环形束斑冷阴极电子枪的研制及其束流品质优化

电子束熔丝增材制造技术适用于大中型金属构件的高效整体化成形,针对目前用于熔丝增材制造的电子枪存在的诸多缺点,设计了一种环形束斑冷阴极电子枪,建立了三维模型,对束源关键部件结构尺寸进行模拟仿真,当阴极弧面半径100?mm,阳极倾角40°时束流品质最优;根据模拟仿真结果加工制造了电子枪,经测试,其耐压可达-22 kV,最大束流可达1250?mA;选用直径2?mm的TC4焊丝在加速电压-20 kV、束流210?mA、工作台移动速度310?mm/s、送丝速度30?mm/s下进行熔丝实验,获得了良好的表面成形质量.     

电子束熔丝增材制造大功率电子枪研制

根据电子束熔丝增材制造需求,结合理论计算,利用三维造型软件设计了电子枪结构包括阴极组件、栅极、阳极、聚焦线圈、扫描线圈;利用模拟仿真软件对电子枪结构进行优化,最终得到优化后的电子枪栅极球面直径14 mm、阳极孔径3.5 mm、阳极倾角140°、阴阳极距离10 mm、聚焦线圈匝数1 800匝、磁轭间隙30 mm、线圈内径60 mm、外径150 mm;设计了电子枪聚焦及偏转扫描驱动电路,带载测试聚焦电流最大值可达1.49 A,偏转扫描最大电流可达±1.06 A,扫描频率达2 kHz;对电子枪性能进行测试,最高耐压达到-75 kV,功率达到30 kW,TC4的熔丝增材成形效率达到5.16 kg/h。研制的电子枪结构轻便、束流品质好、成形效率高,适合于用作真空室内动枪。     

基于60kV/6kW电子枪的15kW电子枪的研制

在60 k V/6 k W直热型焊接用电子枪结构的基础上做出改进,以使电子枪的束功率提高到15 k W。相关改进工作以电子光学与精密机械理论为依据,借助有限元分析软件SOURCE模拟电子束的形成轨迹,并根据模拟结果与理论计算来证明电极形状及相关结构的合理性。由于束功率的提高,阴极与阳极发热严重,为防止阴阳极温度上升过高导致变形,新增加了电子枪的阴极与阳极的水冷。试验证明设计完成的电子枪满足参数要求,稳定性高,电子束束斑像差小。     

高精密焊接激光加热阴极电子枪设计

设计了一种新型的激光加热阴极电子枪,通过对比发现,这种新型的电子枪不仅能量密度高、节省能量,还能减小束斑尺寸,可以去除偏压杯中的漏磁磁场。同时还具有提高使用寿命、提升加工精度的特点。由于这种新型的电子枪具有优良的工作性能,可以广泛应用于多个工业生产领域,既节省能量,又提高工件精密度,具有很好的应用前景。     

微波管电子枪激光焊接工艺分析

采用脉冲固体激光器微波管电子枪进行激光焊接工艺试验,利用金相显微镜、扫描电镜、万能材料试验机、电子显微硬度分析仪、X射线衍射仪、振动台、电子枪真空除气系统等研究了电子枪金属零件焊缝焊接表面成形、接头区域的组织形貌、界面元素分布、断口形貌、显微硬度与接头力学性能、焊接接头物相、电子枪随机振动及工作状态下电性能和热性能. 结果表明,优化焊接参数后焊接的电子枪经受了在微波管中连续高温工作的考验. 振动试验和电子枪性能试验检验了电子枪组件的焊接牢固程度和焊接质量,验证了激光焊接工艺在小批量微波管研制、生产和应用过程中的可靠性.     

HDSh—1真空电子束焊机

真空电子束焊机的总体结构,包括:高压电源,电子光学系统,真空系统,机械传动及控制部分。真空电子束焊接原理:在真空条件下,电子由电子枪阴极发射出来后,被直流高压电场加速,使电子获得很高的能量,并被静电场与磁场会聚为一束,这种高能电子束,打在焊件上时,便将其能量转换为热能,使焊件熔化,当焊件移动时,形成焊缝。电子光学计算     

电子枪零件钽钼激光焊接显微结构和性能分析

采用脉冲固体激光器电子枪零件钼和钽进行激光焊接工艺试验，利用金相显微镜、扫描电镜、万能材料试验机、电子显微硬度分析仪、X 射线衍射仪、振动台、电子枪真空除气系统等研究了电子枪金属零件焊缝焊接表面成形、接头区域的组织形貌、界面元素分布、断口形貌、显微硬度与接头力学性能、焊接接头物相、电子枪随机振动及工作状态下电性能和热性能。 结果表明，优化焊接参数后焊接的电子枪经受了在微波管中连续高温工作的考验。 振动试验和电子枪性能试验检验了电子枪组件的焊接牢固程度和焊接质量，验证了激光焊接工艺在小批量微波管研制、生产和应用过程中的可靠性。     

6061铝合金板激光焊接工艺试验研究

采用功率为1 000 W的光纤激光器对6061铝合金板进行焊接试验,通过对激光功率、焊接速度及离焦量三因素、三水平进行正交试验,得到最大的焊缝强度241. 8 N/mm2,对应的最佳工艺参数为激光功率1 000 W,焊接速度50 mm/s,离焦量1 mm。进一步优化激光调制频率避免焊缝中出现气孔,当激光调制频率为1 000 Hz时,焊缝内部无气孔。     

电子枪零件钽钼激光焊接显微结构和性能分析（英文）

采用脉冲固体激光器对电子枪零件钼和钽进行激光焊接工艺试验,利用金相显微镜、扫描电镜、万能材料试验机、电子显微硬度分析仪、X射线衍射仪、振动台、电子枪真空除气系统等研究了电子枪金属零件焊缝焊接表面成形、接头区域的组织形貌、界面元素分布、断口形貌、显微硬度与接头力学性能、焊接接头物相、电子枪振动冲击性能及工作状态下电性能和热性能。结果表明,优化焊接参数后焊接的电子枪经受了在微波管中连续高温工作的考验。振动冲击试验和电子枪性能试验检验了电子枪组件的焊接牢固程度和焊接质量,验证了激光焊接工艺在小批量微波管研制、生产和应用过程中的可靠性。     

宝钛集团装备科技公司自主研制的首台真空电子束熔炼炉首锭出炉

正【本刊讯】9月6日,在江苏泰州某用户生产现场,由宝钛集团装备科技公司自主研制的首台真空电子束熔炼炉(EB炉)首锭出炉,标志着装备科技公司装备设计制造的水平和能力又迈上了新的台阶。在消化吸收进口设备的技术上,宝钛集团装备科技公司大胆自主创新,研发出了国内最大锭型的真空电子束熔炼炉(EB炉)。该设备长约43米,宽约24米,总功率约3520k W,电子束总功率约3150k W(冷枪单枪450k W),最大单锭截面尺寸1560×240mm,重量约13吨,年产能约2000吨。该设备打破了国外技术封锁,实现了产品所有部件的全国产化。核心部件电子枪(冷枪)在研制上取得了突破性进展,其性能和寿命均超过国外进口电子枪,技术能力达到国际领先水平。     

焊接电子枪电子束会聚角的研究

在阳极孔的发散作用下,电子束通过阳极孔后形成新的会聚半角γ_0。γ_0角直接影响电子光学系统的成象性能和电子束的穿透能力。本文导出了电子束热初速影响的γ_0角的精确表达式,描述了用直边切割电子束测量γ_0角的实验方法。利用电子计算机计算的结果,研究了内缩阴极电子枪对γ_0角和其它束参量的影响。给出了对这种电子枪的等效处理方法,并提出了以γ_0角为设计基础的电子枪设计新概念,获得了满意的实验结果。     

双金属锯条激光焊焊接质量影响因素的研究

采用可调功率的YAG激光器,对宽8 mm厚1 mm的65Mn弹簧钢与宽2 mm厚1 mm的W6542高速工具钢进行激光焊接试验。使用光学显微镜、扫描电子显微镜分析了焊缝接头组织。研究了在不同激光器参数下获得焊缝的不同参数。在试验条件下分析了异种金属激光焊接中功率密度与熔深的关系,激光焦点的变化范围对焊接模式的影响,并分析了焊接速度对焊缝熔池的影响等,为生产实际中的参数控制提供了理论依据。     

电磁熔池自动控制激光束焊接工艺及仿真

研究外部施加的磁场对激光束焊接质量的影响,利用计算机模拟的结果进行工艺参数的优化。焊接测试使用功率高达20 k W的激光束,试验证明功率为15 k W的交流磁铁可以在20 mm厚铝的全穿透焊过程中阻止重力下降。对于部分穿透焊接,一个0.5 T的直流磁场足够用于抑制熔池中的对流流动。部分穿透焊接测试使用功率为4 k W的电子束,测试结果显示,相比于参考值,应用交流磁场可以减少10倍的焊接气孔,提高了焊接表面粗糙度。     

TC4表面激光熔覆Ni60基涂层温度场热循环特性数值模拟研究

目的确定TC4钛合金激光熔覆的最优工艺参数,研究其热循环特性,分析激光熔覆温度对组织的影响规律。方法采用3D高斯热源,基于Sysweld软件平台,对TC4钛合金激光熔覆Ni60A-50%Cr3C2粉末过程进行数值模拟仿真,研究温度场云图及其热循环特性,模拟计算激光熔覆最高温度、加热速度和冷却速度,以及熔池最大深度和热影响区宽度,进行激光熔覆实验验证,结合熔覆层显微组织扫描电镜(SEM)图像,研究冷却速度对熔覆层组织的影响。结果由仿真可知,激光熔覆工艺参数中的光斑直径和送粉速度主要影响熔覆层的高度和宽度,对温度场分布起主要影响作用的是激光功率和扫描速度。激光功率为500 W,扫描速度为4 mm/s时,熔覆层区域熔化完全,与基体结合良好。激光熔覆最高温度为2700℃,最大加热速度约为2200℃/s,最大冷却速度约为1200℃/s,熔池最大深度在0.33~0.66 mm之间,热影响区宽度约为1.2 mm。模拟与实验得到的熔覆层截面形貌基本一致。不同冷却速度得到的熔覆层组织不同,随着冷却速度的降低,显微组织由短小的胞晶和树枝晶逐步转变为柱状晶、胞状晶和平面晶,最终形成淬火态的针状马氏体。结论最佳工艺参数为:激光功率500 W,扫描速度4 mm/s。冷却速度是影响熔覆层组织的重要因素,仿真模型的正确性及方法的可行性得到了实验验证。     

大功率电子枪的新型LaB6阴极

轰击式LaB6阴极是一种电子枪的新型阴极,它不仅具有良好的电子光学系统结构,而且电子发射能力强大,对大功率电子枪的研制和开发具有重要意义。论述了新型轰击式LaB6阴极的工作原理、研究的意义、阴极材料的选择,并完成了轰击式阴极的设计和计算,设计完成了轰击式LaB6阴极的试验装置。通过试验得到,该轰击式LaB6阴极在阴极温度为1843K时具有最大发射电流450mA,其发射电流密度为3．58A／cm^2。列举了典型试验数据并进行分析,得到所选用的LaB6的发射常数A为21．33,逸出功Фs为2．6eV,这与理论值非常接近,证明了试验的准确性和可靠性,该试验结果为大功率电子枪的研究开发、为大功率电子束焊接设备的研制奠定了基础。     

连续/脉冲激光再制造温度场有限元分析与试验验证

以减少成形过程热输入,控制热影响区分布及成形层应力分布状态为目标,通过"生死单元"的有限元分析方法动态模拟激光再制造成形过程,对比分析连续/脉冲模式激光再制造温度场,采用非接触式红外测温仪验证分析结论,并就连续和脉冲工艺进行再制造成形对比试验验证。分析和试验结果表明:脉冲模式优化工艺参数为激光功率1.2 k W,光斑直径3 mm,扫描速度5 mm/s,单道成形层宽度3.2 mm,脉冲激光脉宽10 ms,占空比1:1;相同成形工艺和散热条件下,连续输出模式下多层成形层熔池温度最大值约为1400℃,较脉冲模式约高出170℃,且具有更大的热输入及热影响区范围,相关工艺及方法为叶轮叶片激光再制造提供分析和借鉴。     

45钢激光淬火工艺的研究

采用1 KW激光器、X-Y工作平台及光学电镜,研究45钢激光淬火工艺过程中的微观组织及性能的变化规律,确定淬火层的硬度指标及优化激光淬火方案。结果表明,当淬火工艺参数为P=143W,V=6mm/s,L=26.0mm,S=0.1 mm时,试验钢淬火后表面形成枝晶,其组织由隐针马氏体和少数残留奥氏体组成,为最优激光淬火方案。     

熔石英表面激光平滑中扫描速度对粗糙度的影响规律

目的 研究激光平滑光学元件的工艺,探索使用CW（连续）CO2激光器对熔石英光学元件表面进行平滑处理时,当激光束功率、束斑尺寸一定的情况下,不同的扫描速度对平滑后熔石英元件表面粗糙度的影响规律。方法 用仿真结合实验的方式进行了研究。使用有限元仿真模型对激光功率为25 W,作用斑点为短轴2 mm、长轴3 mm的椭圆斑的激光加工模型进行了仿真,得到了不同扫描速度下激光束作用于熔石英表面的温度场及对应的稳定温度。通过定点照射实验验证了温度仿真结果的准确性,并进行了扫描速度为0.04、0.1、0.2、0.35、0.5 mm/s的单因素实验,使用原子力显微镜检测平滑实验前后的熔石英表面粗糙度,得到了粗糙度与激光扫描速度之间的关系。结果 激光功率为25 W时,5种扫描速度对应的稳定温度都分布在熔石英材料的熔点以上。5种扫描速度下平滑后的熔石英表面粗糙度都明显降低,在扫描速度为0.1 mm/s的情况下,取得了将熔石英表面粗糙度由初始的62.55 nm降低至6.17 nm的平滑效果。结论 激光平滑过程中,当激光功率、激光斑尺寸一定时,存在一个最佳的扫描速度,可以使加工表面的粗糙度降低至光学表面的要求。     

激光刻蚀2μm铝/聚酰亚胺(PI)材料体系技术研究

目的 研究对激光刻蚀图形形貌可能产生影响的几个参数,如激光功率、填充比等,优化激光束刻蚀制备2 μm铝膜/PI的工作参数,提高刻蚀质量。方法 利用ANSYS软件对激光刻蚀2 μm铝膜/PI过程中薄膜铝表面的能量传输及转化过程进行模拟,了解刻蚀形貌与单个脉冲的激光工艺参数的关系。根据模拟结果,使用LSP2000激光器,采用不同的激光输出功率和扫描方式、填充比等参数对样品进行刻蚀。利用扫描电镜等对激光刻蚀制备后的样品表面形貌进行研究,从而获得优化工艺参数。结果 采用波长为1064 nm的Nd:YAG激光器,利用蛇形扫描方式及45°方向填充,填充密度为0.03 mm,在激光功率5 W、激光频率20 kHz、脉宽100 ns、光斑直径40 μm、激光扫描速度为565.7 mm/s的工艺参数下,刻蚀边界整齐。结论 纳秒刻蚀过程既有光热去除,也有应力去除,激光刻蚀工艺参数的优化在一定程度上改善了刻蚀边界质量,有利于提高激光刻蚀精度。     

GTAW熔池三维表面激光点阵反射特征的仿真与优化

熔池表面三维测量对实现GTAW熔透控制及深入理解电弧、熔池耦合作用具有重要意义. 基于激光视觉提出了一种熔池表面测量方法. 在熔池表面测量时激光光路参数变化对反射点阵图像有较大影响. 为了研究激光入射角、激光器到熔池距离、成像屏到钨极距离对传感质量的影响规律,建立了熔池表面标准模型、入射线、反射线、成像屏方程,并采用光学反射定律逆向仿真了反射点阵的变化规律,并通过工艺试验对仿真结果进行了验证. 结果表明,θ,D,L的最佳调节范围为28°～32°,45～55 mm,50～60 mm;仿真结果与试验结果吻合良好.