CC BY
21
Секция «Сварка летательньх аппаратов и родственнее технологии»
УДК 621.791.722
ОСОБЕННОСТИ И УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ПУШКИ КЭП-2М-01
Д. С. Вервейко*, А. В. Дровосеков Научный руководитель - Н. В. Успенский
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: verveyko3415@gmail.com
Рассмотрены основные особенности и устройства электронно-лучевой пушки КЭП-2М-01.
Ключевые слова: основные узлы, электронно-лучевая пушка.
FEATURES AND DEVICE OF ELECTRON-BEAM GUN KEP-2M-01
D. S. Verveyko*, A. V. Drovosekov Scientific Supervisor - N. V. Uspensky
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: verveyko3415@gmail.com
The main features and devices of the electron beam gun KEP-2M-01 are considered.
Keywords: main components, electron beam gun.
Электронно-лучевая сварочная пушка КЭП-2М-01 является универсальным электровакуумным прибором и предназначена для создания мощного электронного пучка, который может быть использован для сварки, термообработки и других видов работ в рамках электроннолучевой технологии.
Конструктивные особенности пушки позволяют размещать её как снаружи, так и внутри вакуумной камеры в любом пространственном положении.
Пушка электронно-лучевая типа КЭП-2М-01 может использоваться в комплекте с высоковольтными источниками питания У-250А, У-670 и любыми другими источниками, обеспечивающими подачу на электроды пушки напряжений согласно прилагаемой схеме [1].
1.Тип пушки - трёхэлектродная с комбинированной (электростатической и электромагнитной) фокусировкой и электромагнитным отклонением электронного пучка.
2. Ускоряющее напряжение, кВ до 30 (до 60).
3. Максимальная мощность пучка, кВт до 15 (до 60).
4. Катод - прямонакальный, ток накала, А 12/14.
5. Управляющее напряжение, кВ до 5.
6. Фокусировка, электромагнитная - однолинзовая, сопротивление катушки, кОм 1,5.
7. Ток фокусирующей линзы, мА 20 - 100.
8. Угол отклонения пучка по осямXи Y, град 15.
9. Расход охлаждающей воды, л/мин 3.
10. Габаритные размеры пушки, мм 0250 x 408.
11. Масса (без кабеля), кг.
Пушка электронно-лучевая КЭП-2М-01 состоит из катодного блока, анодного блока и блока токоподвода [2].
В основе электронно-лучевой технологии лежит использование энергии, освобождаемой при торможении потока ускоренных электронов на поверхности подвергаемого обработке мате-
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2018. Том 1
риала. Электронно-лучевая пушка является источником потока ускоренных электронов и состоит из прожектора и фокусирующе-отклоняющей системы, предназначенной для формирования электронов.
При подаче на электроды электронного прожектора рабочих напряжений прямонакальный катод нагревается до температуры, при которой начинается термоэмиссия электронов с его поверхности. Попавшие в электростатическое поле электроны начинают двигаться в сторону анода. При этом происходит формирование пучка под воздействием потенциала управляющего электрода. Пройдя анодное отверстие, поток электронов попадает в поле электромагнитной линзы, с помощью которой осуществляется необходимая фокусировка пучка. При необходимости возможно отклонение пучка в двух взаимно-перпендикулярных направлениях с помощью отклоняющей катушки.
Кроме функции формирования пучка управляющий электрод служит для изменения интенсивности пучка от полного его запирания до максимального значения [3].
Пушка КЭП-2М-01 состоит из 3-х основных узлов: катодного блока, анодного блока и блока токоподвода.
Катодный блок состоит из корпуса и электронного прожектора. В корпусе имеются вводы для подачи воды при применении водяного охлаждения.
Электронный прожектор состоит из 3-х дисков и держателя анода, закреплённых на 6-ти керамических стержнях и имеющих посадочные места под нагреватель катода, керн, управляющий электрод и анод.
Катод из гексаборида лантана устанавливается в керне. Над катодом устанавливается шта-бик из карбида кремния и поджимается графитовым токоподводом, закреплённым в нагревателе. Нагреватель катода, керн и управляющий электрод закрепляются на своих посадочных местах с помощью разрезанных вольфрамовых колец. Анод закрепляется с помощью резьбовой втулки.
Прямонакальные катоды более просты в изготовлении, но имеют ряд существенных недостатков. В прямонакальном катоде трудно обеспечить правильную геометрическую форму эмитирующей поверхности. Ток, разогревающий прямонакальный катод, создает значительное магнитное поле, отклоняющее эмитированные электроны от оси эмиссионной системы. При разогреве катода переменным током пучок «раздваивается», а при разогреве постоянным током наблюдается сдвиг оси пучка относительно геометрической оси эмиссионной системы. Для компенсации этого сдвига необходимо введение специальных корректирующих механических или электрических устройств либо применение прямонакальных «бифилярных» катодов. Катоды с косвенным подогревом имеют более равномерную по поверхности плотность эмиссии и являются эквипотенциальными.
Анодный блок состоит из корпуса и кожуха, внутри которого размещены фокусирующие и отклоняющие катушки. В нижней части кожуха установлен охлаждающий экран и теплозащитный экран-отражатель. Питание фокусирующих и отклоняющих катушек осуществляется через малогабаритный разъём.
Откачка из области катодного узла осуществляется через отверстия в корпусе анодного блока. Анодный блок стыкуется с катодным блоком механически.
Блок токоподвода состоит из корпуса, крышки, и токовводов, закрепляемых на изоляторе.
Пространство между изолятором и диафрагмой заполнено жидким диэлектриком - касторовым маслом ГОСТ 6990-75.
Для расширения технологических возможностей пушки КЭП-2М-01 предусмотрена возможность использования её при ускоряющем напряжении 30 и 60 кВ.
Катод из монокристалла гексаборида лантана устанавливается в керне. Над катодом устанавливается нагревательный элемент и поджимается графитовым токоподводом, закреплённым в нагревателе.
Применение монокристаллического термокатода вместо поликристаллического увеличило время работы без замены термокатода примерно в 10 раз, вследствие ее меньшей ресурсной деградации меньшей склонности к астигматизму электронного пучка.
Секция «Сварка летательньш аппаратов и родственнее технологии»
Библиографические ссылки
1. Электронно-лучевая сварка / О. К. Назаренко и др. ; под ред. Б. Е. Патона. Киев : Наук. думка, 1987. 256 с.
2. Серегин Ю. Н., Лаптенок В. Д., Успенский Н. В., Ниткин В. П. Экспериментальные исследования по оптимизации технологии электронно-лучевой сварки алюминиевых сплавов // Технологии и оборудование ЭЛС-2011 : докл. С.-Петерб. междунар. науч.-техн. конф. (24-26 мая 2011 г.). СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2011. 314 с.
3. Рыкалин Н. Н., Углов А. А., Зуев И. В., Кокора А. Н. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов. М., 1985. 56 с.
© Вервейко Д. С., Дровосеков А. В., 2018
