Электронный источник для сварки

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН (1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4293924/27 (22) 05.08.87 (46) 30.11,92. Бюл. М 44 (72) А,А.Агеев, С.Д,Братчук и И.Н.Кохан (56) Авторское свидетельство СССР ь 551948, Kn. H 01 J 3/04, 1983.

Авторское свидетельство СССР

N 1480645, кл. Н 01 J 3/02, 1987.

„„. Ж„„1559569 А1 (я)з В 23 К 15/00, Н 01 J 3/02 (54) ЭЛЕКТРОННЫЙ ИСТОЧНИК ДЛЯ

СВАРКИ (57) Изобретение относится к сварке, в частности к оборудованию для электронно-лучевой сварки, оснащенному газоразрядными электронно-лучевыми пушками с плазменным эмиттером. Цель изобретения — повышение надежности работы источника путем

1559569 исключения пробоя плазмы через дозирующее отверстие. В полом катоде 8 электронного источника установлен завихритель 11 с доэирующим отверстием 12, сечение которого в 5 — 10 раэ меньше сечения винтового канала эавихрителя 11, и он установлен также на расстоянии от рабочего торца полого катода 8, равном по крайней мере внутреннему диаметру последнего. В полом катоде

8 на уровне дозирующего отверстия.12 выполнен винтовой канал 10 натекания. В контакте с завихрителем 11 со стороны его

Изобрвтение относится к сварке, в частности к оборудованию для электронно-лучевой сварки, оснащенному газоразрядными электронно-лучевыми пушками с плазменным эмиттером. 5

Целью изобретения является повышение надежности работы источника путем исключения пробоя плазмы через дозирующее отверстие.

На фиг.1 представлен электронный ис- 10 точник, общий вид; на фиг,2 — сечение по

А — А на фиг.1, В корпусе 1 электронного источника для сварки на изоляторах 2 и 3 установлены анод 4 и эмиттерный катод 5, В центре эмит- 15 терного катода 5 выполнено эмиссионное отверстие 6, Соосно с анодом 4 и эмиттерным катодом 5 на корпусе 1 расположены извлекающий электрод 7 и полый анод 8.

Эмиттерный катод 5 и полый катод 8 изго- 20 тавливаются из материала с Bb(coKQA магнитной проницаемостью. В катоде 8 выполнена рабочая полость 9 диаметром О, высотой L и резьбовой зоной h, в полости в верхней части выполнен винтовой канал 10 25 натекания, а на расстоянии L > h > D установлен реэьбовой завихритель 11, в котором выполнено дозирующее отверстие 12 сечением S>, которое в 5-10 раз меньше сечения Sz — винтового канала 10 натекания 30 эавихрителя 11, B хвостовой части завихрителя 11 выполнен коллектор 13, а в контакте с входным торцом завихрителя 11 установлена заглушка-завихритель 14, сечение винтового канала натекания Яз которой равно 35 сумме Я1+ Яг.

Электронный источник работает. следующим образом. устанавливают источник на установку, из камеры производят откачку, подают 40 входа установлена заглушка-эавихритель

14, проходное сечение винтового канала которой равно сумме сечений винтового канала завихрителя 11 и его дозирующего отверстия 12, Такая конструкция электронного источника повышает стабильность газового разряда, улучшает условия формирования плазмы в полом катоде пуТ8М исключения выбросов плазмы в систему напуска газа и обеспечения полного заполнения плазмой рабочей полости полого катода, 1 з.п, ф-лы. 2 ил., 1 табл. плаэмаобразующий газ, включают источники питания (не показаны), Через винтовой канал натекания S3 заглушки-завихрителя

14 плазмаобразующий газ подают в коллектор 13, и он по реэьбовому каналу натекания

Яг завихрителя 11 и частично через доэирующее отверстие 12 попадает в рабочую полость 9 катода 8. Зажигается разряд в рабочей камере 15, Величина сечения S> дозирующего отверстия 12 в 5-10 раз меньше величины сечения Яг винтового канала натекания завихрителя 11, При этом, если величина сечения отверстия 12 больше чем в 10 раэ, то столб 16 плазмы рабочую полость 9 полого катода 8 полностью не заполняет, так как в этом месте нет давления плазмаобраэующего газа, если меньше чем в 5 раз, то он достаточно для выхода плазмы через него в каналы Sz, Яз системы напуска газа. Подача плазмаобразующего газа через сечения винтовых каналов натекания Яз и Sz гарантирует получение ламинарного потока плаэмаобразующего газа в большей части рабочей полости 9 катода 8 и тем самым улучшает условия формирования плазмы в момент образования разряда, Наличие протяженных резьбовых каналов натекания, заглушки-завихрителя 14 и эавихрителя 11 обеспечивает более равномерный напуск плазмаобразующего газа в рабочую полость 9 катода 8, а также позволяет исключить проникновение плазмы в дозирующее отверстие 12 и в каналы Яг, Яз при повышении разрядного тока. При истечении плазмаобразующего газа через проходное отверстие малого сечения в объем с большим сечением в начальной зоне имеют место значительные потери и турбулентность истечения газа, Местоположение столба 16 плазмы определяется тем давле1559569

20

55 нием, при котором ионизация плаэмаобразующего газа оптимальна, то есть с учетом эоны потерь активная зона столба 16 плазмы смещается к хвостовой части катода 8.

Наличие реэьбовой эоны и позволяет гарантировать образование ламинарного потока плазмаобразующего газа в начальном участке рабочей поверхности 9 катода

8. Плазмаобразующий газ, не участвующий в образовании плазмы, откачивается по периферийным каналам изоляторов 2, 3 и корпуса 1. Таким образом, ламинарность истечения плазмаобразующего газа в рабочую полость 9 катода 8 обеспечивает равномерность распределения плазмы по ее поверхности уже при малых рабочих токах. Несмотря на то, что катод 8 эквипотенциален относительно земли, все равно различные участки столба 16 плазмы имеют по отношению к нему разный потенциал, однако наличие равномерного натекания плаэмаобразующего газа обеспечивает уменьшение градиентов концентрации ней- тральных и заряженных частиц. Криволинейность силовых линий электрического поля приводит к тому, что в разрядном промежутке длина пути для различного тока от различных точек катода 8 к аноду 4 различна, поэтому плотность продольного тока, складывающаяся из поперечных токов, покидающих полый катод 8, растет по направлению к аноду 4, в связи с этим в этом направлении растет и концентрация плазмы, то есть в зоне токоотбора эмиссионного отверстия 6 плазма, имеющая продольную неоднородность, характеризуется необходимой концентрацией заряженных частиц.

Все это повышает надежность работы электронного источника, так как благодаря данной конструкции полого катода происходит в требуемом порядке распределение плазмаобразующего газа в его полости, т.е. полное заполнение плазмой, Это обеспечиваетстабильность параметров газового разряда, исключает самопроизвольное его погасание и переход разряда в зону напуска газа (в дозирующее отверстие) и выход из строя электронного источника, а также улучшает условия формирования плазмы в полости катода, в конечном счете улучшает условия формирования пучка, его фокусировку, а следовательно, качество сварного соединения.

Испытания электронного источника проводят на стенде, состоящем из газовой электронно-лучевой пушки 54/М, источников питания газового разряда и ускоряющего напряжения, баллона с аргоном. сварочной камеры с вакуумной системой.

Режимы испытания системы напуска газа в электронный источник для сварки следующие: ускоряющее напряжение 20 кВ, ток разряда 50 — 250 мА, рабочая полость диаметром О - 4 мм, высотой L. - 40 мм, резьбовой зоной h - 2,5 — 3 мм.

Испытания системы напуска плазмаобразующего газа в электронный источник выполняют следующим образом, Включают подачу аргона с заданным расходом. Возбуждают газовый разряд, устанавливают стартовый ток разряда, подают номинальное ускоряющее напряжение. В процессе эксперимента заменяют катодные блоки с различнь.м сочетанием винтовых каналов натекания. При увеличении тока разряда определяют время начала выхода плазмы в газовую систему по высоковольтному про6оа системы напуска газа и стабильность газового разряда по параметрам электронного луча (диаметру пятна, току луча, положению факальной плоскости), Результаты проведенных испытаний приведены в таблице.

Из данных таблицы видно, что величина соотношений сечений S> и Sz, при которых параметры газового разряда устойчивые и не наблюдается выхода плазмы в систему напуска газа, находятся в пределах 5-10 раз.

Таким образом, предлагаемый электронный источник для сварки позволяет повысить качество сварного соединения путем повышения стабильности параметров электронного луча за счет стабильности геометрии электронно-оптической системы, так как конструкция электронного источника для сварки позволяет повысить стабильность работы газового разряда, а также улучшить условия возбуждения разряда и формирования плазмы в полом катоде, исключив выбросы плазмы в систему напуска газа и обеспечив полное заполнение плазмой рабочей полости полого катода, что значительна повышает надежностьустройства.

1559569 нии, равном по крайней мере внутреннему диаметру полого катода, от его рабочего торца, в стенке полого катода на уровне дозирующего отверстия выполнен винтовой канал, а сечение дозирующего отверстия завихрителя в 5-10 раз меньше сечения.винтового канала завихрителя.

2. Источник поп,1, отл ича ю щи и с я тем, что источник снабжен заглушкой-эавихрителем, установленной в полом катоде в контакте с входным торцом завихрителя, а проходное сечение винтового канала заглушки-завихрителя равно сумме сечений винтового канала завихрителя и его дозирующего отверстия.

S>, мм

$г, мм

Расхоу газа, см /ч

Результат

Диаметр d, доэир, отв., мм

0,196

0,196

0,59

Разряд не зажигается

0,5

0,76

0,5

0,196

0,196

0,96

0,5

1,3

0,5

0,196

1,9

0,5

0,196

2,2

0,5

2,4

0,196

0,795

0,5

2,4

1,0

3,2

0,795

0,795

0,795

0,795

1,0

3,9

1,0

5,4

1,0

7,8

1,0

0,795

8,58

1,0

9,2

1,0

0,1

0,2

0,15

0,2

0,2

0,2

0,3

То же

0,2

0,35

0,2

Разряд неустойчив

То же

0,4

0,2

Формула изобретения

1. Электронный источник для сварки с продольным извлечением частиц с отражательного разряда, содержащий корпус с размещенным в нем эмиттерным катодом и расположенным напротив него полым катодом с дозирующим отверстием канала натекания; анод и извлекающий электрод, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы источника путем исключения пробоя плазмы через дозирующее отверстие, источник снабжен завихрителем, выполненным с доэирующим отверстием и установленным на расстоя0,795

0,0314

0,0314 .

0,0314

0,0314

0,0314

0,314

100

300

То же

Разряд устойчив, пробоев нет

То же

Наблюдаются пробои

То же

Наблюдаются пробои

То же

Разряд устойчив, пробоев нет

То же

Разряд неустойчив,наблюдаются пробои

Разряд не зажигается

Разряд устойчив, пробоев нет

1559589 феД

Фиа 2

Составитель И; Фролов

Техред M.Моргентал Корректор А. Козориз

Редактор Е. Полионова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 558 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5