新型高压电子光学系统研究

摘要

电子束焊接具有焊接能量密度高、焊缝热影响区窄、工件变形小、深宽比大、焊接效率高、电子束控制方便等诸多优点而受到越来越多的重视和应用。其核心技术在于电子光学系统的设计,因此,有必要对该系统进行深入地研究。本论文以功率为30kW、加速电压为150kV的高压电子束焊机为例,对其电子枪的电子光学系统进行了系统地研究,主要体现在如下几个方面:
　　1.对电子枪电子光学系统的工作原理进行了深入的分析与研究;
　　2.对电子束发生系统、磁聚焦系统的重要结构的相关参数进行设计和计算;
　　3.应用有限单元法原理ANSYS软件对高压静电场电位分布和磁透镜极靴附近的磁场分布进行分析与模拟;
　　4.建立了电子在电场和磁场中飞行轨迹的数学模型,根据改进的数学模型运用Matlab软件编程对电子的飞行轨迹进行仿真;
　　5.分析了影响束斑质量的因素,并提出改进的方法;
　　6.进行下束实验,测量束斑的大小,通过实验来验证理论结果,并分析误差产生的原因。
　　本文通过理论分析与实验相结合的方法对电子束焊机电子枪的电子光学系统进行了较为深入地研究,对该系统的改进具有重要的指导意义。

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第一章 绪论

§1.1电子束焊接概述

§1.2电子光学系统

§1.3课题来源及国内外电子束焊接技术发展现状

§1.4研究内容和意义

第二章 电子束发生系统设计及高压静电场的分布研究

§2.1电子束发生系统的结构设计

§2.2电子枪特性参数及电子束形轮廓的计算

§2.3电子束形的计算与求解

§2.4高压静电场场分布的模拟

§2.5本章小结

第三章 磁聚焦系统结构设计及磁场分布研究

§3.1电子光学理论

§3.2磁聚焦透镜

§3.3聚焦磁透镜的磁场

§3.4聚焦磁透镜的磁场分布

§3.5本章小结

第四章 电子轨迹的数值求解

§4.1静电场中电子的轨迹方程

§4.2高压静电场中电子运动方程的数值求解

§4.3电子运动方程求解程序的设计

§4.4磁场中的电子运动

§4.5本章小结

第五章 像差对电子轨迹的影响

§5.1几何像差

§5.2色差

§5.3像差的叠加

§5.4本章小结

第六章 电子束实际束斑大小的测量实验

§6.1实验设备及实验前的准备

§6.2实验方法及过程

§6.3实验结果分析

§6.4本章小结

第七章 总结与展望

§7.1总 结

§7.2展 望

参考文献

致谢

硕士期间参与的科研项目及发表的学术论文