DE2719725C2

DE2719725C2 - Einrichtung zur Elektronenstrahlerwärmung von Materialien

Info

Publication number: DE2719725C2
Application number: DE2719725A
Authority: DE
Inventors: Konstantin Nikolaevi&ccaron; Kiev Kljuev; Boris Alekseevi&ccaron; Mov&ccaron;an; Viktor Aleksandrovi&ccaron; Tima&scaron;ov
Original assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Current assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Priority date: 1976-05-03
Filing date: 1977-05-03
Publication date: 1984-03-15
Also published as: FR2350686B1; DE2719725A1; FR2350686A1; SU705699A2; US4105890A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Elektronenstrahlerwärmung von Materialien der im Oberbegriff drs Patentanspruchs 1 beschriebenen, aus der US-PS 38 14 829 bekannten Art.

Diese Eleiuronenstrühlkanone der bekannten Einrichtung erzeugt einen schwach divergierenden flachen Strahl; sie besteht aus einer linear.,! Glühkathode, einer kathodennahen Fokussierelektrode und einer Beschleunigung.sanode. Die Beschleunigungsanode der Kanone ist konstruktiv mit einem sn der Grundplatte angeordneten Strahlleiter verbunden, wobei in Nuten der Grundplatte ein elektromagnetisches Elektronenstrahlsteuersystem untergebracht ist. Je zwei Ablenkwicklungen und Korrektur- und Abtastwicklungen sind in Reihe geschaltet, wobei das Ende der einen Wicklung mit dem Anfang der anderen Wicklung verbunden ist. Der Verbindungspunkt der Ablenkwicklungen zum getrennten Shunten derselben ist durch Regelwiderstände herausgeführt.

Das elektromagnetische Strahlsteuersystem gestattet es, den durch die Elektronenstrahlkanone erzeugten flachen Strahl um Winkel bis 45° unter gleichzeitiger Fokussierung und Verformung derselben zu einem zylindrischen Strahl abzulenken sowie eine Korrektur der Strahibahn und eine Ablenkung des Strahls in der zur Vertikalablenkebene senkrechten Ebene zu bewirken.

Die Nachfokussierung des abgelenkten Strahls zu einem zylindrischen Strahl bzw. die erforderliche Änderung der Form des an der zu erwärmenden Fläche erhaltenen Brennfleckes wird durch Änderung des Amperewindungsverhältnisses in den Ablenkwicklungen mittels der Shuntregelwiderstände erreicht, wobei ein inhomogenes Magnetfeld der nötigen Form erzeugt wird.

Diese bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß die Wirksamkeit der Fokussierung des Elektronenstrahls und der Änderung der Form des Brennflecks von dem vorgeschriebenen Ablenkwinkel des Elektronenstrahls abhängig ist. Wenn z. B. die Einrichtung mit relativ geringen Ablenkwinkeln (15° und weniger) arbeitet, was für eine Reihe technologischer Prozesse erforderlich ist, wird die Wirksamkeit der Fokussierung des Elektronenstrahls entsprechend auf ein Mindestmaß herabgesetzt und die Möglichkeit seiner Formänderung begrenzt Dies ist durch die geringe Stärke der Magnetfelder der Abienkwicklungen bedingt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Elektronenstrahlerwärmung von Materialien der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der das elektromagnetische Strahlsteuersystem eine Erhöhung der Wirksamkeit der Strahlfokussierung und eine Änderung der Form des Elektronenstrahls in weiten Grenzen bei zwischen 0° und 45° gewählten Strahlablenkwinkeln ermöglicht

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst

Eine bevorzugte Weiterbildung der erfinöungsgemäßen Einrichtung ist Gegenstand des Patentanspruchs 2.

Die erfindungsgemäße Einrichtung hat den Vorteil, daß die Umformung des Elektronenstrahls möglich ist derart, daß man einen langen und schmalen Brennfleck auf der Erwärmungsfläche bei geringen Ablenkwinkeln erhält Diese Möglichkeit der Verformung des Elektronenstrahls gestattet es, die Erfindung nicht nur in Anlagen zum Schmelzen und Verdampfen von Stoffen im Vakuum, soncern auch zur Erwärmung von sich bewegenden Bandmaterialien ohne Strahlabtastung zu benutzen, was das Strahlsteuersystem vereinfacht

Vorteilhaft ist weiterhin, daß sich die Benutzung von Shuntwiderständen, die bei der bekannten Einrichtung zur Nachfokussierung des Elektronenstrahls und Verformung des Brennflecks dienten, erübrigt

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Ausführungsbeispiel der Einrichtung zur Elektronenstrahlerwärmung von Materialien im Querschnitt,

F i g. 2 das Prinzipschaltbild des elektromagnetischen Strahlsteuersystems der Einrichtung und die Form des von den Zusatzwicklungen erzeugten Magnetfeldes,

F i g. 3 die Form des Brennflecks an der Oberfläche des anzuwärmenden Materials.

Die Einrichtung zur Elektronenstrahlerwärmung enthält eine Elektronenstrahlkanone zur Erzeugung eines schwach divergierenden flachen Elektronenstrahls, die aus einer Kathodeneinheit 1 (Fig. 1) mit einer Giühkathoue 2 und einer in der Nähe derselben angeordneten Fokussierelektrode 3 besteht, und eine Beschleunigungsanode 4. Die Einrichtung enthält ferner einen Strahlleiter 5, der in Form eines Kupferblocks mit Kanälen zur Wasserkühlung desselben und einer rechteckigen Öffnung zum Durchgang des flachen Strahls 7 ausgeführt ist. Über den Strahlleiter 5 ist die Beschleunigungsanode 4 konstruktiv mit der Grundplatte 8 verbunden, in deren Nuten ein elektromagnetisches Steuersystem in Form eines geschlossenen rechteckigen Magnetkerns 9 untergebracht ist. An den gegenüberliegenden Schenkeln 10 (Fig. 2), 11 und 12, 13 des Magnetkerns 9 sind jeweils Ablenkwicklungen 14, 15 und Korrektur- und Abtastwicklungen 16, 17 angeordnet. Auf jedem Schenkel 10, 11, 12, 13 sitzt jeweils eine Zusatzwicklung 18,19,20,21.

Die Ablenkwicklungen 14, 15 sind in Reihe an eine Speisequelle 22 angeschlossen. Ebenso sind die Korrektur- und Abtastwicklungen 16, 17 in Reihe an eine Speisequelle 23 angeschlossen. Die Zusatzwicklungen 18, 19, 20, 21 sind in Reihe an eine Speisequelle 24 mit

stufenlos veränderlichem Wert und veränderlicher Polarität ihrer Spannung angeschlossen.

Die Zusatzwicklungen 18, 19, 20, 21 erzeugen quer zur Bahn des Strahls 7 jeweils Magnetfelder I, II, HI, IV, die eine magnetische Quadrupollinse bilden. Durch durchgehende Linien sind die Magnetfelder I₁II, III, IV bei der einen Polarität der Spannung der Spannungsquelle 24 und durch punktierte Linien die gleichen Felder I₁ II, III, IV bei der anderen Polarität dieser Spannung gezeigt. tu

In F i g. 3 sind die auf der Oberfläche 28 (F i g. 1) des anzuwärmenden Materials sich ergebenden Brennflekke 25, 26, 27 wiedergegeben. AB (Fig.3) und CD sind Symmetrieachsen der Brennflecke 25,26,27.

Die Arbeitsweise der Einrichtung zur Elektronen-Strahlerwärmung von Materialien ist folgende.

Die von der linearen Glühkathode 2 (Fig. 1) ausgehenden Elektronen werden durch die kathodennahe Fokussierungselektrode 3 und die Beschleunigungsanode 4 zu einem schwach divergierenden flachen Strahl 7 formiert Dieser Strahl passiert den StrahHeher 5, wird dann von dem elektromagnetischen Steuersystem verformt und abgelenkt und auf die Oberfläche 28 des erwärmenden Materials unter einem vorgegebenen Winkel als Strahl von vorgegebener Form gerichteL

Bei der einen Polarität der Spannung der Speisequelle 24 (F i g. 2) erzeugt der elektrische Strom der Zusatzwickiungen 18, 19 die magnetischen Querfeider I, II (in Fig.2 durch durchgehende Linien gezeigt), die eine Sammelwirkung auf den schwach divergierenden Strahl jo 7 (Fig. 1) ausüben. Der elektrische Strom der Zusatzwicklungen 20, 21 erzeugt die magnetischen Querfelder HI, IV (in F i g. 2 durch durchgehende Linien gezeigt), die eine Streuwirkung auf den Strahl 7 (F i g. 1) ausüben. Infolge dieser Einwirkung der Magnetfelder I, II, IH, IV auf den Elektronenstrahl 7 wird an der Oberfläche 28 des anzuwärmenden Materials ein in Richtung der Achse AB verlängerter und in Richtung der Achse CD verkürzter Brennfleck gebildet

Bei Änderung der Polarität der Spannung der Speisequelle 24 üben die Magnetfelder I, II (in F i g. 2 durch punktierte Linien gezeigt) der Wicklungen 18,19 eine Streuwirkung auf den Elektronenstrahl 7 (Fig. 1) aus, während die Magnetfelder III, IV der Wicklungen 20, 21 eine Sammelwirkung auf den Strahl 7 ausüben. Infolgedessen ergibt sich auf der Oberfläche 28 des anzuwärmenden Materials ein in Richtung der Achse CD verlängerter und in Richtung der Achse AB verkürzter Brennfleck 26 (F i g. 3).

Aus dem vorstehend Gesagten ist nun klar, daß man durch stufenlose Regelung des Spannungswertes und Änderung der Polarität der Spannung von der Speisequelle 24 (Fig.2) nicht nur ?ien Brennfleck 25 (Fig.3), 26 jeweils in Richtung der A.chsen AB, CD verlängern, sondern den Elektronenstrahl 7 (Fig. 1) zu einem kreisförmigen Brennfleck 27 (F i g. 3) fokussieren kann.

Aus Jer vorstehend beschriebenen Arbeitsweise der Einrichtung ist ersichtlich, daß die Wirkung der magnetischen Quadrupollinse auf den Elektronenstrahl 7 (F i g. 1) in einem hinreichend weiten Strahlablenkwinkelbereich, d. h. von 0° bis maximal 45° für die betreffende Konstruktion der Einrichtung, und zwar zu beiden Seiten der Längssymmetrieebene der Einrichtung, erhalten bleibt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Elektronenstrahlerwärmung von Materialien, mit einer Elekironenstrahlkanone zur Erzeugung eines Elektronenstrahls und einem elektromagnetischen Strahlsteuersystem, das einen Magnetkern in Form eines rechteckigen Rahmens mit zumindest zwei auf gegenüberliegenden Schenkeln angeordneten Ablenkwicklungen und zumindest zwei auf den zwei anderen gegenüberliegenden ι ο Schenkeln angeordneten Korrektur- und Abtastwicklungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß auf jedem Schenkel des Magnetkerns (9) zumindest eine Zusatzwicklung (18, 19, 20, 21) angeordnet ist, derart, daß die beim Stromdurchgang ι, durch diese Zusatzwicklungen (18, 19, 20, 21) entstehenden Magnetfelder (I, II, HI, IV) eine magnetische Quadrupollinse bilden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzwicklunge.n (18,19,20,21) in 2a Reihe geschaltet und an eine Speisequelle (24) mit stufenlos veränderbarem Wert und veränderlicher Polarität ihrer Spannung angeschlossen sind.