一種實現小束斑高壓脈沖電子束轟擊的裝置制造方法
【專利摘要】本發明是一種實現小束斑高壓脈沖電子束轟擊的裝置，本發明技術方案通過調節聚焦線圈中的電流，改變聚焦磁場的強度，使材料表面的束斑被壓縮在直徑Φ2～4mm范圍內，由于脈沖電子束流≥200mA，從而實現了小束斑高功率密度脈沖束流的輸出；本發明裝置不但易于實現，而且具有良好的控制性，可以對工件的狹窄空間表面進行處理，將脈沖電子束流的輸出與偏轉線圈產生的偏轉磁場同步，配合不同的偏轉掃描波形，采用束斑搭接轟擊的方式，可實現對小孔邊緣、較大面積材料的表面處理。
【專利說明】一種實現小束斑高壓脈沖電子束轟擊的裝置
【技術領域】
[0001]本發明是一種實現小束斑高壓脈沖電子束轟擊的裝置，屬于材料表面改性處理【技術領域】。
【背景技術】
[0002]材料表面改性常用的載能束有激光束、離子束、電子束，激光束與材料表面相互作用時，能量轉化效率低，一般在5%~10%，對鈦合金材料進行表面改性，需要在良好的保護環境下進行；離子對材料的穿透能力遠低于電子，材料表面改性層的性能決定于注入元素的性能，而且存在元素注入、難以形成大厚度改性層等問題。與激光、離子束表面改性技術相比，電子束與材料作用時，能量轉化效率高達80%以上；在真空環境下工作，幾乎不存在材料表面被污染的問題；并且電子束的可控性更好，耦合效率更高。
[0003]常規電子束表面改性技術包括電子束表面強化技術、強流脈沖電子束轟擊表面改性技術。電子束表面強化技術有電子束表面淬火、電子束表面熔凝、電子束表面合金化等技術，它是利用電子束功率密度(IO6~109W/cm2)大的特點，使金屬表面材料迅速加熱熔化，并借助于冷態基體迅速冷卻，獲得一般冷卻速度下無法得到的化合物、過飽和固溶體、微晶，使得材料的硬度、耐腐蝕性、耐磨性等性能得到大幅度提高。該技術一般需要采用中壓60kV或高壓150kV電子束發生裝置配合電子束偏轉掃描技術來實現。該技術的局限性在于不易對電子束輸入能量進行精確控制，材料熱影響區大，工藝比較復雜，控制不當，易產生裂紋。
[0004]強流脈沖電子束轟擊表面改性技術通常是指采用加速電壓30kV左右、脈寬2 μ s左右、電流密度lOOOA/cm2、輸入能量大于2J/cm2、束斑直徑在幾十mm的大束斑電子束轟擊材料表面的一種材料 表面改性技術。采用大電流密度的電子束轟擊材料表面，可使入射能量瞬間沉積到金屬表面的薄膜層內，形成溫度梯度極高的熱作用區，同時，后續電子束能量繼續輸入，使金屬表層出現熔化、汽化及熔體噴發等物理現象，由于非均勻溫度分布與金屬蒸汽反作用力共同作用于金屬材料表面，使得被電子束轟擊區域的微觀組織和應力分布狀態發生顯著變化，從而實現常規表面處理技術難以實現的表面改性效果。通常電子束的束斑通過聚焦獲得，是一種圓形焦斑，電子束能量呈典型的高斯分布，束斑直徑越大，則電子束轟擊的邊界效應越明顯，需要采用特殊的均勻化電子束能量的技術，才能使束斑能量分布均勻。并且，大束斑轟擊需要的電子束束流高達幾百甚至上千A/cm2，這對于電源及電子槍的制造技術要求極其苛刻。
[0005]近年來，為了實現減重增效，提高結構重量系數，新型飛機大量使用鈦合金材料，而鈦合金構件上的焊縫、孔等通常是承載較重，受力分布極不均勻的關鍵位置，通常需要后續強化處理工藝對焊縫、小孔邊緣進行處理，以滿足特殊條件的應用需求。
[0006]采用常規電子束表面改性技術對鈦合金構件的焊縫、小孔邊緣進行表面改性處理，很難使被處理的鈦合金構件達到理想的處理效果。
【發明內容】

[0007]本發明正是為了彌補大束斑電子束轟擊材料表面改性技術針對小孔邊緣或復雜焊接構件焊縫表面強化處理方面的不足，設計提供了一種實現小束斑高壓脈沖電子束轟擊的裝置，其目的是針對航空工業領域實際應用的需求，在不改變電子束能量密度的前提下，縮小電子束束斑，配合偏轉掃描技術，實現對小孔邊緣、筋條與蒙皮之間焊縫或加強框、梁焊縫的強化，與掃描頻率同步，采用束斑搭接方式，實現對材料表面的大面積強化。
[0008]本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:
[0009]本發明技術方案提供了一種實現小束斑高壓脈沖電子束轟擊的裝置，其特征在于:該裝置包括大功率高壓電源(1)、脈沖偏壓電路(2)、燈絲加熱電路(3)，分別產生的電壓為_150kV、-2000V、12V，大功率高壓電源(I)通過電纜I (21)與脈沖偏壓電路(2)聯接，偏壓電路(2)通過高壓電纜III (33)聯接柵極(42)，大功率高壓電源(I)還通過電纜II (22)與燈絲加熱電路(3)聯接，燈絲加熱電路(3)通過高壓電纜I (31)、高壓電纜II (32)與燈絲(41)聯接，加熱燈絲(41)，時序控制電路(6)通過導線A(62)聯接脈沖偏壓電路(2)，時序控制電路(6)還通過導線B(61)聯接偏轉掃描電路(7)，偏轉掃描電路(7)通過導線C(71)聯接偏轉線圈(45)，聚焦電路(8)通過導線D(Sl)聯接聚焦線圈(44)；
[0010]燈絲(41)下部 依次放置柵極(42)、接地的陽極(43)、聚焦線圈(44)和偏轉線圈(45)，并安裝在真空電子槍(4)內，柵極(42)與陽極(43)之間的電壓可調范圍為-152 ~-150kV,
[0011]聚焦線圈(44)磁場線圈是平行于真空電子槍(4)的軸線的密繞線圈，聚焦線圈(44)提供的工作磁場方向平行于真空電子槍(4)的軸線，且與脈沖電子束流(9)方向相反，聚焦線圈(44)磁場的強度通過調節通過聚焦線圈(44)中的電流進行調節；
[0012]偏轉線圈(45)是由兩對垂直于真空電子槍(4)軸線方向的帶磁芯的密繞線圈組成，所述偏轉線圈(45)包含X向偏轉的線圈和Y方向偏轉的線圈，調整偏轉線圈(45)中的電流大小，使脈沖電子束流(9)向X向或Y向偏轉角度；
[0013]時序控制電路(6)產生同步控制信號，使偏壓電路(2)的脈沖束流輸出時刻與偏轉掃描電路(7)的輸出電流波形同步，實現束斑搭接的轟擊效應。
[0014]大功率高壓電源(I)產生的_150kV通過高壓電纜I (21)與脈沖偏壓電路(2)聯接，使脈沖偏壓電路(2)懸浮于_150kV電位上，通過高壓電纜II (22)與燈絲加熱電路
(3)聯接，使燈絲加熱電路3懸浮于-150kV電位上；施加于柵極42、陽極43之間的電壓為_152kV ;脈沖偏壓電路(2)控制偏壓可產生≥200mA的脈沖電子束流。
[0015]調節聚焦電路⑶輸出電流，改變聚焦線圈(44)中流過的電流，可以改變束斑大小。為適應大面積電子束轟擊的工藝需求，調節偏轉掃描電路(7)輸出的電流幅值，改變偏轉線圈(45)流過的電流波形，可以改變偏轉磁場，從而改變脈沖電子束流(9)在工件表面(10)的轟擊位置。
[0016]本發明所述裝置產生脈沖電子束流(9)的參數為:加速電壓150kV，脈沖束流≥200mA，脈沖持續時間2~4μ S，重復頻率0.1~1kHz，束斑直徑Φ2~4mm，束斑平均能量密度為I~15J/cm2。
[0017]時序控制電路(6)是以DSP數字信號處理器DSPIC30F4011、AD7525為核心的控制電路。[0018]時序控制電路(6)包括數字信號處理器DSPIC30F4011(601)、DAC轉化芯片AD7525(602)，數字信號處理器(601)的第25~30管腳RFO~RF5聯接DAC轉化芯片AD7525 (602)的DBO~DB5，數字信號處理器(601)的第33~38管腳REO~RE5聯接DAC轉化芯片AD7525(602)的DB6~DB11，數字信號處理器DSPIC30F4011 (601)的第22管腳RD2聯接DAC轉化芯片AD7525 (602)的A0、第23管腳RDO聯接DAC轉化芯片AD7525 (602)的Al。
[0019]時序控制電路6中，所述DSP的第4腳AN2用于采樣小孔孔徑參數調節的模擬量(603)、所述DSP的第5腳AN3用于采樣X向掃描距離參數調節的模擬量(604)、所述DSP的第6腳AM用于采樣Y向掃描距離參數調節的模擬量(605)、所述DSP的第7腳AN5用于采樣轟擊脈沖頻率參數調節的模擬量(606)、所述DSP的第8腳AN6用于采樣轟擊脈沖占空比參數調節的模擬量(607)、所述DSP的第9腳AN7用于采樣轟擊次數參數調節的模擬量(608)、所述DSP的第10腳AN8用于采樣轟擊束斑搭接率參數調節的模擬量(609)。
[0020]時序控制電路6中的數字信號處理器(601)的第25~30管腳RFO~RF5、第33~第38管腳REO~RE5的12個I/O端口用于分時輸出控制X向線圈電流幅值的數字量與Y向線圈電流幅值的數字量，時序控制電路6中的數字信號處理器(601)的第22管腳RD2與第23管腳RDO兩個I/O端口輸出數字量用于選擇AD7525 (602)的模擬量輸出端口，時序控制電路6中的數字信號處理器(601)的第24管腳RF6I/0端口用于輸出脈沖偏壓控制信號(610)。
[0021]本發明技術方案的優點在于:
[0022](I)通過調節聚焦線圈中的電流，可以改變聚焦磁場的強度，使材料表面的束斑被壓縮在直徑Φ2~4_范圍內，由于脈沖電子束流≥200mA，從而實現了小束斑高功率密度脈沖束流的輸出；
[0023](2)本發明裝置不但易于實現，而且具有良好的控制性，可以對工件的狹窄空間表面進行處理，將脈沖電子束流的輸出與偏轉線圈產生的偏轉磁場同步，配合不同的偏轉掃描波形，采用束斑搭接轟擊的方式，可實現對小孔邊緣、較大面積材料的表面處理。
[0024]說明書附圖
[0025]圖1為本發明裝置的整體結構示意圖
[0026]圖中:(I)是大功率高壓電源、(2)是脈沖偏壓電路、(3)是燈絲加熱電路，(21)是聯接大功率高壓電源⑴與脈沖偏壓電路⑵的電纜I，(22)是聯接大功率高壓電源(I)與燈絲加熱電路(3)的電纜II，(4)是真空電子槍，(41)是燈絲，(42)是柵極，(43)是陽極，(44)是聚焦線圈，(45)是偏轉線圈，(31)、(32)分別是高壓電纜1、高壓電纜II，用于聯接燈絲加熱電路⑶與燈絲(41)，(33)是聯接偏壓電路⑵與柵極(42)的高壓電纜III，(5)是真空室，(6)是時序控制電路，(7)是偏轉掃描電路，(61)是聯接時序控制電路(6)與偏轉掃描電路(7)的導線B，(62)是聯接時序控制電路(6)與脈沖偏壓電路(2)的導線A，(71)是聯接偏轉掃描電路(7)與偏轉線圈(45)的導線C，⑶是聚焦電路，(81)是聯接聚焦電路⑶與聚焦線圈(44)的導線D ; (9)是脈沖電子束流；(10)是工件；(11)是X向工作臺；
(12)是Y向工作臺。
[0027]圖2為本發明裝置中時序控制電路的示意圖
[0028]圖3為本發明裝置中時序控制的軟件流程圖[0029]圖4為圖3中的單次脈沖電子束轟擊子程序的流程圖
[0030]圖5為本發明裝置用于大面積材料表面轟擊處理的控制邏輯、轟擊過程掃描軌跡、轟擊效果的示意圖，其中:(a)是實現大面積束斑搭接轟擊效應的控制邏輯；(b)是轟擊過程中的掃描軌跡示意圖；(C)是大面積束斑搭接轟擊效果示意圖
[0031]圖6為本發明裝置用于小孔邊緣轟擊處理的控制邏輯、轟擊過程掃描軌跡、轟擊效果示意圖，其中:(a)是實現小孔邊緣束斑搭接轟擊的控制邏輯；(b)是小孔邊緣轟擊過程掃描軌跡示意圖；(C)是小孔邊緣束斑搭接轟擊效果示意圖。
【具體實施方式】
[0032]以下將結合附圖和實施例對本發明技術方案作進一步地詳述:
[0033]參見附圖1所示，該種實現小束斑高壓脈沖電子束轟擊的裝置，其特征在于:該裝置包括大功率高壓電源1、脈沖偏壓電路2、燈絲加熱電路3，分別產生的電壓為-150kV、-2000V、12V，大功率高壓電源I通過電纜I 21與脈沖偏壓電路2聯接，偏壓電路2通過高壓電纜III 33聯接柵極42，大功率高壓電源I還通過電纜II 22與燈絲加熱電路3聯接，燈絲加熱電路3通過高壓電纜I 31、高壓電纜II 32與燈絲41聯接，加熱燈絲41，時序控制電路6通過導線A62聯接脈沖偏壓電路2，時序控制電路6還通過導線B61聯接偏轉掃描電路7，偏轉掃描電路7通過導線C71聯接偏轉線圈45，聚焦電路8通過導線D81聯接聚焦線圈44;
[0034]燈絲41下部依次放置柵極42、接地的陽極43、聚焦線圈44和偏轉線圈45，并安裝在真空電子槍4內，柵極42與陽極43之間的電壓可調范圍為-152~_150kV，
[0035]聚焦線圈44磁場線圈是平行于真空電子槍4的軸線的密繞線圈，聚焦線圈44提供的工作磁場方向平行于真空電子槍4的軸線，且與脈沖電子束流9方向相反，聚焦線圈44磁場的強度通過調節通過聚焦線圈44中的電流進行調節；
[0036]偏轉線圈45是由兩對垂直于真空電子槍4軸線方向的帶磁芯的密繞線圈組成，所述偏轉線圈45包含X向偏轉的線圈和Y方向偏轉的線圈，調整偏轉線圈45中的電流大小，使脈沖電子束流9向X向或Y向偏轉角度；
[0037]時序控制電路6產生同步控制信號，使偏壓電路2的脈沖束流輸出時刻與偏轉掃描電路7的輸出電流波形同步，實現束斑搭接的轟擊效應。
[0038]參見附圖2所示，時序控制電路6包括數字信號處理器DSPIC30F4011601、DAC轉化芯片AD7525602，數字信號處理器601的第25~30管腳RFO~RF5聯接DAC轉化芯片AD7525602的DBO~DB5，數字信號處理器601的第33~38管腳REO~RE5聯接DAC轉化芯片AD7525602的DB6~DBl I，數字信號處理器DSPIC30F4011601的第22管腳RD2聯接DAC轉化芯片AD7525602的A0、第23管腳RDO聯接DAC轉化芯片AD7525602的Al。
[0039]小孔孔徑參數調節的模擬量603聯接數字信號處理器DSPIC30F4011601的第4腳AN2，X向掃描距離參數調節的模擬量604聯接數字信號處理器DSPIC30F4011601的第5腳AN3，Y向掃描距離參數調節的模擬量605聯接數字信號處理器DSPIC30F4011601的第6腳AM，轟擊脈沖頻率參數調節的模擬量606聯接數字信號處理器DSPIC30F4011601的第7腳AN5，轟擊脈沖占空比參數調節的模擬量607聯接數字信號處理器DSPIC30F4011601的第8腳AN6，轟擊次數參數調節的模擬量608聯接數字信號處理器DSPIC30F4011601的第9腳AN7，轟擊束斑搭接率參數調節的模擬量609聯接數字信號處理器DSPIC30F4011601的第10腳 AN8。
[0040]數字信號處理器DSPIC30F4011601的第24管腳RF6輸出脈沖偏壓控制信號610。[0041 ] 圖3為時序控制電路6的軟件流程圖，該軟件采用MICROCHIP公司提供的匯編語言編寫，存儲在數字信號處理器DSPIC30F4011601的程序存儲器中。
[0042]結合圖3對時序控制電路6的軟件工作過程進行說明:數字信號處理器DSPIC30F4011601系統上電以后，首先進行系統初始化64，對I/0端口初始化65，關閉所有I/O端口輸出66，程序對數字信號處理器DSPIC30F4011601的AN2~AN8端口輸入的模擬量進行工作參數采集67，對于所采集到的參數，判斷小孔孔徑參數調節的模擬量603是否大于零，進入判斷程序68，如果小孔孔徑參數設置為零，則進入程序82，根據采樣得到X向掃描距離參數調節的模擬量、Y向掃描距離參數調節的模擬量、轟擊束斑搭接率參數調節的模擬量609分別計算出X向、Y向電流幅值數字量，再根據采集到的轟擊脈沖占空比算出各轟擊點的駐留時間83，然后計算出X向電流臺階數量及其對應數字量84、Y向電流臺階數量及其對應數字量85，在所有參數設置完畢后，檢測轟擊次數是否到最大值，進入轟擊次數是否達到最大值判斷程序86，如果達到最大值，程序跳轉到66處；未達到最大值，進入轟擊初始位置設定87，檢測Y向電流臺階數量是否達到最大值88，達到最大值，程序跳轉到86處；未達到最大值，則根據當前Y向電流臺階數，控制Y向線圈中電流輸出89，再控制X向線圈電流輸出90，然后程序進入單次脈沖電子束轟擊子程序91，單次脈沖電子束轟擊結束后，對X向線圈電流的臺階數進行遞增92 ;對X向線圈電流的臺階數檢測其是否達到最大93，未達到最大值，則控制X向線圈輸出下一個臺階電流94，再跳轉到程序91處，重復程序91、92、93、94，直到X向電流臺階數量達到最大值，X向電流臺階數量達到最大后，控制X向線圈電流回復到初始值95，對于Y向電流臺階數量遞增96，程序跳轉至88處，重復程序88、89、90、91、92、93、94、95、96，直到Y向電流臺階數量達到最大，即一次大面積轟擊掃描過程完成，在該次大面積轟擊掃描完成后，判斷轟擊次數是否達到最大86，程序86未滿足要求，則需要多次轟擊，在執行完 程序87后，再重復程序88、89、90、91、92、93、94、95、96，直到Y向電流臺階數量達到最大，再一次大面積轟擊掃描過程完成。程序86滿足要求，則程序跳轉至66重新開始數據采樣，再根據采集到的各種參數，重新進行轟擊掃描。
[0043]在判斷程序68中，如果判斷出小孔孔徑參數設置大于零，則進入程序73，根據小孔孔徑計算出需要輸出正弦波與余弦波最大福祉的數字量，根據采樣得到的轟擊脈沖占空比算出各轟擊點的駐留時間74，進入程序75，根據小孔孔徑、轟擊束斑搭接率、束斑大小計算出正弦波、余弦波周期及小孔周圍束斑轟擊數量，然后檢測轟擊次數是否達到最大，在程序76中，判斷轟擊次數達到最大，則程序跳轉至66 ;否則進入77，對轟擊初始位置進行設定后，進入單次脈沖電子束轟擊子程序91，執行完一次脈沖電子束轟擊后，檢測正弦波或余弦波的一個周期是否結束，進入判斷程序78，正弦波或余弦波的周期未結束，則控制X向線圈、Y向線圈電流按照設定波形輸出79，在重復程序91、78、79，直到一個正弦波或余弦波的周期結束，即小孔邊緣一周均被電子束轟擊完畢。在判斷程序78檢測正弦波或余弦波的一個周期結束后，程序跳轉至76處，重新判斷是否需要多次轟擊，不需要，則跳轉至程序66，重新開始數據采樣，再根據采集到的各種參數，重新進行轟擊掃描。
[0044]圖4為圖3中的單次脈沖電子束轟擊子程序的流程圖，結合圖4對單次脈沖電子束轟擊子程序進行闡述。進入子程序91后，開啟束流轟擊的偏壓控制信號輸出911，然后根據轟擊脈沖占空比設置時間有沒有結束，進入判斷子程序912，沒有完成，進行判斷等待，直到根據轟擊占空比設置的時間達到，接著，關閉束流轟擊的偏壓控制信號輸出913，在進入判斷由轟擊脈沖頻率設置的周期時間有沒有達到914，沒達到則進行判斷等待，直到時間達到后，則恢復現場參數，返回主程序915。
[0045]本發明所述裝置的工作過程為:
[0046]1.根據工藝需求，用酒精對工件10需要處理的表面進行清理，將工件10固定在X向工作臺11上；
[0047]2.移動Y向工作臺12，使其帶動工件10，使工件10待處理的表面處于脈沖電子束9的引出位置；
[0048]3.關閉真空室5的大門，采用真空系統將電子槍4和真空室5的真空度抽到工作氣壓;
[0049]4.時序控制電路6輸出的脈沖偏壓控制信號610為零，關閉脈沖偏壓電路2的脈沖束流輸出，時序控制電路6輸出到偏轉線圈45中的X線圈模擬量、偏轉線圈45中的Y線圈模擬量為零，使所述線圈中的電流為零；
[0050]5.根據工件材質、預先獲取的工藝，設置大功率高壓電源I輸出電壓值、燈絲加熱電路3輸出電流值、聚焦電路8輸出電流值；
[0051]6.時序控制電路6分別向偏轉掃描電路7輸出控制偏轉線圈45中的X向線圈模擬量、控制偏轉線圈45中的Y向線圈模擬量，時序控制電路6同時向脈沖偏壓電路2輸出一個高電平有效信號，在所述信號有效時，偏轉掃描電路7輸出到偏轉線圈45中的X向、Y向線圈中的電流分別處于一個穩定值，脈沖偏壓電路2輸出的電壓達到-200V，脈沖電子束流9產生；
[0052]7.維持2~4μ s時間，時序控制電路6向脈沖偏壓電路2輸出一個低電平信號，脈沖偏壓電路2輸出的電壓為-2000V，脈沖電子束流9被關閉；
[0053]8.時序控制電路6根據預先設定的掃描頻率，在下一個掃描周期，時序控制電路6向偏轉掃描電路7分別輸出可以改變偏轉線圈45中的X向線圈中電流幅值的控制模擬量、改變偏轉線圈45中的Y向線圈中電流幅值的控制模擬量，使偏轉線圈45中的X向線圈或Y向線圈的輸出電流改變，時序控制電路6向脈沖偏壓電路2發出脈沖偏壓控制信號610為高電平的工作信號，脈沖偏壓電路2輸出電壓為-200V，脈沖電子束流9再次輸出；
[0054]9.重復步驟7、8，待工件10的所有需要處理的材料表面處理完畢，關閉所有工作電源、電路、真空系統，開啟真空室5的大門，取出工件10。
[0055]【具體實施方式】1:
[0056]以上述工作過程，采用束斑搭接方式對IOX IOmm的TC4鈦合金表面進行小束斑電子束轟擊強化，時序控制電路調整偏轉線圈中電流變化的過程:
[0057]1、在真空室5、電子槍4的真空度達到工作條件后，調節聚焦電路8，使脈沖電子束9的束斑直徑達到2mm ；
[0058]2、如圖5a所示，在tQ時刻，偏轉線圈45中的X向線圈流過電流為Ixl，偏轉線圈45中的Y向線圈流過電流為Iyi ；
[0059]3、時序控制電路6產生高電平有效的脈沖偏壓控制信號610，使脈沖偏壓電路2輸出為預設值，持續2μ s ；
[0060]4、時序控制電路6產生低電平脈沖偏壓控制信號610，使脈沖電子束流9關閉；
[0061]5、在t2、t3、t4、t5時刻，流過偏轉線圈45中的X向線圈的電流分別為Ix2、Ix3> -1x3、-1x2、-1xlj重復所述步驟3、步驟4的操作，直到6個束斑搭接轟擊完畢；
[0062]64t6、t7、t8、t9、t10、tn時刻，偏轉線圈45中的Y向線圈流過電流為Iy2，偏轉線圈45中的X向線圈流過電流為Ixl、Ix2、Ix3、-1x3、-1x2、_Ixl，重復所述步驟3、步驟4的操作，直到第二行6個束斑搭接轟擊完畢；
[0063]7、在t12~t17、t18~t23、t24~t29、t30~t35時段,對應的偏轉線圈45中的Y向線圈流過電流為IY3、-1Y3、-1Y2、-1yi時，分別在所述的每個時段，使偏轉線圈45中的X向線圈流過電流為Ixl、Ix2、Ix3、-1x3、-1x2、-1xl，重復所述步驟3、步驟4，直到6X6的束斑搭接轟擊完畢。
[0064]電子束轟擊偏轉掃描的軌跡如圖5b所示。
[0065]所述工作模式束斑搭接的轟擊示意圖如圖5c所示。
[0066]采用所述束斑搭接的轟擊工作模式，配合X向、Y向工作臺運動，可實現大面積材料表面的電子束轟擊強化。
[0067]【具體實施方式】2:
[0068]以上述工作過程，在對直徑2mm的TC4鈦合金小孔邊緣進行電子束轟擊強化時，時序控制電路調整偏轉線圈中電流變化的過程如下: [0069]1、在真空室5、電子槍4的真空度達到工作條件后，調節聚焦電路8，使脈沖電子束9的束斑直徑達到Imm ；
[0070]2、時序控制電路6控制偏轉掃描電路7，使偏轉線圈45中的X向線圈通過頻率為IHz的正弦波電流，使偏轉線圈45中的Y向線圈通過頻率為IHz的余弦波電流；所述偏轉線圈45中的X向、Y向線圈中流過的電流幅值可根據電子槍與工件的距離、轟擊束斑中心與小孔中心的間距確定；
[0071]3、時序控制電路6設定電子束轟擊的頻率為20Hz ；
[0072]4、如圖6a所示，在h時刻，時序控制電路6產生高電平有效的脈沖偏壓控制信號610，使脈沖偏壓電路2輸出為預設值，持續2 μ s ;
[0073]5、時序控制電路6產生低電平脈沖偏壓控制信號610，使脈沖電子束流9關閉；
[0074]6、在&~t19的每個時間段內，重復所述步驟4、步驟5 ；
[0075]7、在一個正弦波電流周期結束之時，時序控制電路6關閉脈沖偏壓電路2、偏轉掃描電路7，小孔邊緣被直徑Imm小束斑電子束轟擊強化完畢。
[0076]所述小孔邊緣轟擊過程掃描軌跡示意圖如圖6b所示。
[0077]所述小孔邊緣束斑搭接轟擊效果示意圖如圖6c所示。
【權利要求】
1.一種實現小束斑高壓脈沖電子束轟擊的裝置，其特征在于:該裝置包括大功率高壓電源(I)、脈沖偏壓電路(2)、燈絲加熱電路(3)，分別產生的電壓為-150kv、-2000VU2V，大功率高壓電源⑴通過電纜I (21)與脈沖偏壓電路(2)聯接，偏壓電路⑵通過高壓電纜III (33)聯接柵極(42)，大功率高壓電源(I)還通過電纜II (22)與燈絲加熱電路(3)聯接，燈絲加熱電路(3)通過高壓電纜I (31)、高壓電纜II (32)與燈絲(41)聯接，加熱燈絲(41)，時序控制電路(6)通過導線A (62)聯接脈沖偏壓電路(2)，時序控制電路(6)還通過導線B (61)聯接偏轉掃描電路(7)，偏轉掃描電路(7)通過導線C (71)聯接偏轉線圈(45)，聚焦電路(8)通過導線D(Sl)聯接聚焦線圈(44)； 燈絲(41)下部依次放置柵極(42)、接地的陽極(43)、聚焦線圈(44)和偏轉線圈(45)，并安裝在真空電子槍(4)內，柵極(42)與陽極(43)之間的電壓可調范圍為-152~-150kV， 聚焦線圈(44)磁場線圈是平行于真空電子槍(4)的軸線的密繞線圈，聚焦線圈(44)提供的工作磁場方向平行于真空電子槍(4)的軸線，且與脈沖電子束流(9)方向相反，聚焦線圈(44)磁場的強度通過調節流過聚焦線圈(44)中的電流進行調節； 偏轉線圈(45)是由兩對垂直于真空電子槍(4)軸線方向的帶磁芯的密繞線圈組成，所述偏轉線圈(45)包含X向偏轉的線圈和Y方向偏轉的線圈，調整偏轉線圈(45)中的電流大小，使脈沖電子束流(9)向X向或Y向偏轉角度； 時序控制電路(6)產生同步控制信號，使偏壓電路⑵的脈沖束流輸出時刻與偏轉掃描電路(7)的輸出電流波形同步，實現束斑搭接的轟擊效應。
2.根據權利要求1所述的實現小束斑高壓脈沖電子束轟擊的裝置，其特征在于:時序控制電路(6)是以DSP數字信號處理器DSPIC30F4011、AD7525為核心的控制電路。 時序控制電路 (6)包括數字信號處理器DSPIC30F4011 (601)、DAC轉化芯片AD7525(602)，數字信號處理器(601)的第25~30管腳RFO~RF5聯接DAC轉化芯片AD7525 (602)的DBO~DB5，數字信號處理器(601)的第33~38管腳REO~RE5聯接DAC轉化芯片AD7525(602)的DB6~DB11，數字信號處理器DSPIC30F4011 (601)的第22管腳RD2聯接DAC轉化芯片AD7525 (602)的A0、第23管腳RDO聯接DAC轉化芯片AD7525 (602)的Al。
3.根據權利要求2所述的實現小束斑高壓脈沖電子束轟擊的裝置，其特征在于:時序控制電路6中，所述DSP的第4腳AN2用于采樣小孔孔徑參數調節的模擬量(603)、所述DSP的第5腳AN3用于采樣X向掃描距離參數調節的模擬量(604)、所述DSP的第6腳AM用于采樣Y向掃描距離參數調節的模擬量(605)、所述DSP的第7腳AN5用于采樣轟擊脈沖頻率參數調節的模擬量(606)、所述DSP的第8腳AN6用于采樣轟擊脈沖占空比參數調節的模擬量(607)、所述DSP的第9腳AN7用于采樣轟擊次數參數調節的模擬量(608)、所述DSP的第10腳AN8用于采樣轟擊束斑搭接率參數調節的模擬量(609)。
4.根據權利要求2所述的一種實現小束斑高壓脈沖電子束轟擊的裝置，其特征在于:時序控制電路6中的數字信號處理器(601)的第25~30管腳RFO~RF5、第33~第38管腳REO~RE5的12個I/O端口用于分時輸出控制X向線圈電流幅值的數字量與Y向線圈電流幅值的數字量，時序控制電路6中的數字信號處理器(601)的第22管腳RD2與第23管腳RDO兩個I/O端口輸出數字量用于選擇AD7525 (602)的模擬量輸出端口，時序控制電路6中的數字信號處理器(601)的第24管腳RF6I/0端口用于輸出脈沖偏壓控制信號(610)。
5.根據權利要求1所述的一種實現小束斑高壓脈沖電子束轟擊的裝置，其特征在于:脈沖轟擊頻率I~1000Hz，束斑直`徑Φ2~4mm。
【文檔編號】C21D9/50GK103849716SQ201310346979
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年8月9日 優先權日:2013年8月9日
【發明者】許海鷹, 左從進, 鞏水利, 付鵬飛, 張偉, 韓瑞清, 韓鵬, 陸幼青 申請人:中國航空工業集團公司北京航空制造工程研究所