ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ПУШКА
ELECTRON BEAM GUN

Изобретение относится к аппаратуре для электронно-лучевой сварки материалов, преимущестенно металлов, в вакууме.
Известна электронно-лучевая пушка (по патенту на полезную модель RU 38081, выбранная в качестве прототипа), содержащая источник электронов, представляющий собой размещенный в корпусе катодный блок, состоящий из изолятора, на котором закреплены нагреватель, катод и элементы электронно-оптической системы, источник электронов установлен на промежуточном корпусе, выполняющем функции несущего элемента, внутри промежуточного корпуса установлен анод, фокусирующую систему. Промежуточный корпус выполнен с фланцем, анод установлен в промежуточном корпусе со стороны источника электронов, а на боковых поверхностях последнего расположены эксцентриковые замки для фиксации источника электронов в рабочем положении, фокусирующая система прикреплена к фланцу промежуточного корпуса и снабжена теплообменником, состоящим из двух цилиндрических стенок с образованием полости для пропуска охлаждающей жидкости, блок фокусировки установлен со стороны теплообменника, обращенной к промежуточному корпусу.
Расположение фланца определяет положение посадочного места электронно-лучевой пушки в сварочной установке. Его выполнение на промежуточном корпусе, а также предложенная конструкция фокусирующией системы и теплообменника приводят к увеличению ее габаритов (части, выступающей вниз от посадочного места, по фланцу), следовательно, уменьшается размер детали, которая может быть помещена в рабочую зону электронного луча. Кроме того, недостатком известного устройства является сложность технического обслуживания, обусловленная труднодоступностью отдельных элементов конструкции.
Технической задачей является упрощение технического обслуживания электронно-лучевой пушки и увеличение рабочего пространства для обработки деталей.
Технический результат достигается в электронно-лучевой пушке, содержащей катодный блок, включающий корпус, изолятор, катод. Катодный блок установлен на промежуточном корпусе. В промежуточном корпусе со стороны катодного блока установлен анод, на боковой поверхности выполнен вакуумопровод. Промежуточный корпус установлен на фланце корпуса фокусирующего блока, оснащенного теплообменником и выполненного с возможностью установки блока катушек со стороны фланца. Теплообменник образован корпусом фокусирующего блока, на внешней цилиндрической поверхности которого выполнен спиральный паз, и кожухом. На фланце фокусирующего блока расположены штуцеры теплообменника и выполнены подводящие каналы и канал для выводов блока катушек. Катодный блок выполнен с крышкой, снабженной штуцерами, расположенными на боковой поверхности крышки. В качестве изолирующего теплоносителя в катодном блоке используется фторорганическая жидкость. Корпус катодного блока соединен с промежуточным корпусом откидной петлей и зажимами.
Изобретение поясняется чертежами: фиг.1-2 - общие виды сварочной электронно-лучевой пушки; фиг.3 - вид сверху; фиг.4 - промежуточный корпус; фиг.5 - фокусирующий блок; фиг.6 - катодный блок.
Электронно-лучевая пушка содержит катодный блок (фиг.6), включающий корпус 1, обладающий вакуумной, гидравлической и достаточной рентгеновской плотностью, высоковольтный металлостеклянный изолятор 2, катод 3 косвенного подогрева. Катод 3 установлен в держателе 13, помещенном внутри цилиндра Венельта 14. Внутри держателя 13 расположен накаливатель 15.
Катодный блок выполнен с герметичной крышкой 7, снабженной штуцерами 8 и каналами для воды, соединенными с охлаждающим устройством 17, выполненным в виде змеевика, прикрепленного к крышке 7. Штуцеры 6 расположены на боковой поверхности 9 крышки 7, что позволяет уменьшить габариты электронно-лучевой пушки.
В качестве изолирующего теплоносителя в катодном блоке используется фторорганическая жидкость, ею заполнена полость 16 в корпусе 1, расположенная над изолятором 2.
В корпусе 1 выполнен ввод 12 для высоковольтного кабеля (не показан).
Катодный блок установлен на промежуточном корпусе 4 и соединен с ним откидной петлей 10 и зажимами 11, выполненными в виде струбцин. В промежуточном корпусе 4 со стороны катодного блока установлен анод 5 (фиг.4), на боковой поверхности выполнен вакуумопровод 6. В промежуточном корпусе 4 вблизи от анода 5 выполнен контур водяного охлаждения.
В промежуточном корпусе 4 установлен шибер, обеспечивающий сохранение высокого вакуума в полости между анодом 5 и катодом 3 и/или в полости фокусирующего блока. Также во время ремонта или профилактики катодного блока или фокусирующего блока нет необходимости напускать воздух во всю установку, что снижает время цикла сварки. Шибер состоит из механической и электрической части. Механическая часть представляет собой прямоугольный корпус, расположенный внутри промежуточного корпуса под анодом 5. Уплотнение происходит через резиновое кольцо, расположенное внутри промежуточного корпуса 4 между корпусом шибера и опорной поверхностью на промежуточном корпусе соосно каналу лучепровода 28. Шибер имеет два рабочих положения: «открыто» и «закрыто». В положении «открыто» открыт канал лучепровода 28 для сварки. В положении «закрыто» полость между катодом 3 и анодом 5 герметично изолирована от окружающей среды.
Промежуточный корпус 4 в свою очередь установлен на фланце 18 корпуса 19 фокусирующего блока (фиг.5), оснащенного теплообменником. Фокусирующий блок выполнен с возможностью установки блока катушек со стороны фланца 18. Для этого на внутренней поверхности корпуса 19 фокусирующего блока выполнены посадочные места для блока катушек, включающего фокусирующую и отклоняющую катушку 26, 27, на нижней поверхности корпуса 19 фокусирующего блока закреплен лучепровод 28, на фланце 18 выполнен подводящий канал 24 для выводов 25 управляющих цепей блока катушек.
Теплообменник образован корпусом 19 фокусирующего блока, на внешней цилиндрической поверхности которого выполнен спиральный паз 20, и кожухом 21. Во внутренней полости между корпусом 19 фокусирующего блока и кожухом 21 пропускается охлаждающая вода. На фланце 18 фокусирующего блока расположены штуцеры 22 теплообменника и выполнены подводящие каналы 23.
Электронно-лучевая пушка используется следующим образом.
Пушка устанавливается внутри рабочей вакуумной камеры на фланец 18. Таким образом, основным несущим элементом, на который устанавливаются все элементы электронно-лучевой пушки, является корпус 19 фокусирующего блока.
Электроны, вылетая из накаливателя 15, бомбардируют катод 3. Эти элементы имеют ограниченный срок службы. Для их обслуживания или замены убираются зажимы 11 и катодный блок откидывается, повисая на окидной петле 10, открывая доступ к аноду 5, катоду 3 и другим элементам, установленным на изоляторе 2. Обслуживание может производиться без полного отсоединения катодного блока от промежуточного корпуса 4.
Фланец 18, выполненный на корпусе 19 фокусирующего блока, определяет его функцию как несущего элемента электронно-лучевой пушки. Кроме того, такое расположение фланца 18 определяет положение посадочного места электронно-лучевой пушки в сварочной установке. Его выполнение на корпусе 19 фокусирующего блока приводит к уменьшению габаритов электронно-лучевой пушки (части, выступающей вниз от посадочного места, по фланцу 18), следовательно, увеличивается размер детали, которая может быть помещена в рабочую зону электронного луча.
С этим же связано и упрощение из-за изменения порядка сборки-разборки устройства, технического обслуживания. Так, при необходимости обслуживания фокусирующего блока, например блока катушек, шибер может быть закрыт, промежуточный корпус 4 вместе с катодным блоком могут быть сняты с фланца 18 без разгерметизации пространства с высоким вакуумом между катодом 3 и анодом 5. При этом удается существенно сократить время ремонта и повторного включения электронно-лучевой пушки, поскольку достижение высокого вакуума в этом пространстве занимает много времени из-за присутствия большого количества элементов со сложными поверхностями.
Использование фторорганической жидкости в качестве изолирующего теплоносителя позволяет увеличить рабочее напряжение, увеличивается теплопередача от изолятора к охлаждающему устройству. Из-за более высокого напряжения пробоя возможно уменьшить габариты катодного блока. При пробое фторорганическая жидкость не подвергается обугливанию (горению), что увеличивает период планового обслуживания (замены). При утечке фторорганическая жидкость не оставляет следов, что повышает вакуумную чистоту электронно-лучевой пушки, поскольку не происходит газовыделение в процессе последующей работы.