基于Helmholtz的低感抗電子束偏轉(zhuǎn)掃描線圈仿真*

李平林，張 偉，許海鷹，黃業(yè)文

（1. 北京航空航天大學機械工程及自動化學院，北京 100191；2. 中國航空制造技術(shù)高能束流加工技術(shù)國防科技重點實驗室，北京 100024）

鈦合金因具有輕質(zhì)、高強度等優(yōu)點，逐漸成為航空制造領(lǐng)域的重要結(jié)構(gòu)材料，其連接方式多采用焊接方法。電子束焊接具有功率密度高、焊接變形小、深寬比大等優(yōu)點，且焊縫具有優(yōu)良的微觀組織、機械性能和疲勞性能，在大厚度鈦合金構(gòu)件加工方面具有明顯的優(yōu)勢。高溫鈦合金具有較強的冷裂傾向，焊接時容易出現(xiàn)裂紋，通常需要進行焊前預熱和焊后緩冷。然而，由于電子束焊接在真空條件下進行，焊接過程中采用輔助熱源進行預熱和緩冷存在較大困難[1]。

通過偏轉(zhuǎn)掃描線圈產(chǎn)生的電磁場控制電子束偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生的多束流，可在焊接過程中進行焊前預熱和焊后緩冷，可明顯降低焊接裂紋、氣孔數(shù)量和減小焊接變形。國外機構(gòu)和學者就此開展了大量工作，并取得了積極的研究進展。 Kolenic等[2]和 Rüthrich等[3]分別在AW6060合金和鑄鐵兩種材料上試驗成功；美國NASA采用電子束多束流焊接F-22鈦合金支座，該零件成功通過了兩個周期的最大載荷全譜疲勞測試，并未發(fā)現(xiàn)永久變形[4]。然而，國內(nèi)在電子束多束流焊接技術(shù)方面尚處于起步階段，與國外還存在較大差距。目前，國內(nèi)使用的偏轉(zhuǎn)掃描線圈多為環(huán)形結(jié)構(gòu)，此類線圈繞組的內(nèi)外側(cè)在線圈中心的磁場方向相反，且磁感線平行度差，導致磁感應強度較低、磁場均勻性差；……