电子束焊接异种合金薄板时的偏转扫描控制方法技术

本发明专利技术涉及一种电子束焊接异种合金薄板时的偏转扫描控制方法。该方法包括：在电子束通道的输出端设置通电的偏转线圈，该偏转线圈设在电子枪的聚焦线圈输出侧，使聚焦电子束在磁场洛伦兹力的作用下产生偏转扫描束流；通过控制输入偏转线圈的电流大小，以控制电子束的偏转扫描参数，获得热输入能量为高斯分布的电子束斑，使电子束焊接异种合金薄板时，电子束斑作用在低熔点和高熔点的合金薄板上的热输入能量分别为P0和P1，其中P0＜P1。通过设置通电的偏转线圈，能对偏转扫描磁场控制，以精确控制电子束的偏移量，使熔点高的一侧能量输入大,熔点低的一侧能量输入小，以实现焊接时对热输入精确控制，从而得到性能更优良的焊缝接头。

Deflection Scanning Control Method for Electron Beam Welding of Dissimilar Alloy Sheet

【技术实现步骤摘要】
电子束焊接异种合金薄板时的偏转扫描控制方法
本专利技术涉及电子束焊接
，特别是涉及电子束焊接异种合金薄板时的偏转扫描控制方法。
技术介绍
随着航空、航天、微电子及国防工业的快速发展，对构件的服役性能提出越来越苛刻的要求。单一材质的构件已经不能满足复杂工况下服役条件，为了满足构件轻量化、结构功能一体化和低成本设计制造的发展需要，由单一合金向多种合金复合构件发展变为一种新的应用趋势。以最大限度发挥异种材料的性能优势。针对异种材料的焊接，由于异种材料物理性能、化学性能的差异和冶金不相容性，传统熔焊方法使液态熔池过度混合，生成大量的硬而脆的金属间化合物，大厚度的金属间化合物不但存在微裂纹，而且含有较大的内应力，大大降低了接头性能。因此传统熔焊工艺不能有效地对异种合金进行焊接。真空电子束焊接借助于独特的传热机制以及纯净的真空焊接环境，避免了焊接过程的污染，具有焊接变形小、加热和冷却速度快、能量密度大、深宽比大等特点，对于焊接异种合金薄板焊接具有显著的优势，是异种材料理想的焊接技术之一。目前，采用电子束焊接异种合金薄板时，只能通过光学观察调整束流位置实现焊缝对中，对中后异种合金两侧能量输入相等,但由于异种合金往往熔点差别较大，所以相同的热输入难以保证接头的焊接质量。若想实现异种合金两侧能量输入不同，只能通过机械方法微调电子束斑和焊缝的相对位置，对熔点高的一侧能量输入大一些,熔点低一侧能量输入小一些,但由于是通过光学观察结合机械运动来调整，热输入比例不能精确控制分配，从而导致焊缝质量下降。因此，专利技术人提供了一种电子束焊接异种合金薄板时的偏转扫描控制方法。专利技术内容本专利技术实施例提供了一种电子束焊接异种合金薄板时的偏转扫描控制方法，能够实现对电子束偏转扫描的精确控制，从而精确控制电子束在异种合金薄板上焊接时的偏移量，以达到精确控制热输入能量的目的，从而得到性能更优良的焊缝接头。本专利技术的实施例提出了一种电子束焊接异种合金薄板时的偏转扫描控制方法，该方法包括：在电子束通道的输出端设置通电的偏转线圈，所述偏转线圈设在电子枪的聚焦线圈输出侧，使聚焦电子束在磁场洛伦兹力的作用下产生偏转扫描束流；通过控制输入所述偏转线圈的电流大小，以控制电子束的偏转扫描参数，获得热输入能量为高斯分布的电子束斑，使电子束焊接异种合金薄板时，电子束斑作用在低熔点和高熔点的合金薄板上的热输入能量分别为P0和P1，其中P0＜P1。进一步地，所述偏转线圈包括两个相互垂直的沿电子束径向分布的X向偏转线圈和Y向偏转线圈，所述X向偏转线圈和所述Y向偏转线圈均分别输入相应的电流和波形控制信号。进一步地，还包括设有扫描波形信号装置和直流分量信号发生装置，所述扫描波形信号装置输出扫描波形X信号和扫描波形Y信号，所述直流分量信号发生装置输出直流分量X信号和直流分量Y信号，其中，所述扫描波形X信号和所述直流分量X信号同步输入X向偏转线圈驱动器，并经其放大后输出给所述X向偏转线圈；所述扫描波形Y信号和所述直流分量Y信号同步输入Y向偏转线圈驱动器，并经其放大后输出给所述Y向偏转线圈。进一步地，所述电子束的偏转扫描参数包括电子束的偏移量、扫描波形、扫描幅值、扫描频率。进一步地，在所述偏转线圈的作用下，电子束焊接异种合金薄板时，电子束沿异种合金薄板焊缝方向进行高频往复偏转扫描，同时，电子束向高熔点的合金薄板一侧偏移预定距离并在异种合金薄板之间做高频往复扫描运动。综上，本专利技术的一种电子束焊接异种合金薄板时的偏转扫描控制方法，通过在电子束通道的输出端设置通电的偏转线圈，使电子束在磁场洛伦兹力的作用下产生偏转扫描，能使电子束斑扫描路径按照设定的扫描参数进行偏转扫描，并能实现实时精确控制各参数，由于束斑直径一定，束斑形状一定，束斑能量呈高斯分布，因此，通过控制电子束偏转扫描即可控制电子束在异种金属材料上的热输入能量，使低熔点金属热输入少，高熔点金属热输入多，从而使需焊接的异种金属均匀熔化，此外还通过双向扫描，起到搅拌熔池细化晶粒的作用，从而能获得表面成形良好、内部组织均匀的高强度焊接接头。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例的一种电子束焊接异种合金薄板时的偏转扫描控制方法的应用场景示意图。图2是本专利技术的控制波形示意图。图中：1-扫描波形信号装置；2-直流分量信号发生装置；3-输出的扫描波形X信号；4-输出的扫描波形Y信号；5-输出的直流分量X信号；6-输出的直流分量Y信号；7-X向偏转线圈驱动器；8-Y向偏转线圈驱动器；9-X向偏转线圈；10-电子枪聚束集；11-阳极；12-聚焦线圈；13-Y向偏转线圈；14-束流；15-高熔点的合金薄板；16-焊缝；17-低熔点的合金薄板；18-工作台。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本专利技术的原理，但不能用来限制本专利技术的范围，即本专利技术不限于所描述的实施例，在不脱离本专利技术的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。图1是本专利技术实施例的一种电子束焊接异种合金薄板时的偏转扫描控制方法的应用场景示意图，如图1所示，电子束(束流)14从阴极发射后，经过电子枪聚束集10和阳极11之间产生的静电场加速，在经过聚焦线圈12聚焦，在电子束通道的输出端设置有通电的偏转线圈(X向偏转线圈9和Y向偏转线圈13)，所述偏转线圈设在电子枪的聚焦线圈12的输出侧，使聚焦电子束在磁场洛伦兹力的作用下产生偏转扫描束流14；在焊接作业时，通过控制输入所述偏转线圈的电流大小，能够控制偏转线圈的波形，以控制电子束(图1中的束流14)的偏转扫描参数，获得热输入能量为高斯分布的电子束斑，使电子束焊接异种合金薄板(图1中为放在焊接工作台18上的高熔点的合金薄板15和低熔点的合金薄板17)时，电子束斑作用在低熔点和高熔点的合金薄板上的热输入能量分别为P0和P1，其中P0＜P1。具体地，本专利技术中的所述偏转线圈包括两个相互垂直的沿电子束径向分布的X向偏转线圈9和Y向偏转线圈13，所述X向偏转线圈9和所述Y向偏转线圈13均分别输入相应的电流和波形控制信号。进一步地，本专利技术的方法还包括设有扫描波形信号装置1和直流分量信号发生装置2，所述扫描波形信号装置1包括输出的扫描波形X信号3和输出的扫描波形Y信号4，所述直流分量信号发生装置2包括输出的直流分量X信号5和输出的直流分量Y信号6，其中，输出的扫描波形X信号3和输出的直流分量X信号5同步输入X向偏转线圈驱动器7，并经其放大后输出给所述X向偏转线圈9；同时，输出的扫描波形Y信号4和输出的直流分量Y信号6同步输入Y向偏转线圈驱动器8，并经其放大后输出给所述Y向偏转线圈13。在本专利技术的偏转线圈(X向偏转线圈9和Y向偏转线圈13)的作用下，电子束焊接异种合金薄板时，电子束(束流14)沿异种合金薄板焊缝16方向(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.电子束焊接异种合金薄板时的偏转扫描控制方法，其特征在于，包括：在电子束通道的输出端设置通电的偏转线圈，所述偏转线圈设在电子枪的聚焦线圈输出侧，使聚焦电子束在磁场洛伦兹力的作用下产生偏转扫描束流；通过控制输入所述偏转线圈的电流大小，以控制电子束的偏转扫描参数，获得热输入能量为高斯分布的电子束斑，使电子束焊接异种合金薄板时，电子束斑作用在低熔点和高熔点的合金薄板上的热输入能量分别为P0和P1，其中P0＜P1。

【技术特征摘要】
1.电子束焊接异种合金薄板时的偏转扫描控制方法，其特征在于，包括：在电子束通道的输出端设置通电的偏转线圈，所述偏转线圈设在电子枪的聚焦线圈输出侧，使聚焦电子束在磁场洛伦兹力的作用下产生偏转扫描束流；通过控制输入所述偏转线圈的电流大小，以控制电子束的偏转扫描参数，获得热输入能量为高斯分布的电子束斑，使电子束焊接异种合金薄板时，电子束斑作用在低熔点和高熔点的合金薄板上的热输入能量分别为P0和P1，其中P0＜P1。2.根据权利要求1所述的偏转扫描控制方法，其特征在于，所述偏转线圈包括两个相互垂直的沿电子束径向分布的X向偏转线圈和Y向偏转线圈，所述X向偏转线圈和所述Y向偏转线圈均分别输入相应的电流和波形控制信号。3.根据权利要求2所述的偏转扫描控制方法，其特征在于，还包括设有扫描波形信号装置和直流分量信...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑兴华，曲树平，许海鹰，杨波，付鹏飞，张红玉，路开通，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11