送絲型電子束增材製造設備用電子槍的製作方法

2023-06-04 17:22:56

本實用新型涉及電子束加工設備技術領域，具體涉及一種送絲型電子束增材製造設備用電子槍。

背景技術：

送絲型電子束增材製造設備採用內置軸對稱皮爾斯電子槍，即電子槍與待製造工件同處於一個真空箱內，這樣真空箱有效利用率較外置電子槍時高。電子槍多個電極工作於高電位端，因此連接高壓油箱與電子槍的高壓電纜為單股多芯高壓電纜或多股單芯高壓電纜結構，其中燈絲電流高達20-50A,遠大於電子束流值。由此一般高壓電纜都是又粗又硬，彎曲半徑較大，既佔用較大空間又不利於電子槍靈活移動。在小功率裝置中已有採用電力電子高頻逆變技術縮小高壓裝置的體積和重量，把電子槍與高壓裝置集成一體便可去除高壓電纜的電子槍系統。但是送絲型電子束增材製造設備的電子槍功率較大，電子槍與高壓裝置集成技術不適用。此外，送絲型電子束增材製造設備要求連續長時間工作，燈絲壽命是電子槍連續工作時間的主要制約因數。燈絲壽命與其工作電流直接相關，一般三極電子槍的燈絲工作於飽和狀態，採用調節柵偏電壓來調節電子束流，這樣對燈絲壽命極為不利。另外，在電子槍放電時聚束極的柵偏電壓消失，工作於飽和狀態的燈絲將發射過大的熱電子，將給工件造成較大的損害。可見，現有送絲型電子束增材製造設備電子槍還需從高壓電纜的柔軟性、燈絲壽命和抑制放電損害等方面加以改進。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種送絲型電子束增材製造設備用電子槍，其有利於電子槍靈活移動及延長燈絲壽命，並能夠有效抑制電子槍放電電子束流。

為解決上述問題，本實用新型是通過以下技術方案實現的：

送絲型電子束增材製造設備用電子槍，由高壓電纜、高壓電纜引出頭、電子槍外殼、絕緣組件、聚束極電極、陰極聚束極組件、陽極、燈絲首端電極和燈絲末端電極組成。電子槍外殼為一密閉的金屬中空腔體；絕緣組件橫亙在電子槍外殼內，並將電子槍外殼的內腔分割為上下兩個腔室；上腔室內填充有絕緣冷卻油，下腔室內為真空腔。高壓電纜引出頭、聚束極電極、燈絲首端電極與燈絲末端電極位於上腔室內；高壓電纜引出頭固定在電子槍外殼上，聚束極電極、燈絲首端電極和燈絲末端電極固定在絕緣組件上；聚束極電極通過導線與高壓電纜引出頭連接。陰極聚束極組件與陽極位於下腔室內；陰極聚束極組件固定在絕緣組件上，陽極固定在電子槍外殼上。加速電源的負極經高壓電纜及高壓電纜引出頭連接至聚束極電極；加速電源的正極與電子槍外殼、陽極和大地相連。其不同之處是，還進一步包括燈絲變壓器；該燈絲變壓器浸沒在上腔室的絕緣冷卻油中，並由鐵芯、一次繞組和二次繞組組成；一次繞組繞在鐵芯上，該一次繞組的兩端通過引出插頭同時引出至電子槍外殼之外，並接至燈絲供電電源；二次繞組同樣環繞在鐵芯上，該二次繞組的一端與燈絲首端電極相連，另一端與燈絲末端電極相連。

上述方案中，燈絲變壓器為降壓型，其鐵芯和一次繞組處於低電位端，二次繞組工作於高電位端，一次繞組與二次繞組的電壓等級為電子槍的工作高壓。

上述方案中，鐵芯採用高頻磁性材料製成。

上述方案中，上腔室內還進一步包括有一穩壓元件；該穩壓元件的一端與聚束極電極相接，另一端與燈絲首端電極相接。

上述方案中，高壓電纜為單芯電纜。

與現有技術相比，本實用新型具有如下特點：

1、把燈絲電源集成在電子槍內，簡化掉柵偏電源，通過控制燈絲電流來調節電子束流。而由燈絲髮射電子束時自動從加速電源分壓出一個固定柵偏電壓值施加到聚束極上，亦能改善電子束的品質；

2、燈絲電源集成在電子槍內，電子槍的高壓電纜為單芯電纜，高壓電纜通過的電流僅為電子束流遠小於燈絲電流值，因此高壓電纜選用直徑較小柔軟性較好的高壓電纜，有利於電子槍的快速靈活移動，減少電子槍佔用的空間；

3、採用控制燈絲電流來調節電子束流方式，調節速度稍慢但能滿足送絲型電子束增材製造設備的要求，燈絲工作電流小於飽和電流值，這樣可延長燈絲壽命；

4、採用控制燈絲電流來調節電子束流方式，在電子槍放電時由於燈絲的熱慣性，燈絲不能發射過量熱電子，最大僅能發射放電前瞬間正常工作的電子束流值，從而達到抑制放電損害的作用。

附圖說明

圖1為送絲型電子束增材製造設備用電子槍的結構示意圖。

圖2為圖1中燈絲變壓器結構示意圖。

圖中標號：1、加速電源；2、高壓電纜；3、高壓電纜引出頭；4、引出插頭；5、電子槍外殼；6、燈絲變壓器；61、鐵芯；62、一次繞組；63、二次繞組；7、絕緣冷卻油；8、絕緣組件；9、穩壓元件；10、聚束極電極；11、陰極聚束極組件；12、陽極；13、燈絲首端電極；14、燈絲末端電極；15、真空腔。

具體實施方式

一種送絲型電子束增材製造設備用電子槍，如圖1所示，主要由高壓電纜2、高壓電纜引出頭3、電子槍外殼5、燈絲變壓器6、絕緣組件8、穩壓元件9、聚束極電極10、陰極聚束極組件11、陽極12、燈絲首端電極13和燈絲末端電極14組成。

電子槍外殼5為一密閉的金屬中空腔體。絕緣組件8橫亙在電子槍外殼5內，並將電子槍外殼5的內腔分割為上下兩個腔室。上腔室內填充有絕緣冷卻油7，下腔室內為真空腔15。高壓電纜引出頭3、聚束極電極10、燈絲首端電極13與燈絲末端電極14位於上腔室內。高壓電纜引出頭3固定在電子槍外殼5上，聚束極電極10、燈絲首端電極13和燈絲末端電極14固定在絕緣組件8上；聚束極電極10通過導線與高壓電纜引出頭3連接。陰極聚束極組件11與陽極12位於下腔室內。陰極聚束極組件11固定在絕緣組件8上，陽極12固定在電子槍外殼5上。所述聚束極電極10通過固定在電子槍外殼5上的高壓電纜引出頭3引出，並經由高壓電纜2接至加速電源1的負極。高壓電纜2為單芯電纜。加速電源1的正極與大地、電子槍外殼5和陽極12相接。

燈絲變壓器6浸沒在上腔室的絕緣冷卻油7中。燈絲變壓器6由鐵芯61、環繞在該鐵芯61上的一次繞組62和二次繞組63所構成。燈絲變壓器6的鐵芯61採用高頻磁性材料製成。一次繞組62通過固定在電子槍外殼5上的引出插頭4引出，並接至燈絲供電電源。二次繞組63的兩端分別與燈絲首端電極13和燈絲末端電極14相接。一次繞組62與二次繞組63間需高壓絕緣。燈絲變壓器6為降壓型，其鐵芯61和一次繞組62處於低電位端，二次繞組63工作於高電位端，一次繞組62與二次繞組63的電壓等級為電子槍的工作高壓，參見圖2。燈絲變壓器6的作用是：通過控制燈絲變壓器6的電流來控制燈絲加熱電流，從而控制燈絲髮射電子束流的大小。

穩壓元件9浸沒在絕緣冷卻油7中。穩壓元件9的兩端分別與聚束極電極10和燈絲首端電極13相接。穩壓元件9的作用是：電子束流流經穩壓元件9時，產生一個固定的壓降，該電壓作用到電子槍聚束極上，形成一個固定的柵偏電壓值，可改善電子束的品質。