NO151708B - Varmeherdbart lim paa basis av urinstoff/formaldehyd-harpiks, sulfittlut og vann - Google Patents

Description

Apparat for bearbeidelse av materialer med en stråle av elektrisk ladede partikler.

Denne oppfinnelse angår bearbeiding av materialer med en stråle av elektrisk ladede partikler. Mer spesielt angår oppfinnelsen utførelse av

operasjoner som sveising, skjæring, smelting,

fordampning eller maskinering av hvilket som

helst material med en elektronstråle.

Innretninger som bruker kinetisk energi i

form av en elektronstråle, for bearbeidelse av

materialer er for tiden kommersielt tilgjengelige.

Slike innretninger er generelt kjent som elek-tronstråleapparater. I U.S. patent nr. 2 987 610

er beskrevet et slikt apparat. Disse apparater virker ved frembringelse av en sterkt fokusert stråle av elektroner. Elektronstrålen er et sveise-,

skjære- og maskineringsverktøy som praktisk

talt ikke har noen masse, men har en høy kinetisk energi som skyldes den kjensgjerning at et

høyt bevegelsesmoment blir meddelt elektronene. Overføring av denne kinetiske energi til git-terelektronene i arbeidsstykket utvikler høyere

gittervibrasjoner som bevirker en økning av temperaturen i anslagsområdet, tilstrekkelig til utførelse av et arbeide. For å oppnå dyp inntrengning av elektronstrålen i arbeidsstykket vist og omtalt i det ovenfor nevnte U.S patent, er det nødvendig at temperaturen ved strålens anslagspunkt på arbeidsstykket blir så høy at minst en del av materialet fordamper. Det vil si at dyp inntrengning bare kan oppnås ved i det minste en delvis fordampning av arbeidsstykket. Blant fordelene ved anvendelsen av en elektronstråle eller lignende kan nevnes treghetsfri manøvrering og høy energikonsentrasjon. Inntil nylig er imidlertid disse fordeler blitt oppveiet av den kjensgjerning at arbeide utført med elektronstråle måtte utføres i et evakuert rom. Å arbeide i fravær av gass ble betraktet som nød-vendig av forskjellige grunner. Først og fremst kan hvilken som helst gass i området som omgir materialet som skal bearbeides, bli absorbert av

arbeidsstykket og således bevirke forurensning av, eller at der oppstår ujevnheter i dette. For det annet, og kanskje mer viktig, bevirker nær-vær av gass spredning og svekkelse av elektronstrålen hvorved den nøyaktige fokusering hindres og likeså hindres den høye energitettheten som er nødvendig for utførelse av arbeidet på ett stéd uten at det omkringliggende material blir påvirket ved varmeledning. Problemet med spredning blir ytterligere forverret på grunn av skyen av fordampet material som strømmer ut fra arbeidsstykket. For det tredje vil arbeid med en elektronutstråleinnretning i et vakuum på mindre enn IO-<4> Torr gi bedre overslagskarakte-ristikk og øke glødetrådens levetid.

Som ovenfor nevnt nødvendiggjorde de foregående problemer at bearbeidelsen av et material med en stråle av ladede partikler ble utført i et evakuert rom. Denne utvei medførte imidlertid den klare uheldige omstendighet at størrel-sen av arbeidsstykket som skulle bearbeides av strålen, ble begrenset av rommets størrelse. For mindre deler var denne begrensning akseptabel, men besværlig. For meget store deler blir imidlertid omkostningene med vakuumrommet og tilhørende pumper så høye at prosessen generelt sett blir økonomisk ugjennomførlig. I til-legg til dette problem kommer tiden som med-går til arbeide med å pumpe tomt arbeidsrom-met for hvert nytt arbeidsstykke som skal inn-føres i rommet.

Det skulle synes klart for fagfolk på området at i tilfeller hvor forurensning av arbeidsstykket ikke var et ytterst kritisk problem, skulle det finnes muligheter for å bringe elektronstrålen ut av den evakuerte beholder hvori den måtte frembringes, for å overkomme de ovenfor nevnte problemer og ulemper. For å ut-føre dette er det fremsatt forskjellige forslag som i noen tilfeller er kommet til anvendelse. Imidlertid har disse tidligere forslag, med unn-tagelse av ett, hatt liten suksess på grunn av at de fremdeles resulterer i betydelig svekkelse av strålen ved den relativt høye energikonsentrasjon som er nødvendig for bearbeidelse av materialer. I de fleste av de tidligere forslag strømmer strålen ut gjennom en smal åpning mot arbeidsstykket. Fra et økonomisk stand-punkt må stråleutstrømningsåpningen være liten for å minske lekkasjen inn mot strålegene-ratorområdet og dermed minske størrelsen og tilsvarende omkostninger med nødvendige va-kuumpumpeutstyr. Stråleutstrømningsåpnin-gen må også plasseres relativt nær arbeidsstykket for å minske svekkelsen eller lengden av den bane strålen må passere. Som et resultat av den ytterst høye energitetthet som er nødvendig for sveising, skjæring, smelting, fordampning eller maskinering av hvilket som helst material med en stråle av ladede partikler, vil både damper og gnister strømme ut fra stråleanslags-punktet på arbeidsstykket. Disse partikler og damper har en tendens til å samle seg ved, og således bevirke hurtig gjenstopping av den lille, nærliggende plasserte stråleutstrømnings-åpning. Nylig er det oppfunnet en innretning kjent som tverrstrømsmunnstykket som mu-liggjør overføring av en stråle av ladede partikler fra et evakuert rom til et område med relativt høyt trykk uten nevneverdig svekkelse av strålen og lekkasje av omgivende gass inn i det evakuerte rom. Denne innretning er beskrevet i U.S. patent nr. 3 156 811. Foreliggende oppfinnelse omfatter en forbedring av tverr-munnstykket i henhold til fig. 1 i nevnte patent og er spesielt rettet på å forøke det nye selvrensende trekk som knytter seg til systemet med tverrstrømsmunnstykke.

Foreliggende oppfinnelse går således ut på et apparat for bearbeidelse av materialer med en stråle av elektrisk ladede partikler frembragt i et evakuert kar, eller i et kar under lavt trykk, hvor strålen passerer gjennom en åpning i karet og slår an mot et arbeidsstykke anbragt under denne åpning utenfor karet i en gassatmo-sfære under høyere trykk og hvor et hus med en åpning i avstand fra karets åpning og på linje med denne er anbragt mellom karet og arbeidsstykket for å avgrense et kammer og en gjennomstrømningspassasje for tilførsel av fluidum, hvilken passasje er forbundet med en fluidumkilde under trykk og ved sin utløps-ende kommuniserer med kammeret og strekker seg på tvers av stråleaksen for å la fluidet strømme forbi i nærheten av karåpningen og tilveiebringe supersoniske bølgemønstre og en trykkgradient hvori trykket i fluidet langs stråleaksen øker i retning bort fra karåpningen og derved tilveiebringer en fluidums-sperre eller -lås som forhindrer at gass, som befinner seg i nærheten av arbeidsstykket, lekker inn gjennom husåpningen og inn i karet, idet det særegne består i en deleinnretning som deler opp utstrømningen fra fluidumslåsen og avleder en del av fluidet under en vinkel til stråleaksen ut gjennom husåpningen, i retning mot arbeidsstykket, for derved å hindre tilstopping av husåpningen.

Oppfinnelsen vil lettere kunne forstås og dens mange fordeler vil bli klarere for fagfolk ved å vise til den medfølgende tegning.

Denne oppfinnelse overflødiggjør nødven-digheten av anvendelsen av et evakuert ar-beidsrom, slik som kammeret 24 i fig. 1 i foran-nevnte U.S. patent nr. 2 987 610, når materialer bearbeides med en intensiv stråle av ladede partikler. Som vel kjent på området og som vist i U.S. patent nr. 2 987 610, inneholder elektronstråle-generatoren eller kolonnen 10 innretninger (ikke vist) for emittering av elektroner, for fokusering av elektronene til en stråle og for å akselerere strålen mot arbeidsstykket. Strålen som er dannet i kolonnen 10, er betegnet med 12. Arbeidsstykket som kan være to flate plater som skal forenes med en buttsveis, er vist ved 14. Arbeidsstykket 14 vil på vanlig måte befinne seg i atmosfæren eller i et område av relativt høyt trykk Pl. Kolonnen 10 blir evakuert og holdt på et lavt trykk P2, ved hjelp av en vakuumpumpe (ikke vist) av hvilken som helst kjent type. Strålen frembragt i kolonnen 10 blir fokusert mot arbeidsstykket ved hjelp av en magnetisk linseanordning 16 som tilføres strøm fra en regulerbar strømkilde (ikke vist). Elektronstrålen blir aksélléreft gjennom kolonnen 10 og strømmer derfra ut gjennom en åpning 18.

Innskutt mellom arbeidsstykket 14 og kolonnen 10 er en hylse eller avgrenset passasje 20 omfattende innvendig motstående veggflater 22 og 24. Flatene 22 dg 24 er anordnet slik i forhold til strålens 12 akse at de avgrenser en gåsstilførselspassasje 26. Innløpsenden av passasjen 26 er forbundet med en kilde for forseglende gass 28 som i de vanlige tilfelle inneholder en inert gass under trykk, P3. Passasjen 26 avsluttes i strålekammeret som har en stråle-gjennomgangsåpning 29 på linje med åpningen

18 i toppen.

For å sikre at der ikke oppstår noen lekkasje hverken av den forseglende gass fra kilden 28 eller deri omgivende gass som omgir arbeidsstykket 14, inn i strålegeneratoren 10, er det nødvendig at trykket av den forseglende gass i området omkring strålegjennomgangsåpningen 29 i veggen 22 ef meget lav, eller med andre ord må dette trykk være lik trykket som holdes av vakuumpumpen ved åpningen 18. For å kunne oppnå så lavt trykk anvendes et munn-stykke for å øke hastigheten til strømmen av forseglende gass. Veggflatene 22 og 24 samarbei-der således for å avgrense en konvergerende og en divergerende seksjon av et supersonisk munn-stykke med en mellomliggende innsnevring 30. Trykket i gasskilden 28 er tilstrekkelig til å tilveiebringe en supersonisk strøm i den divergerende del av passasjen nedstrøms for innsnevringen 30 og tvers over åpningen 29. Som vist, er utstrømningen vanligvis orientert på tvers i forhold til strålens 12 akse for derved å tilveiebringe en gassformet forsegling tvers over åpningen 29 og dermed forhindre lekkasje av gass inn i generatoren 10.

Som et resultat av det supersoniske strøm-ningsfenomen frembragt av ekspansjonsraten eller den divergerende del av den øvre vegg 22 nedstrøms for innsnevringen 30 vil strømnings-tverrsnittet langs aksen til strålen 12 bli som følger: Ekspansjonsbølger som strømmer ut fra flaten 22 og spesielt fra den tilstøtende opp-strømskant 32 i åpningen 29, tilveiebringer et kontinuerlig avtagende trykkområde i ned-strømsretningen eller fra høyre mot venstre som vist på tegningen. Strålen gjennomtrenger således til å begynne med tverrstrømmen av forseglende gass i et område som har et trykk ikke vesentlig høyere enn P2 eller det som eksi-sterer i området omkring åpningen 18, hvilket som ovenfor nevnt, blir holdt på et relativt lavt trykk ved hjelp av vakuumpumpen. På grunn herav og fordi som kjent et fluidum som strømmer med supersonisk hastighet har van-skelig for å følge skarpe ekspansjonsf later eller hjørner slik som det fremkommer ved opp-strømskanten 32 i åpningen 29, vil der bli liten strømning oppover inn i den evakuerte stråle-generator. Videre nedover langs aksen for strålen 12 fra åpningen 29 til området for en stråle-utløpsåpning 34, hvilken åpning er avgrenset av veggen 24 og nedstrømsdelen 38 og er på linje med åpningen 29, vil trykket gjennomsnittlig

øke progressivt. Ét relativt høyt trykk i området av åpningen 34 resulterer fra den konti-nuerlige økning av trykket i tverrstrømmen på grunn av sjokkbølgene dannet ved, og beveg-ende seg fra høyre mot veristre, fra knutepunk-tet 36 på veggen 24 tvérs over åpningen 34. Det félativt høye trykk i området av åpningen 34 frembragt av disse sjokkbølger vil hindre gass utenfra å strømme oppover gjennom åpningen 34.

Den ovenfor beskrevne trykkgradient langs stråleaksen frå åpningen 29 til åpningen 34 frembragt av ekspansjons- og kompressjonsbøl-gene i den supersoniske strømning skaper på den måte som forklart, et relativt høyt trykk i området omkring åpningen 34. På grunn av dette høye trykk vii noe av gassen som blir pumpet gjennom tverrstrømsmunnstykket, tvun-get nedover gjennom åpningen 34. Mengden av gass som vil bli tappet ut gjennom åpningen 34 er deivis bestemt av trykket i tverrstrøms-munnstykket, hvilket trykk som kjent er en funksjon av trykket P3 i gasskilden 28. Dette tap av gass ut gjennom åpningen 34 er ikke skadelig, tvertimot skaper det en ytterst gunstig selvrensende virkning i åpningen. Som foran nevnt har nemlig tidligere forsøk på å bringe en arbeidsstråle ut av en evakuert beholder skapt problemer på grunn av at gnister fra arbeidsstykket hurtig tettet igjen stråleutløps-åpningen. Ved anvendelse av et tverrstrøms-munnstykke koblet til en kilde for forseglende gass av tilstrekkelig trykk, vil den uttappede eller selvrensende gass-strøm gjennom åpningen 34 ha en tendens til å tvinge avfall som oppstår ved strålens anslagspunkt på arbeidsstykket 14, bort fra åpningen 34. Denne tappestrøm fremskynder også en ytterligere fordel ved å forhindre forurensning av arbeidet idet, hvis det anvendes en inert gass i systemet, vil nemlig overflaten av arbeidsstykket bli dekket med denne gass, slik som det gjøres ved wolfram-sveising med inert gass.

Ved bearbeidelse av materialer med en høy-intensiv stråle av ladede partikler er det blitt funnet at den selvrensende effekt av systemet med et tverrstrømsmunnstykke, selv om den er til hjelp, ikke var tilstrekkelig til å hindre en del gjentetting av åpningen 34. Det ble således nødvendig å finne en metode som kunne øke denne selvrensende effekt, ved anordning av innretninger som kunne øke tappingen eller strømningen av forseglende gass ut gjennom åpningen 34 uten nevneverdig å påvirke ekspansjons- og kompresjons-bølgemønstret i tverr-strømsmunnstykket. I henhold til oppfinnelsen oppnås den økede tapping gjennom deling av strømmene av forseglende gass som strømmer gjennom passasjen 26. Denne oppdeling av strømmen oppnås ved anvendelse av en forhindring i strømningsbanen til den supersoniske gass. I den foretrukne utførelse av oppfinnelsen omfatter denne forhindring eller strømnings-deler en del 38, hvilken, som ovenfor nevnt, også samvirker med veggen 24 i hylsen 20 for avgrensning av nedstrømsdelen av stråleutløps-åpningen 34. Strømningsdeleren 38 er bevegelig ved hjelp av vel kjente anordninger (ikke vist) i to retninger slik at mengden av uttappet gass kan varieres med diftsbetingelsene. Det vil si at siden nærværet av strømningsdeleren 38 i gass-strømmen har en tendens til å fremkalle turbulens som kan påvirke ekspansjons- og kompresjonsbølgemønstret og således bevirke en økning av trykket i åpningen 29, avhengig av materialet som skal bearbeides og systemets trykk- og pumpekapasitet, vil plasseringen av delen 38 i gasstrømmen bli regulert for å oppnå det optimale kompromiss mellom trykket ved åpningen 29 og mengden av dampavbøyende gasser som strømmer utad gjennom åpningen 34.

Som ovenfor nevnt virker delen 38 som en forhindring i strømningsbanen og, mens den tjener til å avgrense utløpsåpningen 34, tjener den således også til å avlede en del av fluidums-strømmen fra dens normale strømningsbane. Ledekanten 40 på delen 38 er utformet slik at den danner en skarp kant mot den strømlinjede gasstrøm for derved å minske bakevjer som vil bevirke turbulens som på sin side igjen vil påvirke den normale strømningsbane. Det vil si at delen 38 er formet i en stilling slik at den vil dele av den nødvendige gassmengde ut gjennom åpningen 34 med minst mulig trykk- og strøm-ningsbaneforstyrrelser i den supersoniske strøm av forseglende gass. Gassen som ikke blir av-delt eller avbøyet gjennom åpningen 34, fort-setter i hovedstrømmen og oppfanges ned-strøms av delen 38 ved hjelp av en pumpe (ikke vist). Mens denne pumpe ikke er nødvendig i alle tilfeller, er det funnet fordelaktig å anvende en slik pumpe for å senke totaltrykket i systemet.

Som det vil fremgå av den foregående be-skrivelse muliggjør den foreliggende oppfinnelse bearbeidelse av materialer i en gassformet atmo-sfære med en stråle av ladede partikler, over-vinner problemet med gjentetting av stråleut-løpsåpningen og tilfører overflaten av arbeidsstykket et teppe av beskyttende gass. Mens det er vist og beskrevet en foretrukken utførelse herav, så kan forskjellige modifikasjoner og for-andringer foretas uten å avvike fra oppfinnelsens vesen og formål. Eksempelvis kan strømnings-deler-elementet anta forskjellige former og kan være plassert på forskjellige steder innen tverr-strømsmunnstykket utenom stillingen med-strøms av stråleaksen som vist på tegningen.

Claims (5)

1. Apparat for bearbeidelse av materialer med en stråle av elektrisk ladede partikler frembragt i et evakuert kar, eller i et kar under lavt trykk, hvor strålen passerer gjennom en åpning i karet og slår an mot et arbeidsstykke anbragt under denne åpning utenfor karet i en gass-atmosfære under høyere trykk og hvor et hus med en åpning i avstand fra karets åpning og på linje med denne er anbragt mellom karet og arbeidsstykket for å avgrense et kammer og en gjennomstrømningspassasje for tilførsel av fluidum, hvilken passasje er forbundet med en fluidumkilde under trykk og ved sin utløpsende kommuniserer med kammeret og strekker seg på tvers av stråleaksen for å la fluidet strømme forbi i nærheten av karåpningen og tilveiebringe supersoniske bølgemønstre og en trykkgradient hvori trykket i fluidet langs stråleaksen øker i retning bort fra karåpningen og derved tilveiebringer en fluidums-sperre eller -lås som forhindrer at gass, som befinner seg i nærheten av arbeidsstykket, lekker inn gjennom husåpningen og inn i karet, karakterisert ved en deleinnretning som deler opp utstrømningen fra fluidumslåsen og avleder en del av fluidet under en vinkel til stråleaksen ut gjennom husåpningen, i retning mot arbeidsstykket, for derved å hindre tilstopping av husåpningen.

2. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at fluidet består av en sperre-gass under trykk.

3. Apparat som angitt i kravene 1 og 2, karakterisert ved at deleinnretningen avgrenser nedstrømskanten av husåpningen og har en angrepsvinkel i forhold til fluidumsstrømmen slik at en del av denne vil bli avledet gjennom husåpningen.

4. Apparat som angitt i kravene 1—3, karakterisert ved at deleinnretningen er bevegelig i to innbyrdes perpendikulære retninger for å regulere mengden av avledning i over-ensstemmelse med driftsbetingelsene.

5. Apparat som angitt i kravene 1—4, karakterisert ved at fluidumslåsen omfatter en ekspansjonsf late nær inntil karåpningen, en kompresjonsflate i avstand fra ekspansjonsraten og åpningen samt en hastighets-frem-brihgende dyse anbragt mellom fluidumskilden og de adskilte ekspansjons- og kompresjonsfla-ter for å meddele supersonisk hastighet til fluidet som strømmer mellom disse flater.