ФОРВАКУУМНАЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к сварке, в частности к устройствам для электронно-лучевой сварки, и может быть использовано при сварке изделий из конструкционных сталей и сплавов в различных отраслях промышленности.
Известно устройство для электронно-лучевой сварки, содержащее катод и ускоряющий анод с отверстием, электромагнитную линзу, электромагнитную отклоняющую систему;
высоковольтный источник постоянного тока. Выходящие из катода электроны фокусируются в пучок с помощью электрического поля между катодом и ускоряющим анодом. На пути от катода к ускоряющему аноду электроны приобретают достаточную для сварки изделия энергию. На пути от ускоряющего анода до свариваемого изделия пучок электронов фокусируется магнитным полем в электромагнитной линзе устройства для электронно-лучевой сварки. Перемещение луча по свариваемому изделию осуществляется с помощью электромагнитной отклоняющей системы. Кинетическая энергия электронов вследствие торможения в материале свариваемого изделия превращается в теплоту, нагревая материал до высоких температур. [О.К.Назаренко, А.А.Кайдалов, С.Н.Ковбасенко и др. Электронно-лучевая сварка./ Под ред. Б.Е.Патона. - Киев: Наукова думка, 1987, с.23-25]. Традиционно, для получения электронов в устройствах используется явление термоэлектронной эмиссии. Такие устройства, содержащие нагретый до термоэмиссионных температур катод, называются термокадодными пушками.
-3
-1
Известны установки, предназначенные для электронно-лучевой сварки изделий из металлов и сплавов (например, патент РФ №2192687), содержащие вакуумную камеру и электроннолучевую пушку. Для стабильной и долговременной работы термокатода необходим вакуум не хуже 10 Па. Для обеспечения необходимого вакуума в рабочей камере и пушке используют двухступечнчатые системы откачки. Сначала откачка осуществляется форвакуумными насосами до давления 1-10 Па, затем подключаются высоковакуумные. Основным недостатком таких установок является большое время откачки, ограничивающее производительность установки.
Известны установки (United States Patent №4,176,271) в которых с целью повышения производительности электронная пушка поочередно подключается к нескольким вакуумным камерам. Пока в одной камере реализуется сварка, в других осуществляются загрузка и выгрузка изделий, откачка вакуумных камер. Такие установки имеют сложную систему вакуумной коммутации и, как следствие, низкую надежность.
Известны установки (патент РФ №2192687) в которых электронная пушка имеет дифференциальную откачку. Это позволяет снизить требования к вакууму в области сварки, но влечет за собой появление еще одной ступени откачки.
Известны пушки с плазменным катодом (патент РФ №2215383), которые способны работать при давлении до 13 Па.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели способ сварки керамических деталей (патент РФ №2434726). Этот способ позволяет соединять детали. изготовленные из керамики путем электронно-лучевой сварки с использованием пушки с плазменным катодом. Однако пушки с плазменным катодом можно использовать не только для сварки керамических деталей. Такими пушками можно осуществлять электронно-лучевую обработку изделий из конструкционных сталей и сплавов. Использование пушек с плазменным катодом позволяет выполнять технологические операции в вакууме повышенного давления 1-10 Па. Такой вакуум создается механическими насосами и называется «форвакуумом».
Целью предложенной полезной модели является увеличение производительности установок электронно-лучевой сварки изделий из конструкционных сталей и сплавов, повышение их надежности и снижение их стоимости.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в установке электронно-лучевой сварки, вместо термокатодной пушки используется пушка с плазменным катодом. Способность пушек с плазменным катодом работать при давлениях до 10 Па позволяет исключить из состава установки высоковакуумную и дифференциальную ступени откачки и проводить технологические операции на форвакууме при давлении 1-10 Па. Это существенно сокращает время откачки вакуумной камеры, тем самым повышая производительность установки. Исключение из состава установки высоковакуумной и дифференциальной ступеней откачки, повышает ее надежность и экономичность, снижает ее стоимость.
Предлагаемая полезная модель была реализована в установке электронно-лучевой сварки. Вакуумная камера размером 300Х300Х300 мм откачивалась золотниковым насосом АВ3-20Д. Время откачки камеры до давления 1 Па составляло менее 1 минуты. Электронная пушка с плазменным катодом устойчиво работала при ускоряющих напряжениях до 25 кВ и токах до 100 мА. Были выполнены контрольные сварки образцов из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Анализ полученных проплавлений не выявил существенных отличий от образцов, полученных при высоком вакууме.