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Ti Al3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Ti Al、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。     

150kV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。     

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。     

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。     

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...     

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。     

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。     

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。