Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Прожекторы сварочных пушек.



Прожектор (эмиссионная си­стема) сварочной пушки предназначен для ускорения электро­нов, эмитированных катодом, и формирования их в узкий пучок. Диаметр пучка на выходе из прожектора — кроссовер отображается фокусирующими системами на свариваемом изделии. Чем меньше диаметр кроссовера и угол сходимости пучка, тем легче получить на изделии минимальное фокальное пятно.

Различают основные параметры прожекторов: компрес­сия — отношение плотности тока эмиссии с катода к плотности

тока в минимальном сечении пучка; полная проводи­мость — отношение тока пучка к ускоряющему напряжению в степени 3/2; яркость источника электронов — плот­ность тока в единице телесного угла. Первые два параметра при­менимы к мощным прожекторам. Электронная яркость и в боль­шей степени величина тока в единице телесного угла характе­ризуют слаботочные прожекторы (токи пучка до 10—20 ма). Наиболее широкое применение в сварочных электронных пушках получили прожекторы триодного типа (рис. 40). Первые два типа прожекторов, показанные на рис. 40, а и б, относятся к короткофокусным — минимальное сечение пучка располагается

Рис. 40. прожекторы электронных пушек:

д — г — прожекторы малой мощности; д — прожектор сферического типа; е — прожектор с каскадным ускорением пучка; 1 — катод; 2 — прикатодный элек­трод; 3 — кроссовер; 4 — анод; 5 - электронный луч.

 

 

либо В ПЛОСКОСТИ анода, либо вблизи от нее. Прожекторы, пока­занные на рис. 40, в и г, в зависимости от глубины погружения катода внутрь фокусирующего электрода, могут формировать либо слабо сходящийся—длиннофокусный, либо параллельный пучок электронов. Прожекторы этих типов маломощные (ток пучка не более 10—20 ма) и применяются в пушках для преци­зионной сварки и размерной обработки материалов.

В некоторых типах мощных сварочных пушек применяются прожекторы сферического типа (рис. 40, д).

Для сферического прожектора обычно выбирается отношение радиусов катодной и анодной сфер Rк/Rа = 2,5. Это соотношение является оптимальным, так как, с одной стороны, позволяет по­лучить достаточно малые размеры кроссовера, а с другой — малую апертуру пучка.

Основные параметры прожектора сферического типа опреде­ляются из соотношения для полной проводимости сферического прожектора

Прожектор сферического типа сложен в изготовлении, так как необходимо точно выдерживать форму прикатодного и анодного электродов. Поэтому в ряде пушек применяются трехэлектродные прожекторы, у которых электроды имеют форму простых цилиндрических или плоских поверхностей. Подбор формы и рас­стояний между электродами осуществляется с помощью модели­рования в электролитической ванне.

Путем подачи отрицательного относительно катода потенциа­ла на прикатодный электрод осуществляется плавное изменение тока пучка. Характер изменения тока пучка в зависимости от напряжения между катодом и прикатодным электродом назы­вается модуляционной характеристикой электронной пушки.

Полностью запирающее пучок напряжение повышается, если при всех прочих равных условиях: а) увеличивать ускоряющее напряжение, б) уменьшать расстояние между катодом и прика­тодным электродом, в) увеличивать диаметр отверстия прика­тодного электрода, г) уменьшать толщину прикатодного электро­да, д) уменьшать расстояние между прикатодным электродом и анодом. Угол сходимости пучка приближенно пропорционален управляющему напряжению в широком диапазоне управляющего напряжения. При заданном токе пучка угол его сходимости уве­личивается с возрастанием расстояния катод — прикатодный электрод, уменьшением диаметра отверстия в прикатодном элек­троде и с уменьшением расстояния анод — прикатодный электрод. Размеры кроссовера при этом уменьшаются.

В табл. 13 приведены схемы и параметры трехэлектродных прожекторов с лантанборидными катодами, используемых в уста­новках типа А.306.02 и А.306.05.

Опыт эксплуатации сварочных пушек показывает практич­ность применения прожекторов, допускающих перестройку под вакуумом электронно-оптической системы пушки с целью обеспе­чения необходимой мощности пучка в широком диапазоне уско­ряющих напряжений при оптимальном угле сходимости пучка. Такая перестройка производится обычно с помощью сильфонного сочленения катодного узла пушки с анодом. В сварочных пушках типа У-3 и У-146 применяется трехэлектродный прожек­тор с плоскими электродами. Параметры прожектора: диаметр катода 3—4 мм, диаметр отверстия в фокусирующем электро­де 7 мм, толщина фокусирующего электрода 1 мм, расстояние катод — фокусирующий электрод 1,5 мм, расстояние катод — анод изменяется в пределах 2—5 мм, диаметр отверстия в ано­де 2—2,5 мм. Прожектор при изменении расстояния катод — анод в пределах 8—25 мм позволяет получить пучок с током 500 ма в диапазоне ускоряющих напряжений 15—30 кВ.

Большим сроком службы катода отличается прожектор, предложенный Э. Басом. Положительные ионы, образующиеся в результате ионизации остаточных газов, ускоряются в области катод — анод и распыляют катодный материал. В резуль­тате нарушения исходной поверхности катода происходит ухуд­шение фокусировки пучка и уменьшение отбираемого тока. Защита катода от ионов путем искривления пучка за плоскостью анода недостаточно эффективна, так как значительное число ионов образуется в области катод — анод.

 

 

Таблица 13 Параметры трехэлектродных прожекторов с лантанборидными катодами

 

 


 

 

ем поверхностей электродов — недостаточно чистой обработкой» загрязненностью, окисными пленками, парами масла и т. д. Про­бой облегчается в случае наличия направленного газовыделения из сварочной ванны или из самого анода (при попадании на него пучка электронов). Повышение температуры электродов для таких широко применяемых материалов, как нержавеющая сталь,

медь, никель и др., также спо­собствует возникновению про­боев.

Как показали исследования» электрическая прочность раз­рядного промежутка увеличи­вается с повышением механи­ческой прочности материала анода и линейно растет с уве­личением модуля упругости. Оказывается, что напряжение пробоя при одинаковых услови- . ях увеличивается для следую­щего ряда материалов: С, Аl, Си, Fе, Ni,Мо,W.

Предполагается, что рентге­новское излучение в разрядном промежутке сопутствует про­бою, но не является его причи­ной. Авторы работы [12] счита­ют, что разность потенциалов вызывающая пробой, пропор­циональна величине разрядно­го промежутка в степени 1/2.

 

Зачастую для обеспечения стабильноговысокого вакуума в области прожектора свароч­ной пушки прибегают к дифференциальной ОТКаЧКе ИЗ областикатОД — анод С ПОМОЩЬЮ специальной вакууМНОЙ системы. ПрИ СВарКе ЛеГКОИСПарЯЮщиХСЯ МетаЛЛОВ (алюмиНИЯ И Др.) обЛеГЧаЮТСЯ условия пробоя разрядных промежутков. Наиболее эффектив­ный метод борьбы с ЭТИМ явлением применен отделением Гамиль­тон Стандарт фирмы Юнайтед Аэркрафт (США). Метод заклю­чается в значительном искривлении электронно-оптической системы пушки (рис. 42).

 

 

 

 

Рис. 42. Сварочная электронная пушка с системой отклонения пучка

после ускояющего электрода:

 

1 — свариваемое изделие; 2 — экран; 3 — оптическая система наблюдения; 4 — система юстировки; 5 — электронный прожектор; б — система отклонения электронного пучка; 7—к вакуумному насосу; 5— вакуумный затвор пушки; 9~ фокусирующая линза; 10 —отклоняющая катушка; насосу; 12—перемещения свариваемого изделия

 

 

Прожектор пушки наклонен относительно вертикальной оси на угол порядка 20—30 град., а пучок электронов совмещается с осью фокусирующей системы с помощью откло­няющих катушек. Пары металлов не попадают в область про­жектора, а оседают на наружной плоскости анодного блока, что в сочетании с дифференциальной откачкой из области прожек­тора обеспечивает надежную работу пушки.

Одним из способов повышения эксплуатационной электриче­ской прочности сварочной пушки является прогрев ее корпуса, повторяемый после каждого ремонта пушки и периодически в процессе ее работы. Прогрев служит для удаления с поверх­ностей корпуса пушки летучих продуктов крекинга масла и влаги, в значительной степени способствующих развитию про­боев. Прогрев пушки можно производить за счет теплового из­лучения с катода при отключенной системе водяного охлажде­ния, путем пропускания по охлаждающим каналам пушки горя­чей воды или воздуха и т. д. Чем выше температура подогрева пушки, тем быстрее полнее очищаются внутренние поверхности пушки. В случае, если в пушке используются уплотнения из высо­ковакуумной резины, температура нагрева, естественно, не должна превышать 70—80° С.

Фокусирующие системы. Принцип фокусировки пучков элек­тронов с помощью магнитных линз широко применяется в раз­личных электронно-лучевых приборах.

Для получения уменьшенного изображения могут использо­ваться только «тонкие» магнитные линзы, т. е. длина которых существенно меньше диаметра. Напряженность магнитного поля на оси линзы будет отличной от нуля на сравнительно малом отрезке. По аналогии со световой оптикой

 

 

 

Обычно фокусирующая катушка сварочной пушки помеща­ется в панцирь из армко-железа с толщиной стенок 5—10 мм. Экран уменьшает поля рассеяния катушки, концентрирует эф­фективное магнитное поле в относительно узкой области, благо­даря чему уменьшается необходимое для фокусировки число ампер-витков. Дальнейшая концентрация поля достигается ис­пользованием полюсных наконечников.

Отклоняющие системы. Магнитные отклоняющие системы ис­пользуются для направления луча на стык свариваемых кромок, развертки его при сварке кольцевых швов в горизонтальной плоскости, а в некоторых сварочных пушках и для юстировки электронно-оптической системы.

Обычно в пушках используется четырехполюсная, реже — шестиполюсная отклоняющая система, т. е. попарно соединенные плоские катушки, расположенные по образующим условного цилиндра с диаметром с1.

Число ампер-витков пары катушек, необходимое для откло­нения пучка электронов с энергией Uуск на угол Т , определяется известным соотношением

(8)

Например, для катушки с внутренним диаметром d = 60 мм и шириной L = 60 мм при энергии электронов 50 кэв максималь­ное отклонение пучка на в = 15град. достигается при IW = 160 ам­пер-витков.

Витки обмотки в катушке распределяются так, чтобы система создавала однородное магнитное поле, способное отклонить пучок без искажения его формы. Функция плотности ампер-вит­ков катушки на единицу угла а (угол а отсчитывается в плос­кости поперечного сечения катушки от оси намотки) имеет вид

(9)

Т. е. плотность намотки максимальна по краям катушек и убы­вает к середине по косинусоидальному закону.

Обычно каждая из катушек разбивается на несколько секций, причем число витков в секциях возрастает к краям катушки приблизительно по косинусоидальному закону, а в центре катуш­ки остается незаполненное витками пространство.

Отклонение луча с минимальным искажением происходит в том случае, когда несоприкасающиеся края катушек отгиба­ются наружу (для исключения краевых эффектов), а длина катушки несколько превышает ее диаметр.

Так как поля рассеяния отклоняющей катушки, проникая в область аксиально-симметричного фокусирующего поля, могут вызывать значительные аберрации пучка, необходимо отклоняющую систему несколько удалять и экранировать от фокусирующей системы пушки.

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.