Measurement of the Current Density Distribution of the Electron Beam Welding Over Its Cross Section

В процессе проведения электронно-лучевой сварки важное практическое значение имеет правильный подбор размера пятна электронного пучка на стыке свариваемых конструкций, расположение фокуса электронного пучка относительно границы «поверхность стыка – вакуум», а также распределение удельной мощности по поперечному сечению пучка. Цель работы – представить метод измерения распределения плотности тока электронного пучка электронно- лучевой сварки по его поперечному сечению, заключающийся в осциллографировании тока электронов, проходящих через узкую измерительную щель металлической пластины в цилиндр Фарадея при быстрой развёртке измеряемого пучка электронов поперёк измерительных щелей. Представленный метод позволит находить положение фокуса сварочного электронного пучка, определять размер профиля электронного пучка в необходимом месте траектории сварочного пучка, а также автоматизировать процесс измерения этих параметров сварочного электронного пучка. При данном методе точность измерения ухудшается из-за того, что от полезного сигнала цилиндра Фарадея вычитается величина тока отражённых из цилиндра Фарадея электронов, а термоэмиссионные электроны от измерительной решётки при работе на высоком уровне измеряемого тока добавляются. Чтобы минимизировать их влияние, использован дополнительный решётчатый экран, электрически связанный с цилиндром Фарадея. Измеряемый сварочный ток создаёт высокую тепловую нагрузку на измерительную решётку, поэтому развёртка пучка по ней производится на максимально быстрой скорости, какую позволяет полоса пропускания системы развертки с минимальной нелинейностью. Измерительная решётка изготовлена из тугоплавкого тантала. Основную часть тепловой нагрузки импульса измеряемого тока вне времени развёртки пучка принимают массивные медные экраны, один из которых имеет форму решётки, щели которых шире, чем щели у измерительной решётки. Данным методом проведено измерение распределения плотности тока источника пучка электронов с энергией 90 кэВ в диапазоне от 1 мА до 80 мА. Предлагаемый способ позволяет проводить измерение распределения плотности тока электронного пучка электронно-лучевой сварки по его поперечному сечению с точностью до ±10 %In the process of electron-beam welding, the correct selection of the size of the electron beam spot at the junction of the structures to be welded, the location of the focus of the electron beam relative to the “junction surface – vacuum” boundary, and the distribution of specific power over the beam cross section are of great practical importance. The purpose of the work is to present a method for measuring the current density distribution of an electron beam of electron beam welding over its cross section, which consists in oscillography of the electron current passing through a narrow measuring slit of a metal plate into a Faraday cup with a fast sweep of the measured electron beam across the measuring slits. The presented method will make it possible to find the position of the focus of the welding electron beam, determine the size of the electron beam profile in the required place of the welding beam trajectory, and also automate the process of measuring these parameters of the welding electron beam. With this method of measurement, the measurement accuracy deteriorates due to the fact that the value of the current of electrons reflected from the Faraday cup is subtracted from the useful signal of the Faraday cup, and thermionic electrons from the measuring grid are added when operating at a high level of the measured current. To minimize their influence, an additional grating shield electrically connected to the Faraday cup was used. The measured welding current creates a high thermal load on the measuring grating, so the beam is scanned along it at the fastest possible speed, which is allowed by the bandwidth of the scanning system with minimal nonlinearity. The grid is made of refractory tantalum. The main part of the thermal load of the measured current pulse outside the beam sweep time is taken by massive copper screens, one of which has the shape of a grating, the slots of which are wider than those of the measuring grating. This method was used to measure the distribution of the current density of a source of an electron beam with an energy of 90 keV in the range from 1 mA to 80 mA. The proposed method allows measuring the current density distribution of the electron beam of electron beam welding over its cross section with an accuracy of ±10

Compact Source of Electron Beam for Facility of Electron-Beam Welding with the Location of the Electron Gun and the Source of High Voltage in a Single Monoblock. Concept and Bench Tests of the Monoblok Prototype

Представлен прототип компактного источника электронного пучка для установок электронно-лучевой сварки с расположением электронной пушки и источника высоковольтного напряжения в едином моноблоке. Размещение электронной пушки, источника высоковольтного напряжения, электроники управления пучком и питания накала катода источника электронного пучка для электронно-лучевой сварки в едином корпусе-моноблоке снижает вес и стоимость (за счёт уменьшения количества используемых материалов), объём и занимаемые производственные площади. Это существенно расширяет возможности применения представляемого типа источников электронного пучка в разнообразных областях деятельности человека, в том числе в космических технологиях в открытом пространстве космоса. Цель работы – показать целесообразность концепции компоновки источника электронного пучка в едином корпусе-моноблоке на примере стендовых испытаний прототипа источника-моноблока. Спроектирован и изготовлен прототип источника-моноблока. Проведены его предварительные стендовые испытания с лазерным подогревом катода. Обсуждаются возможные применения. Получен электронный ток источника до 70 мА с энергией 90 кэВ. Данный результат демонстрирует возможность практической реализации нового способа компоновки источника электронного пучкаA prototype of an electron beam compact source for electron-beam welding is presented. The electron gun and a high-voltage source are united in a single monoblock. The placement of the electron gun, the high-voltage source, the beam control electronics and the power supply of the cathode heating of the electron beam source for electron beam welding in a single monoblock housing reduces weight and cost by reducing the amount of materials used, volume and occupied production areas. This significantly expands the possibilities of using the presented type of electron beam sources in various fields of human activity, including space technologies in the open space of space. The purpose of the work is to show the expediency of the concept of arranging the electron beam source in the single monoblock housing as the example of bench tests of the source prototype. The prototype of the monoblock was designed and manufactured. Its preliminary bench tests with laser cathode heating were carried out. Its possible applications are discussed. An electron source current up to 70 mA with an energy of 90 keV was obtained. The result obtained demonstrates the possibility of practical implementation of a new method of arranging an electron beam sourc

Compact Electron Beam Source for Electron Beam Welding Installations with Transformer Transmission of Power Supply Beam Control Electronics and Electron Guns Cathode

Представлен компактный источник электронного пучка для установок электронно- лучевой сварки с расположением электронной пушки, источника высоковольтного ускоряющего напряжения электронной пушки и блока электроники накала катода электронной пушки и управления током электронного пучка в едином корпусе-моноблоке, в котором использована трансформаторная схема передачи электропитания электроники управления пучком и катода электронной пушки. Такая компоновка источника электронного пучка для электронно- лучевой сварки в едином корпусе-моноблоке снижает вес и стоимость за счёт уменьшения количества используемых материалов, объёма, занимаемых производственных площадей и исключает из конструкции источника дорогостоящие высоковольтные соединители и кабели. Это существенно расширяет возможности применения представляемого типа источников электронного пучка в электронно-лучевых технологиях. Цель работы – показать целесообразность применения трансформаторной схемы передачи электропитания электроники управления пучком и катода электронной пушки в компактном источнике-моноблоке электронного пучка. Спроектирована и изготовлена трансформаторная схема передачи электропитания электроники управления пучком и катода. Проведены её испытания и получены следующие результаты: • обеспечивается ток накала катода до 95 А; • получен электронный ток источника до 100 мА с энергией 90 кэВ; • измерена ширина профиля электронного пучка источника на его полувысоте 0.9 мм на расстоянии от среза электронно-оптической колонны электронной пушки 550 ммA compact source of electron beam for electron beam welding installations with the arrangement of an electron gun, a source of high-voltage accelerating voltage of the electron gun and an electronics unit for heating the cathode and controlling the electron beam current in a single monoblock housing is presented, which uses a transformer circuit for transmitting power supply to the beam control electronics and the electron gun cathode. This arrangement of the electron beam source for electron beam welding in a single monoblock housing reduces weight and cost by reducing the amount of materials used volume, occupied production space and eliminates expensive high-voltage connectors and cables from the source design. This significantly expands the possibilities of using the presented type of electron beam sources in electron beam technologies. The purpose of the work is to show the feasibility of using a transformer circuit for transmitting power to the beam control electronics and the electron gun cathode in a compact monoblock electron beam source. A transformer circuit for transmitting power to the beam control electronics and cathode was designed and manufactured. It was tested and the following results were obtained: • a cathode heating current of up to 95 A is provided; • an electronic source current of up to 100 mA with an energy of 90 keV was obtained; • the width of the profile of the electron beam of the source was measured at its half-height of 0.9 mm at a distance from the cut of the electron-optical column of the electron gun 550 m