强激光与粒子束

作者：李晨, 秦臻, 向军, 李天涛, 何小中, 夏连胜,

关键词：电子束焊机, 高功率密度电子束, 束流密度测量, 微孔法拉第杯,

电子束焊机中的电子束具有功率密度高（106～108 W/cm2）、焦斑尺寸小（几百微米）的特点。其束流密度分布是一项重要的束流品质参数，对焊接工艺研究具有重要意义。然而，传统的电子束密度测量方法（比如荧光成像法）在如此高的功率密度下无法使用。研究了一种基于水冷微孔法拉第杯与高频束流扫描相结合的测量方法。在电子束焊机偏转线圈上加高频（1～10 kHz）信号，使电子束在较大尺寸范围内扫描，从而降低电子束沉积在法拉第杯表面的功率密度，避免法拉第杯表面被烧毁。可用于真空腔体中的水冷微孔法拉第杯是经过特别设计的，通过水冷带走电子束损失在法拉第杯的表面上的热量。法拉第杯表面有一个数十微米尺寸的微孔。当电子束周期性地经过微孔时，少量电子束通过微孔会进入法拉第杯，形成电信号并经过集成在法拉第杯中的放大器放大后被采集。电子束功率密度分布可由采集到的时域内的电流信号进行重建得到。实验证明，该方法可以准确测量电子束焊机中高功率密度电子束的密度分布，同时具有约23 μm的成像精度。

来源：2025年第4期

《强激光与粒子束》期刊编辑部

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