一种60 kV焊接用太空电子枪的设计研究

采取间热式阴极加热方式并选取LaB₆作为阴极材料,设计了一种焊接用太空电子枪。利用Vaughan综合迭代法得出了电子枪的初值,根据这些初值设计了电子枪的3极结构,并对磁透镜进行了设计。通过仿真不断地对电子枪的3个电极和透镜的参数进行适当地调整,以使仿真结果满足实际设计目标要求,同时在透镜的调试过程中进行了规律性分析。试验表明,该设计满足总发射束流60 mA和交叉斑直径0.3 mm,以及在工作距离300 mm处束斑0.4 mm的目标参数,此设计方法和整套设计流程可以为电子枪的设计提供一定的参考。     

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。     

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...     

电子枪主辅聚焦线圈安匝数的计算方法

介绍了在电子枪设计过程中,主、辅聚焦线圈安匝数的一种计算方法,为设计线圈绕组的匝数和控制电路的输出电流提供了可靠的依据。     

基于亥姆霍兹线圈的电子束偏转扫描技术研究

针对电子束偏转扫描频率低以及扫描线圈磁场不均匀的问题,研究了电子束在磁场中的运动原理,设计了基于亥姆霍兹线圈的电子束偏转扫描线圈,并研究了相应的驱动电路。由电子枪的结构尺寸及亥姆霍兹线圈的基本原理设计了扫描线圈,由电子枪加速电压、工作距离及所需偏转范围确定了所需磁场强度,并进一步计算了安匝数。设计了基于PID控制的高频扫描驱动电路。结果表明,所设计的电子束偏转扫描线圈的磁场强度均匀性高,其驱动电路性能稳定,流过扫描线圈3A电流高达30kHz。     

三极电子枪研制中的几点体会

近年来,我国对真空电子束焊机的研制工作已有了一定的进展,先后研制成功了几种类型的电子束焊机。但是,几乎所有国产电子束焊机均采用二极电子枪。由于二极电子枪存在一些缺点。因此,我厂从一九七七年开始研制60千伏直热式三极电子枪。通过几年来的反复摸索与试验,已基本研制成功。经过一年多的产品工艺性试验与考核,证明三极枪性能良     

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。     

电子束焊机三极枪的研制

近年来,我国对真空电子束焊机的研制取得了一定成绩,先后研制成功了几种类型的电子束焊机。但是,所有国产电子束焊机均采用二极电子枪。由于二极枪存在不少缺点,因此我厂从一九七七年开始研制60千伏直热式三极电子枪。通过几年来的反复摸索与试验,基本研制成功,已经过一年多的产品工艺性试验与考核,证明三极枪性能良好。现将研制情况介绍如下。     

视频投影器

GE 公司的视频投影器是一种采用光阀管的彩色电视装置(光阀管是分离式的密封电子管型,采用了纹影法原理)。这种装置利用了透明油膜上的衍射光栅,具有利用一个电子枪引起彩色化等独特的优点。下面介绍一下它的工作原理、设计基础和工作特性的概要。     

灯丝电流磁场对电子枪束流品质的影响

在直热式电子枪中阴极灯丝电流将会产生磁场而影响电子运动轨迹。用一个简化模型来估算灯丝电流磁场导致束流产生的偏差,试验表明灯丝电流磁场确实影响了束流能量密度分布。把工程计算的结果与电子枪结构模拟的结果相比较所得结果是一致的。同时考虑灯丝加热电流跳动所带来的影响,试验表明随时间变化的磁场导致束流能量密度分散,焊缝质量下降,而且无法依靠静态合轴来消除。     

基于大功率电子枪的阴极加热控制系统的设计

以电子枪阴极灯丝加热电流为研究对象,建立一套可靠、稳定的阴极加热控制系统.相对于传统采用可控硅控制的单相交流调压电路,该电源的设计基于PWM电流控制芯片SG3525,采用恒频脉宽调制控制方式,自动调整输出功率得到稳定的电流输出.充分满足了阴极灯丝所需的低电压、大电流、加热速度快的特性要求.     

电子束焊机电子光学系统的计算机计算

前言电子束焊接具有能量集中、深宽比大、变形小、机械性能好等优点。同时,对于难熔、易氧化的金属的焊接有显著的优越性,这项工艺在我国也越来越多地被采用。但是,如何提高焊机性能,特别是如何设计合于理想的电子枪的电子光学系统,是遇到的主要问题之一。电子光学系统(见图)的计算,过去一般是根据电子光学理论进行预估计算,得出初步计算方案,然后用模拟装置进行实验。这种方     

电子束高频偏转扫描线圈的设计与仿真

为提高电子束高频偏转扫描的频率及磁场均匀性,基于Helmholtz线圈的工作原理,采用空心结构设计了一种高频偏转扫描线圈,并根据电子枪的结构和电子束偏转扫描的技术要求,计算了所需磁场强度及安匝数。采用三维软件Pro/e建立了几何模型和有限元分析模型,并利用Maxwell进行电磁场仿真,分析了所设计高频偏转扫描线圈电磁场分布的均匀性,并制作实物进行测量,测量结果与仿真结果基本一致。所设计的偏转扫描线圈产生的磁场强度及磁场均匀性均满足电子束高频偏转扫描的技术要求,实际测试结果表明,电子束扫描范围可达到350mm×350mm,电子束偏转扫描速度可实现7000mm/s。     

电子枪静电透镜部件仿真与优化

根据电磁透镜的原理可知,作用于工件上的工作束斑尺寸与电子束注腰的位置和尺寸相关。电子枪栅极出束孔直径与阳极位置的改变将会引起电场分布的变化,从而改变电子束注腰的位置与尺寸,最终影响工作束斑的大小。运用电磁场仿真软件CST仿真得到了电子枪静电透镜电场分布与束流轨迹。采用单一变量法,模拟得到100mA束流强度下栅极出束孔直径和阳极位置对电子束注腰位置与尺寸的影响规律。仿真结果表明,其他参数相同时,栅极出束孔直径D为2mm、阳极上端面到栅极下端面距离H为15mm时,电子束注腰位置最高,半径最小。选取优化参数D=2mm、H=15mm进行焊接试验,获得了深宽比更大的焊缝,证明达到了减小工作束斑尺寸和优化束流品质的目的。     

基于Helmholtz的低感抗电子束偏转扫描线圈仿真

为了提高电子束偏转扫描频率和磁场均匀性,采用Helmholtz空心线圈结构设计了一种低感抗电子枪偏转扫描线圈。采用ANSYS有限元分析软件对偏转扫描线圈的电磁场分布进行仿真,并采用高斯计对线圈内部的电磁场进行了测量,仿真结果与实际测量值基本吻合,线圈内部的磁感应强度大小和电磁场分布的均匀性可以满足电子束高频偏转扫描的要求。实际扫描试验表明,该线圈实现了两点电子束高频偏转扫描,扫描频率可达30 k Hz。     

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。     

电子束焊接在发动机翻修中的应用

西德汉莎公司飞机修理厂拥有一台大型电子束焊机,其工作室容积为1.75米~3,电子枪电压为15万伏,功率8.5千瓦,主要用于发动机零件的翻修: 1.风扇叶片的修补。每年修补JT3D、JT8D和JT9D的风扇叶片约1400片。叶片材料为钛合金TiAlV64,其进气边缘常被机外异     

对转涵道风扇桨叶高效设计方法

基于叶素动量理论的对转涵道风扇桨叶设计方法虽然设计速度快，但设计精度不高。为提高设计方法的设计精度，同时保留设计的快速性，通过CFD计算对基于叶素动量理论的桨叶快速设计方法进行修正，提出一种耦合CFD修正的对转涵道风扇桨叶高效设计方法。通过CFD计算与修正设计的不断迭代，可使设计结果收敛至CFD计算结果，得到满足设计要求的桨叶。结果表明：MRF方法对对转涵风扇性能的求解精度不足，需采用非定常CFD方法。而通过CFD计算结果修正桨叶的拉力占比、入流角及叶素气动力后，对转涵道风扇总拉力设计精度提高10.4%，扭矩设计精度提高18.2%。文中提出的高效设计方法只需进行少量的CFD计算修正便能较好地满足设计要求，进行加速处理后，设计效率进一步提高25%。     

超跨声速无导叶对转涡轮整流型动叶设计

为了探讨对转涡轮气动设计规律，采用常用于导叶的可控涡法设计对转涡轮上游整流动叶，并配合可控子午成型设计，用以控制对转涡轮内径向压力分布，并与传统涡轮进行了深入对比分析。该方法设计的5．25kg／s小流量模型对转涡轮效率为94．2％。三维数值模拟表明：对转涡轮取消导叶后，在设计自由度减小，参数受到制约条件下，整流动叶采用可控涡设计是调控对转涡轮流场积极有效措施之一。     

机场设计中的城市设计概念

近年来，城市设计（UrbanDesign）已成为我国建筑界和规划界的热门话题。英国《大不列颠百科全书》指出：“城市设计是对城市环境形态所做的各种合理处理和艺术安排。”而我们的《中国大百科全书》中，将城市设计定义为：是对城市形体环境所进行的设计。虽然对城市设计的定义众说纷经，但有一点是共同的，就是都提到了环境设计。通常我们认为城市设计的主要目标是改进人们的生存空间的环境质量和生活质量，相对城市规划而言，城市设计比较亿重形体艺术和人的知觉心理，并与形体环境概念相对应；就设计概念而言，建筑设计、城市规划与城市设…