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304不锈钢脉冲电子束焊接温度场的模拟(英文)

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稀有金属材料与工程 2013年第S2期42卷 33-37页

作者：张伟肖攀陈卓北京航空航天大学北京100191

根据实际的焊缝形状,选择了组合热源模型,并分析了脉冲束流下热源模型的能量密度分布。脉冲热源的能量密度分布不仅与空间位置有关,还与热源作用的时刻有关。建立了304不锈钢的脉冲电子束焊接三维数学模型,分别模拟了脉冲电子束和普通... 详细信息

根据实际的焊缝形状,选择了组合热源模型,并分析了脉冲束流下热源模型的能量密度分布。脉冲热源的能量密度分布不仅与空间位置有关,还与热源作用的时刻有关。建立了304不锈钢的脉冲电子束焊接三维数学模型,分别模拟了脉冲电子束和普通连续电子束焊接的温度场,得到了不同参数下的温度场分布云图和热循环曲线。结果表明:与普通连续电子束焊接相比,脉冲电子束焊接得到的热循环曲线呈现波动的上升和下降,曲线上同时存在多个波峰和波谷,焊缝中心区的温度场波动幅度较大,而远离焊缝区的温度场几乎不受脉冲束流的影响;在相同平均束流作用下,脉冲电子束焊接得到焊缝中心的峰值温度要比连续电子束的高;将模拟预测的焊缝与实际的焊缝对比,结果较为吻合,验证了模型的准确性。

关键词：脉冲电子束焊接热源模型温度场数值模拟

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脉冲电子束焊接电源人机交互系统设计

电焊机 2016年第12期46卷 1-6页

作者：王海涛齐铂金刘方军范霁康北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

针对脉冲电子束焊接电源系统控制相对复杂的特点,设计了以MC9S12单片机为主控芯片、触摸屏为人机交互界面的人机交互系统。通过组态软件Easy Builder 8000完成触摸屏的人机界面设计,采用模块化的编程思想完成单片机的程序设计。采用RS-... 详细信息

针对脉冲电子束焊接电源系统控制相对复杂的特点,设计了以MC9S12单片机为主控芯片、触摸屏为人机交互界面的人机交互系统。通过组态软件Easy Builder 8000完成触摸屏的人机界面设计,采用模块化的编程思想完成单片机的程序设计。采用RS-485通讯接口电路,触摸屏通过Modbus协议与单片机实时通讯。试验表明,该人机交互系统能实现脉冲电子束焊接电源参数的统一管理,设置方便、界面友好、性能稳定。

关键词：脉冲电子束焊接焊接电源人机交互单片机触摸屏

TC2钛合金薄板连续/脉冲电子束焊接数值模拟研究

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TC2钛合金薄板连续/脉冲电子束焊接数值模拟研究

作者：周吉发哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着空间技术的不断发展,大型航天器的建设与飞行器的长期运行维护提出了空间焊接的需求,太空焊接受到了能量供应的限制,需要在较低的能量输入条件下获得较大熔深。电子束焊接方法具有能量利用率高等优点,并且具有良好的空间适用性,同... 详细信息

随着空间技术的不断发展,大型航天器的建设与飞行器的长期运行维护提出了空间焊接的需求,太空焊接受到了能量供应的限制,需要在较低的能量输入条件下获得较大熔深。电子束焊接方法具有能量利用率高等优点,并且具有良好的空间适用性,同时脉冲作用能够有效的增加熔深。为此,本文以空间结构常用的TC2钛合金材料作为研究对象,开展2mm厚的TC2钛合金薄板连续/脉冲电子束焊接的数值模拟研究。通过对TC2钛合金薄板进行连续和脉冲电子束平板对接试验发现,当连续电子束和脉冲电子束平均功率相同时,不同焊接参数下钛合金薄板均能熔透。连续电子束焊接的焊缝成形良好,焊缝表面具有光滑、排列规则、致密的鱼鳞纹,焊缝截面形貌为漏斗形。在脉冲电子束作用下,焊缝表面宽度降低,截面形貌由钉子形向楔形转变,并且焊缝表面出现下凹,背面焊接飞溅增加,连续性变差。进一步采用计算流体力学数值模拟的方法研究脉冲电子束焊接参数对焊缝成形的影响机理。在脉冲电子束焊接时,由于脉冲峰值的能量密度高于连续焊接,金属蒸汽反作用力增强,使得熔池表面形成下凹的小孔,流体向周围排开,小孔底部液体向下流动,大量的能量带到熔池底部,从而使得焊缝表面宽度减小。对于连续电子束焊接,金属蒸汽反作用力相对较弱,熔池中的液态金属在表面张力梯度作用下熔池边缘流动,使得焊缝表面宽度增大,深宽比减小。连续电子束焊接中焊缝上表面宽度为2.3mm,而频率为100Hz的脉冲电子束焊接焊缝上表面宽度为2.1mm,当脉冲频率增加到500Hz时,焊缝上表面宽度进一步减小至1.3mm。对TC2钛合金连续/脉冲电子束焊接温度场进行数值仿真,计算结果显示,与连续电子束焊接相比,脉冲电子束焊接热循环曲线呈锯齿状,熔池温度呈波动性的上升和下降,频率为100Hz、300Hz和500Hz的脉冲电子束焊接的峰值温度分别达到4274K、4254K和4369K;而连续电子束焊接下的峰值温度仅有3509K。连续电子束焊接时,焊缝纵向方向的纵向残余应力表现为拉应力,并且在焊缝中部应力,应力水平稳定,出现幅值较高的稳定区,其应力幅值接近材料的屈服强度,达到517.3MPa,而横向残余应力,焊缝中部表现为拉应力,焊缝两端表现为压应力,并且压应力值远高于拉应力值,压应力值可以达到509.1MPa,而拉应力值仅有122.8MPa。在垂直焊缝方向上,纵向残余应力在焊缝和热影响区为拉应力,母材区域为压应力。脉冲电子束焊接接头的残余应力的分布趋势与连续电子束焊接相同,但是由于脉冲作用使焊缝和热影响区的宽度减小,残余拉应力分布区域减小,在焊缝和热影响区的纵向残余拉应力的平均值减小,连续电子束焊接中,焊缝区内的平均残余拉应力值为485.7MPa,而在相同的区域内,频率100Hz、300Hz和500Hz的平均残余拉应力分别为451.9MPa、348.9MPa和328.6MPa。不同焊接参数的横向应力幅值有较大变化,焊缝中部的横向残余拉应力在频率为500Hz时为129MPa,而300Hz时仅为83MPa,降低了35.7%。

关键词： TC2钛合金脉冲电子束焊接焊缝成形熔池流动残余应力

载波调制型MOSFET驱动电路的设计与实现

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高电压技术 2019年第10期45卷 3164-3172页

作者：范霁康齐铂金李晓鹏徐俊强张伟彭勇南京理工大学受控电弧智能增材技术工信部重点实验室南京210094 昆山华恒焊接股份有限公司昆山215300 北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

为了改善传统MOSFET隔离驱动电路传输信号频率变化范围小、占空比低、波形失真严重等问题,以MOSFET开关管在脉冲电子束焊接电源中的应用为出发点,采用载波调制与脉冲变压器隔离的方法设计了一种频率、占空比均可大范围调节的MOSFET驱动... 详细信息

为了改善传统MOSFET隔离驱动电路传输信号频率变化范围小、占空比低、波形失真严重等问题,以MOSFET开关管在脉冲电子束焊接电源中的应用为出发点,采用载波调制与脉冲变压器隔离的方法设计了一种频率、占空比均可大范围调节的MOSFET驱动电路,并对电路的工作原理和参数设计进行了详细分析。设计的MOSFET驱动电路可实现60 kV的高电压隔离,输出驱动信号上升时间为0.3μs,下降时间为1.8μs,传输的PWM脉冲信号不受占空比范围限制,可传输占空比为0~100%的PWM脉冲信号。搭建测试平台对驱动电路进行了测试,结果表明该驱动电路能够满足0~20k Hz脉冲电子束焊接电源脉冲控制信号传输与隔离的需求,为MOSFET功率开关管在脉冲电子束焊机等高电压大功率领域的广泛应用奠定了技术基础。

关键词：驱动电路功率MOSFET 载波调制:高压隔离脉冲电子束焊接