一种用于熔丝增材制造的电子枪装置制造方法及图纸

一种用于熔丝增材制造的电子枪装置，包括溜板，及倒立安装在溜板上的至少一把电子枪，电子枪通过法兰组件连通横向设置的束流导引通道，电子枪输出束流一侧从上到下依次设有送丝机构和导丝嘴；电子枪包括枪体，枪体的内部从下到上依序同轴设置阴极、栅极、阳极和第一聚焦线圈，以及绝缘子；束流导引通道包括壳体，壳体内依序设有第一偏转线圈、第二聚焦线圈和第二偏转线圈。本发明专利技术通过倒立安装在真空室内的电子枪使其出束口背对着成形零件，采用强磁偏转系统使得电子束大角度偏转到金属丝材上进行熔丝成形，避免了金属蒸气直接侵入电子枪内部对电子枪的阴极造成污染，提高阴极使用寿命，减少放电，保障电子枪长期稳定工作。

An electron gun device used in the manufacture of fuse additive

【技术实现步骤摘要】
一种用于熔丝增材制造的电子枪装置
本专利技术涉及熔丝增材制造
，特别是涉及一种用于熔丝增材制造的电子枪装置。
技术介绍
电子束熔丝增材制造技术具有成形速度快、缺陷可控、力学性能优良等优势，适用于高性能大型金属构件的制造，可有效缩短生产周期、降低制造成本。目前电子束熔丝成形零件尺寸长度从数百毫米到数米，沉积效率达到1000cm3/h以上，成形材料包括不锈钢、钛合金等。成形零件尺寸大，沉积效率高，这需要熔丝成形设备长期稳定工作，尤其是为其设备提供大功率能量的电子束源系统需要长期稳定工作。通常用于熔丝增材制造技术的电子束源系统为热阴极电子束源，电子束源功率达到数十千瓦。热阴极电子束源采用通过直接或间接加热阴极发射电子，所发射电子经过阴阳极之间的高压电场加速，再经过电磁聚焦系统聚焦后形成电子束。一般电子束产生后直接照射到工件上，电子束从阳极发射出后，需要经过电子枪束流通道、电子枪与工件之间的真空，到达工件。束流通道直径一般仅有Φ30mm左右，长度达到数百mm，这将导致真空室和电子枪阴阳极所处空间存在真空压差，通常阴阳极所处空间的真空度比真空室的真空度高一个数量级。大功率电子束照射金属工件，产生大量金属蒸气，金属蒸气沿着束流通道，返到阴阳极所处空间，容易污染阴极发射面、部分绝缘子表面，导致阴极发射效率降低，电子束源额外损耗增大；同时易引起电子枪放电，使工作工程不稳定。电子束熔丝增材制造设备按照电子枪安装方式分为室外定枪结构和室内动枪结构两类。室外定枪结构，要求电子束熔化匀速进给金属丝材，真空室内工作台按照预定轨迹运行，层层堆积形成零件；而室内动枪结构则要求电子枪与送丝机构安装在一起同步运动，电子束熔化匀速送进金属丝材，电子枪与送丝机构、工作台按照预定轨迹运动，熔化的金属丝材层层堆积获得预定形貌的零件。当前，无论是定枪结构还是动枪结构的热阴极电子束熔丝增材制造设备，均是采用电子束直接对准金属丝材和工件输出的轴侧送丝模式，金属丝材水平或按照一定角度从电子束出束口的轴侧送进，电子束从出束口发射后直接照射到金属丝材和工件上。加工过程中产生的金属蒸气容易污染阴极及绝缘子，使得阴极使用寿命缩短，绝缘子受到污染容易产生放电现象，影响工作过程的稳定性。此外轴侧送丝的模式存在能量加热的阴影区，降低熔丝成形的自由度；金属丝材弯曲扰度不断变化，丝束对中困难，影响成形效率；与成形区域相比，金属丝材面积很小，丝材接收电子束能量远小于成形零件接收的电子束能量，大量热输入易导致成形零件的微观组织粗大。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种用于熔丝增材制造的电子枪装置，通过倒立安装在真空室内的电子枪使出束口背对着成形零件，及强磁偏转系统使得电子束大角度偏转到金属丝材上，避免金属蒸气直接侵入电子枪内部对电子枪阴极造成污染，提高阴极使用寿命，减少放电，保障电子枪长期稳定工作。本专利技术的实施例提出了一种用于熔丝增材制造的电子枪装置，包括安装于真空室内部电子枪运动机构上的溜板，及倒立安装在所述溜板上的至少一把电子枪，所述电子枪的电子束出束口位置通过法兰组件连通横向设置的束流导引通道，所述电子枪输出束流一侧从上到下依次设有送丝机构和导丝嘴，所述送丝机构用于将金属丝材从导丝嘴中送至工件的上表面上；所述电子枪包括枪体，所述枪体的内部从下到上依序同轴设置阴极、栅极、阳极和第一聚焦线圈，以及用于安装所述阴极和栅极的绝缘子；所述束流导引通道包括课题，所述壳体内依序设有第一偏转线圈、第二聚焦线圈和第二偏转线圈，所述第一偏转线圈、第二偏转线圈用于将所述电子枪输出的电子束进行偏转，以使电子束照射位于工件的上表面上的金属丝材进行熔丝成形。进一步地，当所述电子枪的数量不少于两把时，各个电子枪以金属丝材为中心对称安装。进一步地，所述第一偏转线圈、第二偏转线圈的结构相同、绕线匝数相同、产生的磁场方向相同，其中，所述第一偏转线圈用于将所述电子枪输出的电子束进行偏转90°；所述第二偏转线圈用于将调节电子束的偏转角度，调节角度范围为45°～90°。进一步地，所述第一偏转线圈包括采用耐高温绝缘材料制造的骨架，以及设于所述骨架上的一对绕制方向相同的赫姆赫兹线圈结构的绕组；所述骨架的底部设有入束口、顶部设有漏束检测口B，一侧边设有出束口、另一侧边设有漏束检测口A，所述漏束检测口A中安装漏束检测传感器A，所述漏束检测口B中安装漏束检测传感器B，所述漏束检测传感器A用于判断是否发生所述第一偏转线圈产生的磁场与设计方向相反的现象，所述漏束检测传感器B用于判断是否发生所述第一偏转线圈未产生磁场现象。进一步地，所述漏束检测传感器A与漏束检测传感器B的结构相同，包括与所述骨架绝缘连接的金属极板和采样电阻，所述采样电阻一端与金属极板连接、另一端接地，所述采样电阻与金属极板连接处之间连接束流轨迹检测电路，所述束流轨迹检测电路用于检测连接处的电压变化，以判断有无偏转磁场和束流偏转方向是否相反。进一步地，所述赫姆赫兹线圈与电子束运行轨迹的平面相平行，且相对称。进一步地，所述第一聚焦线圈和第二聚焦线圈的结构相同，均为外带磁轭结构的同心线圈。进一步地，所述阴极及栅极通过多芯高压电缆与真空室外部的高压电源连接；所述阳极及枪体接地，所述枪体的侧壁上设有电子枪分子泵接口。进一步地，所述枪体的内部设置水冷通道，所述水冷通道通过设置枪体侧壁上的进水口和出水口与真空室外部的水冷系统连接。进一步地，所述法兰组件包括电子枪连接法兰与束流导引通道连接法兰。综上，本专利技术通过倒立安装在真空室内的电子枪使出束口背对着成形零件，及强磁偏转系统使得电子束大角度偏转到金属丝材上进行熔丝成形，避免金属蒸气直接侵入电子枪内部对电子枪的阴极造成污染，提高阴极使用寿命，减少放电，保障电子枪长期稳定工作。此外，以金属丝材为中心对称倒立安装的两把电子枪装置，可以提高熔丝成形效率，较少熔丝成形电子束加热的阴影区，提高电子束熔丝增材制造的灵活性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术一种熔丝增材制造的电子枪装置示意图。图2是图1中第一偏转线圈的俯视图。图3是图1中第一偏转线圈的轴测图。图4是图1中第一偏转线圈的剖面图。图5是本专利技术第一偏转线圈中的漏束检测传感器的示意图。图6是本专利技术两把电子枪安装应用的示意图。图中：1-阴极；2-栅极；3-阳极；4-第一聚焦线圈；5-第一偏转线圈；6-第二聚焦线圈；7-第二偏转线圈；8-绝缘子；9-枪体；91-电子枪连接法兰；10-束流导引通道A；100-电子枪A；101-束流导引通道连接法兰；1001-入束口；1002-出束口；1003-漏束检测口A；1004-漏束检测口B；1005-金属极板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于熔丝增材制造的电子枪装置，其特征在于，包括安装于真空室内部电子枪运动机构上的溜板，及倒立安装在所述溜板上的至少一把电子枪，所述电子枪的电子束出束口位置通过法兰组件连通横向设置的束流导引通道，所述电子枪输出束流一侧从上到下依次设有送丝机构和导丝嘴，所述送丝机构用于将金属丝材从导丝嘴中送至工件的上表面上；/n所述电子枪包括枪体，所述枪体的内部从下到上依序同轴设置阴极、栅极、阳极和第一聚焦线圈，以及用于安装所述阴极和栅极的绝缘子；/n所述束流导引通道包括壳体，所述壳体内依序设有第一偏转线圈、第二聚焦线圈和第二偏转线圈，所述第一偏转线圈、第二偏转线圈用于将所述电子枪输出的电子束进行偏转，以使电子束照射位于工件的上表面上的金属丝材进行熔丝成形。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于熔丝增材制造的电子枪装置，其特征在于，包括安装于真空室内部电子枪运动机构上的溜板，及倒立安装在所述溜板上的至少一把电子枪，所述电子枪的电子束出束口位置通过法兰组件连通横向设置的束流导引通道，所述电子枪输出束流一侧从上到下依次设有送丝机构和导丝嘴，所述送丝机构用于将金属丝材从导丝嘴中送至工件的上表面上；
所述电子枪包括枪体，所述枪体的内部从下到上依序同轴设置阴极、栅极、阳极和第一聚焦线圈，以及用于安装所述阴极和栅极的绝缘子；
所述束流导引通道包括壳体，所述壳体内依序设有第一偏转线圈、第二聚焦线圈和第二偏转线圈，所述第一偏转线圈、第二偏转线圈用于将所述电子枪输出的电子束进行偏转，以使电子束照射位于工件的上表面上的金属丝材进行熔丝成形。


2.根据权利要求1所述的用于熔丝增材制造的电子枪装置，其特征在于，当所述电子枪的数量不少于两把时，各个电子枪以金属丝材为中心对称安装。


3.根据权利要求1所述的用于熔丝增材制造的电子枪装置，其特征在于，所述第一偏转线圈、第二偏转线圈的结构相同、绕线匝数相同、产生的磁场方向相同，其中，
所述第一偏转线圈用于将所述电子枪输出的电子束偏转90°；
所述第二偏转线圈用于将调节电子束的偏转角度，调节角度范围为45°～90°。


4.根据权利要求3所述的用于熔丝增材制造的电子枪装置，其特征在于，所述第一偏转线圈包括采用耐高温绝缘材料制造的骨架，以及设于所述骨架上的一对绕制方向相同的赫姆赫兹线圈结构的绕组；
所述骨架的底部设有入束口、顶部设有漏束检测口B，一侧边设有出束口、另一侧边设有漏束检测口A，所述漏束检测口...

【专利技术属性】
技术研发人员：许海鹰，巩水利，左从进，桑兴华，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11