UA69394C2 - Пристрій для випромінювання заряджених частинок, зварювальний апарат та пристрій для одержання пучка заряджених частинок - Google Patents

Abstract

Пристрій для випромінювання заряджених частинок містить випромінювач (5) заряджених частинок однієї полярності. Трубчастий екранний електрод (6) оточує по периферії випромінювач і перебуває при роботі під потенціалом тієї ж полярності, що і заряджені частинки. Трубчастий прискорюючий електрод (7) розташований, переважно, співвісно з екранним електродом (6) і перебуває при роботі під потенціалом полярності, протилежної полярності екранного електрода. Пристрій функціонує таким чином, що заряджені частинки з випромінювача (5) спочатку розмиваються в бічному напрямку назовні і потім фокусуються в пучок, що проходить через трубчастий прискорювальний електрод (7).

Description

Опис винаходу

Винахід відноситься до пристрою для випромінювання заряджених частинок і до випромінювачів. Винахід 2 зв'язаний, наприклад, з виробленням електронних пучків (ЕП) високої енергії і передачею їх у вакуумні камери, що працюють при тиску в діапазоні від, приблизно, 10-1гПа до декількох сотень гПа. Однак, винахід також застосовний до інших типів пучків заряджених частинок, включаючи ті, які визначаються негативно чи позитивно зарядженими іонами. Для зручності далі мова буде йти тільки про електронні пучки.

Електронні пучки легко виробляються шляхом вивільнення вільних електронів з випромінювача і прискорення хв електричному полі. Для електронних пучків, що використовуються тільки для такого застосування, як вакуумна плавка металів, характеристика пучка з погляду розподілу щільності енергії, яскравості пучка і профілю пучка не має великого значення. Звичайно "яскравість" визначається як щільність струму/стерадіан.

Для інших застосувань характеристика пучка є надзвичайно важливою і, більш того, повинна бути стабільною і відтворюваною. У випадку електронно-променевого зварювання (ЕПЗ), наприклад, можливість виробництва 79 глибоких вузьких зон проплавлення постійної глибини і ширини, які повторюються, залежать від наступних критеріїв: ї) розподіл щільності енергії пучка; ї) положення фокуса відносно поверхні оброблюваної деталі; і ії) яскравість пучка, що містить у собі як розмір плями, так і фактори кута конвергенції. 20 В ідеалі, для електронно-променевого зварювання важливо досягти чітко визначеного розподілу щільності енергії і звичайно вона має форму кривої Гаусса. Також для того, щоб виконати глибокий вузький зварювальний шов, кут конвергенції пучка повинен регулюватися у відносно вузькому діапазоні. Звичайно для зварювання сталей, наприклад, на ділянці товщиною 100мм-150мм половина кута пучка, більша, ніж 1 градус, приводить до нестабільності зварювальної ванни і внутрішніх дефектів. Пучок, що близький до паралельного, з іншого боку, с 29 добре підходить для зварювання таких товстих ділянок, але непридатний для одержання дуже вузьких швів у Го) сталевих ділянках їмм-1Омм. Крім того, у випадку обробки більш тонких ділянок розподіл енергії зварювального пучка є набагато більш важливим. Якщо з будь-якої причини розподіл енергії відбувається зі значним розкидом, це відбивається на формі зони проплавлення зварного шва. Таким чином, замість досягнення близької до рівнобіжної зони проплавлення, як у випадку кривої розподілу Гаусса, буде отримана набагато більш широка З 30 непаралельна зона проплавлення, яка має так звану форму "головка цвяха". (о)

Для тієї ж товщини шва потрібно велика потужність пучка, подовжня усадка після зварювання повсюдно більше і через більшу ширину шва зверху в порівнянні з низом має місце нерівна усадка, що приводить, як о указувалося, у результаті до деформації зварного шва. Для точних зварних швів це часто неприйнятно і може (Ге) також призвести до тріщин у зварному шві.

Зо Подібним чином, є важливим, особливо для зварювання тонких ділянок, досягнення задовільної інтенсивності ї-оі фокальної плями. Для систем, що виробляють близькі до паралельних пучки, навіть без розкидів, недостатня інтенсивність приводить до відносно широких конусоподібних зон проплавлення, що супроводжуються надмірною деформацією і повторним ризиком розтріскування. Оскільки близькі до рівнобіжного пучки не « й обов'язково зосереджуються у фокусі, розмиття просторового заряду може відбуватися і у вакуумному -о навколишньому середовищі, навіть незалежно від сильних нейтралізуючих ефектів позитивних іонів. Таким с чином, для близьких до паралельних пучків, які входять у фокусуючу лінзу, спроби сфокусувати пучок на великій :з» відстані є неефективними у випадку будь-якого зменшення діаметра пучка. Дійсно, профіль пучка і характеристики інтенсивності можуть часто при середній і високій потужностях повністю визначатися електронно-іонними взаємодіями. б» 15 Тому дуже важливо випускати пучок з електронної гармати з добре визначеною дивергенцією (у визначеному діапазоні), високою яскравістю, низькою аберацією і без розкидів. (Се) Одним з можливих засобів досягнення більш високого кута конвергенції для протистояння просторового о заряду в діапазоні від середнього до високого струму потоку в тріодній гарматі є використання електродів, що створюють більш сильне фокусуюче поле. Це, однак, приводить до надмірної конвергенції при низькому струмі (Се) 50 пучка, коли поле сітки стає додатковим сильним фокусуючим елементом. Великі коливання кута конвергенції є

І» загалом небажаними навіть для високовакуумного ЕПЗ і представляють великі труднощі в системі, що використовує систему передачі пучка при зниженому тиску (від 5х107 до приблизно 250гПа), чи при не вакуумній (приблизно 1000гПа) роботі, де використовуються сопла з невеликими діаметрами для обмеження витікання газу в район гармати.

Ще одним способом досягнення більшої конвергенції для того, щоб протистояти розмиттю просторового (Ф) заряду при високих рівнях струму, є конструкція гармати, у якій катод, електрод-сітка й анод розміщені г поблизу один одного. Це приводить до більш швидкого прискорення електронів на меншій осьовій відстані, що знижує можливість взаємного відштовхування електронів. На жаль, такий пристрій підвищує електричні во поверхневі напруги на електродах і може привести до підвищеної тенденції до високовольтного пробою.

Уникнути розкиду пучків і оптимально сфокусувати електронні пучки украй важливо, коли пучок повинен проходити через вузькі отвори для того, щоб витягти електрони з ділянки високого вакууму (5Х10 2-5Х10 гПа). у районі кожуха гармати в робочі камери, що працюють при приблизному діапазоні тиску від 5х10 до 1000гПа).

У цьому випадку швидкість витоку газу з робочої камери в кожух гармати в першу чергу визначається діаметром 65 | довжиною отворів, незалежно від числа отворів і продуктивності насосів, установлених між стадіями.

Розкиди пучків приводять у сумі до великих потужностей і навіть при роботі з низькою загальною потужністю

(наприклад, 5кВт) можливість поглинання цієї потужності, що не має відношення до процесу, отворами сопел обмежений, навіть якщо ефективне водяне охолодження; на відміну від пристроїв електронних мікроскопів, у яких потужність пучків надзвичайно мала, є непрактичним знімати небажаний розкид на перехрещених діафрагмах. З аналогічних причин важливо уникнути низької яскравості пучка, близького до паралельного, у зв'язку з великим діаметром пучка.

Характеристика пучка й особливість електронної гармати, що робить ясний не відхилений пучок з добре визначеною дивергенцією чи без неї, значною мірою залежить від конструкції гармати й особливо від конструкції катода і детальної геометрії електродів у безпосередній близькості від катода. 70 Більшість електронних гармат, які використовуються для ЕПЗ, є тріодами. Використання електрода-сітки забезпечує те, що при низькому струмі пучка катодна емісія обмежена центральною частиною катода, але наявність сильного електричного поля, створеного сіткою, приводить до значної аберації пучка.

Зовнішні траєкторії електронів мають більш коротку фокусну відстань у сильному полі сітки, тому що вони знаходяться ближче до крайки отвору в чашечці сітки, ніж розташовані ближче до центра електрони. Крім того, /5 оскільки напруга на сітці зменшується для збільшення струму пучка, площа емісії розширюється і може навіть дозволити електронам вивільнятися з країв катода, де протилежні геометричні характеристики впливають на траєкторію електронів, шляхи польоту яких значно відрізняються від основного потоку електронів. Крім того, ослаблене поле сітки в поєднанні зі збільшеним просторовим зарядом пучка в міру того, як струм пучка збільшується, може привести в результаті до збільшення розмиття пучка і втрати первинного фокуса. Первинний фокус у такий спосіб звужується і фактичне положення зображення (видиме на першій фокусуючій лінзі) може зміщуватися на значну відстань угору і вниз по осі пучка в залежності від рівня струму пучка.

Розкиди пучків, вироблених такою гарматою, переміщення первинного фокуса зі струмом пучка, відсутність кута конвергенції при високому струмі і відносно високий кут конвергенції при низькому струмі можуть негативно впливати на продуктивність зварювання навіть для традиційних систем, що направляють пучки у с

Відносно високовакуумні камери (Бх1о-гПа). Для пучків, що повинні проходити через маленькі отвори, операції можуть бути важкими чи навіть неможливими особливо при роботі на високих потужностях (більших ніж, і) наприклад, ЗОкВт).

Відповідно до першого аспекту даного винаходу пристрій для випромінювання заряджених частинок містить випромінювач заряджених частинок однієї полярності; трубчастий екранний електрод, що оточує по периферії «І випромінюючий елемент, і перебуває під час роботи під потенціалом тієї ж полярності, що і заряджені частинки; і трубчастий прискорювальний електрод, який розташований, переважно, співвісно з екранним електродом і б перебуває під час роботи під потенціалом з полярністю, протилежною полярності екранного електрода, причому «З пристрій виконаний таким чином, що заряджені частинки з випромінювача спочатку розмиваються у бічному напрямку назовні, а потім фокусуються в пучок, що проходить через трубчастий прискорювальний електрод. б

Винахід стосується конструкції спеціальної діодної гармати. Діодна гармата в порівнянні з тріодною має Ге) багато переваг: ї) є можливість фактично уникнути аберації, ї) спрощення контролю форми пучка і характеристики при високому струмі в порівнянні з тріодом, « ії) задовільна конвергенція пучка може бути досягнута при високому струмі без надзвичайної конвергенції 70 при низькому струмі, - с їм) в умовах розряду гармати, коли робота здійснюється при температурі, що обмежує тип хвилі, струм пучка ц не має піка, на відміну від тріодної гармати, у якій пробій при високій напрузі між електродами гармати і "» землею прискорює закорочування живлення сітки і миттєве вивільнення повної потужності пучка, м) діодна гармата вимагає меншої кількості допоміжних джерел живлення (два у випадку традиційного діода непрямого підігріву; одне у випадку високочастотного збуджуваного діода непрямого підігріву; одне у випадку

Ге») діода прямого підігріву), і мі) для діодної гармати електричний кабель і з'єднання є більш простими, особливо для високочастотного о (КЕ) збуджуваного діода, де потрібно тільки одне з'єднання з високою напругою і не потрібне з'єднання з оз допоміжними джерелами живлення; високочастотна потужність індуктивно підведена від розташованої на

Відстані високочастотної антени чи первинної обмотки, розташованої усередині кожуха гармати. о Для діодної гармати, у якій відсутня фокусуюча дія поля сітки, особливо при маленькому діаметрі катода,

ГТ» висока щільність просторового заряду в пучку, особливо при високих рівнях струму, може привести до розмиття пучка і відсутності добре визначеного первинного фокуса; дійсно, пучок може бути недостатньо колімований навіть для проходу через отвір в аноді. Звичайно, одним із рішень для уникнення надзвичайного розмиття пучка,

Може бути використання великого діаметра катода, але це грунтовно зменшить яскравість пучка й ускладнить устаткування і підвищить вартість. о Відповідно до винаходу спочатку створюється певне розширення електронного пучка, утворюючи штучне ко велике джерело пучка, який потім може бути сфокусований при відносно високому куті конвергенції за допомогою основного електричного поля катод/анод у міжелектродній гарматі. во Що стосується остаточної яскравості пучка, що може бути досягнута в пучку для заданої прискорюючої напруги, вона залежить від багатьох факторів, але для гармат ЕПЗ високої потужності вона значною мірою залежить від діаметра катода і конструкції гармати. В основному дуже важливо звести до мінімуму діаметр катода, оскільки для даних кута конвергенції пучка і робочої напруги в будь-якому місці фокусуючої системи після гармати розмір плями пропорційний діаметру катода і пропорційний квадратному кореню з робочої 65 температури катода в градусах Кельвіна.

Винахід дає можливість обмежити діаметр катода або, більш точно, діаметр емісії і у такий спосіб підвищити яскравість пучка. Більш того, обмеження діаметра катода і загальна поверхня катода, так само як і робоча температура, знижують потребу в допоміжній тепловій потужності, витрати на допоміжне джерело живлення і також зводять до мінімуму робочу температуру гармати й ефекти термічної деформації геометрії електродів. Зменшення підведення тепла до гармати у свою чергу зменшує вимоги до охолодження, що незмінно створюють труднощі для гармати ЕПЗ, підвішеної у вакуумі на кінці довгого високовольтного ізолятора, тому що ізолятор є не тільки поганим провідником електрики, але також поганим провідником тепла.

Природно, площа емісії катода повинна бути адекватною для того, щоб виробити необхідний струм пучка для даного терміну служби катода, оскільки швидкості іонної ерозії, окиснення і випаровування збільшуються з /о температурою катода; але багато що може бути отримане шляхом оптимізації факторів, що протидіють щільності емісії і яскравості пучка.

В одному з прикладів виконання винаходу фокусування пучка на ділянці гармати при значному навантаженні просторового заряду досягається за допомогою екранного електрода катода з глибоким вирізом у поєднанні з довгим анодом маленького діаметра, кінець якого розташований поблизу торця екранного електрода катода чи /5 Навіть усередині нього. Це створює сильну фокусуючу дію, яка добре впливає при низьких, середніх і високих рівнях потужності.

Розширення пучка чи його бічне розмиття може бути досягнуте рядом способів. Один спосіб полягає у виборі діаметра катода і такої геометрії електрода, що прискорення електрона спочатку є відносно повільним, що приводить до розмиття просторового заряду, роблячи сильний радіальний рух назовні. Це досягається шляхом 2о установки відносно маленького катода усередині чашечки екрана катода з глибоким вирізом. Якщо діаметр катода занадто малий, це обмежує максимальний струм пучка для заданої прискорюючої напруги, до того, як гармата почне обмежувати просторовий заряд, і початкова розмиваюча дія може бути такою великою, що чергове конвергентне електростатичне поле в зазорі між електродами, яке створюється за рахунок геометричної форми електродів - головний катод екран/«анод недостатньо для того, щоб знову сфокусувати пучок на с ов визначене звуження чи розріз. З іншого боку, якщо катод занадто великий, щільність емісії на катоді занадто мала для того, щоб здійснити необхідне початкове розширення пучка і, отже, пучок має наступну недостатню і) конвергенцію для того, щоб уникнути розмиття під час остаточного періоду прискорення. Таким чином, комбінація форми електрода і розміру катода є критичною для даної прискорюючої напруги, і робочого діапазону потужності для досягнення найкращої продуктивності. «г зо Другий спосіб досягнення штучно великого джерела електронів без необхідності у високій щільності струму на катоді включає створення певного електростатичного поля безпосередньо перед катодом, для того, щоб б» змусити пучок сходитися. Це може бути виконано за допомогою установки катода на верхівці конічного чи со циліндричного виступаючого елемента, що піднімається на основі чашечки екрана катода.

Катод може мати площу, що перевищує 5мм?, що дозволяє вести роботу при рівнях потужності, що б перевищують 100кВт. Ге)

Як описано вище, початкове розширення пучка, яке створюється розмиттям просторового заряду, збільшується під дією певного електростатичного поля. Це збільшує розмір видимого джерела після початкового розмиття пучка, що дає можливість одержати пучок високої конвергенції з добре визначеним фокусом у « широкому діапазоні струму. Навіть інші можливі засоби, що сприяють початковому розширенню пучка, повинні надати поверхні катода таку форму, як описано нижче, так що, принаймні, випромінювач є, переважно опуклим с чи конічним. й Перший аспект винаходу може бути використаний у зварювальних апаратах різного типу, що містять ,» вакуумні камери, які працюють у діапазоні тисків від 5Х109гПа до 5х10-"гПа. Однак, винахід особливо підходить для використання зі зварювальними апаратами, що працюють у середньому діапазоні тиску від 10 гПа до декількох сотень гПа і навіть при високих тисках і при відсутності вакууму. (22) Типовими галузями промисловості, у яких використовуються потенційні переваги такого устаткування, є о виготовлення товстостінних ділянок сталевих труб, зварювальні роботи у відкритому морі чи на березі, компанії по розміщенню ядерних відходів, виробництво устаткування для вироблення електроенергії і виготовлення о компонентів повітряно-космічного устаткування. о 20 Для багатьох з цих застосувань товщина стінки матеріалу, що зварюється за один прохід, перевищує 15мм і може мати величину до 150мм чи більше. У будь-якому випадку необхідність у швидкому зварюванні вимагає ї» рівнів потужності пучка, щонайменше, ЗОкВт і в ряді випадків до 100кВт чи більшу.

Для всіх діодних гармат, включаючи ті, які описані вище, основною проблемою, що залишалася значною мірою невирішеною до створення даного винаходу, був той факт, що сторони чи крайки катода випромінювали небажані електрони з неконтрольованими шляхами польоту. Протягом декількох десятиліть безліч

Ге! науково-дослідних організацій займалися цією проблемою з метою запобігання неконтрольованій емісії електронів. Один з найпростіших пристроїв описано в патенті США 3878424, 17 липня 1973Зр., у якому плоский де діод був запропонований для подолання ефекту сферичної аберації електрода-сітки. У цьому пристрої оксид (наприклад, барію-стронцію-кальцію) набивається в отвір у жароміцній металевій катодній "нагрітій" пластині, 60 що може бути нагріта різними способами. В іншому варіанті оксид наноситься на поверхню жароміцної металевої пластини. Завдяки нагріванню пластини до температури значно нижче точки емісії жароміцної металевої катодної пластини, досягається сильна емісія при більш низькій роботі виходу оксиду; у такий спосіб усуваються крайові ефекти. Пропонований пристрій добре підходить для одержання пучків низької потужності для електронних мікроскопів, у яких оксидне покриття чи пробка в отворі має діаметр тільки 100мкм, але для 65 гармат ЕПЗ більшої потужності, що безупинно піддаються впливу іонного бомбардування, газів і матеріалу частинок зі зварювальної ванни, оксидні катоди швидко отруюються, що руйнує їхні емісійні властивості. Те ж відбувається у разі оксидної плівки, що звичайно має товщину тільки 5бОмкм і швидко роз'їдається в системі

ЕПЗ. Більш того, плоска катодна пластина деформується, що приводить до шкідливих і непередбачених змін у дивергенції пучка і напрямку руху пучка. Перепад розширення між двома різними матеріалами може також призвести до розтріскування і відшаровування випромінювача.

В іншій спробі запобігти небажаній крайовій емісії в праці Булл та ін. "Електростатична електронна гармата" Меїйа! сопвігисіоп апа В.МУ.В. Мом. 1970 2 (11), стор. 490, розроблений сферичний електрод діодної гармати непрямого нагрівання, у якому виконана перфорація навколо жароміцного металевого катодного електрода, щоб обмежити емісію центральною поверхнею. Ця гармата, однак, також піддавалася термічній /о деформації в зоні центрального катода, і перфорація дозволяла електронам проходити через них при первинному бомбардуванні з задньої сторони в основний пучок, що призводить до подальших ефектів деформації основного пучка. Деяке зменшення потоку первинних електронів було досягнуто шляхом установки додаткових електронних бар'єрів із задньої сторони екрана катода, але проблема деформації катода залишалася.

Нижче описується ряд інших способів регулювання крайової емісії.

Витікання первинних електронів у пучок може бути відвернене шляхом монтажу катода на безперервному конічному елементі, як буде докладно описано нижче.

Катоди аналогічної форми можуть бути виконані з двох матеріалів, що мають різну роботу виходу, причому випромінювач виготовлений з матеріалу з низькою роботою виходу, наприклад, з гексабориду лантану, який 2о нелегко отруїти під час ЕПЗ, а зовнішня опорна конструкція виготовлена з жароміцного металу, такого, як тантал. Такий пристрій також описаний в ЕР-А-0627121. Аналогічні пристрої були окремо розроблені й описані в

ОВ-А-1549127, але ця конкретна гармата різко відрізняється від даного винаходу з багатьох точок зору.

У цих ранніх розробках для того, щоб створити опору кнопки з гексабориду лантану, її необхідно розмістити за виступом у тримачі з жароміцного металу. Виступ усе ще сильно руйнується електричним полем, результатом с об чого є помітна сферична аберація, у якій зовнішні електрони, так само як і у випадку тріодної гармати, фокусуються на меншій фокусній відстані, ніж ті, які знаходяться поблизу осі. Величина виступу може бути і) зменшена шляхом ретельної механічної обробки чи шляхом розміщення тонкої жароміцної металевої шайби перед катодом, але в обох випадках термічна деформація змушує виступ викривлятися назовні, що знову призводить до небажаної емісії електронів ззаду виступу або шайби. «Е зо Інша технологія, що є частково успішною, являє собою покриття зовнішнього кільця опромінюваного матеріалу з низькою роботою виходу матеріалом з високою роботою виходу. Наприклад, катод, виготовлений із б» зазначеного гексабориду лантану, був покритий по периферії у формі кільця на передній поверхні вольфрамом. с

Незважаючи на первинну перспективу, ця технологія має недолік у виді втрати покриття за рахунок ушкодження іонами, окиснення і випаровування при роботі. Також важко запобігти ушкодженню тонкого покриття під час Ме з5 Монтажу. Крім того, виступ тримача, хоч і дає зменшений фокусуючий ефект, проте ще створює неприйнятну (9 аберацію.

Ще однією технологією, що може бути застосована, є припаювання твердим припоєм кнопки з матеріалу з низькою роботою виходу усередині тримача з використанням такої сполуки, як дисилікат молібдену. Досягнення високоякісної пайки без пор і без забруднення матеріалом ГаВ 6 було проблематичним, і в кращих випадках « матеріал пайки мав схильність до розтріскування при роботі внаслідок дії повторних термічних циклів. з с У відповідності з другим аспектом цього винаходу випромінювач заряджених частинок містить випромінюючий елемент, зібраний в отворі опорного елемента і електрично з'єднаний з ним, причому ;» випромінюючий елемент має більш низьку роботу виходу, ніж опорний елемент, завдяки чому при робочій температурі випромінюючий елемент випускає заряджені частинки з опромінюваної поверхні, який відрізняється лим, що опромінювана поверхня випромінюючого елемента, встановлена з уступом від зверненої назовні б поверхні опорного елемента, що оточує отвір, чи переважно впритул до неї.

У переважній формі винаходу матеріал катода з низькою роботою виходу піддається механічній обробці до ік досягнення форми "капелюха", що приганяється на ковзній посадці до центрального отвору. Для більшої оо зручності випромінюючий елемент приганяється на нерухомій посадці в отвір опорного елемента.

Частина опорного елемента і частина випромінюючого елемента можуть бути відповідно зведені на конус. і, Альтернативно чи додатково випромінюючий елемент може бути прикріплений до опорного елемента ї» затискачем, що входить у зачеплення з кожним елементом.

В особливо переважних пристроях опромінювана поверхня випромінюючого елемента і повернена назовні поверхня опорного елемента утворюють спільну площину. 5Б Відповідно до третього аспекту цього винаходу вузол для проходження пучка заряджених частинок, що має форму колони, прикріпленої до вакуумної камери джерела пучка заряджених частинок, являє собою послідовно (Ф, розташовані камери з регульованим тиском, причому кожна з них має вхідний і вихідний отвори, через які може ка проходити пучок заряджених частинок, і вакуумуючий отвір, з'єднаний з насосом для регулювання тиску в камерах, завдяки чому тиск у послідовних камерах зростає при роботі і відрізняється тим, що вакуумуючий отвір бо З'єднаний з нижньою по потоку камерою за допомогою трубопроводу, що проходить усередині вузла за, щонайменше, однією верхньою по потоку камерою.

Це дає можливість швидкого видалення і введення змінної колони гармати з метою ремонту. Традиційно, багатостадійна система насосів містить бічні включення для того, щоб підвести перекачування між різними звуженнями сопел. Така геометрія складеної колони не дозволяє легко вставити і вийняти її з вакуумної камери. 65 Винахідницький крок у виді концентричного перекачування долає ці труднощі і особливо важливий для застосування в таких випадках, як укладання труби в морі в тому випадку, коли час має дуже велике значення через дуже високу плату за наймання великої укладальної баржі, і того факту, що зварити й укласти за один раз можна тільки одну трубу.

Більш докладно, ознакою цього винаходу є наявність ряду вакуумних чи частково вакуумованих камер чи отворів у компактному пристрої чи апараті. Особливо цей винахід може бути застосований в так званих невакуумних системах чи системах ЕП зниженого тиску, у яких головка гармати містить безліч камер у діапазоні від вакууму в районі катода до близького до атмосферного тиску на зовнішньому кінці, з якого пучок виходить у навколишню атмосферу. Ці камери повинні утримуватися під відповідним парціальним вакуумним тиском, що дає можливість проходу електронного пучка. Цей винахід може бути також виконаний з останньою камерою, що /о має тиск, рівний атмосферному, або більший, наприклад, у випадку проведення підводного зварювання.

Такий пристрій звичайно має незручну конструкцію, оскільки він вимагає кілька різних вакуумних ліній перекачування, з'єднаних з відповідними камерами в головці гармати, причому ці з'єднання обмежують доступ до ділянки виходу пучка. Цей пристрій є не тільки громіздким, але ще й має обмежений доступ до ділянки різних камер, що зменшує ефективність вакуумного перекачування. Отже, кілька вакуумних ліній повинні мати відносно /5 Великий діаметр для того, щоб додатково не обмежувати вакуумне перекачування і не чинити йому опору.

Цей аспект винаходу забезпечує відносно компактну і струнку конструкцію такої послідовності камер, що, наприклад, використовується в невакуумній зварювальній системі ЕП зі зниженим тиском. Відповідно до винаходу можна також передбачати кілька камер, особливо на ділянці виходу з головки гармати, що звичайно менше, ніж 17Омм у діаметрі, щонайменше, для нижньої (чи вихідної) половини вузла головки. При цьому можна 2о Запобігти розташуванню вакуумних ліній чи труб поблизу робочого виходу з головки гармати і крім того, можна передбачити засіб для ефективного перекачування по камерах (які переважно утримуються при придатному діапазоні тиску від близького до вакууму до близького до атмосферного).

Відповідно до одного варіанту виконання, камери утворені набором трубчастих ділянок, розташованих усередині зовнішньої труби, причому кожна трубчаста ділянка має радіальний повернений назовні отвір, сч ов причому радіальні повернені назовні отвори кожної камери зміщені по периферії від радіальних повернених назовні отворів всіх інших камер; і набір розташованих по осі роздільних стінок знаходиться між трубчастими і) ділянками і зовнішньою трубою для того, щоб утворити відповідні трубопроводи, причому кожен трубопровід з'єднує повернений назовні радіальний отвір камери з відповідним вакуумуючим отвором.

Альтернативно, кілька камер можуть бути розташовані як послідовність дисків, у яких є відповідні отвори, «г зо причому цей набір вставлений по посадці усередину загального рукава, розділеного на сегменти. Кожен сегмент забезпечує можливість доступу до відповідної камери чи отвору з придатним поперечним перерізом, як це має б» місце у випадку концентричного пристрою. со

Крім того, може бути використана комбінація концентричних трубчастих ділянок і розділених на сегменти циліндрів, щоб створити відповідне ефективне вакуумне перекачування з відповідними тисками, із придатними ме) з5 поперечними перерізами доступу до отвору чи камери, відповідно. со

Порядок камер може бути легко змінений для заміни отворів, що можуть бути частково забиті металевими бризками чи можуть бути ушкоджені при перетинанні з електронним пучком. Таким чином, забезпечений монтаж і демонтаж концентричних трубчастих ділянок (чи чашечок) чи розділених на сегменти циліндрів, відповідно, у той час як усе ще зберігається необхідна співвісність отворів осі пучка. Цей пристрій також зменшує ділянки з «

Витіканням між камерами, що працюють при парціальному тиску і навколишній атмосфері. Особливо важливо, ств) с що в разі концентричного пристрою ділянки високого вакууму знаходяться усередині ділянок парціального тиску

Й і, отже, вони не піддаються безпосередньому впливу навколишньої атмосфери, що значно знижує можливість а будь-якого навіть незначного витікання в ущільненнях.

У разі пристрою типу концентричної чашечки кожна частина може мати виконаний як одне ціле гвинт, пригнаний до загальної основи, на яку спільно спираються відповідні різьбові ділянки, якщо бажано з б кільцевими ущільненнями. Чашечки можуть бути обладнані лопатками, прокладками і т.п. для того, щоб підтримати їхню відносну концентричність при монтажі. се) Аналогічно, для сегментного пристрою відповідні частини можуть приганятися одна до одної за допомогою 2) ущільнень, що знаходяться під тиском, так само як вони утримуються механічно з відповідними проміжками і 5р Концентричністю. В усіх цих пристроях лінії вакуумного перекачування відводяться, переважно, до задньої се) частини головки гармати від вихідного пучка через відповідні з'єднання до відповідних сегментів чи кільцевих ї» отворів компактного вузла камер, що працюють при перепадах тиску.

Ряд прикладів вузлів, що виробляють електронні пучки, і зварювальні апарати, що включають такі вузли, будуть описані нижче в порівнянні з відомими вузлами і з посиланнями на прикладені креслення, на яких 5 Зображено: фіг1 - відома тріодна гармата в частковому розрізі на якій показані траєкторії електронів і (Ф) еквіпотенціальні лінії; ка фіг.2а-24 - вплив зміни напруги зміщення сітки на профіль пучка і на струм пучка для тріодної гармати, показаної на фіг.1; во фіг.3 - схематичний поздовжній переріз першого прикладу електронно-променевої гармати відповідно до винаходу; фіг4 - схематичний поздовжній переріз другого прикладу електронно-променевої гармати відповідно до винаходу; фіг.5 - поперечний переріз частини катодного вузла гармати, показаної на фіг.4; 65 фіг. від Є до 14 - поперечні перерізи комплекту різних монтажних пристосувань для катодного вузла; фіг.15 - поздовжній переріз третього прикладу електронно-променевої гармати відповідно до винаходу;

фіг.16 - траєкторії електронів струму пучка ЗмА для електронно-променевої гармати, показаної на фіг.15; фіг. від 17 до 19 - види, аналогічні фіг.16, але відносяться до струмів пучка 166, 225 і З58мА, відповідно; фіг20 - схематичний вид у частковому розрізі зварювального апарата, що містить приклад електронно-променевої гармати відповідно до винаходу; фіг.21 - приклад нового пристрою вакуумних камер; фіг.22 - електронно-променева гармата згідно з фіг.20, з'єднана з пристроєм вакуумних камер, показаних на фіг.21; фіг.23 - вид, аналогічний фіг.20, але зображує іншу конструкцію камер; 70 фіг.24 - вид, аналогічний фіг.5, але зображує альтернативний пристрій для вироблення первинних електронів; фіг.25 - перспективний вид у розрізі пристрою, показаного на фіг.24; і фіг.26 - схема з'єднань, що показує електричний ланцюг для використання з пристроєм, показаним на фіг.24 і 25.

Для того, щоб зрозуміти винахід, частина відомої тріодної електронно-променевої гармати показана у прикладі на фіг.1 з параметрами пучка 15О0кВ х 15,3мМА, при цьому напруга зміщення сітки становить 2КВ.

Гармата містить випромінюючу електрони нитку 1 розжарення, оточену чашечкою сітки 2 і розташовану в одну лінію з анодом 3, що знаходиться на деякій відстані. Еквіпотенціальні лінії 100, показані на фіг, аналогічні траєкторіям електронів 101. Як можна бачити, зовнішні траєкторії електронів мають більш коротку фокусну відстань у сильному полі сітки, оскільки вони знаходяться ближче до краю отвору в чашечці сітки, ніж електрони, розташовані ближче до центра. Крім того, більш слабке поле сітки в поєднанні зі збільшеним просторовим зарядом пучка в міру зростання струму пучка може дати в результаті значне розмиття пучка і втрату первинного фокуса. Крім того, звуження первинного фокуса 4 має фактичне зображення положення, що може пересуватися на значну відстань вгору і вниз по осі пучка в залежності від рівня струму пучка, як можна с бачити на фіг.2а-24 (на яких показані струми пучка "ї").

Винахід відноситься до діодної гармати, у якій відсутнє поле сітки, що забезпечує фокусуючу дію. (8)

Отже, особливо в разі катода маленького діаметра, висока щільність просторового заряду пучка, особливо при високих рівнях струму, може привести до розмиття пучка і недостатньо визначеного первинного фокуса. В одному конструктивному виконанні, показаному на фіг.3, катод 5 обладнаний екранним електродом 6 катода, що «Е зо має глибокий виріз, причому катод 5 розташований на одній лінії з циліндричним анодом 7, що має відносно велику довжину. Кінець анода 7, повернений до катода 5, розташований поблизу площини, визначеної кінцем Ме екранного електрода 6 чи може бути розміщений усередині об'єму екранного електрода покриттям 6. Цестворює (З сильну фокусуючу дію, що добре працює при низькому, середньому і високому рівнях потужності. Форма пучка позначена посилальною позицією 8 і можна бачити, що первинні електрони розмиваються убік для того, щоб Ме зв утворити розширення 9 і потім вони фокусуються в напрямку до звуження 10 усередині анода 7. Ефект «о розширення 9 полягає в створенні штучного великого джерела пучка, що може згодом бути сфокусований під відносно високим кутом конвергенції під дією поля основного катода/"електрода в міжелектродному зазорі. У цьому випадку катод 5 нагрівається ниткою розжарення 11 звичайним способом для того, щоб викликати емісію електронів. «

Ефект установки катода 5 всередині чашечки екрана 6 катода, яка має глибокий виріз, полягає в тому, що з с прискорення електронів, спочатку відносно низьке, дає можливість розмитому просторовому заряду зробити сильний спрямований назовні обертальний рух. ;» Другий спосіб досягнення штучного збільшеного джерела електронів без необхідності високої щільності струму на катоді показаний на фіг.4 і включає створення електростатичного поля безпосередньо перед катодом, що викликає дивергенцію електронного пучка. У цьому випадку катод 5 змонтований на конічній опорі 21, що б утворює частину основи екрану 6 катода і виступає усередину внутрішнього простору екрану 6.

Як було згадано раніше, однією з проблем відомих діодних гармат є емісія небажаних електронів з сторін чи ік країв катода. На фіг.5 показаний пристрій, що зводить до мінімуму чи ліквідує цю проблему. Катод 5 2) змонтований у конусі 21 усередині отвору 20 конічного виступу 20а основи екрана б катода. Під катодом 5р розташована нитка розжарення 22, яка спирається на тримача 23 нитки. Нитка розжарення 22 опромінює катод 5 ік через отвір 24 у конусоподібному протекторі 25. ї» Завдяки такому виконанню, первинні електроди виділяються у просторі між первинною ниткою 22 розжарення і конусом 21 катода. У цьому конкретному прикладі крайова емісія твердого вогнетривкого катода 5 зведена до мінімуму шляхом оточення катода конусом, змонтованим на екрані головного катода. Відстань від радіального конуса до катода становить переважно від О0,05мм до О,1мм; вона виміряна при температурі навколишнього середовища для діаметра катода у вигляді кнопки 4,5мм. Це зменшує крайову емісію, але не (Ф) виключає її. Шляхом установки катода з уступом 0,Змм за конусом 21 досягаються додаткові поліпшення пучка, ка але невелика крайова емісія і сферична аберація, викликані геометричним розривом між катодом і екранним електродом катода, усе ще залишаються. Як би то не було, ця конструкція гармати успішно створювала пучки бо потужністю аж до 100кВт при 150КВ і високоякісні шви, коли пучки направлялися у відносно високовакуумне (Бхл10ЗгПа) навколишнє середовище.

Альтернативний пристрій тримача для катода 5 показано на фіг.б6. В цьому випадку катод 5 утримується на направленому радіально усередину виступі ЗО тримача катода 31, що має ділянку втулки 32, утримуване, наприклад, за допомогою зварювання, у циліндричній частині конуса катода 21. Катод 5 утримується в цьому 65 положенні за допомогою пружинного кільця 33, яке розташоване й утримується в канавці 34 ділянки втулки 32 і діє на кільцеву прокладку 35. Для діаметра емісії приблизно 4мм товщина виступу 30 звичайно становить

0,1мм-0О,Змм. Ефективний розрив може бути зменшений шляхом розміщення тонкої жароміцної металевої шайби 36 перед катодом 5, але в обох випадках термічна деформація приводить до того, що шайба чи виступ вигинаються назовні, що знову викликає деяку емісію небажаних електронів за шайбою чи виступом.

Переважне рішення показане на фіг.7. Як можна бачити, матеріал катода з низькою роботою виходу піддано механічній обробці до досягнення форми "капелюха", що вставляється на ковзній посадці в центральний отвір катодного тримача 31, визначений виступом 30.

Механічна обробка гексабориду лантану й інших матеріалів може бути виконана за допомогою лазерних технологій чи іскрової ерозії. Ця форма катода, при якій випромінювач у виді кнопки 5 утримується на місці за 7/0 допомогою жароміцного металевого затискача 33 у формі літери "С", змонтованого в канавці 34, забезпечує дуже малу небажану емісію, як доведено шляхом детального комп'ютерного аналізу з використанням проекційно-диференціального програмного забезпечення, а також шляхом широких практичних випробувань на рівнях потужності пучків аж до 100кВт і робочих напруг аж до 200кВ. Зовнішня поверхня катода у вигляді кнопки встановлена ідеально впритул із краєм металевого тримача чи з максимальним уступом 0,040мм.

Шайби 35, 36, 37 виготовлені з танталу і повинно бути прийнято до уваги, що натискна шайба 35 виступає назовні вище краю канавки 34, звичайно на, приблизно, О,0Змм, щоб дати можливість вольфрамовому дротовому пружинному кільцю З3З підтримати стискальне зусилля.

Катод 5 і тримач 31 можуть мати кілька різних форм, щоб декількома шляхами забезпечити ковзну посадку з метою звести до мінімуму крайову емісію, при цьому усуваються поверхневі розриви чи виступи, як показано на фіг. від 8 до 10. Таким чином, на фіг.8 край виступу ЗО і відповідна поверхня катода 5 зведені на конус аналогічно. На фіг.9 катод 5 має просто конічну ведучу ділянку без виїмки, як у попередніх прикладах. На фіг.10 катод 5 має форму зрізаного конуса, що відповідає аналогічній формі внутрішньої поверхні тримача 31.

Також була доведена можливість початкового монтажу катода 5 з незначним виступом назовні, що дає можливість згодом ретельно відшліфувати поверхню так, щоб не було ніякого розриву чи виступу між сч Випромінювачем і оточуючим краєм тримача.

Переважно, площа контакту між краєм катода у вигляді кнопки 5 і жароміцним металевим тримачем 31 і) повинна бути зведена до мінімуму, як показано, наприклад, на фіг.7 і 9, щоб зменшити втрати тепла.

Звичайно, також можна профілювати об'єднану передню поверхню катода і тримача, щоб досягти опуклої, конічної, ввігнутої або конічної форми, яка входить усередину для досягнення підвищених ефектів формування «г зо пучків, як показано на фіг. від 11 до 14, відповідно.

Використання катодів у вигляді кнопок і способу монтажу, який запобігає крайовій емісії при роботі з Ме діодною гарматою, у якій розширення первинного пучка індукується з метою досягнення наступного сильного со електродного фокусування, є, як доведено, дуже успішним для роботи при високому вакуумі, зниженому тиску і не у вакуумі. У двох останніх випадках перехоплення сопла і підігрів були знижені до незначних рівнів у ме) зв Широкому діапазоні робочих рівнів потужності і напруги. Крім того, навіть коли струм пучка регулюється від «о нуля до повної потужності, відносно невелика зміна в первинному положенні фокуса є такою, що необхідно незначне регулювання чи не потрібно ніякого регулювання для струму першої фокусної лінзи, який використовується для фокусування пучка через вузли сопел. Це робить роботу устаткування дуже простою в порівнянні з попередніми діодними гарматами та особливо з тріодними гарматами, де ефекти сферичної « аберації і різке переміщення первинної точки фокусування електронного пучка є властивими їх з с характеристиками.

Переважна форма виконання електродів гармати показана на фіг.15. Вона складається з довгого вузького з анода 40 (який має довжину в діапазоні 70-9Омм) зі звуженнями, що мають кілька діаметрів, і екрана 41 катода із глибокою виїмкою (яка має глибину в діапазоні 30-40мм). Катодний випромінювач 42 змонтований на порожнистій конічній опорі 43 і знаходиться в заглибленні 44 екрана катода. Як показано більш докладно на

Ге» фіг.15, нитка розжарення 45 розташована за катодом 42. Ця особлива форма електрода формує електронний пучок, як показано в проекційно-диференціальному комп'ютерному аналізі, зображеному на фіг. від 16 до 19 для ік рівнів струму пучка ЗмА, 16бмА, 225мА і 358мМА, відповідно, для прискорюючої напруги 175КВ. При низькому 2) струмі (ЗмА), фіг.16, за відсутності помітного просторового заряду невелике, але виразне розширення 46 потоку 5р створюється в пучку 102 за допомогою ефекту дивергенції лінзи, який створюється виступаючим назовні катодом ік 42, вмонтованим у заглибленні 44 в центрі екрана 41 катода. Первинна точка 47 фокусування електронного ї» пучка дуже добре визначена, і траєкторії електронів фокусуються майже в точці, у якій вони з'являються, майже радіально. В міру підвищення струму пучка (16бмА, фіг.17; 225мМА, фіг.18; З58мА, фіг.19), розширення пучка прогресивно зростає, забезпечуючи, очевидно, більше і більше джерело, з якого пучок може бути знову сфокусований. Деяке розмиття й осьове переміщення пучка підкріплюються, але навіть при З358мА виразне звуження 47 пучка підтримується (фіг.19), забезпечуючи наступну дивергенцію пучка на відстані від анода, (Ф, причому він може бути легко сфокусований до дуже маленького діаметра пучка для проходу через сопла з ка невеликими діаметрами.

Приклад зварювального обладнання, що містить пристрій, показаний на фіг.15, зображений на фіг.20. бо Електронно-променева гармата згідно з фіг.15 розміщена у вакуумній камері 100. Джерело 102 постійного струму (0С) з'єднане з екраном 41 катода і катодом 42, у той час як джерело 101 високої частоти (КЕ) з'єднане через індуктор 7103 і нитку розжарення 45. Нитка розжарення 45 нагрівається і випромінює електрони, що прискорюються в напрямку до катода 42, що виробляє електронний пучок 104, який з вакуумної камери 100 після проходу через анод 40 проходить у камеру 105, у якій підтримується вищий тиск, ніж усередині камери 100. 65 Електронний пучок 104 проходить усередині направляючої трубки 106, що пронизує камеру 105, причому направляюча трубка 106 оточена фокусуючою котушкою 107 і подвійним комплектом вирівнюючих котушок 108.

Тиск усередині камери 105 регулюється насосом (не показаний), з'єднаним з камерою через трубу 109. Камера 105 проходить через отвір 110 у стінці зварювальної камери 111. Кінець камери 105, віддалений від анода 40, виконаний у вигляді сопла 112, через яке електронний пучок 104 фокусується так, щоб увійти в додаткову камеру 113, у якій підтримується вищий тиск, ніж тиск усередині камери 105, і виходить через трубу 116, з'єднану з додатковим насосом (не показаний). Камера 113 містить сопло 113А, розташоване в одну лінію із соплом 112, сполученим з додатковою камерою 130, яка містить додаткову фокусуючу котушку 114 і котушки 115 відхилення пучка. Відвід з камери 130 здійснюється в камеру 111 через отвір 131. Пара деталей, які підлягають зварюванню, наприклад, сталеві труби 117, 118, змонтовані на опорі 119 усередині камери 111, і поверхня 7/0 бтикування 120 розташована в одну лінію з пучком 104, який фокусується на поверхні стикування. У цьому випадку опора 119 повертається навколо її осі так, щоб поверхня стикування 120 могла перетнути електронний пучок 104. В інших пристроях (не показано) опора 119 може утримуватися в стаціонарному положенні, а повертаються камера і гармата.

Один з недоліків пристрою, показаного на фіг.20, полягає в тому, що окремі з'єднання повинні бути зроблені від кожного насоса до відповідних камер 105, 113, для чого необхідно, щоб відповідні труби проходили через стінку камери 111.

На фіг.21 новий тип пристрою камери показаний у частковому розрізі. Передбачено циліндричну трубу 50, уздовж якої розташовані чотири стінки 51-54, що обмежують відповідні камери 55-57. Кожна стінка 51-54 містить встановлені по центру сопла 51А-54А (сопла 52А не видно на фіг.21). Сопла розташовані в одну лінію, так що електронний пучок може проходити через них. Набір трьох подовжених сепараторів 150 змонтований на зовнішній стороні труби 50 і коли вузол, показаний на фіг.21, розташований усередині циліндричної зовнішньої труби, що входить у зачеплення із сепараторами 150, кожною парою сепараторів 150 і зовнішньою трубою утворюються повітряні проходи.

Кожна камера 55-57 сполучена з відповідним повітряним проходом через вирізану ділянку 55А-57А труби 50. сч

Кожний з повітряних проходів сполучений з відповідними вакуумними насосами через трубопроводи 59.

У цьому пристрої трубопроводи 59 можна розташувати на одному кінці вузла, причому кожен насос з'єднаний і) з відповідним трубопроводом 59 і відповідною камерою 55-57.

На фіг.22 зображений зварювальний апарат згідно з фіг.20, в якому використовується конструкція камер, показана на фіг.21. Генератор електронного пучка показаний схематично як 100 ії може мати конструкцію, «г зо подібну до генератора 100, який показаний на фіг.20. Як і раніше, електронний пучок розміщений усередині направляючої трубки 106, навколо якої розташована фокусуюча котушка 107 і вирівнюючі котушки 108, все Ме всередині камери 55. Додаткова фокусуюча котушка 114 і вирівнюючі котушки 115 передбачені в камері 57. с

Зовнішній рукав 60, усередині якого змонтовані камери, показаний штрих-пунктирними лініями на фіг.22.

На фіг.23 показаний додатковий приклад зварювального апарата з другим прикладом виконання камер. Ме

Компоненти на фіг.23, що відповідають аналогічним компонентам на фіг.20, мають ті ж посилальні позиції. У «о цьому випадку вузол камери містить зовнішній рукав 140, що проходить Через отвір 110 у камері 111. Ведучий кінець рукава 140 визначає камеру 130, усередині якої розташовані фокусуюча котушка 114 і вирівнюючі котушки 115. Стінка 141 проходить через весь поперечний переріз рукава 140 і обладнана центральним соплом 142, через яке проходить електронний пучок 104. «

Внутрішній циліндричний рукав 143 підтримується усередині задньої ділянки рукава 140, щоб визначити з с камеру 105. Простір 144 між внутрішнім і зовнішнім рукавами 143, 140 визначає камеру 113, яка вакуумується за допомогою насоса (не показаний) через прохід 145. Камера 105 зв'язана з насосом (не показаний) через ;» прохід 146 у рукаві 140.

Особливо повинно бути відзначене, те що обидва проходи 145, 146 розташовані з зовнішньої сторони камери 111, полегшуючи з'єднання з насосами і усуваючи необхідність виконання складних додаткових проходів через

Ге» стінку камери 111.

В усіх вищеописаних прикладах нитка розжарення (наприклад, нитка розжарення 45 на фіг.23) і, використовується для вироблення первинних електронів, що бомбардують катод, який у свою чергу виробляє оо вторинні електрони, що утворюють електронний пучок. У багатьох застосуваннях це є задовільним, але для певних застосувань, таких як електронно-променеве зварювання, де електронний пучок повинен підтримуватися і, протягом значного проміжку часу, термін служби нитки розжарення є надто коротким. Тому в переважному ї» виконанні нитка розжарення замінена на первинний випромінювач, який нагрівається індуктивно. Це зображено на фіг.24-26. Як і раніше, первинний катод 5 змонтований на конічній опорі 21 (як у прикладі по фіг.5). На деякій відстані за катодом 5 розташований диск первинного випромінювача 200, що може бути виготовлений з будь-якої придатної теплопровідної кераміки, наприклад, гексабориду лантану, чи вогнетривкого металу, наприклад, вольфраму або танталу. Цей диск 200 спирається на штифт 201, що у свою чергу утримується у

Ф) своєму положенні за допомогою тримача 202 штифта, зафіксованого на ділянці 206 основу 208 ка роз'ємно-з'єднувального контуру за допомогою гвинта 217. Гвинт без головки (не показаний) передбачений усередині гвинта 217, що замикає штифт 201 у мідній деталі 202. во Первинний випромінювач 200 може бути змонтований на штифті 201 будь-яким придатним способом, але через те, що конічна опора 21 може фокусувати назад випромінювані електрони з катода 5 на випромінювач 200, доцільніше закріпити випромінювач 200 за допомогою центральної заклепки, що буде приймати сфокусований пучок і в такий спосіб запобігати ушкодженню первинного випромінювача.

Для того, щоб нагріти первинний випромінювач 200, передбачений індуктивний з'єднувальний контур 203, що 65 оточує первинний випромінювач і з'єднаний в електричний ланцюг, як показано на фіг.2б6. Індуктивний з'єднувальний контур 203 спирається на керамічний ізолятор 204.

Індуктивний з'єднувальний контур 203 з'єднаний з основою 208 роз'ємно-з'єднувального контуру. Доцільно, щоб індуктивний сполучний контур 203 і основа 208 роз'ємно-з'єднувального контуру були механічно оброблені як один металевий блок, наприклад, мідний.

Як показано на фіг.26, ланцюг для енергопостачання вузла, показаного на фіг.24 і 25, є звичайно такий, як описано в ЕР-А-0627121 і містить узгоджувальний ланцюг 210, з'єднаний з високочастотним (КЕ) підсилювачем (не показаний), який складається індуктора 211 і регульованого конденсатора 212, з'єднаного з первинною обмоткою (антеною) 213. Антена 213 індукує напругу у вторинній обмотці 214, яка з'єднана з резонансним конденсатором 215 і, через основу 208 роз'ємно-з'єднувального контуру, з індуктивним сполучним контуром 203. 7/0 Вторинна обмотка 214 також з'єднана з первинним випромінювачем 200 і з головним катодом 5. Напруга, створювана за допомогою індуктора 214 і конденсатора 215, використовується для прискорення електронів від первинного випромінювача 200 до катода 5, коли катод є позитивним відносно первинного випромінювача.

На фіг.25 зображено ряд різьбових отворів 216 для розміщення компонентів ланцюга, показаного на фіг.26б, таких як вторинна обмотка 214 і резонансний конденсатор 215.

Було виявлено, що використання первинного випромінювача, що індуктивно нагрівається, приводить у результаті до значного збільшення терміну служби (у порівнянні з традиційною ниткою розжарення), що робить цей пристрій особливо придатним для електронно-променевого зварювання. фіг. 1 руш : 7 1 140 1130 Нгол101100180 60150 до 4окв ї ни | с з ЕЙ й. - 100 100 о т г й . « я ї. 2 АХ Ф ся , х со (4 . - я (22) 101 7 нут (Се)

СЕЕЕЕДЕ шир ВИМ «ЛА 6 6 5 6 ж : ( (6 ЯЖ-Ж- Ж( (- 2 -

Ф пнинининажнашжаєтиннни нання 60, мм о « : - с . и? (22) се) (95) о 50 с»

Ф) іме) 60 б5

--333БИБКШЕИБИИБГБ55555Ш525- фіг. 2(а) , ї 2 3 | і « ВВбмА

Енн нанесено сова ес зна нена ни пр ІН ПИ НИ ШИ НСБ о но но ПАННО т ЕЕ нн еп нин нн нн дет 1 БЕ ЕЕ Енн,

ЕП ССЬ' Я Я линии шнн фіг. 2 (с)

З

М і- 3б5мА, ' ЕЕ курю сен нотні ие ІК М ВІТ ІОВ / лининнои и ЗИ фіг. 2 (ь) її с

ШО саланий о ши ся -- В ЕЕ тт фіг. 2 (а) - Ф й са І кіпчик аподу і, хз (п а З ся (22) щ І й : і-715,3мА (Се) о о с І )5 сосссюо ! вот в кВ ПЕ с «Я

ІЗ ія ' ' ' ' т 1 ! дер у ЕЕ ЕЕ а Ера нн нт « 0 60 мм в) с фіг. 3 . ,» | в (22) іш 7 9 . (65) В то , с 070И7ИТУВУЖКЖ7ТИТт---4----- под 5 .

Т» її .

Ф) о ! бо б5 фіг. 4 шт с 4- і 6 С ит УК ах Ша Ге) х с. ЦІ | і «

М . | о / ли о) с що ! . фіг. 5 " і б 45 Т (се) (95) со 50

Я» о 55 ко ут р У с: «рах: У Ай й; ЯЖ-З-И-И-2ВКШШЗВК- 74 | о й

У СТ -Я " р фіг. 6 7 в ра й рн о р Ш- з р У з думи х кА со зт ИШВБЗШБШЗБЗЗ5 ЗШ Ф 5 ии- - («'-5'-йн1 з Ф я у п. Й їх - х Зб ад Й й р о ра фіг. 7

Ф 45 шен (се) (95) со 50 «г» о 55 ко зв.

ние рай в ра А це: І т ро жо Ї ю |і Пере щ х я зо ра ке ра й о ен ча. 7 ран з ра | У ій / ДА о зв Аз 17 | (ге;

Вр с |. ото і й

А, х ОО р | фіг. 7 ка У рр 2» меч. д 45 (Се) о 50 (Се)

Т» о 55 ко 65 Що ние р У у АХ / ж / 31 м Ї

Б з ФА зі ем ее

ОВ - «ДАН ве ---25----2-- 75 у о й є ри фіг. 10 х Ж ! ши - ри - ій

Ж У (22) у : ж (се) ю ЗУ ах У д і че, прин / | ж що « й о, у о г ра фіг. п - 40 ва рай :з» чаш ще се) (95) с їз» а 5 іме) -1т-

У й ю ть ен я,

Шк 2З-А- 5 щи й ДІ і о м ! х й ра ШИ ва р

Шан сч яті о ра Ох у х «І зо З м ий ій

Ши: паю лини КИЙ Ф

І сю 258 з2 | Ф х ЧАН / « х ох ра що с у ри хз» меч

Фо рашшеч ч с , Кк У і се "аз У я 29 | ще . к

МК; і ! ра ши о к-т й А ша ів ші! г

ШТ о, . юс ще мА пет й се г фік. 15 фік. 16 5.0 | с шин 7

Є

: аз | т ' Ф 46 | ій щі о у. р І - -ш ч 40 о» Ї - щі (відстань) 7 мм 159 о 45 (Се) (95) со

Т» а 55 ко фіг. 17 5.0 ! й ж 70 й 40 46 " 42 | й що нн (відстань) 4 мм 110 сч | Й о фіг. 18

БО з й ді п Ге)

Е с 5 43 Ф л6 40 Й ісе) 42 І « | о) с

І» ж 47 15 нн І що Й ШІ (відстань) й мм 140 (95) со «г» (Ф. ко 6о 65 фіг. 19

Ба 9 й чЕ

І я 43

З

46 до ів

Б и 7

Ен нНЯя801 Й Я Ж«-

ПЕ нки нив и нн нн ни 25 (відстань) 7 мм 140

М см

Щі сток Й ' і) 30 Ді Й . ---о- : й « й ча7и й со 35 | й д ' Ф 02 й мо М І Й : ; «ле Ат ат о я Шшї У стелею |У СЕ ві 4 я ПО ергеве це 5

І Іс ' шк ци го Й | мой пе ї рот» - шт це й ї - х (е)) Й 116 (Се) т --5- фіг й ши; о і уупупппт Й со 50

Т» (Ф) о) бо б5 фіг. 21 а 1) Й ?У ху. ББА 7 і-й сі 58 : акш: ай ШИ / фета о леву про киева; рн сф бобри ДК | на ! - фіг. 22 сч | то! о - а у » щі дк і | з

Н / (7 З Ше о не ся р щі / їй

Ше а ТОБ сих СИ 4 х,

Ше аа | 5 с - Ше й г» -

Ф о сю со 50 їх (Ф) тю бо б5

Ї

! ;

фіг. 25 ер у акісвнк 203 пря сю Й о ргомий и ЦІ й ричах дк й /А в ' - 217. (0 2в-4-- ДК г шо. в шк шо; 20147 1. - НЯ 208 так вав нн Ще ' 7

Н і! шк й шк 1 1

Мк-1. 335 пн

І. |) В; 1 , 205 | |! ' і і ! | .2 МЕ ' 209 202 фіг. 26 с щі 6)

ЦІ

213 215 з 2 (о) 208 (зе) (о)

І 203 (Се) 210 Я ри 20о я - с 5 . и? р 45

Claims (1)

1. Формула винаходу ре) 1. Пристрій для випромінювання заряджених частинок, що містить випромінювач заряджених частинок однієї с полярності, трубчастий екранний електрод, що оточує по периферії випромінювач і має при роботі ту ж полярність, що і заряджені частинки, і трубчастий прискорюючий електрод, що розташований переважно ре) співвісно з екранним електродом і має при роботі полярність, протилежну полярності екранного електрода для Ї» фокусування в пучок заряджених частинок, розмитих після проходження через випромінювач.

   2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що електроди розташовані так, щоб створювати електричне поле, яке спочатку викликає дивергенцію пучка заряджених частинок у напрямку від випромінювача до трубчастого епектрода.

   З. Пристрій за п. 2, який відрізняється тим, що випромінювач укріплений на центральній частині екранного (Ф) електрода, яка виступає з основи екрана. ГІ 4. Пристрій за п. 3, який відрізняється тим, що виступаюча центральна частина зведена на конус ззовні у напрямку до основи екранного електрода. во 5. Пристрій за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що додатково містить засіб для забезпечення випускання випромінювачем заряджених частинок.

   б. Пристрій за п. 5, який відрізняється тим, що засіб для забезпечення випускання випромінювачем заряджених частинок містить джерело вторинних заряджених частинок, пристосоване для бомбардування випромінювача. 65 7. Пристрій за п. б, який відрізняється тим, що заряджені частинки, випромінювані джерелом вторинних заряджених частинок, містять електрони.

   8. Пристрій за будь-яким із пп. 1-7, який відрізняється тим, що заряджені частинки, що випускаються випромінювачем, містять електрони.

   9. Пристрій за будь-яким із пп. 6-8, який відрізняється тим, що джерело вторинних заряджених частинок містить допоміжний випромінювач, що індукційно нагрівається.

   10. Пристрій за будь-яким із пп. 1-9, який відрізняється тим, що екранний електрод має переважно циліндричну форму.

   11. Пристрій за будь-яким із пп. 1-10, який відрізняється тим, що екранний електрод закінчується площиною, обмеженою кромками екранного електрода. 70 12. Пристрій за будь-яким із пп. 1-11, який відрізняється тим, що випромінювач містить випромінюючий елемент, змонтований у отворі опорного елемента і електрично з'єднаний з ним, причому випромінювач виконаний з матеріалу, що має більш низьку роботу виходу, ніж опорний елемент, завдяки чому при робочій температурі випромінювач випускає заряджені частинки з опроміненої поверхні.

   13. Пристрій за п.12, який відрізняється тим, що випромінюючий елемент виконаний з матеріалу, що має 7/5 більш низьку роботу виходу, ніж опорний елемент, завдяки чому при робочій температурі випромінюючий елемент випускає заряджені частинки з опромінюваної поверхні, і в якому опромінювана поверхня випромінюючого елемента розташована переважно врівень з оберненою назовні поверхнею опорного елемента, що оточує отвір, або відсунута від неї.

   14. Пристрій за п.13, який відрізняється тим, що випромінюючий елемент встановлений з нерухомою 2о посадкою у отворі опорного елемента.

   15. Пристрій за п. 13 або 14, який відрізняється тим, що частина опорного елемента і частина випромінюючого елемента відповідно виконані конусними.

   16. Пристрій за п. 15, який відрізняється тим, що частина опорного елемента і випромінюючий елемент виконані з конусом, який звужується всередину у напрямку до відкритої поверхні випромінюючого елемента. с

   17. Пристрій за будь-яким із пп. 13-16, який відрізняється тим, що випромінюючий елемент прикріплений до о опорного елемента затискачем, що входить у зачеплення з кожним елементом.

   18. Пристрій за п. 17, який відрізняється тим, що затискач заходить у канавку опорного елемента.

   19. Пристрій за будь-яким із пп. 13-18, який відрізняється тим, що опромінювана поверхня випромінюючого елемента і обернена назовні поверхня опорного елемента розміщені у одній площині. «г зо 20. Пристрій за п. 19, який відрізняється тим, що опромінювана поверхня випромінюючого елемента і обернена назовні поверхня опорного елемента мають одну з таких форм: опуклу, конічну, увігнуту чи направлену б» всередину. со

   21. Пристрій за будь-яким із пп. 13-20, який відрізняється тим, що опорний елемент містить ділянку конічної форми. ме)

   22. Пристрій за будь-яким із пп. 13-21, який відрізняється тим, що випромінюючий елемент випускає «о електрони, коли він нагрітий да робочої температури.

   23. Пристрій за будь-яким із пп. 13-22, який відрізняється тим, що випромінюючий елемент містить гексаборид лантану.

   24. Пристрій за будь-яким із пп. 13-23, який відрізняється тим, що опорний елемент містить тантал. «

   25. Зварювальний апарат, що містить пристрій для випромінювання заряджених частинок за будь-яким із пп. з с 1-12, опору для оброблюваної деталі, що піддається опроміненню потоком заряджених частинок, і засоби для забезпечення відносного переміщення між пучком заряджених частинок і опорою для оброблюваної деталі. ;» 26. Пристрій для одержання пучка заряджених частинок, який містить вузол для проходження пучка заряджених частинок, що має послідовно розташовані камери з регульованим тиском, причому кожна з них має Вхідний і вихідний отвори, через які може проходити пучок заряджених частинок, і вакууумувальний отвір, б сполучений з насосом, що забезпечує таке регулювання тиску в камерах, при якому в процесі роботи тиск у розміщених послідовно камерах зростає, який відрізняється тим, що вакуумувальий отвір з'єднаний з нижньою і, за потоком камерою за допомогою трубопроводу, що проходить усередині вузла після щонайменше однієї 2) верхньої за потоком камери.

   27. Пристрій за п. 26, який відрізняється тим, що камери утворені вставленими трубами, причому кожен ік трубопровід, утворений трубчастою стінкою труби, визначає камеру, з якою з'єднаний трубопровід, і трубчасту ї» стінку наступної за потоком камери.

   28. Пристрій за п. 27, який відрізняється тим, що вставлені труби є переважно співвісними.

   29. Пристрій за будь-яким із пп. 26-28, який відрізняється тим, що камери утворені набором трубчастих дв ділянок, розташованих усередині зовнішньої труби, причому кожна трубчаста ділянка має радіальний звернений назовні отвір, причому радіальні звернені назовні отвори кожної камери зміщені по периферії від радіальних Ф) звернених назовні отворів усіх інших камер, і набір розміщених по осі роздільних стінок, який розташований ка між трубчастими ділянками і зовнішньою трубою для того, щоб утворити відповідні трубопроводи, причому кожен трубопровід з'єднує звернений назовні радіальний отвір камери з відповідним вакуумувальним отвором. во 30. Пристрій за п. 29, який відрізняється тим, що трубчасті ділянки мають переважно однаковий діаметр.

   31. Пристрій за будь-яким із пп. 27-30, який відрізняється тим, що вставлені труби чи трубчасті ділянки є переважно циліндричними.

   32. Пристрій за будь-яким із пп. 26-31, який відрізняється тим, що вхідний отвір однієї камери визначений вихідним отвором наступної прилеглої камери вище за потоком. 65 33. Пристрій за будь-яким із пп. 26-32, який відрізняється тим, що вхідний і вихідний отвори визначені прямолінійним шляхом пучка.

   34. Пристрій за будь-яким із пп. 26-33, який відрізняється тим, що тиск у камері, найбільш віддаленій від камери джерела пучка заряджених частинок, підтримується нижче атмосферного тиску. Офіційний бюлетень "Промислоава власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних мікросхем", 2004, М 9, 15.09.2004. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і науки України. с щі 6) « (22) со (22) (Се) -

   с . и? (22) се) (95) о 50 с» Ф) іме) 60 б5