RU2314593C2 - Электронно-лучевая пушка для нагрева материалов в вакууме - Google Patents
Электронно-лучевая пушка для нагрева материалов в вакууме Download PDFInfo
- Publication number
- RU2314593C2 RU2314593C2 RU2005138939/28A RU2005138939A RU2314593C2 RU 2314593 C2 RU2314593 C2 RU 2314593C2 RU 2005138939/28 A RU2005138939/28 A RU 2005138939/28A RU 2005138939 A RU2005138939 A RU 2005138939A RU 2314593 C2 RU2314593 C2 RU 2314593C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- guide
- capsule
- vacuum
- water
- cathode
- Prior art date
Links
Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электротехнике, в частности к приборам и устройствам для термообработки материалов и изделий. Электронно-лучевая пушка для нагрева материалов в вакууме содержит цилиндрическую стойку с высоковольтным разъемом, системой охлаждения, в которой установлен вакуумно-плотный изолятор катодно-подогревательного узла, анодный фланец и лучевод, выполненный в виде герметичной капсулы с встроенными линзами. Система охлаждения выполнена в виде двух контуров, один из которых содержит водяной дроссель, сопротивление и каналы охлаждения держателей термокатода и нагревателя. Второй контур выполнен в виде герметичного кольцевого фланца, сопряженного с водяной рубашкой лучевода. Вакуумная камера осесимметрично охватывает капсулу лучевода. Переходник для соединения лучевода с технологической камерой выполнен в виде водоохлаждаемого патрубка, охваченного двухполюсной магнитной линзой, сопряженной с конусной вставкой. Технический результат: повышение надежности и ресурса при одновременном расширении функциональных возможностей, а также увеличение удельной мощности пучка. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к приборам и устройствам для термообработки материалов и изделий в вакууме.
Известна электронно-лучевая пушка [1], содержащая цилиндрический корпус с высоковольтным вводом, в котором установлен вакуумно-плотный изолятор катодно-подогревательного узла, содержащий держатели термокатода и нагревателя, анодный фланец с анодным электродом, опирающимся на лучевод, выполненный в виде герметичной капсулы с встроенными магнитными линзами, и вакуумную камеру с откачными патрубками.
Основными недостатками известного устройства являются ограничение функциональных возможностей, надежности и ресурса работы, обусловленное наличием термоупругих напряжений в основных узлах, обеспечивающих рабочий режим электронно-лучевой пушки, что затрудняет их юстировку. При работе пушки в сварочном режиме пары металла и газовыделение снижают надежность системы в области формирования пучка, поскольку откачка газа производится через лучевод, проводимость которого ограничена размером анодного отверстия.
Известна также электронно-лучевая пушка для нагрева материалов в вакууме [2], содержащая цилиндрическую стойку с высоковольтным разъемом и системой охлаждения, в которой установлен вакуумно-плотный изолятор катодно-подогревательного узла, содержащий верхний фланец и держатели термокотода и нагревателя и анодный фланец с анодным электродом, опирающийся на лучевод, выполненный в виде герметичной цилиндрической капсулы с встроенными фокусирующей и отклоняющей магнитными линзами с выводами, вакуумную камеру с откачным патрубком и переходник для соединения лучевода с технологической камерой.
В известном устройстве при появлении градиентов давления и изменении режима газодинамического тракта не обеспечивается необходимая надежность работы электронно-лучевого канала в области формирования и фокусировки пучка, поскольку откачка системы производится через лучевод и затем через анодное отверстие малого диаметра. Ионная бомбардировка катода и паразитные разряды в промежутке катод-анод снижают не только ресурс, но и качество технологического процесса, а также ограничивают величину мощности пучка. Кроме этого в пушке такого класса возникают значительные термоупругие напряжения и соответствующие смещения между основными элементами, выполняющими электронно-оптические функции, что усложняет юстировку и настройку всей системы для заданного технологического процесса.
Настоящее изобретение решает задачу повышения надежности и ресурса пушки при одновременном расширении функциональных возможностей и удельной мощности пучка.
Для решения этой задачи в известной электронно-лучевой пушке для нагрева материалов в вакууме, содержащей цилиндрическую стойку с высоковольтным разъемом и системой охлаждения, в которой установлен вакуумно-плотный изолятор катодно-подогревательного узла, содержащий верхний фланец и держатели термокатода и нагревателя и анодный фланец с анодным электродом, опирающийся на лучевод, выполненный в виде герметичной цилиндрической капсулы с встроенными фокусирующей и отклоняющей магнитными линзами с выводами, и вакуумную камеру с откачным патрубком и переходник для соединения лучевода с технологической камерой, система охлаждения выполнена в виде двух контуров, причем первый контур выполнен в виде водяного дросселя, установленного соосно с изолятором пушки и подсоединенного через водяное сопротивление к водяной рубашке цилиндрического держателя термокатода и трубчатого держателя нагревателя. Второй контур выполнен в виде герметичного водоохлаждаемого кольцевого фланца, расположенного между основанием цилиндрической стойки и анодным фланцем, и водяной рубашки лучевода. Вакуумная камера осесимметрично охватывает капсулу лучевода, при этом кольцевой фланец закреплен на торце капсулы лучевода с помощью трех полых втулок, две из которых сообщаются с каналами охлаждения лучевода, а третья служит для ввода питания к магнитным линзам.
Переходник для соединения лучевода с технологической камерой выполнен в виде водоохлаждаемого патрубка, охваченного двухполюсной магнитной линзой, сопряженной с конусной вставкой, снабженной водяной рубашкой.
Кроме этого, расстояние h между кольцевым фланцем и торцом капсулы лучевода с диаметром D и радиальный зазор δ между цилиндрической стенкой вакуумной камеры и внешней стенкой капсулы выбраны в соотношении:
h=δ=0,25·dy 2/D, где dy - диаметр откачного патрубка.
Изобретение поясняется чертежом, на котором показан общий вид электронно-лучевой пушки.
Устройство содержит цилиндрическую стойку 1 с высоковольтным разъемом 2 и системой охлаждения 3.
Вакуумно-плотный изолятор 4 расположен осесимметрично с катодно-подогревательным узлом 5, содержащим катоды прямого и электронного накала. На верхнем фланце изолятора 6 установлены держатели основного катода 7 и нагревателя 8. Анодный фланец 9 с анодным конусным электродом 10 вмонтирован в торец лучевода 11, выполненного в виде герметичной цилиндрической капсулы 12, в которую встроены фокусирующая 13 и отклоняющая 14 магнитные линзы с выводами 15.
Вакуумная камера 16 с откачным патрубком 17 осесимметрично охватывает капсулу 12 лучевода.
Переходник 18 предназначен для соединения лучевода 11 с технологической камерой.
Система охлаждения пушки состоит из двух контуров.
Первый контур выполнен в виде бинарного водяного дросселя 19, установленного соосно и над изолятором пушки 4, подсоединенного через водяное сопротивление 20, имеющее форму витка, к водяной рубашке цилиндрического держателя термокатода и трубчатого держателя нагревателя 21.
Второй контур содержит герметичный водоохлаждаемый кольцевой фланец 22 с каналом 23 и цилиндрическую рубашку лучевода 24. Кольцевой фланец 22 закреплен герметично на торце капсулы лучевода с помощью трех полых втулок, расположенных под углами 120°, две из которых 25 и 26 сообщаются с каналами охлаждения лучевода, а третья 27 служит для ввода питания к магнитным линзам.
Переходник 18, соединяющий лучевод с технологической камерой относительно высокого давления, выполнен в виде водоохлаждаемого патрубка 28, охваченного двухполюсной магнитной линзой 29, сопряженной с конусной вставкой 30, также выполненной с водяными каналами 31.
Электронный пучок 32 после прохождения анодного отверстия диаметром dA фокусируется магнитной линзой в лучеводе диаметром dЛ. Расстояние h между кольцевым фланцем 22 и торцом капсулы лучевода внешним диаметром D фиксирует буферный объем, позволяющий реализовать режим дифференциальной откачки области катод-анод и объема лучевода. Зазор δ между цилиндрической стенкой вакуумной камеры и внешней стенкой капсулы позволяет наиболее эффективно использовать полную мощность и производительность вакуумной системы, если соблюдается соотношение:
h=δ=0,25·dy 2/D.
Электронно-лучевая пушка работает следующим образом.
После откачки прибора до 10-5 мм рт.ст. и технологической камеры до 10-2 мм рт.ст. производится подключение контуров охлаждения и затем включаются цепи накала катодного узла 5. После разогрева термокатода до заданной температуры включается ускоряющее напряжение и в промежутке катод 5-анод 10 формируется поток электронов. Предварительная фокусировка пучка осуществляется за счет вогнутости эмиссионной поверхности катода и выбора диаметра анодного отверстия dA и расстояния в системе катод-анод. Первый водяной контур 3 обеспечивает снятие температурных и упругих напряжений в системе держателей 21 даже при значительной мощности электронного накала, что стабилизирует положение фокуса электронного пучка. Последующая фокусировка и сопровождение пучка электронов в эквипотенциальном пространстве лучевода осуществляется магнитными линзами 13 и 14. Причем развертка на выходе 33 может производиться по спирали, по концентрическим окружностям, или вдоль двух осей, ортогональных к оси пучка. Двухполюсная линза 29 отклоняет пучок вдоль одной оси, ортогональной оси пучка, что позволяет производить вклад мощности сразу на большую поверхность, симметричную относительно оси пушки 36 между позициями 34 и 35, расстояние между которыми 37 может значительно превосходить диаметр лучевода dЛ. В режиме термообработки изделий, когда ΔТ=450÷600°С поток газа, движущийся через водоохлаждаемый лучевод, существенно снижается. При этом вероятность развития пробоя либо зажигание пучково-плазменного разряда между электродами пушки также снижается, а большое поперечное сечение откачного патрубка и мощность откачного устройства позволяют непрерывно удерживать необходимый перепад давлений газа между областью ускорения и формирования пучка и зоной технологического взаимодействия пучка с изделием. Угол отклонения и развертки пучка в поперечном сечении конусной вставки 30 может составлять ±45°. Пушка имеет сборно-разборную конструкцию и обладает минимальными габаритами даже при мощности 50-100кВт и требует расхода воды в пределах 5÷10 л/мин. Магнитные линзы, встроенные в водоохлаждаемую капсулу лучевода, расположены в полости, сообщающейся с атмосферой через негерметичный штепсельный разъем 15. Поэтому газовыделение из обмоток, а также тепловое и механическое влияние электромагнитных линз на электронно-лучевой тракт отсутствуют.
Источники информации
1. Чвертко А.И. и др. Оборудование для электронно-лучевой сварки. Киев. Науково Думка. 1973 г., стр.129, 136, Фиг.80, 88.
2. Патент DE №1955846, Н05В 7/00, 12.04.1973 г.
Claims (3)
1. Электронно-лучевая пушка для нагрева материалов в вакууме, содержащая цилиндрическую стойку с высоковольтным разъемом и системой охлаждения, в которой установлен вакуумно-плотный изолятор катодно-подогревательного узла, содержащий верхний фланец и держатели термокатода и нагревателя и анодный фланец с анодным электродом, опирающийся на лучевод, выполненный в виде герметичной цилиндрической капсулы с встроенными фокусирующей и отклоняющей магнитными линзами с выводами, вакуумную камеру с откачным патрубком и переходник для соединения лучевода с технологической камерой, отличающаяся тем, что система охлаждения собрана в виде двух контуров, первый контур выполнен в виде водяного дросселя, установленного соосно с изолятором пушки и подсоединенного через водяное сопротивление к водяной рубашке цилиндрического держателя термокатода и трубчатого держателя нагревателя, а второй контур выполнен в виде герметичного водоохлаждаемого кольцевого фланца, расположенного между основанием цилиндрической стойки и анодным фланцем, и водяной рубашки лучевода, вакуумная камера осесимметрично охватывает капсулу лучевода, при этом кольцевой фланец герметично закреплен на торце капсулы лучевода с помощью трех полых втулок, две из которых сообщаются с каналами охлаждения лучевода, а третья служит для ввода питания к магнитным линзам.
2. Электронно-лучевая пушка по п.1, отличающаяся тем, что переходник для соединения лучевода с технологической камерой выполнен в виде водоохлаждаемого патрубка, охваченного двухполюсной магнитной линзой, сопряженной с конусной вставкой, снабженной водяной рубашкой.
3. Электронно-лучевая пушка по п.1, отличающаяся тем, что расстояние h между кольцевым фланцем и торцом капсулы лучевода с внешним диаметром D и радиальный зазор δ между цилиндрической стенкой вакуумной камеры и внешней стенкой капсулы выбраны в соотношении: h=δ=0,25dy 2/D, где dy - диаметр откачного патрубка.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005138939/28A RU2314593C2 (ru) | 2005-12-15 | 2005-12-15 | Электронно-лучевая пушка для нагрева материалов в вакууме |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005138939/28A RU2314593C2 (ru) | 2005-12-15 | 2005-12-15 | Электронно-лучевая пушка для нагрева материалов в вакууме |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005138939A RU2005138939A (ru) | 2007-06-20 |
RU2314593C2 true RU2314593C2 (ru) | 2008-01-10 |
Family
ID=38314070
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005138939/28A RU2314593C2 (ru) | 2005-12-15 | 2005-12-15 | Электронно-лучевая пушка для нагрева материалов в вакууме |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2314593C2 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2709793C1 (ru) * | 2018-07-09 | 2019-12-20 | Публичное акционерное общество "Электромеханика" | Электронно-лучевая пушка с повышенным ресурсом эксплуатации |
RU2756845C1 (ru) * | 2020-12-28 | 2021-10-06 | Акционерное Общество "Наука И Инновации" | Катодно-подогревательный узел для электронно-лучевой пушки |
RU2789848C1 (ru) * | 2022-05-30 | 2023-02-14 | Василий Юрьевич Григорьев | Катодный узел электронной пушки |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2548016C1 (ru) * | 2013-10-16 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) | Устройство для ионной обработки внутренних поверхностей изделий миллиметрового диапазона |
-
2005
- 2005-12-15 RU RU2005138939/28A patent/RU2314593C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2709793C1 (ru) * | 2018-07-09 | 2019-12-20 | Публичное акционерное общество "Электромеханика" | Электронно-лучевая пушка с повышенным ресурсом эксплуатации |
RU2756845C1 (ru) * | 2020-12-28 | 2021-10-06 | Акционерное Общество "Наука И Инновации" | Катодно-подогревательный узел для электронно-лучевой пушки |
RU2789848C1 (ru) * | 2022-05-30 | 2023-02-14 | Василий Юрьевич Григорьев | Катодный узел электронной пушки |
RU2792344C1 (ru) * | 2022-11-16 | 2023-03-21 | Общество с ограниченной ответственностью "НПП ЛМ Инвестор" | Газоразрядная электронная пушка, управляемая источником ионов с замкнутым дрейфом электронов |
RU2792344C9 (ru) * | 2022-11-16 | 2023-04-19 | Общество с ограниченной ответственностью "НПП ЛМ Инвертор" | Газоразрядная электронная пушка, управляемая источником ионов с замкнутым дрейфом электронов |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005138939A (ru) | 2007-06-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6849854B2 (en) | Ion source | |
JP5808417B2 (ja) | 電子ビームを形成するための装置 | |
EP1018137B1 (en) | Charged particle beam emitting assembly | |
CN110870036B (zh) | 紧凑型电离射线生成源、包括多个源的组件以及用于生产该源的方法 | |
IL24630A (en) | Annular hollow cathode discharge apparatus | |
RU2314593C2 (ru) | Электронно-лучевая пушка для нагрева материалов в вакууме | |
JP2020047407A (ja) | 荷電粒子線装置 | |
JP2022552568A (ja) | プラズマカソードを用いた電子ビーム溶接システム | |
US5623183A (en) | Diverging beam electron gun for a toxic remediation device with a dome-shaped focusing electrode | |
US11101097B2 (en) | Compact source for generating ionizing radiation, assembly comprising a plurality of sources and process for producing the source | |
JP4417945B2 (ja) | イオン発生装置 | |
CN110797242B (zh) | 一种用于镀膜的冷阴极电子枪装置 | |
JP2007287501A (ja) | 透過型x線管 | |
US4831308A (en) | Ion beam gun wherein the needle emitter is surrounded by a tubular nozzle so as to produce an increased ion beam | |
US4034256A (en) | Electron gun for heating, fusing and vaporizing | |
US3412196A (en) | Electron beam vacuum melting furnace | |
JP2020526866A (ja) | 電離放射線を生成するための小型放射源、複数の放射源を含むアセンブリ及び放射源を製造するためのプロセス | |
KR101089231B1 (ko) | X선관 | |
US9607800B1 (en) | High brightness electron impact ion source | |
JP2011040292A (ja) | 電子銃、電子銃を用いた真空処理装置 | |
RU2084985C1 (ru) | Пучково-плазменный свч-прибор | |
KR20050099458A (ko) | 가스 방전관 | |
RU2192687C2 (ru) | Электронно-лучевая установка | |
JPH0689689A (ja) | イオン照射装置 | |
JP2003007240A (ja) | プラズマ発生装置及び薄膜形成装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20081216 |