电子枪束源部件结构尺寸对束流品质影响的CST仿真

在直热式电子枪中,电子枪束源部件结构尺寸的改变会改变静电场对电子束的初次汇聚,从而影响束流品质。针对电子枪中静电场以及电子运动轨迹难以用常规方法直接测量的问题,通过建立1∶1三维模型,并利用CST电磁仿真粒子工作室对整个束流产生过程进行模拟。利用控制单一变量的方法,结合模拟所得数据,得到了在不同条件下,静电场分布、电子的运动轨迹以及各个变量与最终焦点处束流电流密度关系曲线,最终得到了束流品质最优的束源部件结构尺寸。用优化了阴阳极结构及阴阳极距离后的电子枪在铝合金板材上进行实际焊接试验,所得焊缝形貌优于原有电子枪焊接所得焊缝,证明了模拟结果的正确性。此种模拟方法为改善现有电子枪束流品质以及未来电子枪设计提供了参考依据。

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。

150 kV逆变电源性能优化及其束源特性

为了进一步提高电子束流发生系统工作的可靠性和稳定性,提高电子束加工质量,采用AC-DC-AC-DC-AC-DC的拓扑电路、新型功率变压器、高压脉冲检测技术、优化的束流反馈控制与灯丝加热电流闭环反馈控制技术等,分别优化了高压加速电源、偏压电源与灯丝加热电源。将所研制逆变电源与150 k V/30 k W电子枪、真空系统等组成了一套电子束流发生系统,测试了该电子束流发生系统输出的高压、最大束流以及灯丝加热电流、偏压变化对束流输出的影响。试验结果表明:经过优化的逆变电源高压输出达到-150 k V,高压输出线性度较好,最大束流达到200 m A;高压、灯丝加热电流给定时,随着偏压降低,束流输出逐渐增大;高压、偏压给定时,随着灯丝加热电流增大,束流输出存在死区、线性增大区和恒流区。

高压逆变电子束焊接电源研制及其焊接适用性研究

为了进一步提高电子束焊机工作的可靠性和稳定性,提高电子束加工质量,采用AC-DC-AC-DCAC-DC的拓扑电路和双闭环控制策略设计制造了高压加速电源、偏压电源与灯丝加热电源。将所研制高压逆变电源与150 kV/30 kW电子枪、真空系统等组成了一套电子束焊接设备,分别测试了该电子束焊接设备输出的高压、最大束流、焊接工艺参数一致性、最大焊接深度。试验结果表明,所研制的逆变电源高压输出达到150 kV,高压输出线性度较好;工艺参数一致性较好;最大束流达到200 mA;钛合金焊接深度达到100 mm。这表明所研制的高压逆变电子束焊接电源的焊接适用性良好。

小束斑电子束脉冲轰击偏压电源的研制

为了获得一种性价比较高的电子束表面处理技术,采用定频调压电路,研制出一种新型偏压脉冲电源。这种电源由偏压主电路拓扑、偏压变压器和偏压整流滤波电路组成,其中偏压主电路由偏压基值发生电路和偏压脉冲发生电路组成。偏压基值发生电路控制偏压脉冲基值,偏压脉冲发生电路控制偏压脉冲频率和占空比。脉冲偏压电源的脉冲基值、脉冲频率、占空比均连续可调,相应实现脉冲束流的幅值、束流频率和占空比的调节。检测分析了脉冲偏压电源的输出电压波形,带载时的输出束流波形,并观察分析了电子束轰击后钨合金组织变化规律。结果表明所研制的脉冲偏压电源输出电压稳定、可调性好,能满足小束斑脉冲电子束轰击工艺的要求。

CST仿真技术在电子枪聚焦部件中的应用

电子枪聚焦部件的结构和尺寸会直接决定最终电子束焦点处电流密度和束流半径,影响电子束流品质。通过CST仿真软件对电子枪聚焦部件进行分析,模拟得到电子枪聚焦部件不同的结构尺寸参数对电子束电流密度和束流半径的影响结果。仿真结果表明,在其他参数不变的情况下,聚焦线圈端面与电子发射面距离从305mm增加345mm时,电子束流半径从1.44mm减小至0.93mm;聚焦线圈内半径从30mm增大至40mm时,电子束流半径从0.86mm增至1.38mm;磁轭间隙从28mm增至43mm时,电子束流半径先减小再增大,在34mm处束流半径达到最小值0.957mm。使用基于CST仿真优化参数制备聚焦线圈的电子枪对1mm TC4薄板进行焊接试验,在相同焊接工艺参数的情况下,新得到的焊缝宽度小于原有焊缝。

基于随机数的ASK、FSK调制解调模块的VHDL实现

在Virtex Ⅱ-Pro系列以XC2VP30 FPGA芯片为核心的开发板上完成基于用户随机数ASK、FSK调制解调模块的VHDL实现。通过加入用户自定义随机数sys_random,在不使用专用加解密芯片处理的情况下,与传统通信系统中使用单一ASK、FSK调制解调模块相比,保密性能得到一定提高。摘要:

EB-PVD设备逆变电源研制

为了提高EB-PVD设备性能、增强其工作灵活性,基于三级AC-DC拓扑电路、多路逆变电路串并联技术、双闭环控制策略分别设计制造了加速电源、灯丝加热电源,并将所研制加速电源、灯丝加热电源与两极电子枪、真空系统、控制系统等进行集成,组成EB-PVD试验装置,分别测试了该装置输出的高压、最大束流、灯丝加热电流、功率变压器输入波形等。试验结果表明:所研制的逆变电源输出高压达到-30k V,束流输出时逆变电源输出特性为恒压特性;灯丝加热电流最大150A,最大束流达到2000m A。这表明所研制的逆变电源满足EB-PVD设备工作需求。

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。

EB-PVD设备灯丝加热电源的研制

稳定可靠的灯丝加热电源是保障EB-PVD设备长期稳定工作的关键部件之一,采用三级AC-DC拓扑、低漏感的灯丝变压器、双闭环控制策略设计制造了灯丝加热电源。并将所研制灯丝加热电源与EB-PVD设备其它部件等进行系统集成,组成EB-PVD试验装置,对所研制灯丝加热变压器输入电压波形和最大输出电流进行检测,灯丝加热电流达到150 A以上;并且在此装置上测试了灯丝加热电流与输出电子束流的对应关系。试验结果表明:所研制的灯丝加热电源能够满足EB-PVD设备工作需求。

基于慧鱼模型的机械机构教具设计

利用慧鱼模型,设计机械机构教具。该教具由载重车、支架及六个机械机构面板组成,六个面板上所设计的机构分别为凸轮机构、齿轮传动、平面连杆机构、增速器和减速器、带传动及平面四杆机构的展示,该教具具有能够在教室中自由穿梭、局部定位等功能,使学生更加容易掌握机械机构类的相关理论知识。

列车制动盘磨粒磨损仿真分析

针对轨道车辆运行过程中进行基础制动时,制动盘与闸片接触时制动盘出现的磨粒磨损现象,采用LS-DYNA软件建立制动盘磨粒磨损模型并进行仿真分析,研究制动盘材料的磨损变形过程,分析磨损参数对划擦力的影响规律。研究表明:制动盘的磨损变形依次经历弹性变形、塑性变形、分离成屑等过程;划擦深度增大导致划擦力的增大,划擦速度对划擦力的影响较小。

电子束选区熔化过程中吹粉机理及因素分析综述

电子束选区熔化(SEBM)过程中,粉末颗粒在电子束作用下带负电引起库仑相互作用,易造成粉末散射,发生吹粉现象。此现象会导致电子枪放电、束流不稳定、粉末不均匀铺展等问题,继而造成工艺不稳定而加工停止。为扩大SEBM工艺适用范围,以电子束与粉末相互作用为基础,从粉末特性和工艺参数两方面分析了吹粉的形成机理及影响因素,根据降低粉末间静电力的方式总结了预防吹粉的措施,最后阐述了吹粉问题在SEBM基础研究方面的发展方向,以期为SEBM长期工作稳定性、可靠性的提高及质量提升提供参考。

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。

冷阴极气体放电电子枪的研制

为了促进冷阴极电子束加工技术在国内的发展,在深入研究冷阴极电子发射机理基础之上,设计制造了一种自主知识产权的冷阴极气体放电电子枪,对该电子枪的结构、阴极功能及其参数、阳极功能及其参数、CST仿真软件确定聚焦线圈参数的方法进行了介绍。通过实验发现:每一种放电气体的最小"点火"电压与放电气体种类、气流量大小有关;氦、氩等纯惰性气体作为放电气体,长时间工作后会出现束流减小现象;给定加速电压及铝阴极表面的氧化膜存在条件下,输出束流随着气流量增大而增大;加速电压不变时,氦气中氧含量为1.2%~2.4%调整时,对束流输出影响不大。初步实验结果表明,所研制冷阴极气体放电电子枪采用氧含量2%左右的氦-氧混合气体作为放电气体,能够实现束流长期稳定输出,功率达到30 kW,最大束流达到1500 mA以上。

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。

铝钛异种合金电子束焊接接头组织与界面分析

采用真空电子束技术获得了7075铝合金和TC4钛合金异种接头。分别通过金相显微镜、扫描电镜和能谱分析仪等检测仪器观察了焊接接头的宏观形貌、微观组织特征和元素分布情况,同时分析了过渡层中金属间化合物的形成过程及其影响因素。试验结果表明:熔合区铝合金侧微观组织以柱状晶、等轴晶组织为主,还有少量的细晶组织,钛合金侧会析出呈针状或片层状的α相和α'相。由于TiAl3的自由能最小,在铝焊缝和钛焊缝的界面生成的金属间化合物主要成分为TiAl3,元素扩散不充分导致少量的TiAl、TiAl2等中间相生成,且随着热输入量的增加,金属间化合物层逐渐变厚,但化合物种类不变。试验结果为铝钛异种合金焊接界面研究提供了借鉴参考。

冷阴极气体放电电子束源系统研制

基于冷阴极电子发射机理,设计制造了冷阴极气体放电电子枪及其电子光学系统;为了使其能够长期稳定工作,采用三级AC-DC拓扑电路、功率变压器原边并联与输出端整流电路串联获取高压的电路、双闭环控制及放电保护技术等,设计制造了冷阴极气体放电电子枪逆变电源;基于上述技术研制的冷阴极气体放电电子束源实现了-20kV/1500mA束流输出。试验结果表明,惰性气体作为放电气体,长时间工作易出现束流减小现象;以空气作为放电气体,输出表现为低压大电流特性;给定的He、Ar、空气的气流量小于0.03L/min,输出束流随着加速电压增大而增大;给定加速电压不变,He气流量逐渐增大,输出束流随着气流量增大而增大;第3级AC-DC电路中的IGBT全桥逆变电路的输出电压、电流波形一致较好,可以保障冷阴极气体放电电子束源长期稳定工作、大功率输出的需求。

100kV焊接用电子枪的设计和优化

采用LaB6间热式阴极,运用综合迭代法,设计了一款焊接用的大功率电子枪。在理论设计的基础上通过Munro软件中的Source模块对初始结构参数进行了优化调整,最终达到了功率36kW、加速电压100kV、发射束流360mA、束腰直径300μm的设计指标。采用单一变量法进行了大量仿真试验,总结出了电子枪的栅极位置、栅极孔径、栅极电压、阳极位置、阳极孔径与电子束束流大小和束腰直径之间的关系,这对于三极式电子枪的结构参数调整优化具有一定的指导意义。

丝束同轴冷阴极电子束熔丝特性及TC4成形组织

针对热阴极电子束轴侧熔丝与丝束同轴冷阴极电子束熔丝方法的特点进行分析,研究了丝束同轴冷阴极电子束熔丝增材制造熔滴过渡特点及获得滴状过渡和搭桥过渡方式需要满足的条件。采用直径2 mm的TC4钛合金丝材制备出丝束同轴冷阴极电子束熔丝增材制造的钛合金试样,对其微观组织进行分析,结果表明:与常规热阴极电子束轴侧熔丝成形的工艺相比,丝束同轴冷阴极电子束熔丝成形试样的组织表现为等轴晶与柱状晶层层交替叠加的状态,柱状晶与等轴晶尺寸明显减小,表明成形试样的晶粒细化,力学性能得到提高。