RU2080683C1

RU2080683C1 - Method for manufacturing and assembling electron gun with anode unit of o-type microwave tube

Info

Publication number: RU2080683C1
Application number: RU93033340A
Authority: RU
Inventors: С.А. Абанович; А.И. Афанасьев; С.В. Кузнецов; Д.Л. Хаджи
Original assignee: Государственное научно-производственное предприятие "Торий"
Priority date: 1993-06-28
Filing date: 1993-06-28
Publication date: 1997-05-27

Abstract

FIELD: electronic engineering. SUBSTANCE: method involves assembly of cathode, gate electrode, and anode with their holders in cermet package and connection of electron gun to tube through orienting rods. Base surface of anode holder is first to be machined, then locating surfaces of other holders are adjusted strictly in parallel to base surface of anode holder; assembly is started from installation of anode simulator on this base surface and locking it in position on base surface of anode holder; then cathode and gate electrodes are assembled and welded in turn to their respective holders on cermet package. EFFECT: facilitated procedure. 4 dwg

Description

Изобретение относится к электронной технике, в частности к технологии изготовления электронных пушек приборов СВЧ "О"-типа, и представляет интерес для специалистов, занимающихся разработкой и изготовлением электровакуумных приборов (ЭВП). The invention relates to electronic equipment, in particular to the technology for the manufacture of electronic guns of microwave devices "O" -type, and is of interest to specialists involved in the development and manufacture of electronic vacuum devices (EEC).

Известные способы изготовления электронных пушек для ЭВП, формирующих сильноточные электронные пучки, и методы их соединения с анодным блоком СВЧ-ламп направлены, в основном, на обеспечение формоустойчивости конструкции и достижение наилучшей соосности катода (катодов) с пролетным каналом, начиная с анода, расположенного в плоскости "выстрела" электронов в электродинамическую систему (ЭДС). Known methods for the manufacture of electron guns for EECs forming high-current electron beams, and methods for their connection with the anode block of microwave lamps, are mainly aimed at ensuring the dimensional stability of the structure and achieving the best alignment of the cathode (s) with the passage channel, starting from the anode located in the plane of the "shot" of electrons in the electrodynamic system (EMF).

Например, фирмой "Siemens" была предложена конструкция повышенной механической прочности и способ усовершенствования центровки электродов электронной пушки [1] Отличительной особенностью изобретения является применение изоляторов, обеспечивающих соосное расположение катода, фокусирующего электрода анода, относительно друг друга и оси пролетного канала лампы за счет "штекерной" системы соединения перечисленных электродов с изоляторами, а изоляторов с корпусом. При этом линейные размеры элементов конструкции подобраны так, что позволяют выдерживать требуемые соосность электродов и расстояния между ними. Требуемое положение электродов и изоляторов фиксируется по центру лампы механически с помощью пластины, закрепленной болтами на корпусе пушки. For example, the company "Siemens" proposed a design of increased mechanical strength and a method for improving the alignment of the electrodes of the electron gun [1] A distinctive feature of the invention is the use of insulators that provide a coaxial arrangement of the cathode, the focusing electrode of the anode, relative to each other and to the axis of the lamp passage channel due to the "plug "systems for connecting the listed electrodes with insulators, and insulators with a housing. Moreover, the linear dimensions of the structural elements are selected so that they can withstand the required alignment of the electrodes and the distance between them. The required position of the electrodes and insulators is fixed mechanically in the center of the lamp using a plate bolted to the gun body.

Недостатком данной конструкции и способа является низкая электрическая прочность, так как с внутренних поверхностей изолятора из-за их "закрытости" нельзя удалить известными способами проводящие пленки, которые образуются на них в результате испарения и катода металлов, входящих в состав эмиссионного вещества. The disadvantage of this design and method is the low dielectric strength, since conductive films that are formed on them as a result of evaporation and the cathode of metals that make up the emission substance cannot be removed from the inner surfaces of the insulator due to their "closeness".

Кроме того, принятая система крепления электродов и изоляторов требует ужесточения допусков посадочных диаметров "штекерных" соединений для устранения люфтов. Однако при этом чрезвычайно сложно избежать необратимой деформации электродов, вызываемой напряжениями, возникающими в них из-за разницы коэффициентов термического расширения (КТР) материалов электродов и изоляторов. Последнее обстоятельство неизбежно приводит к потере сооности, особенно при циклическом характере нагрева, который часто имеет место в условиях эксплуатации ЭВП О-типа. In addition, the adopted system of fastening electrodes and insulators requires tightening the tolerances of the landing diameters of the “plug” connections to eliminate backlash. However, it is extremely difficult to avoid irreversible deformation of the electrodes caused by the stresses arising in them due to the difference in the thermal expansion coefficients (CTE) of the materials of the electrodes and insulators. The latter circumstance inevitably leads to loss of water content, especially with the cyclic nature of the heating, which often takes place under operating conditions of O-type EEC.

Рекомендуемые пути снижения остаточных напряжений из-за термоуходов за счет материалов для электродов, расположенных в наиболее "горячих" местах, значения КТР которых близки к значениям КТР изоляторов, чаще всего реализовать не удается, так как трудно в условиях эксплуатации ЭВП на протяжении всего периода работы обеспечить расчетные значения температур соответствующих деталей такой "жесткой" конструкции. Recommended ways to reduce residual stresses due to thermal care due to materials for electrodes located in the “hottest” places, the KTR values of which are close to the KTR values of insulators, most often cannot be realized, since it is difficult in the conditions of EEC operation over the entire period of operation provide the calculated temperature values of the corresponding parts of such a "rigid" design.

Другие известные решения по уменьшению вредного влияния термоуходов электродов на параметры электронных пушек заключаются в том, чтобы обеспечить высокую точность сборки электродов с учетом их свободного перемещения при нагрева в условиях эксплуатации с получением требуемых расстояний между электродами в продольном направлении и перпендикулярно оси после выхода на номинальный тепловой режим [2] При этом бязательным является отсутствие остаточных напряжений, например, в местах соединения электродов с содержанием изолятора пушки, в также сведение до минимуму пружинящего эффекта при фиксации положения электродов относительно друг друга в процессе сборки пушки. Однако известные способы предусматривают жесткий контакт собираемых деталей с элементами оправки (пластинами, втулками, кольцами и т.п.), обеспечивающими требуемое взаимное положение деталей в конструкции электронных пушек. При этом естественно не удается избежать после соединения деталей друг с другом известными неразъемными и разъемными способами (сварка, пайка, клепка, завальцовка, свинчивание и т.п.) напряжений в конструкции, которые при величинах, не превышающих предела упругости материала деталей, приводят после демонтажа к уходу их от требуемого положения из-за пружинящего эффекта. Если же напряжения выше предела упругости, то материалы соединяемых деталей при сборке подвергаются деформации, которая, как правило (при отсутствии разрушения), приводит к возникновению остаточных напряжений в конструкции. Эти напряжения, в свою очередь, при нагреве деталей в процессе работы электронной пушки в приборе (особенно при циклическом нагреве) приводят к потере устойчивости и непрогнозируемому смещению деталей относительно друг друга. В результате рабочие параметры электронной пушки ухудшаются, что отрицательно сказывается на параметрах прибора в целом. Other well-known solutions to reduce the harmful effects of electrode thermal shifts on the parameters of electron guns are to ensure high accuracy of electrode assembly, taking into account their free movement during heating under operating conditions, to obtain the required distance between the electrodes in the longitudinal direction and perpendicular to the axis after reaching the nominal thermal mode [2] At the same time, the absence of residual voltages is mandatory, for example, at the junction of the electrodes with the gun insulator, in t kzhe to minimize the effect of the spring at a fixed position electrodes relative to each other during the gun assembly. However, the known methods provide for hard contact of the assembled parts with the elements of the mandrel (plates, bushings, rings, etc.), providing the required relative position of the parts in the design of electronic guns. In this case, naturally, it is not possible to avoid after connecting the parts to each other by the known one-piece and detachable methods (welding, soldering, riveting, rolling, screwing, etc.) of stresses in the structure, which, when values do not exceed the elastic limit of the material of the parts, result after dismantling to their departure from the desired position due to the spring effect. If the stresses are higher than the elastic limit, then the materials of the parts to be joined during assembly undergo deformation, which, as a rule (in the absence of failure), leads to the appearance of residual stresses in the structure. These voltages, in turn, when parts are heated during the operation of the electron gun in the device (especially during cyclic heating) lead to a loss of stability and unpredictable displacement of the parts relative to each other. As a result, the operating parameters of the electron gun deteriorate, which negatively affects the parameters of the device as a whole.

Наиболее близким к изобретению является способ сборки электронных пушек [2] в соответствии с которым электродные элементы, состоящие из полуцилиндрических стенок и полукруглых фланцев, расположенных на торцах этих стенок, размещают вдоль центра оси пушки с определенным расстоянием друг от друга. Closest to the invention is a method of assembling electronic guns [2] in accordance with which electrode elements consisting of semicylindrical walls and semicircular flanges located at the ends of these walls are placed along the center axis of the gun with a certain distance from each other.

При этом зазор между соседними электродами в процессе сборки устанавливают с помощью прокладок, на которых имеются выступы, фиксирующие положение катода (азимутальное) относительно отверстий фокуса и полетного канала (для прохождения электронного луча). In this case, the gap between adjacent electrodes in the assembly process is established using gaskets on which there are protrusions that fix the position of the cathode (azimuthal) relative to the holes of the focus and flight channel (for the passage of the electron beam).

Недостатки предложенного способа заключаются в том, что расположение по оси в требуемом положении и центровка электродных элементов, в том числе катодов, относительно друг друга и отверстий для прохождения луча и его фокусировки осуществляют с помощью специальных прокладок, которые контактируют непосредственно с электродами и катодами ("заневоливания"), фиксируя их в требуемом положении. При этом из-за наличия зазоров между прокладками и посадочными поверхностями полуцилиндрических стенок и полукруглых фланцев, определяемых допусками на обработку поверхностей этих элементов, в процессе их соединения между собой, например, с помощью сварки, возникает натяг, который после демонтажа приспособления приводит к изменению положения элементов конструкции относительно друг друга по сравнению с требуемым. The disadvantages of the proposed method are that the location on the axis in the desired position and the centering of the electrode elements, including the cathodes, with respect to each other and the holes for the passage of the beam and its focusing is carried out using special gaskets that contact directly with the electrodes and cathodes (" regrowing "), fixing them in the required position. In this case, due to the presence of gaps between the gaskets and the seating surfaces of the semicylindrical walls and semicircular flanges, determined by the tolerances on the processing of the surfaces of these elements, in the process of their connection to each other, for example, by welding, an interference occurs that after disassembling the device leads to a change in position structural elements relative to each other in comparison with the required.

Это обстоятельство, как отмечалось выше, не позволяет гарантировать сохранение параметров электронной пушки в процессе эксплуатации и ухудшает надежность и качестве СВЧ-ламп. This circumstance, as noted above, does not guarantee the preservation of the parameters of the electron gun during operation and affects the reliability and quality of microwave lamps.

Задача изобретения повышение надежности и долговечности СВЧ-ламп за счет обеспечения стабильной работы электронно-оптической системы, в результате снижения остаточных напряжений в конструкции электронной пушки, повышения точности сборки и формоустойчивости электродов, сведения до минимуму необратимых изменений положения элементов электронной пушки при многократных включениях канала во время эксплуатации. The objective of the invention is to increase the reliability and durability of microwave lamps by ensuring the stable operation of the electron-optical system, as a result of reducing residual stresses in the design of the electron gun, increasing the accuracy of assembly and shape stability of the electrodes, minimizing irreversible changes in the position of the elements of the electron gun when the channel is switched on repeatedly operating time.

Задача решается тем, что в способе изготовления и сборки электронной пушки с анодным блоком СВЧ лампы О-типа, включающей сборку катода, управляющего электрода и анода пушки с соответствующими держателями металлокерамического узла и присоединение электронной пушки к анодному блоку лампы, вначале производят механическую обработку базовой поверхности держателя анода, затем обрабатывают установочные поверхности остальных держателей параллельно по отношению к ней, после чего на базовую поверхность держателя анода устанавливают и фиксируют оправку, являющуюся имитатором анода, последовательно устанавливают и приваривают к соответствующим держателям катод и управляющий электрод, центрируя их под микроскопом относительно имитатора анода, снимают имитатор анода, устанавливают на его место анод, на торце которого выполнены технологические отверстия, соосные оси электронной пушки, после чего электронную пушку соединяют с анодным блоком СВЧ-лампы с помощью ориентирующих стержней, вставленных в технологические отверстия анода. The problem is solved in that in the method of manufacturing and assembling an electron gun with an anode block of an O-type microwave lamp, including assembling a cathode, a control electrode and a gun anode with the corresponding holders of the ceramic-metal assembly and attaching the electron gun to the anode block of the lamp, the base surface is first machined the anode holder, then process the mounting surfaces of the remaining holders in parallel with it, after which the fixer is installed on the base surface of the anode holder They remove the mandrel, which is an anode simulator, sequentially install and weld a cathode and a control electrode to the respective holders, centering them under a microscope with respect to the anode simulator, remove the anode simulator, install the anode in its place, at the end of which technological holes are made, coaxial with the axis of the electron gun, after whereby the electron gun is connected to the anode block of the microwave lamp with the help of orienting rods inserted into the technological holes of the anode.

Изобретение поясняется фиг. 1 4, на которых представлены схемы конструкции электронной пушки и приспособления, поясняющие реализацию предлагаемого способа, который состоит из следующих операций и переходов. The invention is illustrated in FIG. 1 4, which presents the design diagrams of an electronic gun and devices explaining the implementation of the proposed method, which consists of the following operations and transitions.

Металлокерамический узел 1 (фиг. 1) электронной пушки после его пайки подвергают механической обработке, причем сначала обрабатывают базовую поверхность

держателя 2 анода 3, затем обрабатывают установочные поверхности держателя 4 катода (катодов) и держателя 5 управляющего электрода, строго параллельно по отношению к базовой поверхности

, например, с точностью

, выдерживая требуемые расстояния до нее (а, в). Затем производят сборку электронной пушки, используя приспособление (фиг. 2), которую начинают с установки на базовую поверхность имитатора 6 анода, фиксируют с помощью винтов 7 приспособления и отмечают его положение на установочной поверхности рисками. Затем производят сборку катода 8 (катодов), устанавливая его под микроскопом относительно имитатора анода, например, с точностью ± 0,01 мм, фиксируют, поджимают с помощью приспособления к поверхности держателя, и соединяют с ней при помощи лазерной сварки по режиму: энерг. луча E 4 ^oC6 Дж. Вслед за этим, аналогичным образом производят сборку и сварку управляющего электрода 9 (электродов) с его держателем (держателями) [фиг. 3] после чего демонтируют имитатор анода, устанавливают на его место и фиксируют винтами оправки в том же положении анод электронной пушки, контролируя точность сборки под микроскопом, и приваривают вакуум-плотно анод к его держателю с помощью сварки по режиму: 1 св. 75 ± 5 A, U_св. 3^oC5 об/мин, расход аргона 8 9 л/мин. Собранную электронную пушку после окончательного демонтажа оправки, проверки вакуумной плотности сварного шва в месте соединения анода с держателем и контроля точности сборки присоединяют к анодному блоку СВЧ-лампы, устанавливая ее соосно с пролетными каналами при помощи стержней 10, входящих в ориентирующие (технологические) отверстия анода и пушки анодного блока (фиг. 4).The cermet unit 1 (Fig. 1) of the electron gun after its soldering is subjected to mechanical processing, and the base surface is first treated

the holder 2 of the anode 3, then process the mounting surface of the holder 4 of the cathode (cathodes) and the holder 5 of the control electrode, strictly parallel to the base surface

for example with precision

maintaining the required distance to it (a, b). Then, the electronic gun is assembled using the device (Fig. 2), which begins by installing the anode simulator 6 on the base surface, is fixed with the help of screws 7 of the device and marks its position on the installation surface with risks. Then, the cathode 8 (cathodes) is assembled, installing it under a microscope relative to the anode simulator, for example, with an accuracy of ± 0.01 mm, it is fixed, pressed with the aid of the holder to the surface of the holder, and connected to it by laser welding according to the mode: energy. beam E 4 ^o C6 J. Following this, the assembly and welding of the control electrode 9 (s) with its holder (s) is similarly carried out [Fig. 3] after which the anode simulator is dismantled, installed in its place and the mandrel screws are fixed in the same position by the anode of the electron gun, controlling the assembly accuracy under the microscope, and the anode is tightly welded to its holder by welding according to the mode: 1 St. 75 ± 5 A, U _St. 3 ^o C5 rpm, argon consumption 8 9 l / min. After the final dismantling of the mandrel, checking the vacuum density of the weld at the junction of the anode with the holder and checking the accuracy of the assembly, the assembled electron gun is connected to the anode block of the microwave lamp, installing it coaxially with the passage channels using rods 10 included in the orienting (technological) holes of the anode and guns of the anode block (Fig. 4).

Вакуумно-плотное соединение электронной пушки с блоком резонаторов осуществляют одним из известных способов, в частности аргоно-дуговой сваркой. The vacuum-tight connection of the electron gun with the resonator block is carried out by one of the known methods, in particular by argon-arc welding.

Предлагаемый способ позволяет изготавливать и собрать электронную пушку с блоком резонаторов СВЧ-лампы, во-первых, с требуемой точностью, как правило, более высокой, чем с помощью известных способов, и, во-вторых, практически устранить остаточные напряжения и упругую деформацию электронных элементов электронной пушки, так как в этом случае не применяются жесткие пластины и центрирующие втулки, которые, как отмечалось выше, являются косвенной причиной возникновения указанных отрицательных факторов. В результате повышается надежность и качество СВЧ-ламп, в частности, клистронов и ЛБВ. The proposed method allows to manufacture and assemble an electron gun with a block of resonators of a microwave lamp, firstly, with the required accuracy, usually higher than using known methods, and, secondly, to practically eliminate residual stresses and elastic deformation of electronic elements electron guns, since in this case rigid plates and centering sleeves are not used, which, as noted above, are an indirect cause of the occurrence of these negative factors. As a result, the reliability and quality of microwave lamps, in particular, klystrons and TWTs, are increased.

Данное утверждение подтверждено экспериментально, так как изготовление и сборка электронной пушки с блоком резонаторов СВЧ-ламп известными способами, в том числе, с использованием прототипа обеспечивает более низкие качественные показатели, чем при использовании для тех же целей предлагаемого способа. Более того, в электронных пушках, изготавливаемых известными способами, часто наблюдается разрушением сварных соединений в местах крепления электродных элементов с держателями МК узла. В то же время эксплуатация изделий с электронными пушками, собранными по предлагаемому способу, показала, что такой, дефект отсутствует. This statement is confirmed experimentally, since the manufacture and assembly of an electron gun with a block of microwave resonators using known methods, including using a prototype, provides lower quality indicators than when using the proposed method for the same purposes. Moreover, in electronic guns made by known methods, the destruction of welded joints at the points of attachment of electrode elements with holders of the MK assembly is often observed. At the same time, the operation of products with electronic guns assembled by the proposed method showed that there is no such defect.

Ограничением в применении предлагаемого способа является конструктивное исполнение электронной пушки, например, не позволяющее проводить механическую обработку поверхностей держателей МК узла из-за малых размеров изолятора, тонкостенности держателей и т.п. A limitation in the application of the proposed method is the design of the electron gun, for example, which does not allow machining of the surfaces of the holders of the MK assembly due to the small size of the insulator, the thinness of the holders, etc.

Claims

A method of manufacturing and assembling an electron gun with an anode block of an O-type microwave lamp, including assembling a cathode, a control electrode and an anode of a gun with the corresponding holders of the ceramic-metal assembly and attaching an electronic douche to the anode block of the lamp, characterized in that the base surface of the anode holder is first machined , then the mounting surfaces of the remaining holders are treated in parallel with respect to it, after which, on the base surface of the anode holder, they are installed and fixed The cathode and the anode simulator are sequentially installed and welded to the respective holders of the cathode and the control electrode, centering them under a microscope relative to the anode simulator, the anode simulator is removed, the anode is installed in its place, at the end of which there are technological holes aligned with the axis of the electron gun, after which The electron gun is connected to the anode block of the microwave lamp using orientation rods inserted into the technological holes of the anode.