Filament émetteur pour canon à électrons, ainsi que les machines à souder pourvues d'un filament conforme ou similaire au précédent.
L'invention concerne un canon à électrons et se réfère plus particulièrement à un nouveau filament émetteur d'électrons perfectionné pour un canon à électrons, ce filament étant stable mécaniquement et électriquement.
Quand des dispositifs du caractère décrit sont employés pour la soudure, le faisceau d'électrons est accéléré et concentré par un élément reçu dans ce but, ce qui fait qu'un faisceau de grande densité est produit, ce faisceau venant frapper les pièces avec une énergie qui est transférée à ces pièces et qui provoque leur fusion. Les éléments essentiels d'un tel dispositif de soudure comprennent une partie du corps du canon, un filament, une cathode, une anode et une bobine de concentration. Ces éléments sont conçus de telle sorte et ils ont des positions respectives telles que divers métaux, et particulièrement ceux qui sont caractérisés par une haute température de fusion, peuvent être soudés de façon satisfaisante dans le vide.
Dans les canons à faisceau électronique fabriqués jusqu'ici qui utilisaient des filaments du type à chauffage direct, la surface émettrice d'électrons était de forme ovale, carrée ou rectangulaire. Le faisceau formé par ces émetteurs conservait la forme de la surface émettrice et pour cette raison les résultats de la soudure dépendaient de l'orientation du filament par rapport au sens de la soudure. D'autres structures de filaments utilisaient des fils minces, plats ou ronds enroulés en spirale plate.
Le faisceau produit par des filaments de ce type n'était pas uniforme sur la zone de section transversale du faisceau à cause des zones ouvertes de la surface émettrice. Pour diminuer le champ magnétique entourant les filaments, on employait des structures bifilaires quand on utilisait du courant alternatif pour chauffer le filament. Celles-ci prenaient la forme de configurations spéciales non inductives spirales bifilaires ou repliées. On a trouvé que les filaments étaient de structure faible et tendaient à se déformer facilement et produisaient donc des résultats irréguliers.
La présente invention a notamment pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un filament-émetteur pour canon à électrons caractérisé par ce qu'il se compose d'une bande de métal façonnée de telle manière qu'elle possède deux surfaces espacées pour le serrage et, au centre, un élément cylindrique relié aux surfaces de serrage, ce qui permet la réalisation simple d'un filament robuste qui ne se déforme pas notamment après de nombreux chauffages et refroidissements.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, les surfaces de serrage et le fond de l'élément cylindrique sont disposés dans des plans approximativement perpendiculaires.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, des zones en diagonale relient les surfaces de serrage avec le cylindre.
L'invention concerne aussi les machines de soudages pourvues du filament conforme à l'invention ou similaire.
L'invention s'étend également aux caractéristiques ci-après et à leurs diverses combinaisons possibles.
Un filament conforme à l'invention est représenté à titre d'exemple non limitatif sur les dessins cijoints, dans lesquels : La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une partie d'un canon à électrons comprenant le filament perfectionné conforme à l'invention; La figure 2 est une vue en perspective du filament; La figure 3 est une vue en coupe fragmentaire qui montre en détail la manière dont le filament peut être serré de façon amovible sur les électrodes conductrices de courant du canon; La figure 4 est une vue en plan du filament; La figure 5 est une vue schématique représentant les connexions électriques des divers éléments d'un canon à faisceau électronique tel que décrit; La figure 6 est une vue de détail montrant la grandeur et la forme de la bande métallique avant son cintrage pour former le filament.
La présente invention permet, en conséquence, la réalisation d'un filament qui est d'un faible prix de revient, qui est d'un fonctionnement très efficace et qui a une forme facilitant sa mise en place et son enlèvement, ce filament ayant en outre, pour avantage, d'émettre un faisceau d'électrons de section transversale circulaire.
Le filament conforme à l'invention peut par ailleurs, être facilement serré et maintenu en position par rapport à l'anode de façon à obtenir la reproductibilité de la performance du canon à électrons.
Un tel filament peut, par ailleurs, être embouti dans une plaque de métal, ce qui rend possible sa reproduction exacte en forme et en dimensions. Ces filaments auront donc tous une zone émissive identique et seront robustes et stables mécaniquement et électriquement.
En se reportant aux dessins, et en particulier à la figure 1, le mode de réalisation choisi pour représenter l'invention, une partie du corps du canon 39 auquel les diverses pièces du canon sont suspendues.
Les électrodes conductrices de courant 1 et 2 et la cage intérieure 3 comprennent un ensemble qui est supporté par la partie isolante du corps du canon. Les électrodes 1 et 2 sont espacées et isolées l'une de l'autre et de la cage intérieure. Les électrodes sont donc reliées mécaniquement pour former un ensemble qui comprend des moyens de serrage pour serrer le filament sur les électrodes.
Chaque électrode est asociée à une barre de serrage telle que 4 et 5 disposée en contact avec la surface extérieure de chaque électrode et chaque barre présente une bride inférieure 6 et 7 adaptée pour établir le contact sur un épaulement tel que 8 de l'électrode correspondante.
Un organe de serrage 9 est prévu pour chaque barre et celui-ci fait contact sur sa barre en des endroits espacés longitudinalement. A cet effet, chaque organe 9 est muni de pieds 10.
Un boulon 11 traverse chacun des organes 9 et sa barre de serrage associée, et il est vissé dans son électrode respective. Les organes de serrage sont de préférence réalisés en métal tel que du cuivre qui présente une certaine résilience étant donné que. quand les boulons 11 seront serrés, il sera entendu qu'une force de serrage élastique est appliquée à chaque barre de serrage, de façon que par le serrage on maintienne de façon sûre les brides 6 et 7 contre les épaulements 8 et que l'on obtienne ainsi un bon serrage mécanique et électrique du filament 12.
La cage intérieure 3 de forme essentiellement cylindrique peut être réalisée en acier inoxydable et cette cage est façonnée avec plusieurs ouvertures 13, ce qui ménage un accès commode pour manipuler les vis 14 et 11. Il sera nécessaire de desserrer les vis Il et de démonter le dispositif de serrage dans le cas où un filament doit être remplacé.
L'extrémité inférieure de la cage intérieure 3 est filetée en 15 et cette extrémité filetée reçoit la bague de retenue 16 pour maintenir ou démonter la cathode 17 sur le fond de la cage. Cette cathode est maintenue à un potentiel d'environ 50 000 volts et celle-ci est munie d'une ouverture centrale qui reçoit le filament 12 placé axialement.
Le filament 12 est façonné dans une bande de métal 18 (fig. 6), tel que du tantale, du tungstène ou autre métal approprié celle-ci ayant une forme telle que représentée sur la figure 6. Les extrémités relativement larges 19 constituent les parties qui sont serrées entre les épaulements 8 et les brides 6 ou 7. Les zones de raccordement 20 rétrécissent la bande en une section centrale 21 qui a une longueur, une largeur et une forme qui permettent le façonnage d'une surface d'émission ronde et plane pourvue de brides, de manière à former un capuchon cylindrique. Le filament étant fixé par serrage avec les électrodes 1 et 2, comme représenté dans la figure 3. les zones de jonction 20 s'étendent en diagonale vers le bas et vers l'intérieur jusqu'au coude 22, après quoi l'élément cylindrique s'étend vers le bas jusqu'à la surface émettrice circulaire plate 21.
Le façonnage du filament 12 tel que décrit et représenté dans les figures 1, 3 et 4 a pour résultat une structure particulièrement rigide, en forme de pont et stable, qui n'est pas affectée par un cycle répété de chauffage et de refroidisement ou par un bombardement d'ions - la surface émettrice restant toujours sensiblement normale à l'axe mécanique du canon à électrons.
Le faisceau électronique doit émerger verticalement du canon et à cet égard, la construction du filament est importante. Sa zone plate fournit une surface émissive de dimension définie et qui peut être maintenue à plat. En outre, l'ensemble du filament peut être remplacé à peu de frais. facilement et rapidement. Etant donné que le filament est reproductible d'une façon précise, un changement de filament ne gêne en aucune façon le fonctionnement de l'appareil.
La forme du filament est telle qu'on peut placer les surfaces de serrage dans des plans qui sont perpendiculaires à la zone plate.
Pour concentrer et diriger un faisceau électronique de façon à obtenir un faisceau de densité maximale pour souder les pièces. une bobine de concentration 23 est suspendue par les vis 24 à la bague 25 supportant l'anode. Cette bobine de concentration se compose essentiellement d'un enroulement enfermé dans une enveloppe de fermeture 27 en fer. Un entrefer 28 existe entre le cylindre intérieur en fer 29 et la plaque de couvercle en fer 38.
On fait passer un courant continu de tension rela-Emitter filament for electron gun, as well as welding machines provided with a filament conforming or similar to the previous one.
The invention relates to an electron gun and more particularly refers to a novel electron emitting filament improved for an electron gun, this filament being mechanically and electrically stable.
When devices of the character described are employed for welding, the electron beam is accelerated and focused by an element received for this purpose, so that a high density beam is produced, which beam strikes the parts with a energy that is transferred to these parts and causes them to merge. The essential elements of such a welding device include a part of the barrel body, a filament, a cathode, an anode and a concentration coil. These elements are so designed and they have respective positions that various metals, and especially those which are characterized by high melting temperature, can be welded satisfactorily in vacuum.
In the electron beam guns manufactured heretofore which used filaments of the direct heating type, the electron emitting surface was oval, square or rectangular in shape. The beam formed by these emitters retained the shape of the emitting surface and for this reason the results of the weld depended on the orientation of the filament relative to the direction of the weld. Other filament structures used thin, flat or round yarns wound in a flat spiral.
The beam produced by filaments of this type was not uniform over the cross sectional area of the beam due to the open areas of the emitting surface. To decrease the magnetic field surrounding the filaments, two-wire structures were used when alternating current was used to heat the filament. These took the form of special non-inductive bifilar or folded spiral configurations. The filaments have been found to be weak in structure and tend to deform easily and therefore produce uneven results.
The object of the present invention is in particular to remedy these drawbacks and for this purpose relates to an emitter-filament for an electron gun characterized in that it consists of a strip of metal shaped in such a way that it has two spaced surfaces. for clamping and, in the center, a cylindrical element connected to the clamping surfaces, which allows the simple realization of a robust filament which does not deform especially after numerous heating and cooling.
According to another characteristic of the invention, the clamping surfaces and the bottom of the cylindrical element are arranged in approximately perpendicular planes.
According to another characteristic of the invention, diagonal areas connect the clamping surfaces with the cylinder.
The invention also relates to welding machines provided with the filament according to the invention or the like.
The invention also extends to the following characteristics and their various possible combinations.
A filament according to the invention is shown by way of non-limiting example in the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a longitudinal sectional view of part of an electron gun comprising the improved filament according to 'invention; Figure 2 is a perspective view of the filament; Fig. 3 is a fragmentary sectional view which shows in detail how the filament can be releasably clamped to the current conducting electrodes of the gun; Figure 4 is a plan view of the filament; FIG. 5 is a schematic view showing the electrical connections of the various elements of an electron beam gun as described; FIG. 6 is a detail view showing the size and shape of the metal strip before it is bent to form the filament.
The present invention therefore allows the production of a filament which is of low cost, which is very efficient in operation and which has a shape facilitating its installation and removal, this filament having in particular in addition, for advantage, to emit an electron beam of circular cross section.
The filament in accordance with the invention can moreover be easily clamped and held in position relative to the anode so as to obtain reproducibility of the performance of the electron gun.
Such a filament can, moreover, be stamped in a metal plate, which makes it possible to reproduce it exactly in shape and dimensions. These filaments will therefore all have an identical emissive zone and will be robust and stable mechanically and electrically.
Referring to the drawings, and in particular to Figure 1, the embodiment chosen to represent the invention, a part of the barrel body 39 from which the various parts of the barrel are suspended.
The current conducting electrodes 1 and 2 and the inner cage 3 comprise an assembly which is supported by the insulating part of the barrel body. Electrodes 1 and 2 are spaced apart and isolated from each other and from the inner cage. The electrodes are therefore mechanically connected to form an assembly which comprises clamping means for clamping the filament on the electrodes.
Each electrode is associated with a clamping bar such as 4 and 5 disposed in contact with the outer surface of each electrode and each bar has a lower flange 6 and 7 adapted to establish contact on a shoulder such as 8 of the corresponding electrode .
A clamping member 9 is provided for each bar and the latter makes contact on its bar at places spaced apart longitudinally. For this purpose, each member 9 is provided with feet 10.
A bolt 11 passes through each of the members 9 and its associated clamping bar, and it is screwed into its respective electrode. The clamps are preferably made of metal such as copper which has some resilience given that. when the bolts 11 are tightened, it will be understood that an elastic clamping force is applied to each clamping bar, so that by tightening the flanges 6 and 7 are held securely against the shoulders 8 and that one thus obtains a good mechanical and electrical clamping of the filament 12.
The essentially cylindrical inner cage 3 can be made of stainless steel and this cage is shaped with several openings 13, which provides convenient access for handling the screws 14 and 11. It will be necessary to loosen the screws II and disassemble the screw. clamping device in the event that a filament has to be replaced.
The lower end of the inner cage 3 is threaded at 15 and this threaded end receives the retaining ring 16 to hold or remove the cathode 17 on the bottom of the cage. This cathode is maintained at a potential of about 50,000 volts and it is provided with a central opening which receives the filament 12 placed axially.
The filament 12 is formed into a strip of metal 18 (Fig. 6), such as tantalum, tungsten or other suitable metal, this having a shape as shown in Fig. 6. The relatively wide ends 19 constitute the parts. which are clamped between the shoulders 8 and the flanges 6 or 7. The connection areas 20 narrow the strip into a central section 21 which has a length, width and shape which allow the shaping of a round emitting surface and flat provided with flanges, so as to form a cylindrical cap. The filament being clamped with the electrodes 1 and 2, as shown in figure 3, the junction areas 20 extend diagonally downward and inward to the elbow 22, after which the cylindrical element extends downward to the flat circular emitting surface 21.
The shaping of the filament 12 as described and shown in Figures 1, 3 and 4 results in a particularly rigid, bridge-like and stable structure, which is not affected by a repeated cycle of heating and cooling or by ion bombardment - the emitting surface still remaining substantially normal to the mechanical axis of the electron gun.
The electron beam must emerge vertically from the barrel and in this regard the construction of the filament is important. Its flat area provides an emissive surface of defined dimension which can be kept flat. In addition, the entire filament can be replaced inexpensively. easily and quickly. Since the filament is reproducible in a precise way, a change of filament does not interfere in any way with the operation of the apparatus.
The shape of the filament is such that the clamping surfaces can be placed in planes which are perpendicular to the flat area.
To concentrate and direct an electron beam so as to obtain a beam of maximum density to weld the parts. a concentration coil 23 is suspended by the screws 24 from the ring 25 supporting the anode. This concentration coil consists essentially of a winding enclosed in a closing envelope 27 made of iron. A gap 28 exists between the inner iron cylinder 29 and the iron cover plate 38.
A direct current of relative voltage is passed through