CN211387335U - 一种非真空电子束钢轨焊接电子枪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种非真空电子束钢轨焊接电子枪,用于电子束焊接领域，其整体呈轴对称结构,自上而下包括电子束产生装置、第一真空腔、聚焦装置、加速装置、第二真空腔、等离子窗口、第三真空腔及偏转装置，本实用新型采用差分抽气式对电子枪抽真空,能够在电子枪中构成真空梯度极大的电子束飞行路径,在加速装置之后设置等离子窗口，能够降低电子束能量损耗并保证电子束的密封性，偏转装置设置在等离子窗口之后，能够更好的扩大电子束的运动范围，减小电子枪尺寸，电子束经偏转后能够达到钢轨焊缝的最大范围，本实用新型的一种非真空电子束钢轨焊接电子枪可实现钢轨在非真空环境下焊接，降低焊接成本，提高焊接质量。

Description

一种非真空电子束钢轨焊接电子枪

技术领域

本实用新型涉及电子束焊接领域，具体涉及一种非真空电子束钢轨焊接电子枪。

背景技术

电子束焊接是利用汇聚的高速电子流来轰击工件焊缝，使工件熔合的一种焊接方式。电子束焊接具有功率大、高质量与大深宽比等特性，在金属焊接与快速成型制造等方面有特殊的用途，目前电子束焊接技术在高端焊接领域具有无可替代的地位。但是由于真空电子束焊接技术受到真空室制约过大，所以目前的研究方向更倾向于非真空电子束焊接。

目前的非真空焊接技术主要有三个缺陷：一、电子束由真空室引出到大气过程中，能量损耗过大；二、电子束由大气至工件，能量密度过低；三、焊接质量不能保证。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种结构设计合理，能克服非真空电子束焊接缺陷，且能够明显提高钢轨焊接质量和效率的一种非真空电子束钢轨焊接电子枪。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：

一种非真空电子束钢轨焊接电子枪自上而下包括电子束产生装置、第一真空腔、聚焦装置、加速装置、第二真空腔、等离子窗口、第三真空腔及偏转装置。

电子束产生装置由灯丝、阴极及阳极组成，下方为聚焦装置，电子束产生装置与聚焦装置均处于第一真空腔，第一真空腔由第一真空泵抽真空，第一真空泵包括机械泵与分子泵，第一真空腔中部开有通孔便于电子束运功并与第二真空腔相连，加速装置处于第二真空腔，第二真空腔由第二真空泵抽真空，第二真空泵为罗茨泵与机械泵，加速装置中部也开有通孔并与第三真空腔相连，加速后的电子束经通孔进入等离子窗口。

等离子窗口与偏转装置处于第三真空腔，等离子窗口由等离子阴极、等离子阳极、等离子腔、引弧电极、引弧电源、水冷装置、水、进水口、出水口、文丘里管与主电源组成，等离子窗口中部也开有通孔，电子束经等离子阴极进入，从文丘里管射出，偏转装置对电子束进行偏转处理，第三真空腔由第三真空泵抽真空，第三真空泵为机械泵。

与现有技术相比，本实用新型具有如下特点：

1.采用了差分抽气技术与等离子引出技术，可以降低电子束在运动中的能量损耗与能量密度的下降。

2.将偏转装置设于等离子窗之后，可有效扩大电子束运动范围并减小电子枪尺寸。

3.可在现场工况下进行电子束钢轨焊接，打破了真空电子束真空室的束缚，并可提高钢轨的焊接质量。

附图说明

图1为一种非真空电子束钢轨焊接电子枪结构示意图。

图2为等离子窗口与偏转装置结构示意图。

图中标号：1、电子枪壳体；2、灯丝；3、阴极；4、第一真空腔；5、电子束；6、第一真空泵；7、加速装置；8、第二真空腔；9、第二真空泵； 10、引弧电极；11、水冷装置；12、水；13、出水口；14、第三真空泵；15、钢轨轨段；16、钢轨夹紧装置；17、工作台；18、偏转装置；19、等离子阳极；20、主电源；21、第三真空腔；22、进水口；23、引弧电源；24、等离子腔；25、等离子阴极；26、聚焦装置；27、阳极；28、文丘里管。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：一种非真空电子束钢轨焊接电子枪由上至下依次为电子束产生装置、第一真空腔4、聚焦装置26、加速装置7、第二真空腔8、等离子窗口、第三真空腔21、偏转装置18。

电子束产生装置由灯丝2、阴极3及阳极27组成；第一真空腔4包括电子束产生装置与聚焦装置26，由第一真空泵6抽真空，第一真空泵6由机械泵与分子泵组成；第二真空腔8为加速装置7，由第二真空泵9抽真空，第二真空泵9由罗茨泵与机械泵组成；第三真空腔21包括等离子窗口与偏转装置18，由第三真空泵14机械泵抽真空，等离子窗口包括等离子阴极25、等离子阳极19、引弧电极10、引弧电源23、等离子腔24、水冷装置11、水12、进水口22、出水口13、主电源20及文丘里管28组成，电子枪内各个真空腔中部都开有通孔以便电子束5通过。

钢轨焊接工作流程如下：灯丝2通入电流，电子束产生装置开始工作产生电子，聚焦装置26将分散的电子汇聚成电子束5，第一真空泵6开始抽真空，机械泵与分子泵将第一真空腔4真空度抽至1×10^-2pa—5×10^-3pa，电子束5经通孔进入第二真空腔8，罗茨泵与机械泵将第二真空腔8真空度抽至1×10^-1pa—5×10^-2pa，电子束5进入等离子窗口。

电子束5由等离子阴极25进入，主电源20正极连接等离子阳极19，引弧电源23正极与引弧电极10相连，主电源20负极、引弧电源23负极、电子枪壳体1、工作台17与大地相连，圆周方向设有多个引弧电极10，等离子窗口内部有大量等离子，经引弧电源23通入电流后迅速升温，高温等离子会以一定的速度向大气喷出，形成泵出效应，能够保证电子枪内的真空环境，等离子窗口外围设有水冷装置11，并开有进水口22与出水口13，保证水冷装置11中的水12一直处于合适的冷却温度，电子束5经等离子处理后从等离子阳极19射出，等离子窗下方设有文丘里管28，可以为电子枪保证真空度再次提供保障，并且文丘里管28可以下降引弧电极10的功率，可以更好地减少能源的损耗。

偏转装置18处于第三真空腔21的最下方，电子束5由枪口喷出后，偏转装置18根据钢轨焊缝尺寸对电子束5进行偏转，将偏转装置18至于电子枪最下方，可以大大减小电子枪尺寸，等离子阴极25只需开有与相同规格的通孔即可。第三真空腔21由机械泵抽真空，将真空度抽至1500pa—1000pa。两段钢轨轨段15由钢轨加紧装置16固定在工作台17上，电子束5偏转相应的轨迹可到达焊缝最大范围，最后完成非真空电子束钢轨焊接工作。

Claims (5)

1.一种非真空电子束钢轨焊接电子枪，其特征是：电子枪包括电子枪壳体(1)、第一真空腔(4)、第二真空腔(8)、等离子腔(24)、第三真空腔(21)，电子束产生装置由灯丝(2)、阴极(3)及阳极(27)组成，电子束产生装置与聚焦装置(26)均属于第一真空腔(4)，由第一真空泵(6)抽真空，加速装置(7)属于第二真空腔(8)，由第二真空泵(9)抽真空，等离子窗口与偏转装置(18)均属于第三真空腔(21)，由第三真空泵(14)抽真空。

2.根据权利要求1所述的一种非真空电子束钢轨焊接电子枪，其特征是：电子枪内部分为三个真空室，真空室中部均开有通孔，电子枪采用差分抽气式将三个真空腔抽至相应工作真空度，第一真空泵(6)由机械泵与分子泵组成，第二真空泵(9)由罗茨泵与机械泵组成，第三真空泵(14)为机械泵。

3.根据权利要求1所述的一种非真空电子束钢轨焊接电子枪，其特征是：等离子窗口由等离子阴极(25)、等离子阳极(19)、等离子腔(24)、引弧电极(10)、引弧电源(23)、水冷装置(11)、水(12)、进水口(22)、出水口(13)、文丘里管(28)与主电源(20)组成，等离子阴极(25)处于最上方，等离子阴极(25)下方为等离子腔(24)，充满等离子气体，等离子腔(24)外侧与电子枪壳体(1)之间设有水冷装置(11)，并开有进水口(22)与出水口(13)，引弧电极(10)与引弧电源(23)相连，等离子阳极(19)在等离子腔(24)下方，与主电源(20)相连，等离子阳极(19)下方设有文丘里管(28)。

4.根据权利要求1所述的一种非真空电子束钢轨焊接电子枪，其特征是：在进行钢轨焊接时，电子束(5)进入等离子窗口，由于电子带负电，此时主电源(20)正极与等离子阳极(19)相连，引弧电源(23)正极与引弧电极(10)相连，主电源(20)负极、引弧电源(23)负极、电子枪壳体(1)及工作台(17)与大地相连。

5.根据权利要求1所述的一种非真空电子束钢轨焊接电子枪，其特征是：偏转装置(18)设于等离子窗口之后，可更好的扩大电子束的偏转范围，减小电子枪尺寸，且电子枪末端根据焊缝尺寸开出电子束(5)射出孔，电子束(5)经电子枪射出可覆盖钢轨焊缝的最大范围。

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