近年来,掌握电子束与材料的交互行为的特性和其品质以及完善超高能密度的电热源装置,成为了国内外对电子束偏转扫描控制的主要研究方向。电子束偏转扫描控制系统的研究取得成果能够使电子束加工工艺技术得到改进,并通过利用CNC控制及计算机控制来提高电子束加工设备的柔性从而扩大电子束加工的应用范围。通过数字电路,利用程序预置产生波形编码从而产生各种各样的波形来完成电子束扫描信号发生器(任意波形发生器)的设计与制作。该任意波形发发生器具有易于调试、方法简单等多种优点,完全能够满足多种功能的电子束扫描需求。电子束焊机的扫描信号可采用集成模拟电路或数字电路来获取[7]。23863
国内外将电子束应用于材料的表面改性。表面熔凝、涂层重熔和电子束涂层熔覆是电子束表面改性技术主要内容,即通过电子束对材料表面快速熔凝、对原有涂层重熔和对材料表面熔覆涂层,以获取具有独特性能的表面改性层、电子束表面改性技术首先要解决的问题就是裂纹、气孔等缺陷[8]。论文网
国内外还通过对电子束进行精确控制来实现电子束快速制造。例如瑞典 ARCAM 公司于1994年开发出了电子束熔化成形技术(Electron Beam Melting)。之后,多个国家的科研人员通过使用 EBM 技术对快速成形加工工艺进行了很重要的研究工作。清华大学在研究的基础上开发出了电子束选区熔化技术(Electron Beam Selective Melting, EBSM),美国麻省理工学院开发的电子束实体自由成形技术( Electron Beam Solid Freeform Fabrication, EBSFF)[9]。通过对电子束偏转扫描的控制,获得高效率、多性能特征的电子束,以提高加工效率[10]。例如在电子束焊接中,需要把电子束沿焊接方向分为三束,采用电子束扫描控制系统对每束电子束能量输入分布进行控制,使得三束电子束的能量不同[11]。一束用于焊前预热,一束用于焊接,还有一束用于焊后处理,以达到一次性焊接成型的目的,既提高了焊缝质量,也提高了工作效率[12]。Akira通过对电子束的控制,利用电子束对钛合金的表面熔凝处理进行了研究。其研究表明,随电子束能量密度的增加,钛合金的表面粗糙度会降低,从而提高了热障涂层的组织结构均匀性、抗氧化性能以及抗腐蚀性能[8]。
但是在电子束的偏转扫描控制过程中存在多种缺陷。例如电子束的大偏角时与偏转误差的电子散焦,电路工作可靠性较差、不易经行调试、结构复杂等。现有的电子束加工设备虽然也具有扫描单元,但其波形种类相对来说比较固定,无法进行扩展再加上扫描范围有限,扫描控制系统只是将线段进行简单的组合,不能实现多种扫描路径,也不利于扫描工艺的开发,同时电子束扫描中过冲会导致扫描精度的降低,从而影响零件的成形质量[13]。
我国在这方面的研究起步较晚,国外已经建立了若干的扫描控制系统。但其电子束的频率比较低,扫描铺展角比较小,不能满足大面积加热的要求。因此,这些扫描单元几乎不能应用与钎焊和表面改性处理领域。具有体积小、重量轻、耗能省、价格低、可靠性高和通用灵活等优点[14]。
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