四翼型射頻四極場(chǎng)加速器腔體氫爐釬焊方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及四翼型射頻四極場(chǎng)加速器腔體的氫爐釬焊的制造新工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種四翼型射頻四極場(chǎng)加速器腔體氫爐釬焊方法。其通過(guò)在釬焊時(shí)釬焊零件應(yīng)裝配定位，以確保零件之問(wèn)的相互位置和釬焊要求的焊接問(wèn)隙。釬焊夾具要涉及到釬焊零件的固定、裝配、進(jìn)爐、釬焊、出爐整個(gè)過(guò)程，夾具是否合理和實(shí)用直接影響到釬焊質(zhì)量。其采用新緊固結(jié)構(gòu)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(dǎo)電性能好、穩(wěn)定性佳、外形尺寸及形狀變形小、真空指標(biāo)好，改善和提高了四翼型RFQ加速器腔體的整體性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及四翼型射頻四極場(chǎng)加速器腔體的氫爐釬焊的制造新工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，尤 其是涉及一種四翼型射頻四極場(chǎng)加速器腔體氫爐釬焊方法。 四翼型射頻四極場(chǎng)加速器腔體氫爐釬焊方法

【背景技術(shù)】
[0002] 射頻四極場(chǎng)（Radio Frequency Quadrupole, RFQ)加速器腔體是RFQ直線(xiàn)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(guān)鍵之一。通過(guò)四翼上波浪形的調(diào)制線(xiàn)， 在腔體的束流中心線(xiàn)上產(chǎn)生縱向電場(chǎng)，從而對(duì)束流進(jìn)行加速，其穩(wěn)定可靠性對(duì)加速器非常 重要，因此，能否通過(guò)良好的焊接工藝保證RFQ加速器腔體的焊接質(zhì)量，關(guān)系腔體電場(chǎng)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(shí)，容易產(chǎn)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(chǎn)生廢品。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種四翼型射頻四極場(chǎng)加速器腔體 氫爐釬焊方法，從而有效解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：所述的四翼型射頻四極場(chǎng)加速器腔 體氫爐釬焊方法，其特點(diǎn)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(chǎng)加速 器腔體主體的內(nèi)、外表面精加工到所需尺寸；加速器腔體主體材質(zhì)為無(wú)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(dòng)，焊料Φ 1mm，槽寬小于1. 1mm ;
[0007] (3)、在平臺(tái)上將一塊水平單翼吊起來(lái)，基準(zhǔn)面向下垂直放到平臺(tái)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(qiáng)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(tái)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(jìn)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(guò)四塊夾板裝在銅腔下面， 用夾板從兩個(gè)方向逐步加緊，使四塊單翼的焊接面與加強(qiáng)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(kāi)垂直單翼上所有螺栓，在沒(méi)有螺栓的面上安裝直角夾具，從下向上安裝 并調(diào)整夾具之間的距離，用手?jǐn)Q緊螺栓，保證夾具不松動(dòng)，再通過(guò)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(diào)整扭力扳手到15牛頓，將垂直電極兩側(cè)的螺栓采用一左一右的方法將每 一個(gè)螺栓擰緊，保證焊接面與加強(qiáng)焊接面之間的間隙小于0. 02mm ;
[0012] (8)、通過(guò)塞尺對(duì)焊接面、加強(qiáng)焊接面的裝配間隙進(jìn)行測(cè)量，如間隙大于0. 02_，則 重新松開(kāi)部分螺栓，再次擰緊并調(diào)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(guò)螺栓來(lái)固定，在水平單翼方向不能直接用螺栓固 定，需通過(guò)直角夾具作為支撐工裝過(guò)渡固定，保證在水平方向來(lái)固定兩個(gè)焊接面的貼合，保 證腔體焊接精度要求；
[0014] (10)、焊接時(shí)，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(qiáng)焊接面兩個(gè)方向固定夾具，保證兩個(gè)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?xún)?nèi)。
[0017] 所述的直角夾具的長(zhǎng)短尺寸通過(guò)腔體上螺栓底孔之間的距離來(lái)確定，以保證裝配 時(shí)方便，同時(shí)組裝夾具時(shí)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(chǎng)加速器腔體氫爐釬焊方法，其采 用新緊固結(jié)構(gòu)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(dǎo) 電性能好、穩(wěn)定性佳、外形尺寸及形狀變形小、真空指標(biāo)好，改善和提高了四翼型RFQ加速 器腔體的整體性能。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1是本發(fā)明焊接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2是本發(fā)明的焊接夾具結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)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(chǎng)加速器腔體氫爐釬焊方法，其特點(diǎn)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(chǎng)加速 器腔體主體的內(nèi)、外表面精加工到所需尺寸；加速器腔體主體材質(zhì)為無(wú)氧銅，外形尺寸長(zhǎng) 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(dòng)，焊料Φ 1mm，槽寬小于1. 1mm ;
[0025] (3)、在平臺(tái)上將一塊水平單翼吊起來(lái)，基準(zhǔn)面向下垂直放到平臺(tái)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(qiáng)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(tái)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(jìn)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(guò)四塊夾板裝在銅腔下面， 用夾板從兩個(gè)方向慢慢加緊，使四塊單翼的焊接面與加強(qiáng)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(kāi)垂直單翼上所有螺栓，在沒(méi)有螺栓的面上安裝直角夾具，從下向上安裝 并調(diào)整夾具之間的距離，用手?jǐn)Q緊螺栓，保證夾具不松動(dòng)，再通過(guò)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(diào)整扭力扳手到15牛頓，將垂直電極兩側(cè)的螺栓采用一左一右的方法將每 一個(gè)螺栓擰緊，保證焊接面與加強(qiáng)焊接面之間的間隙小于0. 02mm ;
[0030] (8)、通過(guò)塞尺對(duì)焊接面、加強(qiáng)焊接面的裝配間隙進(jìn)行測(cè)量，如間隙大于0. 02_，則 重新松開(kāi)部分螺栓，再次擰緊并調(diào)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(guò)螺栓來(lái)固定，在水平單翼方向不能直接用螺栓固 定，需通過(guò)直角夾具作為支撐工裝過(guò)渡固定，保證在水平方向來(lái)固定兩個(gè)焊接面的貼合，保 證腔體焊接精度要求；
[0032] (10)、焊接時(shí)，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(qiáng)焊接面兩個(gè)方向固定夾具，保證兩個(gè)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?xún)?nèi)。
[0035] 所述的直角夾具的長(zhǎng)短尺寸通過(guò)腔體上螺栓底孔之間的距離來(lái)確定，以保證裝配 時(shí)方便，同時(shí)組裝夾具時(shí)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(chǎng)加速器腔體氫爐釬焊方法，其氫爐釬焊夾具設(shè)計(jì)需要滿(mǎn) 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(guò)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(shí)間比較長(zhǎng)，一般情況選擇lCrl8Ni9Ti可以滿(mǎn)足使用要求， lCrl8Ni9Ti屬奧氏體不銹鋼，抗氧化性達(dá)到700°C以上，重要的是在釬焊溫度時(shí)還有足夠 的熱強(qiáng)性，剛性遠(yuǎn)大于鋁合金，組織穩(wěn)定，長(zhǎng)期使用不會(huì)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(duì)于一些配合尺寸及精度要求高的零件，夾具 設(shè)計(jì)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(huì)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(gè)問(wèn)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(chǎn)生熱變形，對(duì)釬焊過(guò)程的影響應(yīng)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(huì)產(chǎn)生膨脹量差， 釬焊零件會(huì)產(chǎn)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(lái)說(shuō)，主要對(duì)釬 焊件平面度、垂直度、焊縫間隙有要求.其它要求不十分嚴(yán)格的零件，采用強(qiáng)制變形夾具可 以滿(mǎn)足使用要求；但是對(duì)于某些外形尺寸、配合尺寸精度要求比較高的零件，采用強(qiáng)制變形 夾具就不能滿(mǎn)足使用要求了，必須考慮在強(qiáng)制變形夾具的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)部分彈性元件組成 柔性?shī)A具系統(tǒng)，彈性元件一般采用高溫彈簧或彈性?shī)A頭，經(jīng)過(guò)膨脹量差的計(jì)算，控制彈性元 件的變形范圍，這樣既可以對(duì)釬焊件保持必要的壓力，又解決了膨脹量差的問(wèn)題。
[0041] (3)釬焊時(shí)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(guò)程的熱均勻性要求，氫氣在爐腔內(nèi)的連續(xù)流動(dòng)，很好的保證了釬焊過(guò)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(chǎng)加速器腔體的氫爐釬焊工藝方法，焊接夾具結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 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(dòng)性能達(dá)到最佳效果，從而使焊接面完全焊接，達(dá)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(shí)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(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種四翼型射頻四極場(chǎng)加速器腔體氫爐釬焊方法，其特點(diǎn)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(chǎng)加速器腔 體主體的內(nèi)、外表面精加工到所需尺寸；加速器腔體主體材質(zhì)為無(wú)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(dòng)，焊料Φ 1mm，槽寬小于1. 1mm ; (3) 、在平臺(tái)上將一塊水平單翼吊起來(lái)，基準(zhǔn)面向下垂直放到平臺(tái)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(qiáng)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(tái)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(jìn)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(guò)四塊夾板裝在銅腔下面，用夾 板從兩個(gè)方向逐步加緊，使四塊單翼的焊接面與加強(qiáng)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(kāi)垂直單翼上所有螺栓，在沒(méi)有螺栓的面上安裝直角夾具，從下向上安裝并調(diào) 整夾具之間的距離，用手?jǐn)Q緊螺栓，保證夾具不松動(dòng)，再通過(guò)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(diào)整扭力扳手到15牛頓，將垂直電極兩側(cè)的螺栓采用一左一右的方法將每一個(gè) 螺栓擰緊，保證焊接面與加強(qiáng)焊接面之間的間隙小于〇. 〇2mm ; (8) 、通過(guò)塞尺對(duì)焊接面、加強(qiáng)焊接面的裝配間隙進(jìn)行測(cè)量，如間隙大于0. 02_，則重新 松開(kāi)部分螺栓，再次擰緊并調(diào)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(guò)螺栓來(lái)固定，在水平單翼方向不能直接用螺栓固定，需 通過(guò)直角夾具作為支撐工裝過(guò)渡固定，保證在水平方向來(lái)固定兩個(gè)焊接面的貼合，保證腔 體焊接精度要求； (10) 、焊接時(shí)，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(quán)利要求1所述的四翼型射頻四極場(chǎng)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(qiáng)焊接面兩個(gè)方向固定夾具，保證兩個(gè)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(quán)利要求1所述的四翼型射頻四極場(chǎng)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(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的四翼型射頻四極場(chǎng)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(zhǎng)短尺寸通過(guò)腔體上螺栓底孔之間的距離來(lái)確定，以保證裝配時(shí)方便， 同時(shí)組裝夾具時(shí)兩直角夾具之間的距離保證為2-3mm。
【文檔編號(hào)】B23K3/08GK104117750SQ201410342677
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】孫國(guó)平, 謝春安, 李學(xué)敏, 牛小強(qiáng), 張小奇, 雷海亮, 王文進(jìn), 徐大宇, 王豐 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所