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。     

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。     

TC4钛合金薄板多束流电子束焊接变形控制研究

采用电子束高频偏转扫描技术实现了多束流电子束焊接,在焊接的同时增加两个辅助电子束热源进行TC4钛合金薄板的焊后缓冷,利用辅助热源在焊缝两侧产生的热应力来改变焊件的应力分布,达到减小焊后应力、控制焊接变形的目的。重点研究了辅助热源位置和能量分配等工艺参数对焊接变形的影响。试验结果表明,采用辅助热源进行焊后缓冷可以有效减小焊接变形,当D=5mm,H=10mm,电子束束流为9.3m A,能量分配为16.25%时,1mm厚的TC4钛合金薄板焊接变形最小。     

TC4钛合金薄板多束流电子束焊接变形控制研究

采用电子束高频偏转扫描技术实现了多束流电子束焊接,在焊接的同时增加两个辅助电子束热源进行TC4钛合金薄板的焊后缓冷,利用辅助热源在焊缝两侧产生的热应力来改变焊件的应力分布,达到减小焊后应力、控制焊接变形的目的。重点研究了辅助热源位置和能量分配等工艺参数对焊接变形的影响。实验结果表明,采用辅助热源进行焊后缓冷可以有效减小焊接变形,当D=5mm,H=10mm,电子束束流为9.3m A,能量分配为16.25%时,1mm厚的TC4钛合金薄板焊接变形最小。     

TC4钛合金电子束焊接焦点动态变化特性研究

为了探索电子束深熔穿透焊接原理,针对20mm厚TC4钛合金中厚板材开展了电子束焊接工艺实验,分析了电子束焊接过程焦点动态变化特性,研究了焊接速度、工作距离对电子束焊接焦点动态变化特性的影响.结果表明,随着焊接速度增加,临界穿透束流增大,焦点动态变化特征曲线上移;随着工作距离的增加,动态焦点逐渐向下移动;保持其他参数恒定,随着聚焦电流增加,电子束焦点动态变化,焊缝形貌由钉形向钟罩形过渡.     

TC4钛合金电子束焊接工艺参数对焊缝形状的影响

对TC4钛合金厚板电子束焊接焊缝形状进行了试验研究,分析了电子束焊接过程中不同工艺参数对焊缝形状的影响。结果表明,电子束聚焦电流对焊缝形状的影响较大,随着聚焦电流的变化,焊缝形状变化各异;焊接速度对焊缝形状的影响较聚焦电流要小,焊接速度不同,焊缝整体形状有所不同,但差异不大;电子束流对焊缝形状的影响作用较小,焊缝形状的变化近似于整体缩放。     

TA15钛合金电子束焊缝形貌及其组织研究

采用不同工艺参数对TA15钛合金进行电子束焊接,通过观察焊缝形貌、测量其形状参数研究了焊接接头形貌的变化规律,并分析了焊接接头组织。结果表明:增大电子束流时,熔深、半熔深熔宽、焊缝宽度都增大,焊缝横截面的形状从"钉形"转变为"钟罩形";增大焊接速度,对焊缝形状影响不大,熔深、半熔深熔宽及焊缝宽度均减小,深宽比先增大后减小;聚焦电流的增大对熔深作用较明显,半熔深熔宽及焊缝宽度变化不大;扫描幅值的增加使焊缝熔深减小,半熔深熔宽增大。靠近母材的热影响区组织与母材组织相近,主要由初生等轴状α相及转变β相组成,并出现针状(α+β);靠近熔合线的组织由α相和针状(α+β)相构成,并出现α'马氏体;熔合区组织由α'组成,熔合线周围柱状晶垂直于焊缝中心生长,并在焊缝中心形成单列或多列的等轴状晶。     

TA15钛合金电子束焊平行焊缝形貌及显微组织研究

对TA15钛合金厚板电子束焊接均匀焊缝即熔合线近似平行的焊缝的电子束焊接工艺进行了研究,获得了一系列均匀焊缝的焊接工艺方法。选用加速电压为140kV、焊接速度600mm/min,聚焦电流318mA和338mA,电子束流43mA和50mA的工艺条件获得了2种形状的焊缝。研究结果表明,电流越大,焊缝显微组织越粗大,热影响区越宽,接头显微硬度曲线也越平滑。     

工艺参数对2A97T3铝锂合金光纤激光焊接焊缝成形的影响

通过系统的工艺试验研究了1.2mm的2A97T3铝锂合金光纤激光焊接工艺参数对焊缝成形的影响。结果表明:增大焊接热输入会使焊缝熔宽及背宽比增加,其中背面熔宽变化显著,而正面熔宽变化幅度较小;焊接热输入过大时,会出现因焊缝下塌而导致熔宽减小的现象。随着焊接速度和激光功率的增大,形成深熔焊缝的参数范围会越来越窄。在线能量相同的情况下,高速焊所获得的焊缝成形较好,热导焊焊缝硬度明显高于深熔焊焊缝的硬度。     

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。     

铝合金厚板FSW焊缝成形及金属流动行为分析

采用三角平面圆锥形搅拌针焊接20 mm厚的铝板,分析工艺参数对焊缝成形及金属流动特征影响。随着旋转速度增加,单位时间内金属迁移量增大,焊核区面积增加,疏松区面积减小至消失;而过大的旋转速度反而使疏松缺陷再次出现。适当减小焊接速度,增大单位长度内焊缝热输入,改善焊缝成形,但焊接速度过小易导致焊缝上部受热过多,疏松区及内部孔洞变大。在合适的参数下焊接时,瞬时空腔的出现可使更多塑化金属绕搅拌针做圆周迁移,即提高了沿水平方向的“抽吸-挤压”效应,改善了金属流动性,减少甚至消除焊缝内部缺陷。     

射频自体辉光放电辅助电子束沉积的放电特性与离子分布研究

为了克服电子束蒸镀技术的不足,提高蒸镀薄膜与基体的膜基结合力,通过增加射频线圈的方法,在电子束蒸镀沉积过程中实现了射频自体辉光放电。研究了放电参数对射频辉光放电反射功率的影响规律,结果表明采用3匝直径82mm的射频线圈条件下,最佳放电距离为100cm。电子束流在160mA以上时,起辉较容易,但是电子束流大于200mA后,蒸镀的膜层容易脱落。通过静电探针分析发现,放电产生的等离子体中离子密度高于1.0×1010atom/cm3,射频功率的增大提高了真空室中各个位置处的离子密度,尤其是线圈中心位置,导致了真空室中离子密度径向位置的不均匀性。当射频功率为170W时,各位置的离子密度急剧增加。     

空间电子束电聚焦系统的设计

根据国内外空间焊接技术的研究状况,提出了我国空间电子束焊枪用等径三圆简单透镜为主透镜的电聚焦系统设计方案和计算机辅助设计方法,利用计算机编程完成了聚焦系统的参数概算并取得了满意的结果。研究结果表明：电子束电流散焦小,在偏转磁场中束截面较小,工件上的束斑半径最小可达0．65615mm,可满足空间焊接和切割的需要,并证实了空间电聚焦系统的计算和设计方法是正确的。     

反推力装置运动学与动力学仿真

为了研究叶栅式反推力装置各部件在工作过程中的运动学与动力学特性,根据机构运动原理对反推力装置进行简化并建立了运动学与动力学数学模型。以滑动整流罩位移与阻流门所受气动负荷为输入进行运动学与动力学仿真,得到了反推力装置各部件的位移、速度及受力特性曲线,并对比分析了在不同尺寸参数下各部件特征点的运动轨迹和反推力装置负载力变化。结果表明:运动学及动力学仿真结果与工程实际相符;反推力装置机构参数选择不合理时,各设计点会发生干涉现象并导致机构无法运动;机构参数变化对负载力最大值影响尤为突出,在阻流门AC段长度值增大6%,阻流门CB段长度值减小9%的情况下,负载力正向最大值将增大19.53%,负向最大值增大12.67%。研究方法及研究结果可为反推力装置运动学及动力学分析,以及为反推力装置机构优化设计提供参考。      

焊接参数对QCr0.8/1Cr21Ni5Ti电子束焊接头力学性能的影响

在真空度为5.4×10-2Pa,保持加速电压60 kV不变,表面聚焦状态下,改变电子束束流及焊接速度,对铬青铜(QCr0.8)与双相不锈钢(1Cr21Ni5Ti)进行了电子束对中焊接试验.通过光学金相、SEM对焊缝组织及接头断口进行了分析,并对接头进行了拉伸试验和接头区的微区显微硬度测试.研究表明,接头强度随焊接束流及焊接速度的改变呈近抛物线变化规律,接头断口呈典型的韧窝断裂特征,接头塑性较好,但总体强度偏低;焊缝区的显微硬度分布出现宏观不均.     

不同频率下薄板铝合金VPPA穿孔成型及焊缝性能

针对薄板铝合金穿孔型变极性等离子焊接控制困难的问题,探讨了交流频率对其焊接的影响规律,分析了交流频率在40及52 Hz两种情况下,3 mm厚的5A06铝合金VPPA焊接穿孔工艺特点.结果表明,采用合理的焊接参数,可以实现薄板铝合金的穿孔型变极性等离子焊接,并能够稳定地控制焊接过程.当交流频率增大时,焊漏宽度与焊漏高度均增大,咬边产生的几率减小,有利于薄板焊接.随着频率增大,热影响区与焊缝中心的弥散相有增大的趋势,但并不影响接头的拉伸性能.     

电子束焊机电磁聚焦控制系统的优化设计

聚焦电流是电子束焊接过程中一个非常重要的参数,调节聚焦电流可以控制电子束焦点相对于工件的位置,从而获得较好的焊缝截面形貌.研究了一种应用混合集成电路技术实现的恒流源,以适应聚焦系统对恒流源高精度、高温度稳定性和较大电流的需求,满足焊接工件在不同的工作距离下都可获得品质较好的电子束束斑.     

电子束焊接能量对焊缝力学性能的影响研究

电子束焊接能量对TC4钛合金焊缝力学性能具有一定的影响。随着电子束焊接次数的增加,焊缝能量输入增加,焊接残余拉应力逐渐增大,焊缝拉伸性能和断裂延伸率降低;当焊接次数达到6次时,拉伸强度为927MPa,低于母材强度的90%,无法满足GJB1718A-2005 I级标准要求;当焊接次数达到4次时,焊缝断裂伸长率低于10%。     

TC4钛合金EBW焊缝电子束局部热处理的三维温度场和应力场计算

以12 mm TC4(Ti-6Al-4V)钛合金厚板为研究对象,进行电子束焊接和局部热处理的有限元分析.提出了柱状体热源载荷模型和高斯环状面热源载荷模型;利用有限元模拟技术计算了给定工艺参数下电子束焊接和局部热处理的三维温度场和应力场.有限元分析的结果表明在采用合理工艺参数情况下电子束局部热处理可以减小焊后的残余应力.     

小尺寸燃烧室短管的电子束焊接工艺研究

燃烧室短管原设计采用氩弧焊4点焊接,由于短管尺寸小、数量多,氩弧焊焊点在使用过程中容易开裂,造成短管脱落,影响发动机的正常使用。为了解决燃烧室短管的连接强度问题,研究了短管的电子束焊接工艺方法,解决了短管装配定位、焊缝成形差、内部缺陷多等问题,通过电子束流的快速偏转焊接,有效提高了焊缝的质量和焊接的效率。