Вакуумное устройство для термообработки материалов
Иллюстрации
Реферат
Союз Советских
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДДТИЗЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 2604.76 (21) 2352912/24-07 с присоединением заявки ¹(23) Приоритет—
Опубликовано 150580. Бюллетень ¹ 18
Дата опубликования описания 20. 05. 80 (Я)м. Кл.2
Н 05 В 7/18
Н 05 Н 1/24
Государственный комитет
СССР но делам изобретений н открытий (53) УДК 621 ° 365 ° 29 (088.8} (72) Автор изобретения
Н. Ф. Лазарев (71) Заявитель (54) ВАКУУМНОЕ УСТРОИС 1ВО ДЛЯ TEP|4OOBPASOTKH
ИА ГЕРИАЛОВ
Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для термообработки материалов, и может быть использовано в металлургии, сварочном производстве и для технологических целей.
Известны устройства для термообработки материалов в вакууме, содержащие герметичный корпус, разделенный на катодную и анодную камеры диафраг-10 мой с каналом для прохождения газового разряда,.и узел размещения в анодной камере обрабатываемого материала (1).и (2) .
Недостатком известных устройств 15 является низкая эффективность нагрева обрабатываемого материала.
Целью данного изобретения является повышение эффективности обработки.
Для достижения этой цели длина ка- 20 нала в диафрагме выбрана не более его диаметра и не превыаает длины свободного пробега электронов в газе, а узел размещения обрабатываемого материала снабжен механизмом перемещения, 2.
Устройство схематически изображено на чертеже.
Устройство содержит герметичный корпус 1, катод 2, анод 3, диафрагму 4 с каналом 5, механизм 6 для пе- 3(2 ремещения обрабатываемого материала, нагреваемое вещество 7, патрубок 8 для откачки, измерения и напуска газа.
Диафрагма 4 установлена в корпусе так, что она разделяет объем полости корпуса l на две камеры, в одной из которых помещен анод 3 (анодная камера), в другой — катод 2 (катодная камера). Обе камеры сообщены каналом 5, имеющимся в диафрагме 4.
Катод 2 и анод 3 служат для создания в полости корпуса 1 газового разряда, который проходит между ними через канал 5 в диафрагме 4. Механизм
6 для перемещения обрабатываемого материала служит для изменения расстояния между этим материалом и каналом 5 в диафрагме 4, чем достигается изменение температуры материала 7.
Механизм 6 электрически изолирован от анода 3, катода 2 и корпуса 1, но в случае, когда нагреваемый материал
7 электропроводен, целесообразно для увеличения эффективности нагрева соединять механизм 6, а вместе с ним и нагреваемый материал, с анодом 3.
Диафрагма 4 с каналом 5 изготовлена из металла и может быть электрически соединена с корпусом 1, одна. 734899
Формула изобретения
d0 б5 ко устройство будет работоспособно и в случае изоляции диафрагмы 4 от корпуса 1, анода 3 и катода 2. Длина канала 5 должна быть минимально возможной, поскольку с увеличением длины канала растут потери энергии электронов при, столкновении со стенками канала и поэтому эффективность нагрева уменьшается.
Устройство работает следующим образом. В анодную и катодную камеры напускается газ, давление которого поддерживается в пределах 1-1,10 мм рт.ст. Между катодом 2 и анодом 3 прикладывается электрическое напряжение 100-150 В. При возникновении газового разряда в катодной камере, у канала 5 диафрагмы 4 образуется двойной электрический слой, граница которого представляет собой часть сферической поверхности с выпуклостью,,30 обращенной в сторону катода 2. Двойной электрический слой ускоряет по направлению к аноду 3 электроны и отрицательные ионы и фокусирует их в анодной камере. Давление газа в 25 камерах должно быть минимально возможным для поддержания устойчивого газового разряда и одинаковым в обеих камерах, так как наличие большого количества газа приведет к потерям энергии на его нагревание, а поток З0 газа вызванный разностью давлений газа в камерах, будет охлаждать нагреваеьый материал, что приведет к уменьшению эффективности нагрева.
Нагреваемый материал, закрепленный на механизме перемещения, устанавливается в просвете канала диафрагмы в область фокусирования электронов и отрицательных ионов, где и про- 40 исходит нагревание.
В связи с возникновением двойного электрического слоя в катодной камере у канала диафрагмы, обработка материала — нагревание, плавление, свар- 45 ка и испарение — осуществляется в результате воздействия íà его отрицательно заряженных частиц, в основном электронов, ускоренных в двойном электрическом слое.
Нагреваемый материал устанавливается с помощью механизма перемещения так, что перекидывает поток частиц, выходящих из отверстия диафрагмы в анодную камеру, на таком расстоянии от границы двойного электрического
Слоя, на котором большая часть частиц упомянутого потока,не утратйла на столкновения свою энергию, приобретенную в двойном электрическом слое, то есть главным критерием в выборе длины канала является средняя длина свободного пробега электронов н.газе.
Выделяющаяся в виде те11ла .энергия частиц при столкновении с поверхностью вещества нагревает его, плавит, испаряет, а в случае присутствия двух или нескольких тел позволяет их сварку . Активная зона, где происходит нагрев веществ с высокой эффективностью, занимает небольшую часть газового разряда, расположенную от границы двойного электрического слоя на расстоянии средней длины свободного пробега электрона в газе в сторону анода.
Двойной электрический слой полусферической формы, расположенный в катодной камере, фокусирует электроны к центру полусферы, если длина канала отверстия диафрагмы больше, чем диаметр или ширина указанного отверстия, то значительная часть электронов, ускоренных в двойном электрическом слое, будет взаимодействовать с внутренней поверхностью канала и нагревать диафрагму, что приведет к утрате энергии, а следовательно, к уменьшению эффективности работы устройства. г
С помощью данного устройства при силе тока разряда не более 2 A напряжении на разряде не более 100 В (использовался подогревной оксидный катод), давлении газа (технический гелий) в пределах 5 ° 10 — 9 ° 10 мм рт.ст., при диаметре отверстия в диафрагме. 2 мм и длине канала отверстия 0,5 мм произведено: прожигание отверстий в листовом вольфраме толщиной 0,05 мм и листовом молибдене толщиной 0,1 мм, плавление вольфрамовой проволоки диаметром 1 мм, сварка пластин из нержавеющей стали толщиной 0,2 мм, плавление и испарение бора, кварца и стекла..
Использование данного устройства позволяет увеличить эффективность нагрева, сварки и испарения веществ за счет использования в качестве теплоносителя электронного луча, образованного из электронов, ускоренных в двойном электрическом слое газового разряда при давлении газа в разряде в пределах 1-1 ° 10 мм рт.ст, Вакуумное устройство для термообработки материалов, например, сварки, содержащее герметичный корпус, разделенный на катодную и анодную камеры диафрагмой, в которой выполнен канал для прохождения газового разряда, и узел размещения в анодной камере обрабатываемого материала, отличающее с я тем, что, с целью. повышения эффективности термообработки, длина канала в диафрагме выбрана не более его диаметра и не превышает длины свободного пробега электронов в газе, а узел раем .щения
734899
Составитель Н. Писаревская редактор Т. Лошкарева Техред .М.Кузьма КорректоР M. Пожо
Подписное
Заказ 2105/57
Тираж 885
ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 обрабатываемоГо материала снабжен механизмом перемеюения.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1 ° Авторское свидетельство СССР
9 323875, кл. Н 05 Н 1/22, 1969.
2. Авторское свидетельство СССР
9 228806, кл. Н 05 В 7/00, 1968.