四翼型射頻四極場加速器腔體氫爐釬焊方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及四翼型射頻四極場加速器腔體的氫爐釬焊的制造新工藝【技術領域】，尤其是涉及一種四翼型射頻四極場加速器腔體氫爐釬焊方法。其通過在釬焊時釬焊零件應裝配定位，以確保零件之問的相互位置和釬焊要求的焊接問隙。釬焊夾具要涉及到釬焊零件的固定、裝配、進爐、釬焊、出爐整個過程，夾具是否合理和實用直接影響到釬焊質量。其采用新緊固結構的焊接方式之后，腔體焊接的成功率大大提高，焊接后的腔體表面電阻小、導電性能好、穩(wěn)定性佳、外形尺寸及形狀變形小、真空指標好，改善和提高了四翼型RFQ加速器腔體的整體性能。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及四翼型射頻四極場加速器腔體的氫爐釬焊的制造新工藝【技術領域】，尤 其是涉及一種四翼型射頻四極場加速器腔體氫爐釬焊方法。 四翼型射頻四極場加速器腔體氫爐釬焊方法

【背景技術】
[0002] 射頻四極場（Radio Frequency Quadrupole, RFQ)加速器腔體是RFQ直線加速器 的核心部件，其制造水平是影響加速器性能參數(shù)的關鍵之一。通過四翼上波浪形的調制線， 在腔體的束流中心線上產生縱向電場，從而對束流進行加速，其穩(wěn)定可靠性對加速器非常 重要，因此，能否通過良好的焊接工藝保證RFQ加速器腔體的焊接質量，關系腔體電場諧振 頻率的穩(wěn)定性和一致性。目前，用常規(guī)釬焊手段焊接RFQ加速器腔體時，容易產生焊接變 形、焊接成功率不高，直接影響RFQ加速器腔體的制造水平，很容易產生廢品。


【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術的不足提供一種四翼型射頻四極場加速器腔體 氫爐釬焊方法，從而有效解決現(xiàn)有技術的問題。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為：所述的四翼型射頻四極場加速器腔 體氫爐釬焊方法，其特點是包括如下步驟：
[0005] (1)、將由兩塊水平單翼和兩塊垂直單翼氫爐釬焊而成的四翼型射頻四極場加速 器腔體主體的內、外表面精加工到所需尺寸；加速器腔體主體材質為無氧銅；
[0006] (2)、將清洗合格的兩塊水平單翼取出，在兩塊水平電極焊料槽裝焊料，確保焊料 不松動，焊料Φ 1mm，槽寬小于1. 1mm ;
[0007] (3)、在平臺上將一塊水平單翼吊起來，基準面向下垂直放到平臺上；用同樣的方 法起吊一塊垂直單翼，垂直單翼的焊接面、加強焊接面與水平單翼焊接面相貼；同樣的步驟 將另一塊垂直單翼放到平臺上，最后將另一塊水平單翼起吊，保證焊接面與垂直電極焊接 面相貼；每次吊完后將起吊工裝都拆卸完畢在進行下一塊單翼的起吊；
[0008] (4)、兩塊水平單翼和兩塊垂直單翼組拼在一起后，通過四塊夾板裝在銅腔下面， 用夾板從兩個方向逐步加緊，使四塊單翼的焊接面與加強焊接面相互貼合均勻；
[0009] (5)、裝不銹鋼緊固螺栓，先用手全部擰到底，兩面螺栓全部裝完，用螺旋式的緊固 順序，從下向上依次用扭力扳手的用固定15牛頓的力擰緊螺栓；
[0010] (6)、松開垂直單翼上所有螺栓，在沒有螺栓的面上安裝直角夾具，從下向上安裝 并調整夾具之間的距離，用手擰緊螺栓，保證夾具不松動，再通過扭力扳手10牛頓的力，同 樣用螺旋式的方法依次將螺栓擰緊；
[0011] (7)、調整扭力扳手到15牛頓，將垂直電極兩側的螺栓采用一左一右的方法將每 一個螺栓擰緊，保證焊接面與加強焊接面之間的間隙小于0. 02mm ;
[0012] (8)、通過塞尺對焊接面、加強焊接面的裝配間隙進行測量，如間隙大于0. 02_，則 重新松開部分螺栓，再次擰緊并調大扭力，直到焊接面間隙小于〇. 〇2mm ;
[0013] (9)、在垂直單翼方向直接通過螺栓來固定，在水平單翼方向不能直接用螺栓固 定，需通過直角夾具作為支撐工裝過渡固定，保證在水平方向來固定兩個焊接面的貼合，保 證腔體焊接精度要求；
[0014] (10)、焊接時，在螺栓、墊片、直角夾具表面噴一層氮化硼作為脫模劑，防止螺栓、 直角夾具和腔體粘接。
[0015] 所述的焊接面與加強焊接面兩個方向固定夾具，保證兩個焊接面之間的間隙小于 0. 02mm，采用氫爐高溫焊接。
[0016] 所述的螺栓、墊片、直角夾具為不銹鋼材料，保證焊接后變形量比較小，控制在 0. 03mm 以內。
[0017] 所述的直角夾具的長短尺寸通過腔體上螺栓底孔之間的距離來確定，以保證裝配 時方便，同時組裝夾具時兩直角夾具之間的距離保證為2-3mm。
[0018] 本發(fā)明的有益效果是：所述的四翼型射頻四極場加速器腔體氫爐釬焊方法，其采 用新緊固結構的焊接方式之后，腔體焊接的成功率大大提高，焊接后的腔體表面電阻小、導 電性能好、穩(wěn)定性佳、外形尺寸及形狀變形小、真空指標好，改善和提高了四翼型RFQ加速 器腔體的整體性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明焊接結構示意圖；
[0020] 圖2是本發(fā)明的焊接夾具結構示意圖。

【具體實施方式】
[0021] 以下結合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并 非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0022] 如圖1和2所示，所述的四翼型射頻四極場加速器腔體氫爐釬焊方法，其特點是包 括如下步驟：
[0023] (1)、將由兩塊水平單翼和兩塊垂直單翼氫爐釬焊而成的四翼型射頻四極場加速 器腔體主體的內、外表面精加工到所需尺寸；加速器腔體主體材質為無氧銅，外形尺寸長 1050mm，寬 390mm，高 390mm ；
[0024] (2)、將清洗合格的兩塊水平單翼取出，在兩塊水平電極焊料槽裝焊料，確保焊料 不松動，焊料Φ 1mm，槽寬小于1. 1mm ;
[0025] (3)、在平臺上將一塊水平單翼吊起來，基準面向下垂直放到平臺上；用同樣的方 法起吊一塊垂直單翼，垂直單翼的焊接面、加強焊接面與水平單翼焊接面相貼；同樣的步驟 將另一塊垂直單翼放到平臺上，最后將另一塊水平單翼起吊，保證焊接面與垂直電極焊接 面相貼；每次吊完后將起吊工裝都拆卸完畢在進行下一塊單翼的起吊；
[0026] (4)、兩塊水平單翼和兩塊垂直單翼組拼在一起后，通過四塊夾板裝在銅腔下面， 用夾板從兩個方向慢慢加緊，使四塊單翼的焊接面與加強焊接面相互貼合均勻；
[0027] (5)、裝不銹鋼緊固螺栓，先用手全部擰到底，兩面螺栓全部裝完，用螺旋式的緊固 順序，從下向上依次用扭力扳手的用固定15牛頓的力擰緊螺栓；
[0028] (6)、松開垂直單翼上所有螺栓，在沒有螺栓的面上安裝直角夾具，從下向上安裝 并調整夾具之間的距離，用手擰緊螺栓，保證夾具不松動，再通過扭力扳手10牛頓的力，同 樣用螺旋式的方法依次將螺栓擰緊；
[0029] (7)、調整扭力扳手到15牛頓，將垂直電極兩側的螺栓采用一左一右的方法將每 一個螺栓擰緊，保證焊接面與加強焊接面之間的間隙小于0. 02mm ;
[0030] (8)、通過塞尺對焊接面、加強焊接面的裝配間隙進行測量，如間隙大于0. 02_，則 重新松開部分螺栓，再次擰緊并調大扭力，直到焊接面間隙小于〇. 〇2mm ;
[0031] (9)、在垂直單翼方向直接通過螺栓來固定，在水平單翼方向不能直接用螺栓固 定，需通過直角夾具作為支撐工裝過渡固定，保證在水平方向來固定兩個焊接面的貼合，保 證腔體焊接精度要求；
[0032] (10)、焊接時，在螺栓、墊片、直角夾具表面噴一層氮化硼作為脫模劑，防止螺栓、 直角夾具和腔體粘接。
[0033] 所述的焊接面與加強焊接面兩個方向固定夾具，保證兩個焊接面之間的間隙小于 0. 02mm，采用氫爐高溫焊接。
[0034] 所述的螺栓、墊片、直角夾具為不銹鋼材料，保證焊接后變形量比較小，控制在 0. 03mm 以內。
[0035] 所述的直角夾具的長短尺寸通過腔體上螺栓底孔之間的距離來確定，以保證裝配 時方便，同時組裝夾具時兩直角夾具之間的距離保證為2-3mm。
[0036] 所述的四翼型射頻四極場加速器腔體氫爐釬焊方法，其氫爐釬焊夾具設計需要滿 足以下條件：
[0037] (1)夾具材料的選擇
[0038] 在釬焊溫度下，夾具材料的剛性要大于釬焊零件材料，這樣在釬焊過程中，焊件 的變形始終受夾具的限制，焊件及其配合尺寸可以依靠夾具裝配得到保證。氫爐釬焊工 作溫度在800°C左右，釬焊時間比較長，一般情況選擇lCrl8Ni9Ti可以滿足使用要求， lCrl8Ni9Ti屬奧氏體不銹鋼，抗氧化性達到700°C以上，重要的是在釬焊溫度時還有足夠 的熱強性，剛性遠大于鋁合金，組織穩(wěn)定，長期使用不會脆化，故而，釬焊夾具基本框架及主 要工作部件采用lCrl8Ni9Ti是非常合適的；對于一些配合尺寸及精度要求高的零件，夾具 設計必須要涉及螺紋副以及定位孔軸配合，如果材料選擇不合適，熱穩(wěn)定性差，釬焊溫度下 夾具零件之間會有"咬死"現(xiàn)象，而選用氮化硼作為脫模劑可以較好地解決這個問題。
[0039] (2)要考慮熱變形的影響
[0040] 釬焊夾具及零件在釬焊溫度下產生熱變形，對釬焊過程的影響應該著重予以考 慮。由于夾具和釬焊零件的材料不同，熱膨脹系數(shù)不同，在加熱的情況下，會產生膨脹量差， 釬焊零件會產生變形，夾具的目的就是讓釬焊件隨夾具的變形而變形，一般來說，主要對釬 焊件平面度、垂直度、焊縫間隙有要求.其它要求不十分嚴格的零件，采用強制變形夾具可 以滿足使用要求；但是對于某些外形尺寸、配合尺寸精度要求比較高的零件，采用強制變形 夾具就不能滿足使用要求了，必須考慮在強制變形夾具的基礎上，設計部分彈性元件組成 柔性夾具系統(tǒng)，彈性元件一般采用高溫彈簧或彈性夾頭，經過膨脹量差的計算，控制彈性元 件的變形范圍，這樣既可以對釬焊件保持必要的壓力，又解決了膨脹量差的問題。
[0041] (3)釬焊時零件的加熱和冷卻速度也是重要的工藝參數(shù)，焊接夾具要充分考慮到 釬焊件過程的熱均勻性要求，氫氣在爐腔內的連續(xù)流動，很好的保證了釬焊過程中熱量分 布的均勻性，這樣焊件的變形可以減少到最低，易于保證焊件的尺寸精度。
[0042] 所述的四翼型射頻四極場加速器腔體的氫爐釬焊工藝方法，焊接夾具結構結構簡 單，裝配便捷，定位精度高，保證焊接面之間的裝配縫隙小于〇. 〇2mm。在這樣的情況下釬料 熔化后流動性能達到最佳效果，從而使焊接面完全焊接，達到焊接后高真空度的要求。
[0043] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種四翼型射頻四極場加速器腔體氫爐釬焊方法，其特點是包括如下步驟： (1) 、將由兩塊水平單翼和兩塊垂直單翼氫爐釬焊而成的四翼型射頻四極場加速器腔 體主體的內、外表面精加工到所需尺寸；加速器腔體主體材質為無氧銅； (2) 、將清洗合格的兩塊水平單翼取出，在兩塊水平電極焊料槽裝焊料，確保焊料不松 動，焊料Φ 1mm，槽寬小于1. 1mm ; (3) 、在平臺上將一塊水平單翼吊起來，基準面向下垂直放到平臺上；用同樣的方法起 吊一塊垂直單翼，垂直單翼的焊接面、加強焊接面與水平單翼焊接面相貼；同樣的步驟將另 一塊垂直單翼放到平臺上，最后將另一塊水平單翼起吊，保證焊接面與垂直電極焊接面相 貼；每次吊完后將起吊工裝都拆卸完畢在進行下一塊單翼的起吊； (4) 、兩塊水平單翼和兩塊垂直單翼組拼在一起后，通過四塊夾板裝在銅腔下面，用夾 板從兩個方向逐步加緊，使四塊單翼的焊接面與加強焊接面相互貼合均勻； (5) 、裝不銹鋼緊固螺栓，先用手全部擰到底，兩面螺栓全部裝完，用螺旋式的緊固順 序，從下向上依次用扭力扳手的用固定15牛頓的力擰緊螺栓； (6) 、松開垂直單翼上所有螺栓，在沒有螺栓的面上安裝直角夾具，從下向上安裝并調 整夾具之間的距離，用手擰緊螺栓，保證夾具不松動，再通過扭力扳手10牛頓的力，同樣用 螺旋式的方法依次將螺栓擰緊； (7) 、調整扭力扳手到15牛頓，將垂直電極兩側的螺栓采用一左一右的方法將每一個 螺栓擰緊，保證焊接面與加強焊接面之間的間隙小于〇. 〇2mm ; (8) 、通過塞尺對焊接面、加強焊接面的裝配間隙進行測量，如間隙大于0. 02_，則重新 松開部分螺栓，再次擰緊并調大扭力，直到焊接面間隙小于〇. 〇2mm ; (9) 、在垂直單翼方向直接通過螺栓來固定，在水平單翼方向不能直接用螺栓固定，需 通過直角夾具作為支撐工裝過渡固定，保證在水平方向來固定兩個焊接面的貼合，保證腔 體焊接精度要求； (10) 、焊接時，在螺栓、墊片、直角夾具表面噴一層氮化硼作為脫模劑，防止螺栓、直角 夾具和腔體粘接。
2. 根據(jù)權利要求1所述的四翼型射頻四極場加速器腔體氫爐釬焊方法，其特征在于： 所述的焊接面與加強焊接面兩個方向固定夾具，保證兩個焊接面之間的間隙小于〇. 〇2mm， 采用氫爐高溫焊接。
3. 根據(jù)權利要求1所述的四翼型射頻四極場加速器腔體氫爐釬焊方法，其特征在于： 所述的螺栓、墊片、直角夾具為不銹鋼材料，保證焊接后變形量比較小，控制在〇.〇3mm以 內。
4. 根據(jù)權利要求1所述的四翼型射頻四極場加速器腔體氫爐釬焊方法，其特征在于： 所述的直角夾具的長短尺寸通過腔體上螺栓底孔之間的距離來確定，以保證裝配時方便， 同時組裝夾具時兩直角夾具之間的距離保證為2-3mm。
【文檔編號】B23K3/08GK104117750SQ201410342677
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月17日 優(yōu)先權日:2014年7月17日
【發(fā)明者】孫國平, 謝春安, 李學敏, 牛小強, 張小奇, 雷海亮, 王文進, 徐大宇, 王豐 申請人:中國科學院近代物理研究所