对辅助电源不产生影响。电子枪电子束流和放电电流对第一铁芯40来说属于差模电流，所以第一铁芯40对电子束流有一定的滤波作用，对急剧变化的放电电流有较强的缓冲抑制作用。

所述第二种抑制单元由闭合的高频第二铁芯41、环绕在第二铁芯41上的感应绕组42和串接在感应绕组42两端的吸收电阻43构成，参见图3。在本发明中，所有与高压电极连接的线即连接电缆头和电极的导线都从高频铁芯中心穿过。这样辅助电源(即灯丝、轰击和栅偏)的电流对第二种抑制单元来说属于共模电流，所以第二种抑制单元对辅助电源不产生影响。电子枪电子束流和放电电流对第二种抑制单元来说属于差模电流，但稳定的电子束流在感应绕组42回路中不产生感应电流，只有急剧变化的放电电流在感应绕组42回路中感应较大电流，从而把电子束系统部分容性贮能由吸收电阻43释放掉，降低电子枪放电的危害。

在本发明中，电子束系统可以仅在电子枪3中设置电子枪抑制装置33，此时电子枪抑制装置33将兼顾油箱抑制装置13的作用；也可以仅在高压油箱1中设置油箱抑制装置13，但油箱抑制装置13对抑制高压电缆2寄生电容贮能的释放无能为力；也可以同时在电子枪3中设置电子枪抑制装置33和在高压油箱1中设置油箱抑制装置13，此配置抑制电子枪放电危害效果最佳。

所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.具备抑制电子枪放电危害功能的电子束系统，由高压油箱(1)、高压电缆(2)和电子枪(3)组成；

高压油箱(1)包括油箱外壳(11)、油箱电缆头(12)、油箱电极(15)和油箱电源组件(16)；油箱电缆头(12)穿设在油箱外壳(11)上，油箱电缆头(12)的壳内端通过油箱导线与油箱电极(15)相连；

电子枪(3)包括电子枪外壳(31)、电子枪电缆头(32)、绝缘子(35)、电子枪电极(36)、阴极及栅偏极组件(37)、阳极(38)；电子枪电缆头(32)穿设在电子枪外壳(31)上，电子枪电缆头(32)的壳内端通过电子枪导线与电子枪电极(36)相连；

油箱电缆头(12)的壳外端和电子枪电缆头(32)的壳外端通过高压电缆(2)相连；其特征在于：

高压油箱(1)的油箱外壳(11)内还设有油箱抑制装置(13)，该油箱抑制装置(13)呈环状，且油箱导线从该油箱抑制装置(13)的中心穿过；

和/或

电子枪(3)的电子枪外壳(31)内还设有电子枪抑制装置(33)，该电子枪抑制装置(33)呈环状，且电子枪导线从该电子枪抑制装置(33)的中心穿过。

2.根据权利要求1所述具备抑制电子枪放电危害功能的电子束系统，其特征在于：油箱抑制装置(13)环套在油箱电缆头(12)的壳内端的外侧。

3.根据权利要求1或2所述具备抑制电子枪放电危害功能的电子束系统，其特征在于：油箱抑制装置(13)的组成形式为：由m个第一种抑制单元组成，其中m≥1的整数；或由n个第二种抑制单元组成，其中n≥1的整数；或由i个第一种抑制单元和j个第二种抑制单元组成，其中i≥1的整数,j≥1的整数。

4.根据权利要求3所述具备抑制电子枪放电危害功能的电子束系统，其特征在于：所述第一种抑制单元由闭合的高频第一铁芯(40)构成；所述第二种抑制单元由闭合的高频第二铁芯(41)、环绕在第二铁芯(41)上的感应绕组(42)和串接在感应绕组(42)两端的吸收电阻(43)构成。

5.根据权利要求1所述具备抑制电子枪放电危害功能的电子束系统，其特征在于：电子枪抑制装置(33)环套在电子枪电缆头(32)的壳内端 的外侧。

6.根据权利要求1或5所述具备抑制电子枪放电危害功能的电子束系统，其特征在于：

电子枪抑制装置(33)的组成形式为：由p个第一种抑制单元组成，其中p≥1的整数；或由q个第二种抑制单元组成，其中q≥1的整数；或由s个第一种抑制单元和t个第二种抑制单元组成，其中s≥1的整数,t≥1的整数。

7.根据权利要求6所述具备抑制电子枪放电危害功能的电子束系统，其特征在于：所述第一种抑制单元由闭合的高频第一铁芯(40)构成；所述第二种抑制单元由闭合的高频第二铁芯(41)、环绕在第二铁芯(41)上的感应绕组(42)和串接在感应绕组(42)两端的吸收电阻(43)构成。