司青润，董全林，桑兴华

（1.北京航空航天大学，北京 100191；2.中国航空制造技术研究院，北京 100024）

近年来，我国航空航天技术正飞速发展，越来越多的新材料开始应用于航空航天制造领域。在复合材料、C 纳米管、绝缘体等材料的焊接制造中，传统的焊接工艺已逐渐不能满足应用需求，这就需要用到新型焊接技术[1]。在这些航空航天新材料的焊接中，电子束焊接技术有着绝对的优势。电子束焊接技术具有能量密度大、热效率高、焊接精度高、对被焊零件的影响范围小等特点，而且其焊缝深宽比大，适合用于厚度较大的特种设备加工[2]。在电子束焊接机中，电子枪是其关键组成部分，电子枪发射出的电子束的束流质量直接影响着电子束焊接机的性能。三极式电子枪结构是目前应用最为广泛的电子枪结构，但目前尚未有一套完整的三极式电子枪的设计方法，大部分设计通过不断调整各种参数进行仿真，以得到最优结果[3]，而且在调整参数优化的过程中，各参数对电子束质量的影响也没有很明确的结论。在设计电子枪时，束腰直径和束流大小是很关键的两个参数[4]，束腰直径越小经过磁聚焦之后打到像面上的束斑就越小，束斑处的能量密度也就越高。因此，本研究给出了加速电压100kV、束流360mA、束腰直径300μm（根据束斑直径150mm 的设计要求、磁透镜系统的长度和可实现性等要求确定）的大功率三极式电子枪的设计和仿真优化过程，并通过大量试验数据分析了栅极位置、栅极孔径、栅极电压、阳极位置、阳极孔径与电子束束流大小和束腰直径的关系，这对三极式电子枪的调整优化具有一定的指导意义。……