铝钛异种合金电子束焊接接头缺陷分析

采用电子束焊接工艺对7075铝合金和TC4钛合金异种金属进行焊接,主要研究焊接缺陷的形貌特点、形成原因及控制措施。结果表明:在铝合金与钛合金异种金属电子束焊接头中出现气孔、裂纹、缩孔等缺陷,调整焊接工艺参数、改变束斑在异种母材上的相对能量分布可以消除气孔、裂纹等缺陷。同时延长焊缝金属冷却时间,使液态熔池及时补充凝固过程中产生的孔隙,利用表面焦点减小熔池体积,对焊缝内的缩孔有一定的改善。最佳焊接参数为:工作距离272 mm,电子束流18 mA,焊接速度20 mm/s,聚焦电流415 mA。试验为提高铝合金与钛合金异种金属电子束焊接接头质量提供了参考。     

多束流电子束薄板焊接应力变形数值模拟

为了减小薄板结构的焊接变形,基于电子束高频偏转扫描技术在焊缝两侧添加辅助扫描热源实现了多束流电子束焊接及焊前预热. 建立了矩形均匀加热辅助热源模型,采用热弹塑性有限元分析方法对1.5 mm厚304不锈钢薄板进行多束流电子束焊接数值模拟,并进行了试验验证. 结果表明,焊后残余应力和变形的实测结果与模拟结果吻合良好,多束流电子束焊接方法不仅可以改变熔池前方材料的受力状态,而且可以减小熔池形成瞬间熔池前方材料的压应力峰值,有利于减小熔池的前方压缩塑性应变,进而减小薄板结构的焊接变形.     

丝束同轴冷阴极电子束源研制及其熔丝增材制造适用性研究

为了提高电子束熔丝增材制造的质量和效率，开展了丝束同轴冷阴极电子束源关键技术研究。在分析丝束同轴冷阴极电子束产生机理的基础之上，研究丝束同轴：冷阴极电子枪的结构特点；采用三级AC-DC拓扑结构、加速电源内环-外环闭环控制电路、基于气流量调节的束流闭环控制电路等，研制了丝束同轴冷阴极电子束逆变电源；基于上述技术成果研制出了丝束同轴冷阴极电子束熔丝增材制造样机。对丝束同轴冷阴极电子束源的束流形貌特征、逆变电源输出特性、熔丝成形工艺进行了检测分析，结果表明：与轴侧送丝的热阴极电子束熔丝成形技术相比，采用丝束同轴冷阴极电子束源的熔丝成形设备所制备的试样微观组织得到明显改善，为大型金属结构的熔丝成形提供技术储备。     

丝束同轴冷阴极电子枪电子束注腰位置影响因素分析

丝束同轴电子束熔丝增材制造(C-EBAM)大部分能量作用于丝材可以避免轴侧送丝模式对成形质量所造成的不利影响,为了进一步提高C-EBAM的成形精度和成形效率,优化电子束流品质,开展了丝束同轴冷阴极电子枪电子束注腰位置影响因素分析的工作。针对C-EBAM电子枪束源等离子阳极透镜结构表征困难,在理论分析电子束注腰空间位置参数的基础上,采用数值模拟与试验分析相结合的方法,研究了阴-阳极电极结构、工作电压、放电气体类型以及气体压力等对束流注腰位置特征参数的影响规律。数值模拟结果表明,阴极球面半径与阳极倾角对束流起静电汇聚能力影响着注腰处电流密度,表现为先增大后减小趋势。试验分析表明,工作电压、放电气体类型以及气体压力影响等离子体电离度与粒子运动速度,改变了注腰空间位置特征参数,即随着工作电压、气体流量增加,电子枪下端面至注腰轴向中心距离、注腰长度分别增大。     

半桥式逆变电路偏磁现象的分析与试验

建立了主变压器磁通偏移的动态模型,分析了半桥式电路因正负脉冲宽度不一致导致的磁平衡与磁不平衡过程.通过开关管驱动脉冲差异试验获得了半桥电路从磁平衡状态到出现磁密饱和过程的完整波形,为研究逆变电路的偏磁机理提供了依据.试验发现偏磁饱和电流并不一定出现在导通脉宽大的一侧,利用所建立的动态模型对试验现象进行理论分析,所得分析结果与实际试验结果相符.     

基于DSP的电子束焊接高压逆变电源控制系统的研制

研制了一套基于TMS320LF2407A型DSP的数字化电子束焊接逆变电源控制系统.使用DSP的通用定时器和比较寄存器产生占空比与死区时间可调的、频率为20 kHz的PWM脉冲.设计IGBT保护电路使其免受过电压、欠电压和过电流的影响.采用光纤对束流、高压信号进行采样.DSP采用位置型PID控制算法实现电源的恒压特性;给出了控制系统的软件流程框图.实验表明该控制系统所控制的电源在空载时输出设定电压.     

低频高压脉冲放电水处理电源设计

采用电容作为储能元器件,气体放电管作为脉冲开关,设计了低频高压脉冲放电水处理电源。结合电流电压双闭环负反馈控制方法,设计了绝缘栅双极型晶体管(IGBT)逆变直流充电电路,可对储能电容进行恒压限流充电。基于PIC16F72单片机,研制了专门的放电触发时序控制电路,实现了3路高压脉冲放电电路交替放电,脉冲电源放电频率可达200Hz。将该高压脉冲电源应用于日落黄模拟印染废水处理,降解效果显著。     

电子束加速电源主电路拓扑的研究

为了获得稳定性更高、隔离性能更可靠的电子束加速电源,对60 kV/30 kW中压大功率加速电源的拓扑结构和控制电路进行了优化,采用三相逆变电流均流结构、电压双闭环调节以及串联多一级全桥逆变电路的方式,研制出了一种结构更优的高压电源并进行了相关的性能实验。结果表明所研制的高压电源输出电压稳定,可调性好,高低压电气隔离性能优越,能够很好地满足电子束焊接工艺对高压电源的各项要求。     

丝束同轴冷阴极电子枪的研制

与传统基于热阴极电子枪的熔丝增材制造技术相比,基于丝束同轴冷阴极电子枪的熔丝增材制造技术具有明显优势。为了缩短与世界先进电子束熔丝增材制造技术的差距,通过分析丝束同轴冷阴极电子束产生机理,采用模拟仿真技术优化影响束流品质的阴极、阳极参数,根据仿真结果研制了一套具有完全自主知识产权的丝束同轴冷阴极电子枪。所研制的丝束同轴冷阴极电子枪输出束流呈现"X"形状,熔滴过渡模式可以调控,熔丝成形效率达到5.02kg/h。     

一种新型导管安装感应钎焊系统的研究

针对安装位置导管感应钎焊的特点,采用IGBT串联谐振回路作为感应加热回路的拓扑结构.设计了独特的准谐振频率自动跟踪技术,使感应加热回路始终工作在最佳的谐振状态,确保了电源主电路安全可靠工作.将光纤传光与辐射测温相结合的温度测量技术引入到感应钎焊中,消除了电磁场对温度测量和传输的干扰影响,提高了温度测量精度.开发了基于PLC的数字PID控制算法,与全桥逆变直流调功技术相结合,实现钎焊过程的数字化精确控制.研制成功了一套新型的导管安装感应钎焊系统,并完成相关工艺试验,成功地应用于某型号飞机导管生产线.