SU948047A1

SU948047A1 - Electron gun

Info

Publication number: SU948047A1
Application number: SU813229295A
Authority: SU
Inventors: В.Ю. Горстин; Г.А. Логинов; К.С. Монахов; Н.Ю. Пальчук; С.И. Чугунов
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6575
Priority date: 1981-01-04
Filing date: 1981-01-04
Publication date: 1989-02-15

Abstract

ЭЛЕРРОННОЛУЧЕВАЯПУШКА, содержаща дисковый катод, а также прикатодный электрод и анод, рабочие поверхности которых выполнены в виде поверхностей вращени , отличающа с тем, что, с целью повышени качества сварного соедине- . ни путем стабилизации положени кроссовера, рабочие поверхности прикатодного электрода и анода выполнены гиперболическими с соотношением продольных и поперечных полуосей, равным 1,4, и с соотношением продольных полуосей, равным 4,66, имеющих общую асимптотическую поверхность, причем диаметр катода не превьш ает 0,6 его рассто ни до анода, диаметр рабочей поверхности прикатодного электрода равен 3-6 этого рассто ни , а диаметр рабочей поверхности анода равен 0,5-1,1 диаметра рабочей поверхности прикатодного электрода. СЛELECTRIC BOWEL, containing a disk cathode, as well as a near-cathode electrode and an anode, the working surfaces of which are made in the form of surfaces of revolution, characterized in that, in order to improve the quality of the welded joint -. neither by stabilizing the position of the crossover, the working surfaces of the cathode electrode and the anode are made hyperbolic with a ratio of longitudinal and transverse semi-axes equal to 1.4, and with a ratio of longitudinal semi-axes equal to 4.66 having a common asymptotic surface, and the diameter of the cathode does not exceed 0, 6 is the distance to the anode, the diameter of the working surface of the cathode electrode is 3-6 of this distance, and the diameter of the working surface of the anode is 0.5-1.1 of the diameter of the working surface of the cathode electrode. SL

Description

.1.one

Изобретение относитс к оборудованию дл электроннолучевой сварки, в частности к электроннолучевым пушкам.The invention relates to equipment for electron beam welding, in particular to electron beam guns.

Известна электроннолучева пушка, содержаща катод, анод и прикатодный электрод, причем рабочие поверхности анода и прикатодного электрода вьшолнены в виде поверхностей вращени .A known electron beam gun containing a cathode, an anode, and a cathode electrode, wherein the working surfaces of the anode and the cathode electrode are shaped as surfaces of revolution.

Недостатком данной электроннолучевой пушки вл етс необходимое положение кроссовера при изменении параметров режима сварки.The disadvantage of this electron beam gun is the necessary position of the crossover when changing the parameters of the welding mode.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту вл етс электроннолучева пушка, содержаща дисковый катод, а также прикатодный электрод и анод, рабочие поверхности которых выполнены в виде поверхностей вращени .Closest to the invention in its technical essence and the effect achieved is an electron beam gun containing a disk cathode, as well as a cathode electrode and an anode, whose working surfaces are made in the form of surfaces of revolution.

;о;about

Недостатком данной электроннолуче4 вой пушки вл етс невысокое качество сварного соединени , из-за изменени The disadvantage of this electron beam gun is the low quality of the welded joint, due to

00 положени кроссовера в процессе сваро ки.00 position of the crossover during welding.

4 four

Целью изобретени вл етс повьш1еЧ ние качества сварного соединени путем стабилизации положени кроссовера .The aim of the invention is to improve the quality of the welded joint by stabilizing the position of the crossover.

Поставленна цель достигаетс благодар тому, что в электроннолучевой пушке, содержащей дисковый катод, а также прикатодный электрод и анод, рабочие поверхности которых выполнены в виде поверхностей вращени , рабочие поверхности прикатодного электрода и анода выполнены гиперболическими с соотношением продольных и поперечных полуосей, равным 1,4, и 394 с соотношением продольных полуосей, равным 4,66, имеющих общую асимптотическую поверхность, причем диаметр катода не превышает 0,6 его рассто ни до анода, диаметр рабочей поверхности прикатодного электрода равен 3-6 этого рассто ни , а диаметр рабочей пoвepxнoctи анода равен 0,51 ,1 диаметра рабочей поверхности при катодного электрода, На чертеже представлена схема i электроннолучевой пушки. Пушка содержит дисковый катод 1, а также прикатодный электрод 2 и анод 3, рабочие поверхности которых выполнены в виде поверхностей вращени . Рабочие поверхности прикатодного электрода 2 и анода 3 выполнены гиперболическими с соотнощением продольных и поперечных полуосей, равHbuj 1,4, И С соотношением про a-t дольных полуосей, равным - ch() 4,66, имеющих общую. асимптотическую поверхность. Причем диаметр катода 1 не превьш1ает 0,6 ег рассто ни до анода 3, диаметр рабочей поверхности прикатодного электро да 2 равен 3-6 этого рассто ни , а диаметр рабочей поверхности анода равен 0,5-1,1 диаметра рабочей поверхности прикатодного электрода, где а , а -2 продольные полуоси гиперболоидов вращени ; с - поперечна полуось Гиперболоида вращени ; ch - косинус гиперболический Электроннолучева пушка также содержит катодоподогреватель 5, изол торы 6 и высоковольтные изол торы 7. Катод, .1, вьшолненный, например из лантанборида шш тантала, с помощью катододержател 4 через изол торы 6 соедин ют с прикатодным электродом 2 Разогрев катода осуществл ют элек-, тродной бомбардировкой с-катодоподогревател :5, закрепленного через изо л торы 6 на прикатодном электроде 2, Таким образом, катод 1 с катодододогревателем 5, изол торами 6 и прикатодным электродом 2 образует единый узел, соединенный высоковольтными изол торами 7 с анодом 3. Поверхности катода 1, прикатодно го электрода 2 и анода 3 представл ют собой эквипотенциальные поверхнос ти распределени потенциала, представленного уравнением Lf К /Z2 ) + д., где Lf - потенциал; К , посто нные интегрировани уравнени Лапласа; Z, г - текущие координаты. Данное распределение потенциала обладает фокусирующими свойствами и дает возможность аналитического решени уравнени движени электронов. Так как поверхности гиперболоидов асимптотически приближаютс к общей конической поверхности, то существенное вли ние на электрическую прочность пушки оказывают соотношени размеров рабочих поверхностей катода, прикатодного электрода и анода. Кроме того, их размеры должны быть таковы, чтобы не исключалась расчетна конфигураци пол в рабочей зоне и обеспечивалось расчетное фop мpoвaниe пучка электронов, а следовательно, и расчетное положение кроссовера. Расчетное положение кроссовера в предлагаемом прожекторе дл плоского катода, расположенного в вершине гиперболической поверхности, вл ющейс продолжением гиперболической поверхности прикатодного электрода, определ ют по формуле a,.ch (-f) + ch(-tl), I-.f fi ti V где Т - температура катода; f - рассто ние катод-анод; и - ускор ющее напр жение; q - зар д электрона; k. - посто нна Больцмана; а - продольна полуось гиперболоида поверхности прикатодного электрода. По приведенным формулам можно рассчитат изменени положени кроссовера дл предлагаемой пушки при колебани х ускор ющего напр жени в пределах 1-2 кВ, что на практике часто встречаетс в источниках различных типов, В описанной конструкции пушки при колебани х ускор ющего напр жени на 1-2 кВ от заданной величины положе5 ние кроссовера измен етс в диапазо от 0,003 до 0,009 мм, т.е. практичес ки не измен ет с , что в свою очередь приводит к повьппению количества свар ного соединени . Полученные результаты верны при условии, что диаметр катода не превышает 0,6 рассто ни катод-анод. В этом случае продолжение гиперболичес кой поверхности прикатодного электро да в области катода аппроксимируют плоскостью. Увеличение диаметра като да более чем на 0,6 рассто ни катод анод, приводит к искажению расчетной конфигурации пол в рабочей зоне и, следовательно, к отклонени м от расчетных параметров. Диаметр рабочей поверхности прикатодного электрода выбирают в диапа зоне от 3 до 6 рассто ни катод-анод так как уменьшение этого диаметра ме нее 3 рассто ний катод, -анод приводи к искажению расчетной конфигурации пол .. При увеличении диаметра рабочей части прикатодного электрода более 6 рассто ний катод-анод сближают крайние точки прикатодного электрода и анода, что приводит к снижению электропрочности пушки. По таким же соображени м диаметр рабочей части анода выбирают в диапазоне от 0,5 до 1,1 диаметра рабочей части прикатодного электрода. Электроннолучева пушка работает следующим образом. При, помощи катодоподогревател 5 разогревают катод 1 до температуры, обеспечивающей эмиссию с катода элек тронов, которые формируют с помощью прикатодного электрода 2 и анода 3 в луч. Электроды пушки изготавливали со следующими размерами, мм: 4,6 (матери Диаметр катода ал - тантал) Диаметр рабочей части прикатодного электрода 47 Диаметр рабочей части анода .48 Рассто ние катодт анод13 Рабочие поверхности прикатодного электрода и анода стро т по координатам на основании уравнений 7 дл прикатодного электрода /2- Vz. - (0,273 f)2 дл анода гс, V -Vzz - (1 ,273 f)z где г„,Гц, Z- - текущие координаты; f - рассто ние катод-анод. Точность обработки поверхностей провер ют по шаблонам. Между рабочими поверхност ми электродов и шаблонами допускают зазоры не более 0,05 мм. При испытании пушки стабильно получают кинжальные швы на токах сварки от 50 мА до 500 мА при ускор ющем напр жении 28 кВ, скорости сварки 30 м/ч и рабочем рассто нии пушки 260 мм. Ток сварки регулируют плавно во всем диапазоне от О до 500 мА за счет изменени потенциала смещени . Во всем диапазоне токов .сварки визуально острой фокусировке соответствовал один и тот же ток фокусирующей катушки. Стабильность положени кроссовера косвенно оценивают по стабильности тока, фокусирующей катушки. Первоначально фокусируют пучок с током не более 5 мА до минимально возможного размера п тна на поверхности образца, контроль визуальный. При этом ток фокусирующей катушки составл ет 425 мА. Затем провод т проплавление образцов при токах фокусировки в 420, 425 и 430 мА и токах луча от 25 мА до 200 мА. Во всез4 случа х наиболее глубокое проплавление получают при токе фокусировки в 425 мА. Контроль производ т по поперечным микрошлифам при трехкратном увеличении . Результаты экспериментов подтвердают практически стабильное положение кроссовера в тгутке даже при изенении тока луча от 5 мА до 200 мА, Данна электроннолучева пушка озвол ет стабилизировать положетае россовера при колебани х в процессе варки ускор ющего напр жени , а сле . 1овательно повысить качество свавного оединени .The goal is achieved due to the fact that in an electron-beam gun containing a disk cathode, as well as a cathode electrode and anode, the working surfaces of which are made in the form of rotational surfaces, the working surfaces of the cathode electrode and anode are made hyperbolic with a ratio of longitudinal and transverse semiaxes equal to 1.4 , and 394 with a ratio of longitudinal semi-axes equal to 4.66, having a common asymptotic surface, the diameter of the cathode not exceeding 0.6 of its distance to the anode, the diameter of the working surface todnogo electrode 3-6 is this distance and the diameter of the working anode is povepxnocti 0.51 1 diameter at the working surface of the cathode electrode, the drawing shows a diagram electron gun i. The gun contains a disk cathode 1, as well as a cathode electrode 2 and an anode 3, the working surfaces of which are made in the form of surfaces of rotation. The working surfaces of the cathode electrode 2 and the anode 3 are made hyperbolic with a ratio of longitudinal and transverse semi-axes, equal to Hbuj 1,4, And With a ratio about a-t of semi-axial semi-axes equal to - ch () 4,66, having a common. asymptotic surface. Moreover, the diameter of the cathode 1 does not exceed 0.6 of its distance to the anode 3, the diameter of the working surface of the cathode electrode 2 is 3-6 of this distance, and the diameter of the working surface of the anode is 0.5-1.1 of the diameter of the working surface of the cathode electrode where a, a -2 are the longitudinal semi-axes of rotation hyperboloids; c is the transverse semi-axis of the Hyperboloid of rotation; ch - cosine hyperbolic Electron-beam gun also contains cathode heater 5, insulators 6 and high-voltage insulators 7. Cathode, .1, filled, for example, from lanthanum boron tantalum, using cathode holder 4 through insulators 6 is connected to the cathode electrode 2 Warming up the cathode is carried out Electrode and electrode bombardment with a cathode heater: 5, fixed through insulators 6 on the near-cathode electrode 2; Thus, the cathode 1 with the cathode preheater 5, insulators 6 and the near cathode electrode 2 form a single node connected by you 6 with anode 3. The surfaces of the cathode 1, the cathode electrode 2 and the anode 3 are the equipotential surfaces of the potential distribution represented by the equation Lf К / Z2) + d., where Lf is the potential; K, constant integrations of the Laplace equation; Z, g - current coordinates. This potential distribution has focusing properties and provides an analytical solution to the electron motion equation. Since the surfaces of the hyperboloids asymptotically approach the common conical surface, the ratio of the sizes of the working surfaces of the cathode, cathode electrode and anode has a significant effect on the electrical strength of the gun. In addition, their dimensions should be such that the calculated configuration of the floor in the working area is not excluded and the calculated form of the electron beam and, consequently, the calculated position of the crossover is ensured. The calculated position of the crossover in the proposed searchlight for a flat cathode located at the apex of the hyperbolic surface, which is a continuation of the hyperbolic surface of the near-cathode electrode, is determined by the formula a, .ch (-f) + ch (-tl), I-.f fi ti V where T is the temperature of the cathode; f is the cathode-anode distance; and - accelerating voltage; q is the electron charge; k. - constant Boltzmann; (a) longitudinal semi-axis of the hyperboloid of the surface of the cathode electrode. By the above formulas, it is possible to calculate the variations in the position of the crossover for the proposed gun with acceleration voltage fluctuations within 1-2 kV, which is often found in practice in sources of various types. In the described design, the gun with acceleration voltage fluctuations of 1-2 the crossover position varies from 0.003 to 0.009 mm, i.e. practically does not change with, which in turn leads to a increase in the number of welded joints. The results obtained are correct, provided that the diameter of the cathode does not exceed 0.6 the cathode-anode distance. In this case, the continuation of the hyperbolic surface of the cathode electrode in the cathode region is approximated by a plane. Increasing the cathode diameter by more than 0.6 cathode anode distance, leads to a distortion of the calculated configuration of the floor in the working area and, consequently, to deviations from the calculated parameters. The diameter of the working surface of the cathode electrode is chosen in the range from 3 to 6 cathode-anode distances, since reducing this diameter to less than 3 distances, the cathode-anode distorts the calculated configuration of the field. With increasing diameter of the working part of the cathode electrode more than 6 The cathode-anode brings together the extreme points of the cathode electrode and the anode, which leads to a decrease in the electric strength of the gun. For the same reasons, the diameter of the working part of the anode is chosen in the range from 0.5 to 1.1 times the diameter of the working part of the near-cathode electrode. The electron beam gun works as follows. When using the cathode preheater 5, the cathode 1 is heated to a temperature that provides for the emission of electrons from the cathode, which are formed with the help of the cathode electrode 2 and the anode 3 into the beam. Electrodes of the gun were manufactured with the following dimensions, mm: 4.6 (mothers Cathode Diameter Al - Tantalum) Diameter of the Working Part of the Cathode Electrode 47 Diameter of the Working Part of the Anode .48 Distance of the Cathode Anode13 The working surfaces of the near-cathode electrode and anode are plotted using the coordinates 7 for the cathode electrode / 2- Vz. - (0,273 f) 2 for the anode gc, V -Vzz - (1, 273 f) z where r „, Hz, Z- are the current coordinates; f is the cathode-anode distance. The accuracy of surface treatment is checked using templates. Between the working surfaces of the electrodes and the templates allow gaps of no more than 0.05 mm. In testing, the gun stably obtain dagger joints at welding currents from 50 mA to 500 mA at an accelerating voltage of 28 kV, a welding speed of 30 m / h and a working distance of the gun 260 mm. The welding current is controlled smoothly over the entire range from 0 to 500 mA due to a change in the bias potential. In the entire range of welding currents, the same focusing coil current corresponded to a visually sharp focus. The stability of the position of the crossover is indirectly evaluated by the stability of the current focusing the coil. Initially, the beam is focused with a current of not more than 5 mA to the minimum possible spot size on the sample surface, visual control. In this case, the focusing coil current is 425 mA. Then the samples are melted at focusing currents of 420, 425 and 430 mA and beam currents from 25 mA to 200 mA. In all cases, the deepest penetration is obtained with a focusing current of 425 mA. Controls were made on the cross-sections with a threefold increase. The results of the experiments confirm the practically stable position of the crossover in connection even when the beam current changes from 5 mA to 200 mA. This electron beam gun makes it possible to stabilize the position of the rosover during oscillations in the process of accelerating voltage boiling, and then. To increase the quality of the community.

Claims

ELECTRON BEAM, containing a disk cathode, as well as a cathode electrode and anode, the working surfaces of which are made in the form of surfaces of revolution, different