ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ПУШКА

Электронно-лучевая пушка.
Электронно-лучевая нушка является одним из функциональных узлов аппаратуры для электронно-лучевой сварки металлов в вакууме и предназначена для формирования мощного аксиально-симметричного электронного луча.
Известна электронно-лучевая пушка, 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 для него, а также для источника электронов, фокусирующей и откачной систем, других функциональных узлов функции несущего элемента, внутри промежуточного корпуса установлен анод, а на боковой поверхности вакуумопровод насоса, фокусирующая система включает в себя фокусирующий блок, включающий в себя фокусирующую и отклоняющую катушки, а также лучепровод (см. патент США № 4622453 от 11.11.1986).
Недостатком известного устройства является сложность технического обслуживания, обусловленная труднодоступностью отдельных элементов конструкции.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в упрощении технического обслуживания электронно-лучевой пушки за счет обеспечения доступности ее элементов и быстродействия средств фиксации.
Указанный результат достигается тем, что в электронно-лучевой пушке, содержашей вышеперечисленные признаки промежуточный корпус выполнен с фланцем, анод установлен в промежуточном корпусе со стороны источника электронов, а на боковых поверхностях
2 о n  1 О 1  в
последнего расположены эксцентриковые замки для фиксации источника электронов в рабочем положении, фокусирующая система прикреплена к фланцу промежуточного корпуса и снабжена теплообменником, состоящим из верхнего и нижнего фланцев и двух цилиндрических стенок с образованием полости для пропуска охлаждающей жидкости, при этом блок фокусировки установлен со стороны теплообменника, обращенной к промежуточному корпусу.
Отклоняющая катущка залита эпоксидной смолой и состоит из 8ми плоских катушек, в каждой из которых выполнено по три рамочные секции, которые расположены, например, в 12-ти щелях цилиндрического, многослойного магнитопровода, со сдвигом в 90° каждая.
Нагреватель пущки представляет собой миниатюрную вольфрамовую спираль, закрепленную в молибденовом цилиндрическом корпусе через керамическую изоляционную щайбу, а к качестве катода может быть использована таблетка лантана гексаборида (LaB6), закрепленная вольфрамовым стопорным кольцом в обойме из молибдена.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан общий вид сварочной электронно-лучевой пушки, вид спереди; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 промежуточный корпус, вид спереди; на фиг. 4 - промежуточный корпус, вид сбоку; на фиг. 5 - промежуточный корпус, вид сверху; на фиг. 6 - фокусирующая система; на фиг. 7 - источник электронов; на фиг. 8 - катодный блок.
Электронно-лучевая пущка состоит из источника 1 электронов, промежуточного корпуса 2, фокусирующей системы 3, блока 4 управления вентилем, турбомолекулярного насоса 5.
Катодный блок содержит изолятор 10, нагреватель 11, катод 12, электронно-оптическую систему 13.
Промежуточный корпус 2 имеет фланец 14, вакуумопровод 15, замок 16 и на нем установлены разрядник 17, датчик 18, вентиль 19. Внутри промежуточного корпуса расположен анод 20.
Фокусирующая система содержит фокусирующий блок 21 с фокусирующей катушкой 22 и отклоняющей катушкой 23, теплообменник 24, лучепровод 25 и блок коллекторов 26.
Пушка устанавливается внутри рабочей вакуумной камеры, как на роботизированном манипуляторе, так и неподвижно на стенке камеры в любом пространственном положении. Допускается установка пушки снаружи вакуумной камеры на фланец с вакуумным уплотнением.
Источник 1 электронов конструктивно представляет собой законченный катодный узел. Основным несущим элементом, на котором крепятся остальные детали и узлы источника электронов, является корпус 6. Кроме этого корпус обладает вакуумной, гидравлической и достаточной рентгеновской плотностью.
Строго по оси корпуса расположен катодный блок 7. Несущим элементом блока служит 4-х контактный высоковольтный металлостеклянный изолятор 10. На нем крепятся нагреватель И, катод 12 и элементы электронно-оптической системы 13. Нагреватель представляет собой миниатюрную вольфрамовую спираль, закрепленную в молибденовом цилиндрическом корпусе через керамическую изоляционную шайбу. Непосредственно в качестве катода используется таблетка лантана гексаборида (ЬаВб), закрепленная вольфрамовым стопорным кольцом в обойме из молибдена. Электроны, вылетая из спирали нагревателя, ускоряются в электрическом поле и, бомбардируя таблетку, разогревают ее. В таких условиях выход электронов из таблетки ЬаВб значительно выше, чем непосредственно из
спирали нагревателя. Примененная триодная электронно-оптическая система обеспечивает плавную регулировку мощности луча и имеет, как было сказано выше, высокоэффективный катод косвенного подогрева. Нагреватель, и катод имеют ограниченный срок службы. Поэтому предусмотрена их быстрая замена в течение нескольких минут. Для этого источник электронов поворачивается на шарнире на 90° относительно обш,ей оси пушки.
Подвод напряжения к катодному блоку осуществляется с помошь. Высоковольтного четырехжильного кабеля 8. Свободный разъем кабеля выполнен в виде отлитого из эпоксидной смолы изолятора, на конце которого вдоль оси расположены ступенями четыре цилиндрических контакта. Разъем кабеля, подсоединенный у источнику электронов, имеет герметичное резиновое уплотнение. Его полый изолятор заполнен кремнийорганической жидкостью. В средней части кабеля находится фланец, с помощью которого осуществляется вакуумное уплотнение при выводе кабеля из сварочной камеры. Часть кабеля, которая в рабочем состоянии находится в вакууме, защищена заземленным метал лору кавом.
Внутренняя полость источника электронов заполнена кремнийорганической жидкостью и герметично закрыта крышкой 9. Кремнийорганическая жидкость снижает вероятность электрических пробоев между контактами катодного блока и контактами кабеля. Кроме того, она осуществляет отвод тепла от изолятора к охлаждающему устройству. Охлаждающее устройство выполнено в виде змеевика из медной трубки прикрепленного к крышке. Подвод и отвод охлаждающей воды осуществляется через два штуцера, расположенных снаружи. Для предотвращения разрушения источника электронов при нештатных пробоях высокого напряжения между контактами катодного блока в крышке предусмотрена демпферная полость. Демпферная и
внутренняя источника электронов полости отделены друг от друга резиновой диафрагмой. При гидродинамическом ударе в результатет высоковольтного пробоя энергия ударной волны в кремнийорганической жидкости расходуется на сжатие и нагрев воздуха в полости крышки, не приводя к разрушениям узлов источника электронов.
Корпус 2 промежуточный выполняет функции несупдего элемента для источника электронов, фокусирующей и откачной систем, других функциональных узлов. Основными несущими деталями промежуточного корпуса являются сам корпус и фланец 14. В верхней внутренней части корпуса ввинчен медный, регулируемый по высоте анод 20. На боковых поверхностях корпуса расположены угловой вакуумопровод 15 турбомолекулярного насоса, эксцентриковые замки 16 для фиксации источника электронов в рабочем положении, ручной разрядник 17, датчик 18. В случае если источник электронов не находится в рабочем положении, через контакты датчика формируется управляющий сигнал и подача рабочего напряжения на источник электронов становится невозможна. На боковой поверхности корпуса установлен вакуумный вентиль 19 с пневматическим приводом. Он необходим, чтобы запирать катодную полость, когда при отработке сварочных циклов в рабочую камеру периодически напускается атмосфера. Таким образом, в около катодном пространстве сохраняется высокий вакуум, что продлевает срок службы катода и сокращает время подготовки пушки к сварке. В корпусе в непосредственной близости от анода выполнен контур водяного охлаждения. На фланце 14 установлены низковольтные разъемы для подвода управляющих цепей к блоку фокусировки. На фланце также выполнены конструктивные поверхности для крепления сварочной пушки в вакуумной камере.
Основным несущим элементом, на который устанавливаются остальные детали и узлы является теплообменник 24. Он также выполняет функцию отвода тепла от фокусирующего блока. Теплообменник состоит из верхнего и нижнего фланцев, и двух цилиндрических стенок. Во внутренней полости между его стенками пропускается охлаждающая вода. В качестве его материала, как и почти всех металлических деталей пушки, применена немагнитная нержавеющая сталь. В верхней части теплообменника установлен блок 21 фокусировки. Конструктивно его посадка выполнена таким образом, чтобы иметь максимально возможную площадь контакта с теплообменником для эффективного отвода тепла. Блок состоит из бескаркасной залитой эпоксидной смолой фокусирующей катушки 22. Посредством катушки можно менять фокус электронного луча в диапазоне 400 мм.
Для отклонения, развертки, сканирования луча используется отклоняющая катущка 23. Конструктивно она состоит из 8-ми плоских катушек, в каждой из которых выполнено по три рамочные секции. Эти катушки расположены в 12-ти щелях цилиндрического, многослойного магнитопровода, со сдвигом в 90° каждая. Катушка залита эпоксидной смолой. По оси блока фокусировки расположен лучепровод 25. Основным его элементом является расположенная между двумя фланцами цилиндрическая спираль проволоки прямоугольного сечения. В нижней части фокусирующей системы закреплен блок коллекторов, который представляет собой узел из нескольких плоских электродов. Блок 26 коллекторов функционально является элементом системы вывода изображения свариваемых изделий.
Блок 4 управления вентилем предназначен для подачи воздуха под давлением в пневмоцилиндр вакуумного вентиля по одному из двух каналов. Таким образом, осуществляется перевод вентиля в открытое или закрытое состояние. Блок состоит из устройства подготовки воздуха,
в котором воздух очищается от пыли, осушается, насыщается масляными парами и регулируется его давление. Для коммутации пневмоканалов служит электромагнитный клапан.
Для обеспечения необходимой степени вакуума в области электронно-оптическойсистемыпушкакомплектуется
турбомолекулярным насосом.