RU1480645C

RU1480645C - Electron source for welding

Info

Publication number: RU1480645C
Application number: SU874219814A
Authority: RU
Inventors: А.А. Агеев; С.Д. Братчук; И.Н. Кохан
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6476
Priority date: 1987-04-02
Filing date: 1987-04-02
Publication date: 1993-06-23

Abstract

Изобретение относитс к устройствам дл лучевой обработки материа .лов и может быть использовано в любой отрасли народного хоз йства, например дл газоразр дных электронно-лучевых пушек с плазменным эмиттером, основанным на извлечении электронов из прикатодной области газового разр да . Цель изобретени - повышение качества сварки особенно в импульсном режиме. Дл этого на внешнюю noверхность катода со стороны рабочего торца, образованного встречными относительно продольной оси конусами, своим меньшим основанием насажен усеченный конус из .материала с низкой магнитной проницаемостью, который с внешней поверхностью полого катода образует острый угол об , эмиттерный катод 3 со стороны полого катода снабжен кольцевым элементом 16 концентричным его эмиссионному отверстию и образующим радиальный лабиринт с входом со стороны отверсти и выходами за анодом, в котором со стороны рабочего отверсти также выполнен лабиринт из сообщающихс между собой радиальных пазов и сквозных отверстий . Рабоча поверхность кольцевого элемента эмиттерного катода выполнена из материала с высокой магнитной проницаемостью и в сечении имеет форму капли, узка часть которой направлена в сторону эмиссионного отверсти , 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л СThe invention relates to devices for irradiating materials and can be used in any industry, for example, for gas-discharge electron beam guns with a plasma emitter based on the extraction of electrons from the near-cathode region of a gas discharge. The purpose of the invention is to improve the quality of welding, especially in pulsed mode. To this end, a truncated cone made of a material with low magnetic permeability, which forms an acute angle about the hollow cathode with an outer surface of the hollow cathode, emitter cathode 3 on the side of the hollow cathode equipped with an annular element 16 concentric to its emission hole and forming a radial labyrinth with an entrance from the side of the hole and exits behind the anode, in which from the side of the working hole TIFA also configured maze of communicating between a radial recesses and through holes. The working surface of the annular element of the emitter cathode is made of a material with high magnetic permeability and in cross section has the shape of a drop, a narrow part of which is directed towards the emission hole, 1 zp f-ly, 2 ill. (L C

Description

4ь 00 О4 00 O

Изобретение относитс к устройствам дл лучевой обработки материалов, например дл газоразр дных электронно-лучевых пушек с плазменным эммт- тером, основанным на извлечении электронов из прикатодной области газового разр да, и может быть использовано в любой отрасли народного хоз йства .The invention relates to devices for the radiation treatment of materials, for example, for gas-discharge electron beam guns with a plasma emitter based on the extraction of electrons from the cathode region of a gas discharge, and can be used in any industry.

В газоразр дных электронных источниках , выполненных на основе разр дной системы типа Пеннинга, извлечение электронов производитс из плазмы через анодное или катодное отверстие . Под действием ускор ющего напр жени граница плазмы в области токо- отбора по мере роста величины ускор ющего напр жени перемещаетс в направлении извлекаемого луча, измен геометрию электронно-оптической системы . Так как положение границы то- коотбора не посто нно в процессе работы , а в критическом случае может произойти ее разрыв, услови формироIn gas-discharge electronic sources based on a Penning type discharge system, electrons are extracted from the plasma through an anode or cathode hole. Under the action of the accelerating voltage, the plasma boundary in the field of current collection, as the magnitude of the accelerating voltage increases, it moves in the direction of the extracted beam, changing the geometry of the electron-optical system. Since the position of the current sampling boundary is not constant during the operation, but in a critical case, it can break, the conditions are formed

вани пучка измен ютс , что приводит к изменению его геометрии.Beam variations change, which leads to a change in its geometry.

Цель изобретени - улучшение качества сварки в импульсном режиме пу- тем повышени стабильности параметров электронного луча за счет стаби- лизации границы плазмы в разр дном объеме.The purpose of the invention is to improve the quality of welding in a pulsed mode by increasing the stability of the parameters of the electron beam by stabilizing the plasma boundary in a discharge volume.

На фиг.1 представлен общий вид электронного источника; на фиг.2 - узел I фиг.1, где I-I продольна ось предлагаемого источника дл сварки.Figure 1 presents a General view of an electronic source; Fig. 2 is an assembly I of Fig. 1, wherein I-I is the longitudinal axis of the proposed source for welding.

Электронный источник дл сварки состоит из корпуса 1 с размещенными в нем через изол тор 2 эмиттерным катодом 3, выполненным из материала с высокой магнитной проницаемостью, и расположенным против него через изол тор Ь полым катодом 5 также из материала с высокой магнитной проницаемостью . Между катодами 3 и 5 изолированно от них закреплен анод 6V. Система электропитани 7 содержит источник 8 возбуждени разр да 9, источник 10 ускор ющего напр жени , источник 11 питани электромагнитной катушки 12, закрепленный в корпусе I концентрично полому катоду 5. Рабочий торец 13 полого катода 5 образо- ван встречными относительно его продольной оси 1 - 1 конусами А, Б (). На внешнюю поверхность полого катода 5 меньшим основанием насажен усеченный конус 1k из материа- ла с низкой магнитной проницаемостью который с внешней поверхностью полого катода 5 образует острый угол об. На эмиттерный катод 3 со стороны полого катода 5 установлен концентрич- но эмиссионному отверстию 15 кольцевой элемент 16, который образует радиальный лабиринт 17 с входом со стороны этого отверсти и выходами чере отверсти 18 за анодную зону и далее через отверсти 19, 20 в камеру установки (не показано). В стенке анода 6 со стороны рабочего отверсти закреплены шайбы 21, образующие выполненными в них радиальными пазами 22 и сквозными отверсти ми 23, сообщающимис между собой, лабиринт. Под эмиттерным катодом 3 концентрично ему на корпус 1 установлен извлекающий электрод 2. Рабоча поверхность 25 кольцевого элемента 16 выполнена из материала с высокой магнитной проницаемостью и в сечении имеет форму капли, узка часть 26 которой направлена в сторону эмиссионного отверсти 15. Катушка 12, размещенна в зоне охлаждени источника со стороны изол тора k, граничит с магнитопрово- дом 27, выполненным в виде перфорированного диска, по периферии которого вдоль катушки 12 установлены стойки 28 из материала с высокой магнитной проницаемостью. Стрелками указаны направлени движени молекул рабочего (плазмообразующего) газа, пунктирными лини ми - силовые линии магнитного пол , у- острый угол между силовыми лини ми магнитного пол и конусной поверхностью усеченного конуса .1.The electronic source for welding consists of a housing 1 with an emitter cathode 3 placed therein through an insulator 2 and made of a material with high magnetic permeability, and located opposite it through an insulator L by a hollow cathode 5 also of a material with high magnetic permeability. Between cathodes 3 and 5, an anode 6V is fixed in isolation from them. The power supply system 7 contains a discharge excitation source 8, an accelerating voltage source 10, an electromagnetic coil 12 power source 11, mounted in the housing I concentrically to the hollow cathode 5. The working end 13 of the hollow cathode 5 is formed opposite to its longitudinal axis 1 - 1 by cones A, B (). On the outer surface of the hollow cathode 5, a truncated cone 1k of material with a low magnetic permeability is inserted with a smaller base, which forms an acute angle of about with the outer surface of the hollow cathode 5. A ring element 16 is installed concentrically on the emitter cathode 3 from the side of the hollow cathode 5, which forms a radial labyrinth 17 with an entrance from the side of this hole and exits through the hole 18 beyond the anode zone and then through the holes 19, 20 into the installation chamber ( not shown). Washers 21 are fixed in the wall of the anode 6 from the side of the working hole, which form a maze made of radial grooves 22 and through holes 23 communicating with each other. Under the emitter cathode 3, an extraction electrode 2 is mounted concentrically on the housing 1 thereof. The working surface 25 of the annular element 16 is made of a material with high magnetic permeability and has a drop shape in cross section, the narrow part 26 of which is directed towards the emission hole 15. The coil 12 is located in the cooling zone of the source from the side of the insulator k, is bordered by a magnetic circuit 27 made in the form of a perforated disk, on the periphery of which along the coil 12 there are racks 28 made of material with high magnetic permeability awn. The arrows indicate the directions of motion of the molecules of the working (plasma-forming) gas, the dashed lines indicate the magnetic field lines, the sharp angle between the magnetic field lines and the conical surface of the truncated cone.

Электронный источник работает следующим образом.The electronic source works as follows.

Устанавливают источник на установку , из которой производ т откачку. Через полый катод 5 подают газ, часть которого участвует в образовании плазмы, друга часть по мере продвижени по газоразр дной камере растекаетс по зазору между полым катодом 5 и анодом 6 по пазам 22, зазору между анодом 6 и кольцевым элементом 16, лабиринту 17 и эмиссионному отверстию 15. Величины зазоров и лабиринты подбираютс экспериментально и обеспечивают равномерное распределение давлени рабочего газа в разр дной камере. Из зазора между катодом 5 и анодом 6 по отверсти м 23 часть газа , не участвующа в образовании разр да , откачиваетс . Из лабиринта 17 череЗ отверстие 18 и пазы 22, через отверсти 23 и зазор между анодом 6 и кольцевым элементом 16 газ поступает в за анодную зону, где через отверсти 19, 20 поступает в откачную систему установки. Тем самым через эмиссионное отверстие 15 откачиваетс незначительное количество газа, что способствует повышению электрической прочности источника в зоне противосто ни эмиттерного катода 3 и извлекающего электрода 2. При получении требуемого давлени в газоразр дной камере электронного источника включают источник 11 катушки 12, создаетс магнитный поток, который проходит по замкнутому магнито- проводу 27, стойкам 28, эмиттерному катоду 3 и кольцевому элементу 16 в седловину его, оттуда магнитные линии замыкаютс на узкой части 26 капли рабочей поверхности 25 кольцевого элемента 16. С противоположной стороны рабочей поверхности 25 магнитны поток замыкаетс на острую кромку торца 13 полого катода.5, при этом магнитные линии пересекают поверхность усеченного конуса 1 под угломThe source is installed in the installation from which the pumping is performed. Gas is supplied through the hollow cathode 5, part of which is involved in plasma formation, the other part, as it moves along the gas discharge chamber, flows along the gap between the hollow cathode 5 and the anode 6 along the grooves 22, the gap between the anode 6 and the ring element 16, the labyrinth 17 and the emission hole 15. The values of the gaps and labyrinths are selected experimentally and provide a uniform distribution of the pressure of the working gas in the discharge chamber. From the gap between the cathode 5 and the anode 6 through the openings 23, a part of the gas not participating in the discharge formation is pumped out. From the labyrinth 17 through the hole 18 and the grooves 22, through the holes 23 and the gap between the anode 6 and the annular element 16, the gas enters the anode zone, where through the openings 19, 20 it enters the pumping system of the installation. Thus, a small amount of gas is pumped out through the emission hole 15, which contributes to an increase in the electric strength of the source in the zone of opposition of the emitter cathode 3 and the extraction electrode 2. When the required pressure is obtained in the gas-discharge chamber of the electronic source, the source 11 of the coil 12 is turned on, a magnetic flux is generated, which passes through a closed magnetic wire 27, uprights 28, emitter cathode 3 and an annular element 16 into its saddle, from there the magnetic lines are closed on a narrow part 26 of the drop ra eyes surface 25 of the annular member 16. On the opposite side of the working surface 25 of the magnetic flux is closed at the sharp edge 13 of the hollow end katoda.5, wherein the magnetic lines intersect the surface of the truncated cone 1 at

Известно, что в дугах при низком давлении движение катодных п тен не подчин етс закону Ампера, поэтому в продольном магнитном поле в случае выполнени внешнего торца катода под углом к его оси образующиес при дуговых пробо х катодные п тна перемещаютс к оси катода. После включени источника 8 происходит возбуждение разр да 9. Стабилизаци горени разр да 9 и положени его плазмы в газоразр дной камере происходит за счет описанного выше расположени магнитных линий и движени катодных п тен. Расположение магнитных линий между полым катодом 5 и рабочей поверхностью 25 кольцевого элемента 16 способствует лучшему контрагированию разр да 9 вдоль оси, а создание магнитной мы в районе эмиссионного отверсти 15 (между узкой частью 26 и седловиной эмиттерного катода 3) способствует стабилизации границы разр да 9 в зоне токоотбора. Затем включают источник 10 и при помощи извлекающего электрода 2k через эмиссионное отверстие 15 происходит выт гивание и ускорение электронного луча.It is known that in low pressure arcs, the movement of the cathode spots does not obey the Ampere law, therefore, in the longitudinal magnetic field, when the outer end of the cathode is executed at an angle to its axis, the cathode spots formed during arc breakdowns move to the axis of the cathode. After the source 8 is turned on, discharge 9 is excited. The stabilization of the combustion of discharge 9 and the position of its plasma in the gas discharge chamber occurs due to the arrangement of magnetic lines and the motion of the cathode spots described above. The location of the magnetic lines between the hollow cathode 5 and the working surface 25 of the annular element 16 contributes to a better contraction of bit 9 along the axis, and the creation of magnetic weights in the region of the emission hole 15 (between the narrow part 26 and the saddle of the emitter cathode 3) helps to stabilize the boundary of the discharge 9 current collection zone. Then, the source 10 is turned on, and with the help of the extraction electrode 2k, the electron beam is pulled and accelerated through the emission hole 15.

Claims

1. An electronic source for welding with longitudinal extraction of particles from a reflective discharge, comprising a housing with housed therein

0

5

0

5

0

5

0

an emitter cathode of a material with high magnetic permeability and a hollow cathode located opposite it, also of a material with high magnetic permeability, an anode and an extraction electrode, each of which is connected to a corresponding power source, characterized in that, in order to improve the quality of welding in pulsed mode by increasing the stability of the parameters of the electron beam by stabilizing the plasma boundary in the discharge volume, on the outer surface of the hollow cathode from the side of the working end formed with cones relative to the longitudinal axis, a truncated cone of material with low magnetic permeability is inserted on its smaller base, which forms an acute angle with the outer surface of the hollow cathode, the emitter cathode on the side of the hollow cathode is equipped with a ring element concentric with its emission hole and forming a radial labyrinth from the inputs with , the sides of this hole and the exits behind the anode, in which from the side of the working hole a labyrinth is made of interconnected radial grooves and through holes rstiy.

,

2. Source pop. 1, characterized in that the working surface of the annular element of the emitter cathode is made in the form of an insert made of a material with high magnetic permeability and in cross section has the shape of a drop, a narrow part of which is directed towards the emission hole.

,;

. L ... iV-

..:; .-. bg. J i; ....-.-. D; -. | . . : ..: ..; ;- :;..1.. .

77 m