电子束焊机系统结构分析

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：图4-2-21所示为典型的真空电子束焊机，主要包括主机、高压油箱、控制柜、真空系统及监控系统几个部分。图4-2-21 电子束焊机结构框图控制柜内置高压电源控制、阴极加热电源控制、束流（栅偏压）控制、束流聚焦控制、束流偏转扫描控制以及真空控制元件和工件传动控制装置的电气控制等。电子枪结构电子枪是电子束焊机的核心装置，有以下四个主要功能：1）阴极发射电子。

图4-2-21所示为典型的真空电子束焊机，主要包括主机、高压油箱、控制柜、真空系统及监控系统几个部分。

（1）主机包括电子枪、焊接真空室、工件（或电子枪）传动系统、检测监控系统、操作控制台。

（2）高压油箱内置电子枪阳极高压电源、阴极加热电源、栅偏电压直流电源等。由于电子枪加速电压高达60～150kV，电子枪阳极与阴极灯丝、栅极偏压电源有公共连接点，系统对地皆处于高电压，必须置于绝缘性能良好的变压器油中。

图4-2-21 电子束焊机结构框图

（3）控制柜内置高压电源控制、阴极加热电源控制、束流（栅偏压）控制、束流聚焦控制、束流偏转扫描控制以及真空控制元件和工件传动控制装置的电气控制等。

（4）电子束焊机配有两套相互独立的真空系统，一套用于电子枪抽气，一套用于焊接室抽气；电子枪真空系统包括机械泵、分子泵、闸阀、真空计等；焊接室真空系统包括机械泵、罗茨泵、扩散泵、闸阀、真空计等；电子枪上装有隔离阀，打开焊接室更换工件时，焊接室充气，仍可使电子枪保持高真空状态；真空系统配置灵敏的真空测量与控制装置，对两路独立的真空系统进行实时监控，同时具有完善的自保护能力，如在各种状态下，能完成真空系统中的泵、阀等自动切换和联锁保护。

（5）电子枪结构电子枪是电子束焊机的核心装置，有以下四个主要功能：

1）阴极发射电子（热发射、场致发射）。(https://www.chuimin.cn)

2）阴极—阳极间施加高压电场，将阴极发射的电子加速至极高的速度（0.3～0.7倍光速）。

3）栅偏负压控制电子束流的大小。

4）静电透镜和电磁透镜对电子束进行聚焦，形成高能密度束流。

5）偏转线圈磁场使束流产生偏转。

电子枪结构原理如图4-2-22所示，三极电子枪由阴极（电子发射）、栅极（栅偏电压）和阳极（加速电压）组成。阴极与阳极之间施加高压加速电场，加速电压电源的负极连接电子枪阴极，正极连接电子枪的阳极。阳极与设备外壳相连，并严格接地，接地电阻小于4Ω。加速电压由三相工频交流整流、滤波、中频（或高频）逆变，变压器升压，再经全波整流得到60～150kV以上高压。阴极电源普遍采用逆变电源，逆变产生的1～10kHz中频交流经变压器降压、整流、滤波，输出20～30V直流电压用于阴极灯丝加热。灯丝电源负极与加速电压的负极相连。阳极、阴极之间有一个栅偏压控制极，栅偏电压也采用逆变直流电源，15kHz中频交流经整流滤波获得1000～1500V直流电源，栅极相对于阴极呈负偏压，栅偏电源负极接栅极，正极接阴极。调节栅极负电位的高低、或改变栅偏电极形状和位置可以调节电子束流的大小。为了防止高压的击穿、电子束流的散射和能量的损耗，电子枪室的真空度需保持在5×10^-2Pa以上。

图4-2-22 电子枪结构原理

1—偏转线圈 2—聚焦线圈 3—阳极 4—栅极 5—灯丝 6—灯丝电源 7—栅偏电源 8—高压电源 9—扫描电源

电子束焊机系统结构分析

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