ЭЛЕКТРОДНАЯ ПЛАТА БЫСТРОПРОТОЧНОГО ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНОГО ЛАЗЕРА С ПОПЕРЕЧНОЙ ПРОКАЧКОЙ ГАЗА

Полезная модель относится к области квантовой электроники и может быть использована при создании электроразрядных лазеров с поперечной прокачкой газа, применяемых в машиностроении, в частности при резке металлов.
Известен аналог - электродная плата быстропроточного электроразрядного лазера с поперечной прокачкой газа - авторское свидетельство RU №589840 от 07.10.80 г., Б.И. №37, МПК H01S 3/02, состоящая из несущей диэлектрической плиты и закрепленных на ней взаимозаменяемых электродных элементов, каждый из которых представляет собой полый металлический брусок с плоской рабочей стенкой, покрытый снаружи, за исключением эмитирующего участка на нем, слоем высокотемпературного диэлектрика, внутренний объем которого соединен патрубками с системой охлаждения. В качестве высокотемпературного диэлектрика используется окись алюминия или стеклоэмаль. Крепление электродных элементов на несущей диэлектрической плите осуществляется патрубками с помощью гаек.
Аналог обладает недостатками. Малая степень секционированности платы приводит к возникновению разности потенциалов между соседними электродными элементами, что является причиной возникновения электрических пробоев между соседними электродными элементами и выхода из строя всей платы. Кроме того, в результате температурного расширения металлической части электродного элемента или чрезмерной затяжки гаек, происходит растрескивание диэлектрика, покрывающего электродный элемент, и выход из строя электродного элемента. Недостатком аналога является еще и то, что замена электродных элементов является трудоемким процессом, а конструкция электродного элемента отличается сложностью в изготовлении и дорогостоящей.
Также известна электродная плата быстропроточного электроразрядного лазера с поперечной прокачкой газа, - патент RU №2344527, 20.01.2009, выбранная в качестве прототипа, содержащая электродную плиту с отверстиями под взаимозаменяемые электродные элементы, внутренние полости которых соединены трубками с системой охлаждения, причем в плите с отверстиями расположены диэлектрические втулки, в которые установлены электродные элементы и выполнены в виде полых металлических стержней с резьбой для глухой гайки с эмиттерным участком на рабочей части, причем внутренняя полость стержня содержит пластину, разделяющую полость на две части для втекающего и вытекающего потоков хладагента.
Недостатком прототипа является низкая надежность, обусловленная низкой технологичностью изготовления электродных элементов. Конструкция электродов подразумевает операцию сварки, вероятность возникновения брака при которой выше, чем при таких операциях механической обработки, как фрезерование и точение. Наличие диэлектрических втулок дополнительно снижает надежность платы, так как возникает дополнительное соединение в сборке, увеличивающее вероятность возникновения брака.
Технической задачей полезной модели является повышение надежности электродной платы быстропроточного электроразрядного лазера с поперечной прокачкой газа.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в исключении из конструкции электродных элементов частей, выполняемых с помощью операции сварки, и исключение лишних деталей из конструкции электродной платы.
Решение технической задачи в электродной плате быстропроточного электроразрядного лазера с поперечной прокачкой газа, содержащей электродную плиту с отверстиями под взаимозаменяемые электродные элементы, электродные элементы, пластину, разделяющую втекающий и вытекающий потоки хладагента, достигается тем, что электродный элемент состоит из эмиттера, имеющего эмиттерный участок и расположенного в отверстии электродной плиты под взаимозаменяемые электродные элементы с одной стороны, и заглушки, расположенной в отверстии электродной плиты под взаимозаменяемые электродные элементы с противоположной стороны относительно эмиттера, причем заглушка имеет выступающую в сторону эмиттера часть, выполненную в виде пластины, разделяющей втекающий и вытекающий потоки хладагента, и имеющую на конце выступ в виде “ласточкиного хвоста”, механически соединяющий заглушку с эмиттером, в котором, в месте их соединения, имеется паз в виде “ласточкиного хвоста”, а отверстия электродной плиты под взаимозаменяемые электродные элементы соединены между собой отверстиями для подачи хладагента.
На фиг. 1 представлен чертеж схемы размещения электродных элементов.
На фиг. 2 представлен разрез плиты в месте расположения электродного элемента.
На фиг. 3 представлено соединение типа "ласточкин хвост" эмиттера с заглушкой электродного элемента.
На фиг. 4 представлены эмиттер и заглушка электродного элемента в разъединенном состоянии.
Электродная плата быстропроточного электроразрядного лазера с поперечной прокачкой газа содержит электродную плиту 1 с отверстиями 2 под взаимозаменяемые электродные элементы 3, электродные элементы 3, пластину 4, разделяющую втекающий и вытекающий потоки хладагента, электродный элемент 3 состоит из эмиттера 5, имеющего эмиттерный участок 6 и расположенного в отверстие 2 электродной плиты 1 под взаимозаменяемые электродные элементы 3 с одной стороны, и заглушки 7, расположенной в отверстии 2 электродной плиты 1 под взаимозаменяемые электродные элементы с противоположной стороны относительно эмиттера 5, причем заглушка 7 имеет выступающую в сторону эмиттера часть, выполненную в виде пластины 4, разделяющей втекающий и вытекающий потоки хладагента, и имеющей на конце выступ 8 в виде “ласточкиного хвоста”, механически соединяющий заглушку 7 с эмиттером 5, в котором, в месте их соединения, имеется паз 9 в виде “ласточкиного хвоста”, а отверстия 2 электродной плиты 1 под взаимозаменяемые электродные элементы 3 соединены между собой отверстиями 10 для подачи хладагента.
В примере, конкретной реализации электродной платы быстропроточного электроразрядного лазера с поперечной прокачкой газа электродная плита 1 изготовлена из стеклотекстолита СТЭФ методом фрезерования и сверления отверстий 2 под взаимозаменяемые электродные элементы 3 и отверстий 10 для подачи хладагента. Эмиттер 5 имеет цилиндрическую форму, изготовлен из нержавеющей стали 12Х18Н10Т методом точения. Эмиттерный участок 6 эмиттера 5 выполнен методом фрезерования. Уплотнение эмиттера 5 в отверстии 2 электродной плиты 1 обеспечивается резиновым кольцом 11, установленным в канавке эмиттера 5. Заглушка 7 имеет цилиндрическую форму, изготовлена из нержавеющей стали 12Х18Н10Т методом точения. Пластина 4 заглушки 7, разделяющая втекающий и вытекающий потоки хладагента выполнена методом фрезерования и имеет отверстие 12 для прохода хладагента. Выступ 8 заглушки 7, механически соединяющий заглушку 7 с эмиттером 5, представляет из себя “ласточкин хвост”, который вставляется в ответный паз 9, выполненный в виде “ласточкиного хвоста” в эмиттере 5. Уплотнение заглушки 7 в отверстии 2 электродной плиты 1 обеспечивается резиновым кольцом 11, установленным в канавке заглушки 7. В заглушке 7 имеется резьбовое 13 отверстие для болта 14, который прижимает клемму высоковольтного источника питания (на рисунках не показаны) и с помощью которого осуществляется демонтаж электродного элемента 3 из электродной плиты 1.
Рассмотрим электродную плату быстропроточного электроразрядного лазера с поперечной прокачкой газа в работе.
Эмиттеры 5 соединяются с заглушками 7, в канавки эмиттеров и заглушек устанавливаются уплотняющие резиновые кольца 11, после чего собранные электродные элементы 3 вставляются в отверстия 2 электродной плиты 1. Электродная плита 1 монтируется на разрядно-резонаторной камере лазера. Через отверстия 10 в электродной плите 1 подается хладагент, а к электродным элементам 3 присоединяются клеммы высоковольтного источника питания, которые поджимаются болтом 14. После этого, в подготовленном к работе лазере, подается напряжение источника питания к разрядно-резонаторной камере и в потоке газа создается однородный и стабильный электрический разряд.
В процессе работы происходит электроэрозия эмиттерных участков 6 эмиттеров 5. С учетом этого, необходимо периодически заменять эмиттеры 5 на новые. Для этого, при выключенном питании высоковольтного источника, разгерметизированном газодинамическом контуре лазера, и отключении подачи хладагента, электродный элемент 3 вынимается из электродной плиты 1, эмиттер 5 и заглушка 7 разъединяются путем смещения относительно друг друга и заглушка 7 путем смещения соединяется с новым эмиттером 5. При этом демонтировать всю электродную плату с лазера не нужно.
Технический результат в предложенном техническом решении достигается благодаря уменьшению количества деталей, из которых состоит электродный элемент 3, исключения операции сварки из технологического процесса изготовления электродного элемента 3, исключения втулки из конструкции электродной платы.
Предложенное техническое решение увеличивает ресурс работы электродной платы быстропроточного электроразрядного лазера с поперечной прокачкой газа благодаря повышению надежности конструкции электродных элементов. Дополнительным преимуществом по сравнению с прототипом является уменьшение себестоимости изготовления электродной платы благодаря упрощению конструкции, уменьшению технологических операций изготовления и исключению операции сварки, статистически имеющей высокий процент брака.