Электрические методы обработки материалов - Могорян Н.В.
Скачать (прямая ссылка):
технических трудностей (опасность возникновения разрядов и пробоев между
фокусирующими электродами по причине низкого вакуума или наличия паров
металла в лучеводе ЭЛУ) электростатическую фокусировку применяют крайне
редко.
Другой способ фокусирования электронного луча - использование
электромагнитных линз (подобных тем, которые применяются в системах
отклонения луча), работа которых основана на законах взаимодействия
магнитного поля с электронным лучом. Однако для фокусировки применяются
только "тонкие" магнитные линзы, т. е. такие, длина которых существенно
меньше диаметра. Для увеличения отношения диаметра к длине фокусирующие
катушки обычно помещаются в панцирь из армко-железа с толщиной стенок 5-
10 мм, что существенно снижает поля рассеяния катушки, концентрирует
эффективное магнитное поле в относительно узкой * области, благодаря чему
уменьшается необходимое число ампер-витков.
По конструкции электронно-оптических систем ЭЛУ различают электронные
пушки с однокаскадной электростатической фокусировкой и пушки с
комбинированной фокусировкой. В однокаскадных пушках фокусировка
производится с помощью цилиндра Венельта, т. е. самим прожектором (см.
рис. 49), а в комбинированных - дополнительно с помощью специальных
электромагнитных линз.
Так как поля рассеяния отклоняющих катушек, проникая в область аксиально-
симметричного фокусирующего поля, могут вызвать значительные аберрации
пучка, отклоняющая система несколько удаляется и экранируется от
фокусирующей.
Качество электронно-лучевой установки характеризуют параметры ее
электронно-оптической системы: предельное ускоряющее напряжение,
определяемое электрической прочностью изоляции между катодом и анодом
(помимо требований по радиационной защите от биологического воздействия
рентгеновского излучения); предельная величина анодного тока;
проводимость электронно-оптической системы. '
Ъ9
II, 3. Система питания электроннолучевых установок
Система электрического питания электронно-лучевой установки как
сварочной, так и для размерной обработки включает в себя высоковольтный
источник ускоряющего напряжения, блок питания катодной пушки, источники
тока фокусирующей и отклоняющей систем, источники питания систем контроля
и управления процессом, обеспечения вакуума и охлаждения отдельных
элементов.
В большинстве установок обеспечивается возможность обработки или сварки
пучком электронов с постоянной или импульсно-модулированной величиной
тока. Выпускаемые отечественной промышленностью ЭЛУ, как правило,
содержат системы программного управления режимами процесса и перемещения
электронного луча.
Ввиду того, что сварка и размерная обработка электронным лучом
характеризуются большими скоростями процессов, даже кратковременные
изменения параметров процесса (тока луча, ускоряющего напряжения, тока
магнитной линзы, скорости перемещения детали или величины остаточного
давления) вызывают существенные изменения хода процесса сварки или
обработки. Оператор не успевает осуществлять корректировку параметров
процесса в случае нестабильности напряжения питающей сети, колебания
которого допускаются в пределах- 10-f-+5%.
Выше отмечалось, что фокусное расстояние магнитной фокусирующей линзы при
постоянном токе под-магничивания зависит от величины ускоряющего
напряжения (см. формулу II.6). Поэтому колебания ускоряющего напряжения
приводят к изменению диаметра пучка электронов, а следовательно, и
удельной мощности пучка в плоскости изделия, в результате чего изменяется
глубина проплавления или обработки. Аналогично изменяется плотность
мощности пучка в изделии при колебаниях тока, протекающего через
магнитную линзу при постоянном ускоряющем напряжении.
Для управления перемещением электронного луча в процессе обработки
используются магнитные отклоняющие системы. Угол отклонения пучка при
постоянно
I
ном токе отклоняющей катушки зависит от ускоряющего напряжения. В
результате при изменении ускоряющего напряжения относительно заданного
значения в процессе обработки может происходить произвольное отклонение
луча от зоны обработки. Поэтому для обеспечения постоянства
технологических параметров и результатов электронно-лучевой обработки
источники питания систем фокусировки и отклонения должны обеспечивать
стабильность выходных параметров в пределах 0,1-0,01%.
Изменение ускоряющего напряжения в пределах 4%, например, приводит к
уменьшению глубины проплавления приблизительно на 20-25% и смещению луча
относительно начального положения, поэтому необходимо обеспечивать
стабильность ускоряющего напряжения в пределах 0,5-1%.
Изменение тока пучка в пределах нескольких про-' центов от оптимального
значения сравнительно слабо влияет на глубину проплавления, поэтому
стабильность тока пучка порядка 2-5% в большинстве случаев удовлетворяет
технологическим требованиям.
Ускоряющее напряжение электронной пушки нельзя считать в полной мере
постоянным, так как оно пульсирует с частотой, определяемой принятой
