電子束焊縫二次電子成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究.pdf

1、隨著電子束廣泛地應(yīng)用于高精度焊接,對(duì)電子束聚焦后斑點(diǎn)半徑要求也越來(lái)越小,這給電子束焊縫的觀察和對(duì)中提出了更高的要求。在給定焊接規(guī)范下,電子束斑點(diǎn)與焊縫中心的合適位置(對(duì)中)是取得高強(qiáng)度接頭的關(guān)鍵性問題,直接影響著焊接質(zhì)量的好壞。
　　目前通常采用光學(xué)觀察系統(tǒng)進(jìn)行電子束焊縫觀察與對(duì)中,此類系統(tǒng)由于需對(duì)射線進(jìn)行屏蔽、采用輔助光源和真空—大氣密封過渡等原因,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大;更重要的是,光學(xué)觀察鏡頭易發(fā)生偏動(dòng),經(jīng)常被金屬蒸汽蒸鍍,

2、給焊縫觀察和對(duì)中帶來(lái)了極大不便。本文通過對(duì)電子束轟擊工件產(chǎn)生的背反射電子和二次電子進(jìn)行分析和研究,根據(jù)產(chǎn)生的二次電子在工件幾何表面及焊縫上有不同特性的原理,提出電子束焊縫二次電子成像系統(tǒng),該系統(tǒng)采用穩(wěn)定的電子束對(duì)工件表面進(jìn)行掃描,同時(shí)采集產(chǎn)生的二次電子,通過對(duì)二次電子信號(hào)進(jìn)行處理,在顯像管上顯示出工件表面和焊縫圖像,能很好的解決以上各種問題。
　　電子束與工件相互作用是一系列復(fù)雜的彈性和非彈性散射物理過程,在這一過程中散射出背反射

3、電子、二次電子等。通過對(duì)現(xiàn)有各種彈性和非彈性物理模型的對(duì)比和分析,選用 Mott彈性散射截面、Gryzinsky非彈性散射截面、Bethe能量損失模型,來(lái)構(gòu)建二次電子發(fā)射的物理模型,用 Monte Carlo方法模擬了二次電子散射的過程,把模擬結(jié)果與現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析,得出了二次電子能量在5 eV左右,二次電子發(fā)射系數(shù)在某一入射電子束能量下最大等基本規(guī)律數(shù)據(jù);根據(jù)模擬數(shù)據(jù)預(yù)估了在較高能量的入射電子束下,金屬二次電子的發(fā)射系數(shù)在

4、0.1左右,甚至更低;此方法為電子束焊接中不同材料的工件的二次電子發(fā)射過程提供了一個(gè)有效的模擬手段。
　　通過對(duì)二次電子發(fā)射機(jī)理的深入研究,基于小束流掃描情況下二次電子的產(chǎn)生及其信號(hào)規(guī)律,提出了二次電子成像系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方案,并闡述了系統(tǒng)工作原理。采用金屬板做二次電子檢測(cè)器,滿足信號(hào)采集要求,又不會(huì)受金屬蒸鍍的影響;以D7609P集成電路為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)了場(chǎng)、行同步掃描電路;根據(jù)電路需要,設(shè)計(jì)了低壓電源電路,并分析了中、高壓電源電路的