RU167777U1

RU167777U1 - ELECTRODE BOARD OF FAST-FLOW ELECTRIC DISCHARGE LASER WITH TRANSVERSE GAS PUMPING

Info

Publication number: RU167777U1
Application number: RU2015135471U
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Николаевич Ананин
Original assignee: Штейнберг Анна Сергеевна
Priority date: 2015-08-21
Filing date: 2015-08-21
Publication date: 2017-01-10

Abstract

Полезная модель относится к области квантовой электроники и может быть использована при создании электроразрядных лазеров с поперечной прокачкой газа, применяемых в машиностроении, в частности при резке металлов. Технической задачей полезной модели является повышение надежности электродной платы быстропроточного электроразрядного лазера с поперечной прокачкой газа. Решение технической задачи в электродной плате быстропроточного электроразрядного лазера с поперечной прокачкой газа, содержащей электродную плиту с отверстиями под взаимозаменяемые электродные элементы, электродные элементы, пластину, разделяющую втекающий и вытекающий потоки хладагента, достигается тем, что электродный элемент состоит из эмиттера, имеющего эмиттерный участок и расположенного в отверстии электродной плиты под взаимозаменяемые электродные элементы с одной стороны, и заглушки, расположенной в отверстии электродной плиты под взаимозаменяемые электродные элементы с противоположной стороны относительно эмиттера, причем заглушка имеет выступающую в сторону эмиттера часть, выполненную в виде пластины, разделяющей втекающий и вытекающий потоки хладагента, и имеющую на конце выступ в виде “ласточкиного хвоста”, механически соединяющий заглушку с эмиттером, в котором, в месте их соединения, имеется паз в виде “ласточкиного хвоста”, а отверстия электродной плиты под взаимозаменяемые электродные элементы соединены между собой отверстиями для подачи хладагента. 4 илл.The utility model relates to the field of quantum electronics and can be used to create electric-discharge lasers with transverse pumping of gas used in mechanical engineering, in particular when cutting metals. The technical task of the utility model is to increase the reliability of the electrode board of a fast-flow electric-discharge laser with transverse gas pumping. The solution of the technical problem in the electrode board of a fast-flow electric-discharge laser with transverse gas pumping, containing an electrode plate with holes for interchangeable electrode elements, electrode elements, a plate separating the flowing in and outgoing flows of refrigerant, is achieved by the fact that the electrode element consists of an emitter having an emitter section and located in the hole of the electrode plate under the interchangeable electrode elements on the one hand, and plugs located in the hole of the electrode plates for interchangeable electrode elements on the opposite side with respect to the emitter, the plug having a part protruding toward the emitter, made in the form of a plate separating the flowing in and outflow of refrigerant flows and having a dovetail protrusion at the end, mechanically connecting the plug to the emitter, in which, at the place of their connection, there is a groove in the form of a “dovetail”, and the holes of the electrode plate for interchangeable electrode elements are interconnected by holes for feeding ladagenta. 4 ill.

Description

Полезная модель относится к области квантовой электроники и может быть использована при создании электроразрядных лазеров с поперечной прокачкой газа, применяемых в машиностроении, в частности при резке металлов.The utility model relates to the field of quantum electronics and can be used to create electric-discharge lasers with transverse pumping of gas used in mechanical engineering, in particular when cutting metals.

Известен аналог - электродная плата быстропроточного электроразрядного лазера с поперечной прокачкой газа - авторское свидетельство RU №589840 от 07.10.80 г., Б.И. №37, МПК H01S 3/02, состоящая из несущей диэлектрической плиты и закрепленных на ней взаимозаменяемых электродных элементов, каждый из которых представляет собой полый металлический брусок с плоской рабочей стенкой, покрытый снаружи, за исключением эмитирующего участка на нем, слоем высокотемпературного диэлектрика, внутренний объем которого соединен патрубками с системой охлаждения. В качестве высокотемпературного диэлектрика используется окись алюминия или стеклоэмаль. Крепление электродных элементов на несущей диэлектрической плите осуществляется патрубками с помощью гаек.A well-known analogue is the electrode board of a high-speed electric-discharge laser with transverse gas pumping - copyright certificate RU No. 588940 dated 07.10.80, B.I. No. 37, IPC H01S 3/02, consisting of a carrier dielectric plate and interchangeable electrode elements fixed on it, each of which is a hollow metal bar with a flat working wall, coated on the outside, with the exception of the emitting section on it, with a layer of high-temperature dielectric, internal the volume of which is connected by pipes to the cooling system. Aluminum oxide or glass enamel is used as a high-temperature dielectric. The fastening of the electrode elements on the supporting dielectric plate is carried out by nozzles using nuts.

Аналог обладает недостатками. Малая степень секционированности платы приводит к возникновению разности потенциалов между соседними электродными элементами, что является причиной возникновения электрических пробоев между соседними электродными элементами и выхода из строя всей платы. Кроме того, в результате температурного расширения металлической части электродного элемента или чрезмерной затяжки гаек, происходит растрескивание диэлектрика, покрывающего электродный элемент, и выход из строя электродного элемента. Недостатком аналога является еще и то, что замена электродных элементов является трудоемким процессом, а конструкция электродного элемента отличается сложностью в изготовлении и дорогостоящей.The analogue has disadvantages. A small degree of board partitioning leads to a potential difference between adjacent electrode elements, which causes electrical breakdowns between adjacent electrode elements and the failure of the entire board. In addition, as a result of thermal expansion of the metal part of the electrode element or excessive tightening of the nuts, cracking of the dielectric covering the electrode element and the failure of the electrode element occur. The disadvantage of the analogue is that the replacement of the electrode elements is a laborious process, and the design of the electrode element is difficult to manufacture and expensive.

Также известна электродная плата быстропроточного электроразрядного лазера с поперечной прокачкой газа, - патент RU №2344527, 20.01.2009, выбранная в качестве прототипа, содержащая электродную плиту с отверстиями под взаимозаменяемые электродные элементы, внутренние полости которых соединены трубками с системой охлаждения, причем в плите с отверстиями расположены диэлектрические втулки, в которые установлены электродные элементы и выполнены в виде полых металлических стержней с резьбой для глухой гайки с эмиттерным участком на рабочей части, причем внутренняя полость стержня содержит пластину, разделяющую полость на две части для втекающего и вытекающего потоков хладагента.Also known is the electrode board of a high-speed electric discharge laser with transverse gas pumping, patent RU No. 2344527, 01/20/2009, selected as a prototype, containing an electrode plate with holes for interchangeable electrode elements, the internal cavities of which are connected by tubes to the cooling system, and in the plate with holes are located dielectric bushings in which the electrode elements are mounted and made in the form of hollow metal rods with a thread for a blind nut with an emitter section on the working part, moreover, the inner cavity of the rod contains a plate dividing the cavity into two parts for the flowing in and outgoing flows of the refrigerant.

Недостатком прототипа является низкая надежность, обусловленная низкой технологичностью изготовления электродных элементов. Конструкция электродов подразумевает операцию сварки, вероятность возникновения брака при которой выше, чем при таких операциях механической обработки, как фрезерование и точение. Наличие диэлектрических втулок дополнительно снижает надежность платы, так как возникает дополнительное соединение в сборке, увеличивающее вероятность возникновения брака.The disadvantage of the prototype is the low reliability due to the low manufacturability of the manufacture of electrode elements. The design of the electrodes implies a welding operation, the probability of occurrence of marriage at which is higher than with such machining operations as milling and turning. The presence of dielectric bushings additionally reduces the reliability of the board, as there is an additional connection in the assembly, increasing the likelihood of marriage.

Технической задачей полезной модели является повышение надежности электродной платы быстропроточного электроразрядного лазера с поперечной прокачкой газа.The technical task of the utility model is to increase the reliability of the electrode board of a fast-flow electric-discharge laser with transverse gas pumping.

Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в исключении из конструкции электродных элементов частей, выполняемых с помощью операции сварки, и исключение лишних деталей из конструкции электродной платы.The technical result of the proposed utility model is to exclude parts from the structure of the electrode elements performed by the welding operation, and to exclude unnecessary parts from the structure of the electrode board.

Решение технической задачи в электродной плате быстропроточного электроразрядного лазера с поперечной прокачкой газа, содержащей электродную плиту с отверстиями под взаимозаменяемые электродные элементы, электродные элементы, пластину, разделяющую втекающий и вытекающий потоки хладагента, достигается тем, что электродный элемент состоит из эмиттера, имеющего эмиттерный участок и расположенного в отверстии электродной плиты под взаимозаменяемые электродные элементы с одной стороны, и заглушки, расположенной в отверстии электродной плиты под взаимозаменяемые электродные элементы с противоположной стороны относительно эмиттера, причем заглушка имеет выступающую в сторону эмиттера часть, выполненную в виде пластины, разделяющей втекающий и вытекающий потоки хладагента, и имеющую на конце выступ в виде “ласточкиного хвоста”, механически соединяющий заглушку с эмиттером, в котором, в месте их соединения, имеется паз в виде “ласточкиного хвоста”, а отверстия электродной плиты под взаимозаменяемые электродные элементы соединены между собой отверстиями для подачи хладагента.The solution of the technical problem in the electrode board of a fast-flow electric-discharge laser with transverse gas pumping, containing an electrode plate with holes for interchangeable electrode elements, electrode elements, a plate separating the flowing in and outgoing flows of refrigerant, is achieved by the fact that the electrode element consists of an emitter having an emitter section and located in the hole of the electrode plate under the interchangeable electrode elements on the one hand, and plugs located in the hole of the electrode plates for interchangeable electrode elements on the opposite side with respect to the emitter, the plug having a part protruding toward the emitter, made in the form of a plate separating the flowing in and outflow of refrigerant flows and having a dovetail protrusion at the end, mechanically connecting the plug to the emitter, in which, at the place of their connection, there is a groove in the form of a “dovetail”, and the holes of the electrode plate for interchangeable electrode elements are interconnected by holes for feeding ladagenta.

На фиг. 1 представлен чертеж схемы размещения электродных элементов.In FIG. 1 is a drawing of a layout of electrode elements.

На фиг. 2 представлен разрез плиты в месте расположения электродного элемента.In FIG. 2 shows a section through a plate at the location of an electrode element.

На фиг. 3 представлено соединение типа "ласточкин хвост" эмиттера с заглушкой электродного элемента.In FIG. 3 shows a dovetail type emitter connection with an electrode element plug.

На фиг. 4 представлены эмиттер и заглушка электродного элемента в разъединенном состоянии.In FIG. 4 shows an emitter and a plug of an electrode element in a disconnected state.

Электродная плата быстропроточного электроразрядного лазера с поперечной прокачкой газа содержит электродную плиту 1 с отверстиями 2 под взаимозаменяемые электродные элементы 3, электродные элементы 3, пластину 4, разделяющую втекающий и вытекающий потоки хладагента, электродный элемент 3 состоит из эмиттера 5, имеющего эмиттерный участок 6 и расположенного в отверстие 2 электродной плиты 1 под взаимозаменяемые электродные элементы 3 с одной стороны, и заглушки 7, расположенной в отверстии 2 электродной плиты 1 под взаимозаменяемые электродные элементы с противоположной стороны относительно эмиттера 5, причем заглушка 7 имеет выступающую в сторону эмиттера часть, выполненную в виде пластины 4, разделяющей втекающий и вытекающий потоки хладагента, и имеющей на конце выступ 8 в виде “ласточкиного хвоста”, механически соединяющий заглушку 7 с эмиттером 5, в котором, в месте их соединения, имеется паз 9 в виде “ласточкиного хвоста”, а отверстия 2 электродной плиты 1 под взаимозаменяемые электродные элементы 3 соединены между собой отверстиями 10 для подачи хладагента.The electrode board of a high-speed electric discharge laser with transverse pumping of gas contains an electrode plate 1 with holes 2 for interchangeable electrode elements 3, electrode elements 3, plate 4, which separates the inflowing and outflowing refrigerant flows, the electrode element 3 consists of an emitter 5 having an emitter section 6 and located into the hole 2 of the electrode plate 1 under the interchangeable electrode elements 3 on the one hand, and plugs 7 located in the hole 2 of the electrode plate 1 under the interchangeable electrode elements on the opposite side with respect to the emitter 5, and the plug 7 has a part protruding towards the emitter, made in the form of a plate 4, separating the incoming and outgoing refrigerant flows, and having a dovetail protrusion 8 at the end, mechanically connecting the plug 7 with emitter 5, in which, at the junction, there is a groove 9 in the form of a dovetail, and the holes 2 of the electrode plate 1 for interchangeable electrode elements 3 are interconnected by holes 10 for supplying refrigerant.

В примере, конкретной реализации электродной платы быстропроточного электроразрядного лазера с поперечной прокачкой газа электродная плита 1 изготовлена из стеклотекстолита СТЭФ методом фрезерования и сверления отверстий 2 под взаимозаменяемые электродные элементы 3 и отверстий 10 для подачи хладагента. Эмиттер 5 имеет цилиндрическую форму, изготовлен из нержавеющей стали 12Х18Н10Т методом точения. Эмиттерный участок 6 эмиттера 5 выполнен методом фрезерования. Уплотнение эмиттера 5 в отверстии 2 электродной плиты 1 обеспечивается резиновым кольцом 11, установленным в канавке эмиттера 5. Заглушка 7 имеет цилиндрическую форму, изготовлена из нержавеющей стали 12Х18Н10Т методом точения. Пластина 4 заглушки 7, разделяющая втекающий и вытекающий потоки хладагента выполнена методом фрезерования и имеет отверстие 12 для прохода хладагента. Выступ 8 заглушки 7, механически соединяющий заглушку 7 с эмиттером 5, представляет из себя “ласточкин хвост”, который вставляется в ответный паз 9, выполненный в виде “ласточкиного хвоста” в эмиттере 5. Уплотнение заглушки 7 в отверстии 2 электродной плиты 1 обеспечивается резиновым кольцом 11, установленным в канавке заглушки 7. В заглушке 7 имеется резьбовое 13 отверстие для болта 14, который прижимает клемму высоковольтного источника питания (на рисунках не показаны) и с помощью которого осуществляется демонтаж электродного элемента 3 из электродной плиты 1.In an example, a specific implementation of the electrode board of a high-speed electric discharge laser with transverse gas pumping, the electrode plate 1 is made of STEF fiberglass by milling and drilling holes 2 for interchangeable electrode elements 3 and holes 10 for supplying refrigerant. The emitter 5 has a cylindrical shape, made of stainless steel 12X18H10T by turning. The emitter section 6 of the emitter 5 is made by the milling method. The seal of the emitter 5 in the hole 2 of the electrode plate 1 is provided by a rubber ring 11 mounted in the groove of the emitter 5. The plug 7 has a cylindrical shape made of stainless steel 12X18H10T by turning. The plate 4 of the plug 7, separating the incoming and outgoing flows of the refrigerant is made by the milling method and has an opening 12 for the passage of the refrigerant. The protrusion 8 of the plug 7, mechanically connecting the plug 7 to the emitter 5, is a “dovetail”, which is inserted into the return groove 9, made in the form of a “dovetail” in the emitter 5. The sealing of the plug 7 in the hole 2 of the electrode plate 1 is provided by rubber a ring 11 installed in the groove of the plug 7. In the plug 7 there is a threaded 13 hole for the bolt 14, which presses the terminal of the high-voltage power supply (not shown in the figures) and with which the electrode element 3 is removed from the ele cathode plate 1.

Рассмотрим электродную плату быстропроточного электроразрядного лазера с поперечной прокачкой газа в работе.Consider the electrode board of a high-speed electric-discharge laser with transverse gas pumping in operation.

Эмиттеры 5 соединяются с заглушками 7, в канавки эмиттеров и заглушек устанавливаются уплотняющие резиновые кольца 11, после чего собранные электродные элементы 3 вставляются в отверстия 2 электродной плиты 1. Электродная плита 1 монтируется на разрядно-резонаторной камере лазера. Через отверстия 10 в электродной плите 1 подается хладагент, а к электродным элементам 3 присоединяются клеммы высоковольтного источника питания, которые поджимаются болтом 14. После этого, в подготовленном к работе лазере, подается напряжение источника питания к разрядно-резонаторной камере и в потоке газа создается однородный и стабильный электрический разряд.The emitters 5 are connected to the plugs 7, sealing rubber rings 11 are installed in the grooves of the emitters and plugs, after which the assembled electrode elements 3 are inserted into the holes 2 of the electrode plate 1. The electrode plate 1 is mounted on the discharge-resonator chamber of the laser. Through the holes 10 in the electrode plate 1, refrigerant is supplied, and the terminals of the high-voltage power supply are connected to the electrode elements 3, which are pressed by the bolt 14. Then, in the laser prepared for operation, the voltage of the power supply is supplied to the discharge-resonator chamber and a uniform flow is created in the gas stream and stable electric discharge.

В процессе работы происходит электроэрозия эмиттерных участков 6 эмиттеров 5. С учетом этого, необходимо периодически заменять эмиттеры 5 на новые. Для этого, при выключенном питании высоковольтного источника, разгерметизированном газодинамическом контуре лазера, и отключении подачи хладагента, электродный элемент 3 вынимается из электродной плиты 1, эмиттер 5 и заглушка 7 разъединяются путем смещения относительно друг друга и заглушка 7 путем смещения соединяется с новым эмиттером 5. При этом демонтировать всю электродную плату с лазера не нужно.In the process, there is electroerosion of the emitter sections of 6 emitters 5. With this in mind, it is necessary to periodically replace emitters 5 with new ones. To do this, when the power of the high-voltage source is turned off, the gas-dynamic gas circuit of the laser is off, and the refrigerant supply is turned off, the electrode element 3 is removed from the electrode plate 1, the emitter 5 and the plug 7 are disconnected by offset from each other, and the plug 7 is connected to the new emitter 5 by offset. In this case, it is not necessary to dismantle the entire electrode board from the laser.

Технический результат в предложенном техническом решении достигается благодаря уменьшению количества деталей, из которых состоит электродный элемент 3, исключения операции сварки из технологического процесса изготовления электродного элемента 3, исключения втулки из конструкции электродной платы.The technical result in the proposed technical solution is achieved by reducing the number of parts that make up the electrode element 3, eliminating the welding operation from the manufacturing process of the electrode element 3, eliminating the sleeve from the design of the electrode board.

Предложенное техническое решение увеличивает ресурс работы электродной платы быстропроточного электроразрядного лазера с поперечной прокачкой газа благодаря повышению надежности конструкции электродных элементов. Дополнительным преимуществом по сравнению с прототипом является уменьшение себестоимости изготовления электродной платы благодаря упрощению конструкции, уменьшению технологических операций изготовления и исключению операции сварки, статистически имеющей высокий процент брака.The proposed technical solution increases the life of the electrode board of a high-speed electric-discharge laser with transverse pumping of gas due to increased reliability of the design of electrode elements. An additional advantage compared with the prototype is to reduce the cost of manufacturing the electrode board due to the simplification of the design, the reduction of manufacturing operations and the elimination of the welding operation, which has a statistically high percentage of rejects.

Claims

The electrode board of a high-speed electric discharge laser with gas cross-pumping, containing an electrode plate with holes for interchangeable electrode elements, electrode elements, a plate separating the flowing in and outgoing flows of refrigerant, characterized in that the electrode element consists of an emitter having an emitter section and located in the electrode hole plates for interchangeable electrode elements on the one hand, and plugs located in the hole of the electrode plate for interchangeable electrode elements on the opposite side with respect to the emitter, the plug having a part protruding towards the emitter, made in the form of a plate separating the flowing in and outflow of refrigerant flows and having a dovetail protrusion at the end, mechanically connecting the plug to the emitter, in which, in the place of their connection, there is a dovetail groove, and the holes of the electrode plate for interchangeable electrode elements are interconnected by holes for supplying refrigerant.