高能束流加工技术的发展概述

高能束流加工技术以高能量密度束流(电子束、激光、离子束等)为热源与材料作用，从而实现材料去除、连接、生长和改性。高能束流加工该技术具有独特的技术优势，被誉为本世纪先进制造技术之一，受到越来越多的重视，应用领域不断扩大。经过多年的发展，高能束流加工技术已经应用到焊接、表面工程和快速制造等方面，在航空、航天、船舶、兵器、交通、医疗等诸多领域发挥了重要作用。









　　高能束流束源品质的发展









　　高能束流加工技术的应用与发展和高能束流束源品质有着密切的关系。随着科学技术的不断发展，无论是电子束还是激光束，束流品质越来越好，能量密度、功率等参数越来越高，加工能力和加工质量都有所提高。









　　电子束束流品质主要有2方面的内涵：一是束流和高压的稳定性;二是束流的形态和能量分布。前者主要取决于高压电源及相应控制系统;后者主要取决于电子枪及其电磁聚焦系统。









　　高压电源是电子束加工设备的重要组成部分，自20世纪50年代以来，高压电源的设计及制造技术经历了3个阶段，即工频变压器、中频发电机组、高频开关式电源。在每个发展阶段，高压电源性能都得到了很大提高，特别是开关式高压电源，高压调节范围更广，有效功率更高、高压纹波、设备体积更小。目前，高压开关电源的各个部分均实现了高频工作方式，通常在束流满量程的情况下，束流稳定度达到±0.25%，高压的稳定度达到±0.25%。衬氟蝶阀









　　束流形态和能量分布主要取决于电子枪及其所属的电磁聚焦系统，目前没有专属的量化指标，通常可对束流的不同截面进行能量分布的测定，来分析束流形态和能量分布是否良好。目前，电子束流发生装置(电子枪)技术发展迅速，已经由低压小功率型发展到高压大功率型(如表1所示)，大大提升了加工能力和加工质量，同时拓展了电子束加工技术手段。









　　我国高压电子束焊接设备的研制开发起步较晚，这主要因为高压电子束加工设备中的电子枪和高压电源设计制造技术难度大，测试试验不易开展。目前，国内开展电子束焊接设备的研究较多，但主要局限于中压、小功率电子束焊机的研究，高压、大功率设备的研究相对较少。目前已经解决了大功率高压电源和高压电子枪的问题，国防科技重点实验室对高能束流加工技术进行了系统深入的研究，并取得了一定成果，高压电源的高压、束流稳定度均达到了±0.25%，同时也开发了新型电子束能量密度测量装置，以进行相关电子枪的研究改进。



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