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题目:电子束高频扫描系统及控制策略研究

关键词:电子束扫描技术,扫描线圈,高频扫描电路

  摘要

电子束多束流技术是指采用两束及两束以上的电子束流对工件进行加工处理的新型加工方法。电子束多束流可以通过一个或多个电子枪产生,当使用一个电子枪时,多束流的产生是通过对电磁场的分时控制实现的,即电子束在不同的位置之间高频扫描,由于热惯性的存在就会产生电子束的“多束”效果。利用电子束多束流技术可以实现“预热+焊接”、“焊接+缓冷”和“焊接+两边辅热”等复合电子束焊接工艺,这种新型的加工方法能够有效地降低工件的热裂倾向和残余应力。但是国内关于电子束多束流技术的研究却罕见报道,其原因在于国内对电子束多束流实现过程中的电子束高频扫描技术这个关键技术的研究还不太成熟。我国电子束扫描技术跟国外的发展水平尚有一段差距,针对这个现状,结合我国现有的理论实践基础展开对电子束高频扫描线圈和高频扫描电路的研究,对提高我国电子束多束流技术发展水平有着重要的理论意义和实际价值。为了实现电子束的高频扫描,根据电子束偏转扫描的理论基础,提出了多极靴结构的高频扫描线圈设计方案,并通过ANSYS有限元仿真软件对多极靴结构的偏转线圈的静态磁场分布以及不同极靴数量对其磁场的影响进行仿真,并根据仿真结果确定了最佳的极靴数量为12个;针对电子束高频扫描技术的特点,提出了电子束扫描系统基于恒压源和线性电源的主电路拓扑结构,并设计了基于单片机PIC18F458的控制软件;利用北京航空制造工程研究所的高压电子束焊接设备搭建了电子束多束流实验平台,并做了 “焊接+缓冷”和“3束流多缝焊”等相关的工艺试验。实验结果表明,所设计的电子束高频扫描系统,提高了电子束的高频扫描频率和束流偏转角度,两束流最高扫描频率可达30KHz,偏转角度最大可达±10°,实现了“焊接+缓冷”等复合电子束焊接工艺。