基于Helmholtz的低感抗电子束偏转扫描线圈仿真

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1、研究论文基于Helmholtz的低感抗电子束偏转扫描线圈仿真米李平林1，张伟1，许海鹰2，黄业文1(1．北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191；2．中国航空制造技术高能束流加工技术国防科技重点实验室，北京100024)[摘要】为了提高电子束偏转扫描频率和磁场均>--j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

2、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，扫描频率可迭30kHz。关键词：HehIflloltz空心线圈；电子枪；低感抗偏转扫描线圈；仿真DesignandSimulationofElectronBeamLowImpedanceDeflectionScanningCoilBasedonHelmholtzC’oilLIPinglinl，ZHANGWeil，XUHaiyin92，HUANGYewenl(1．SchoolofMechanicalEngineeri

3、ng&Automation，BeihangUniversity,Beijing100191，China；2．NationalKeyLaboratoryofScienceandTechnologyonPowerBeamProcesses，AVICManufacturingTechnologyInstitute，Beijing100024，China)【ABSTRACT】Inordertoimprovetheelectronbeamdeflectionscanningfrequencyandmagneticfieldun

4、iformity,alowimpedancedeflectionscanningcoilfortheelectronbeamgunisdesigned，employingtheHelmholtzair-corecoil．AdoptingthefiniteelementanalysissoftwareANSYSWOrkbench．themagneticfielddistributionofthedeflectionscanningcoiliSsimulated，andtheelectromagneticfieldint

5、hecoilismeasuredbythegaussmeteLItshowedthattheanalogdataisconsis—tentwiththemeasureddataandthemagneticfluxdensityanduniformityofthemagneticfieldinsidethecoilcouldsatisfytherequirementoftheelectronbeamhighfrequencydeflectionscanning．Theactualscanningtestshowedth

6、atthecoilcanachievethetwo-pointelectronbeamhighfrequencydeflectionscanning，reachinga30kHzfrequency．Keywords：Helmholtzair-corecoil；Electronbeamgun；Lowimpedancedeflectionscanningcoil；SimulationDOI：10．160SO／j．issnl671—833x．2017．12。089钛合金因具有轻质、高强度等优点，逐渐成为航空制造领域的重要结

7、构材料，其连接方式多采用焊接方法。电子束焊接具有功率密度高、焊接变形小、深宽比大等优点，且焊缝具有优良的微观组织、机械性能和疲劳性能，在大厚度钛合金构件加工方面具有明显的优势。高温钛合金具有较强的冷裂倾向，焊接时容易出现裂纹，通常需要进行焊前预热和焊后缓冷。然而，由于电子束焊接在真空条件下进行，焊接过程中采用辅助热源进行预热和缓冷存在较大困难“J。通过偏转扫描线圈产生的电磁场控制电子束偏转产生的多束流，可在焊接过程中进行焊前预热和焊后缓冷，可明显降低焊接裂纹、气孑L数量和减小焊接变形。国外机构和学者就此开展了大量工作

8、，并取得了积极的研究进展。Kolenic等口1和ROthrich等口’分别在AW6060合金和铸铁两种材料上试验成功；美国NASA采用电子束多束流焊接F一22钛合金支座，该零件成功通过了两个周期的最大载荷全谱疲劳测试，并未发现永久变形[4】。然而，国内在电子束多束流焊接技术方面尚处于起步阶段，与国外还存在较大差距。目前，国内使用的偏转扫描线圈多