SU1593844A1

SU1593844A1 - Electron-beam gun

Info

Publication number: SU1593844A1
Application number: SU884641731A
Authority: SU
Inventors: Владимир Васильевич Гринин; Владимир Евгеньевич Коротков; Виктор Васильевич Овчинников
Original assignee: Предприятие П/Я А-1122
Priority date: 1988-12-07
Filing date: 1988-12-07
Publication date: 1990-09-23

Abstract

Изобретение относитс к электронно-лучевой сварке, в частности к оборудованию дл электронно-лучевой сварки крупногабаритных изделий. Цель изобретени - уменьшение габаритов пушки и повышение надежности эксплуатации путем исключени принудительной прокачки жидкого диэлектрика. В состав электронно-лучевой пушки, содержащей корпус 1 с фланцем 2 и установленным на нем изол тора 3, катодный узел 4 с управл ющим электродом 5 и анодом 6, введен дополнительный резервуар 7. Установка дополнительного резервуара 7, сообщающегос в объемом изол тора 3, обеспечивает отвод тепла от катодного узла 4 через жидкий диэлектрик. Выбор рассто ни от клемм 19 до стенки резервуара 7 в 1,5-2,0 раза большим, чем рассто ние между управл ющим электродом 5 и анодом 6, повышает устойчивость пушки к образованию пробоев. Объем резервуара 7 превышает объем изол тора 3 в 3-4 раза дл уменьшени разогрева диэлектрика, вызывающего снижение его изол ционных свойств без чрезмерного увеличени габаритов пушки. Конструкци электронно-лучевой пушки позвол ет исключить необходимость ввода внутрь камеры шлангов дл подвода диэлектрика, что улучшает услови обслуживани пушки и упрощает ее конструкцию в целом. 2 ил. 1 табл.The invention relates to electron beam welding, in particular to equipment for electron beam welding of large-sized products. The purpose of the invention is to reduce the dimensions of the gun and increase the reliability of operation by eliminating the forced pumping of a liquid dielectric. The composition of the electron-beam gun, comprising a housing 1 with a flange 2 and an insulator 3 installed on it, a cathode assembly 4 with a control electrode 5 and an anode 6, introduced an additional reservoir 7. Installing an additional reservoir 7, communicating in the insulator volume 3, provides heat removal from the cathode assembly 4 through a liquid dielectric. The choice of the distance from the terminals 19 to the wall of the tank 7 is 1.5-2.0 times greater than the distance between the control electrode 5 and the anode 6 increases the resistance of the gun to the formation of breakdowns. The volume of the tank 7 exceeds the volume of the insulator 3 by a factor of 3–4 to reduce the heating of the dielectric, which causes a decrease in its insulating properties without excessively increasing the dimensions of the gun. The design of the electron-beam gun eliminates the need for inserting hoses into the chamber to supply a dielectric, which improves the conditions for servicing the gun and simplifies its design as a whole. 2 Il. 1 tab.

Description

3, катодный узел 4 с управл ющим электродом 5 и анодом 6, введен дополнительный резервуар 7. Установка дополнительного резервуара 7, сообщающегос с объемом изол тора 3, обеспечивает отвод тепла от катодного узла 4 через жидкий диэлектрик. Выбор рассто ни от клемм 19 до стенки резервуара 7 в 1,5-2,0 раза большим, чем рассто ние между управл ющим электродом 5 и анодом 6, повьштает устойчивость пушки к образованию пробоев . Объем резервуара 7 превьш1ает объем изол тора 3 в 3-4 раза дл уменьшени разогрева диэлектрика, вызывающего снижение его изол ционных свойств без чрезмерного увеличени габаритов пушки. Конструкци электроно-лучевой пушки позвол ет исключить необходимость ввода внутрь камеры шлангов дл подвода диэлектрика, что улучшает услови обслуживани пушки и упрощает ее конструкцию в целом. 1 ил.3, the cathode assembly 4 with the control electrode 5 and the anode 6, an additional reservoir 7 is inserted. The installation of an additional reservoir 7 connected to the volume of the insulator 3 provides heat removal from the cathode assembly 4 through a liquid dielectric. The choice of the distance from the terminals 19 to the wall of the tank 7 is 1.5-2.0 times greater than the distance between the control electrode 5 and the anode 6, which increases the resistance of the gun to the formation of breakdowns. The volume of the tank 7 exceeds the volume of the insulator 3 by 3-4 times to reduce the heating of the dielectric, causing a decrease in its insulating properties without excessively increasing the dimensions of the gun. The design of the electron-beam gun eliminates the need for inserting hoses into the chamber to supply a dielectric, which improves the conditions for servicing the gun and simplifies its design as a whole. 1 il.

Изобретение относитс к электронно-лучевой сварке, в частности к оборудованию дл электронно-лучевой сварки крупногабаритных изделий.The invention relates to electron beam welding, in particular to equipment for electron beam welding of large-sized products.

Целью изобретени вл етс уменьшение габаритов пушки и повьп ение .надежности эксплуатации путем исключени принудительной прокачки жидкого диэлектрика.The aim of the invention is to reduce the dimensions of the gun and increase the reliability of operation by eliminating the forced pumping of a liquid dielectric.

Па чертеже изображена схема электронно-лучевой пушки.Pa drawing shows a diagram of an electron beam gun.

Путшса содержит корпус 1 с фланцем 2 и установленным на нем высоковольтным блоком, состо щим из изол тора .3, катодного узла 4, съемного электронно-оптического блока с управл ющим электродом 5, и анод 6. На фланце 2 установлен цилиндрический резервуар 7 с отверстием дл заливки. В отверстии дл заливки установлена диафрагма 8, фиксируема пр1-1жимом 9. Прижим 9 поджат к диафрагме 8 крьш1- кой 10 через уплотнение П. На боковой поверхности резервуара 7 закреплен стакан 12, Через отверстие в стакане 12 внутрь резервуара 7 вве- ден высоковольтный кабель 13. Герметизаци участка подвода кабел осуществл етс через прокладку 14, фиксируемую в стакане 12 штуцером 15. Па штуцер 15 установлен ниппель 16, закрепленный накидной гайкой 17.The tunnel contains a housing 1 with a flange 2 and a high-voltage unit mounted on it consisting of insulator .3, a cathode assembly 4, a removable electro-optical unit with a control electrode 5, and an anode 6. A flange 2 is fitted with a cylindrical tank 7 with an opening for fill. A diaphragm 8 is fixed in the pouring hole, fixed by clamp 1 9. Clamp 9 is pressed to diaphragm 8 by knuckle 10 through seal P. A cup 12 is fixed to the side surface of tank 7, a high-voltage cable is inserted through hole in cup 12 13. Sealing of the cable entry section is carried out through the gasket 14, which is fixed in the glass 12 by the fitting 15. Pa. The fitting 15 is fitted with a nipple 16 fixed by a cap nut 17.

Па изол торе 3 установлена изол ционна втулка 18 с клеммами 19 в виде болтов. К клеммам 19 креп тс жилы 20 высоковольтного кабел и подключаютс втулки, на которых установлен подогреватель катода.An insulator 3 is installed on insulator 3 with terminals 19 in the form of bolts. The terminals 19 secure the cores 20 of the high-voltage cable and connect the bushings on which the cathode heater is installed.

Во втулке 18 выполнены четыре отверсти , соедин ющие внутренний объем изол тора 3 с объемом цшшндриFour holes are made in the sleeve 18, which connects the internal volume of the insulator 3 with the volume of

ческого резервуара 7 и обеспечивающи циркул цию жидкого диэлектрика.reservoir 7 and circulating a liquid dielectric.

Электронно-лучева пушка работает следующим образом.The electron beam gun works as follows.

При подаче напр жени через высоквольтный кабель 13 на клеммы 19 и через них на электронно-оптический блок катод имитирует электроны, которые посредством управл ющего электрода 5 и анода 6 формируютс в элек . тронньй луч. Электронный луч фокусируетс на поверхности свариваемых деталей в зоне сварки фокусирующей магнитной катушки (не показана). When a voltage is applied through a high-voltage cable 13 to terminals 19 and through them to an electron-optical unit, the cathode simulates electrons, which are formed by means of the control electrode 5 and the anode 6 into an elec. throne beam The electron beam is focused on the surface of the parts to be welded in the welding zone of the focusing magnetic coil (not shown).

Параметры луча и качество сварки существенно завис т от соосности (юстировки) высоковольтного узла и анода 6, котора достигаетс расположением фланца 2 в корпусе 1 по посадке .The beam parameters and the quality of welding substantially depend on the alignment (alignment) of the high voltage assembly and the anode 6, which is achieved by positioning flange 2 in housing 1.

В процессе работы пушки затруднено образование высоковольтного пробо между резервуаром 7 и клеммами 19 из-за того, что рассто ние между ними больше рассто ни от управл ющего . электрода до анода. Благодар этому .повьш1аетс надежность работы пушки.In the process of operation of the gun, the formation of high-voltage breakdowns between the tank 7 and the terminals 19 is difficult due to the fact that the distance between them is greater than the distance from the control one. electrode to the anode. Thanks to this. The reliability of the gun is improved.

Жидкий диэлектрик, заполн ющий внутренний объем изол тора 3 при ра- ,боте пушки нагреваетс от катодного узла. За счет теплопередачи тепло распростран етс и нагреваетс диэлектри во внутреннем объеме резервуара 7. Это тепло отводитс за счет лучистой теплопередачи с поверхности резервуара 7 в вакз умную камеру, а также за счет теплопроводности от корпуса резервуара 7 через корпус 1 пушки и далее в технологическую оснастку вакуумной камеры.The dielectric fluid filling the internal volume of the insulator 3 when the gun is operated, is heated from the cathode assembly. Due to heat transfer, heat is distributed and heated by the dielectric in the internal volume of tank 7. This heat is removed due to radiant heat transfer from the surface of tank 7 to the vacuum chamber, and also due to heat conduction from tank body 7 through gun body 1 and further to vacuum equipment cameras.

515938А4515938A4

Наиболее стабильна работа пуижи достигаетс при использовании в качестве жидкого диэлектрика касторового масла.The most stable operation of the puiji is achieved when using castor oil as a liquid dielectric.

Рассто ние от клемм 9 до стенки дополнительного цилиндрического резервуара выбирают в 1,5-2 раза больв н дл в чThe distance from the terminals 9 to the wall of the additional cylindrical tank is chosen 1.5-2 times greater than dl per hour.

шим, чем рассто ние между управл ющи электродом и анодом. Это позвол ет повысить устойчивость пушки к образованию высоковольтных пробоев.и выход из стро кабел 13. В случае, если рассто ние между корпусом 1 и клеммами 19 превьшает рассто ние между управл ющим электродом 5 и анодом 6 менее чем в 1,5 раза, наблюдаетс частое возникновение высоковольтных пробоев между клеммами 19 и корпусом .I. В результате этого часто нарушаетс процесс сварки и выходит из стрс высоковольтный кабель. Увеличение рассто ни между корпусом 1 и клеммами 1 9 более чем в 2 раза по отношению к рассто нию между управл ющим электродом 5 и анодом 6, предотвра- ща образование высоковольтных пробоев , в то же врем значительно уве- |личивавт габаритные размеры и массу пушки.shim than the distance between the control electrode and the anode. This makes it possible to increase the resistance of the gun to the formation of high-voltage breakdowns and the failure of cable 13. In the case that the distance between housing 1 and terminals 19 exceeds the distance between control electrode 5 and anode 6 by less than 1.5 times, the frequent occurrence of high-voltage breakdowns between terminals 19 and the housing .I. As a result, the welding process is often disrupted and the high-voltage cable leaves the ppc. Increasing the distance between housing 1 and terminals 1 9 by more than 2 times with respect to the distance between control electrode 5 and anode 6, preventing the formation of high-voltage breakdowns, at the same time increasing the overall dimensions and weight of the gun .

На образование высоковольтных пробоев большое внимание оказывает объем жидкого диэлектрика, заключенного в резервуаре 7. В зависимости от данного объема мен етс температура нагрева жидкого диэлектрика в процессе работы пушки (фиг.2). При объеме резервуара 7, превосход щего внутренний объем изол тора менее чем в 3 раза, на номинальной мощности пушки при непрерывной работе в.течение 4 ч наблюдаетс разогрев жидкого диэлектрика до температуры 16П-170°С. Это может привести к снижению его сопротивлени и возникновению высоковольтного Пробо в пушке. При увеличении объема резервуара 7 до 3-4 объемов изол тора 3 наблюдаетс снижение температуры нагрева жидкого диэлектрика до 100-110 С. Дальнейшее увеличение объема резервуара 7 приводит к монотонному снижению температуры жидкого диэлектрика. Однако при этом значительно возрастают габариты пушки, Опыт эксплуатации за вл емой пушки в услови х серийного производства изделий показал, что оптимальным вл етс превьш1ение объема резервуара 7 к объему изол тора 3 в 3-4 раза.A high volume of dielectric fluid enclosed in tank 7 is of great attention to the formation of high-voltage breakdowns. Depending on this volume, the heating temperature of the liquid dielectric varies during the operation of the gun (Fig. 2). When the volume of the tank 7, which is less than 3 times the internal volume of the insulator, at a nominal gun power, during continuous operation for 4 h, the liquid dielectric is heated to a temperature of 16P-170 ° C. This can lead to a decrease in its resistance and the appearance of a high-voltage breakdown in the gun. By increasing the volume of tank 7 to 3-4 volumes of insulator 3, the heating temperature of the liquid dielectric to 100-110 ° C is observed. A further increase in the volume of tank 7 leads to a monotonic decrease in the temperature of the liquid dielectric. However, the dimensions of the gun significantly increase. The operating experience of the claimed gun under the conditions of mass production of products has shown that it is optimal to increase the volume of tank 7 to the volume of insulator 3 by 3-4 times.

66

Установка цилиндрического резервуара позвол ет отказатьс от применени принудительной прокачки масла - дл охлаждени высоковольтного блока. Объем изол тора сообщаетс с объемом резервуара и тем обеспечиваетс отвод тепла от катодного узла через жидкий диэлектрик и корпус ре10 зервуара в узел креплени пушки. При этом объем цилиндрического резервуара должен превьшхать объем изол тора в 3-4 раза. При объеме резервуара , менее чем в 3 раза превосхо 5 д щего объем изол тора, наблюдаетс разогрев диэлектрика, сопровождающийс снижением его изол ционных свойств и возникновением электрических пробоев между клеммами 19, к которым подключен высоковольтный кабель 13. Это вызывает нарушение процесса сварки и может привести к повреждению изол ции кабел 13. Увеличение объема цилиндрического резервуара более чем в 4 раза по отношению к объему изол тора нецелесообразно в св зи с ростом габаритов пушки.Installing a cylindrical tank allows refusing the use of forced oil pumping — for cooling a high-voltage unit. The volume of the insulator is in communication with the volume of the tank, and thus heat is removed from the cathode assembly through the dielectric fluid and the tank body of the tank to the gun mount. In this case, the volume of the cylindrical tank should exceed the volume of the insulator by 3-4 times. When the tank volume is less than 3 times as high as the insulator volume, the dielectric is heated up, accompanied by a decrease in its insulating properties and electrical breakdowns occur between terminals 19 to which the high-voltage cable 13 is connected. damage to the insulation of the cable 13. The increase in the volume of the cylindrical tank by more than 4 times relative to the volume of the insulator is impractical due to the increase in the dimensions of the gun.

Высока эксплуатационна надежность пушки против образовани высоковольтных пробоев из-за перегрева диэлектрика при минимальных размерах цилиндрического резервуара достигаетс при отношении его объема к объему изол тора как (3-4):1.The high operational reliability of the gun against the formation of high-voltage breakdowns due to overheating of the dielectric with the minimum dimensions of the cylindrical tank is achieved at a ratio of its volume to the volume of the insulator as (3-4): 1.

2020

2525

30thirty

3535

II

00

Рассто ние от клемм 19 до стенки цилиндрического резервуара превьшгает в 1,5-2 раза рассто ние между управл ющим электродом и анодом. В случае, если рассто ние между стенкой цилиндрического резервуара 7 и клеммами 19 превышает рассто ние между управл ющим электродом и анодом менее чем в 1,5 раза, наблюдаетс частое воз- 5 никновение электрических пробоев между клеммами 19 и корпусом резервуара 7, Вьшоковольтные пробои привод т к короткому замыканию электрической цепи и выходу из стро высоковольтного .кабел и источника питани пушки. При величине рассто ни между клеммами 19 и корпусом резервуара 7, в 1,5-2,0 раза превышающим рассто ние между анодом и управл ющим электродом , возникающие электрические пробои при нарушении степени разр жени в камере возникают между анодом и управл ющим электродом. Поэтому не образуетс пробо высоковольтного кабел .The distance from the terminals 19 to the wall of the cylindrical tank is 1.5–2 times the distance between the control electrode and the anode. In case the distance between the wall of the cylindrical tank 7 and the terminals 19 is less than 1.5 times the distance between the control electrode and the anode, the frequent occurrence of electrical breakdowns between the terminals 19 and the tank body 7, High voltage breakdowns t to short circuit of the electric circuit and failure of the high voltage cable and the power source of the gun. When the distance between the terminals 19 and the tank body 7 is 1.5-2.0 times the distance between the anode and the control electrode, electrical breakdowns occur in violation of the degree of discharge in the chamber between the anode and the control electrode. Therefore, no breakdown of the high voltage cable is formed.

00

5five

Увеличение рассто ни между клеммами 19 и корпусом резервуара 7 более чем в 2 раза по отношению к рассто нию между управл ющим электродом и анодом нецелесообразно из-за увеличени габаритов пушки.Increasing the distance between the terminals 19 and the tank body 7 by more than 2 times with respect to the distance between the control electrode and the anode is impractical because of the increase in the dimensions of the gun.

Корпус электронно-лучевой пугаки мощностью 15 кВт изготовлен из алюминиевого сплад аАК4. На фланце корпуса установлен дрполнитёльный резервуар емкостью 500 см. На фланце также установлен изол тор из капролона с внутренним-объемом 150 см. Технические характеристики путки1 Ускор ющее Напр жение, кВ 60±1 Ток луча, мА . До 250 Ток фокусирующей линзы, А . До 1 Рабочее рассто ние, мм 50-200 Габаритные размеры, мм; диаметр150The case of an electron beam with a power of 15 kW is made of aluminum splad aAK4. A 500 cm capacity reservoir is installed on the flange of the tank. A 500 cm insulator with an internal volume of 150 cm is also installed on the flange. Technical characteristics of the track1 Accelerating Voltage, kV 60 ± 1 Beam current, mA. Up to 250 Focusing lens current, A. Up to 1 Working distance, mm 50-200 Overall dimensions, mm; diameter 150

высота544height544

Данна конструкци электронно- 25 лучевой пушки позвол ет исключить необходимость ввода внутрь камеры шлангов дл подвода масла от насоса, от специального наконечника), дл ввода высоковольтного кабел в корпус зо пушки, что существенно улучшает услови обслуживани пушки в процессеThis design of an electron beam gun (25) eliminates the need to insert hoses for supplying oil from a pump (from a special tip) to the inside of the chamber) for inserting a high-voltage cable into the body of the gun, which significantly improves the conditions for servicing the gun in the process.

00

5five

5 о 5 o

00

Claims

operation while simplifying its design as a whole. Invention Formula

Electron-beam gun containing a housing with a flange and a high-voltage unit installed in it with an insulator fixed to the flange through a cap nut, cathode assembly and a removable electro-optical unit, a control electrode, an anode and a high-voltage cable, featuring so that, in order to reduce the size, simplify the design of the gun and increase the reliability of operation by eliminating the forced pumping of a liquid dielectric, it is equipped with a cylindrical reservoir for the liquid dielectric and insulators an ion bushing with terminals fixed in it, with a cylindrical tank mounted on the flange of an electron beam, a high-voltage cable connected to the terminals, an insulating sleeve fixed to the insulator, and the distance from the terminals to the tank 1.5-2.0 times the distance between the control electrode and the anode of the gun, and the volume of the cylindrical tank exceeds the volume of the insulator by 3-4 times.