四翼型射頻四極場加速器腔體π模桿氫爐釬焊方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及四翼型射頻四極場加速器腔體π模桿制造新工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種四翼型射頻四極場加速器腔體π模桿氫爐釬焊方法。其釬焊時(shí)釬焊零件應(yīng)裝配定位，以確保零件之問的相互位置和釬焊要求的焊接間隙，采用新結(jié)構(gòu)的焊接方式之后，焊接成功率極大提高、加工工序簡化、裝配方便快捷、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π模桿焊接后的真空密封性能，其焊接夾具結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，裝配便捷，定位精度高，保證π模桿焊接面相互貼緊，裝配間隙小于0.02mm以內(nèi)；保證有足夠的焊料，增加了流動(dòng)性。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。
【專利說明】四翼型射頻四極場加速器腔體π模桿氫爐釬焊方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及四翼型射頻四極場加速器腔體π模桿制造新工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種四翼型射頻四極場加速器腔體H模桿氫爐釬焊方法。

【背景技術(shù)】
[0002]加速器腔體是射頻四極場(Rad1 Frequency Quadrupole, 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(guān)鍵之一。通過四翼的水平和垂直方向上分別焊接一定數(shù)量的η模桿，起到穩(wěn)定高頻結(jié)構(gòu)的作用，對腔體內(nèi)的電場穩(wěn)定性尤為重要，其焊接質(zhì)量的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η模桿的焊接質(zhì)量，關(guān)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加速器腔體模桿時(shí)，容易產(chǎn)生π模桿變形、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加速器腔體π模桿氫爐釬焊方法，從而有效解決現(xiàn)有技術(shù)的問題。
[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加速器腔體η模桿氫爐釬焊方法，其η模桿上端設(shè)置有不銹鋼補(bǔ)償環(huán)，不銹鋼補(bǔ)償環(huán)外部設(shè)置有陶瓷環(huán)，η模桿上端部還設(shè)置有耐高溫彈簧墊片，η模桿中設(shè)置有全螺紋螺桿，全螺紋螺桿下端通過黃銅螺母安裝有不銹鋼墊片，η模桿上焊接有錐套，其特點(diǎn)是包括如下步驟:
[0005](I)、將四翼型射頻四極場加速器腔體用無氧銅材質(zhì)的π模桿孔的尺寸精加工到焊接尺寸，η模桿孔直徑為01 Omm，公差值0.3?0.5mm ;
[0006](2)、對水平單翼、垂直單翼單翼、錐套和π模桿外表面進(jìn)行清洗、烘干，去除氧化層及油污，保證焊接精度和真空度，焊接間隙小于0.02mm，焊后π模桿不得彎曲，直線度0.1mm,真空漏率小于 I X ICT9Pa.L/s ；
[0007](3)、焊接部位為單翼上π模桿的錐孔單翼上的η模桿錐孔與錐套的外表面接觸焊接，錐套內(nèi)孔與η模桿的外表面焊接，錐度為40° ±0.05°，保證兩個(gè)焊接面在同時(shí)焊接時(shí)釬料的足量及緊固；
[0008](4)、在錐套外壁焊料槽內(nèi)裝一圈釬料，外壁焊料槽為O型槽，釬料不高于外錐面，防止錐套的外錐面與單翼上η模桿錐孔之間間隙過大，影響焊接精度及真空度；在錐套內(nèi)壁焊料槽內(nèi)裝一圈釬料，內(nèi)壁焊料槽為O型槽，不影響錐套在π模桿上的移動(dòng)，裝完后用酒精清洗并檢驗(yàn)裝配間隙；
[0009](5)、在π模桿下端的全螺紋螺桿兩端噴氮化硼脫模劑，防止焊接過程中高溫加熱后螺母與螺桿粘合無法拆卸；
[0010]￠)、先將π模桿裝到四翼型射頻四極場加速器腔體單翼的模桿孔內(nèi)，然后在η模桿兩端將錐套裝到單翼上η模桿的錐孔內(nèi)，是兩個(gè)錐面相互緊密貼合，同時(shí)由于焊料熔化后向下流動(dòng)，需保證焊料兩端向下，再將全螺紋螺桿穿過H模桿內(nèi)孔，依次將加工好的陶瓷環(huán)、不銹鋼補(bǔ)償環(huán)、不銹鋼墊塊、耐高溫彈簧墊片裝到螺桿上，再加不銹鋼墊塊，最后上螺母，用手?jǐn)Q緊；
[0011](7)、最后對整個(gè)π模桿的裝配精度進(jìn)行檢驗(yàn)，來回晃動(dòng)，整體不發(fā)生晃動(dòng)，證明組裝精度達(dá)到焊接設(shè)計(jì)要求。
[0012]所述的第六步驟中的耐高溫彈簧墊片為正反一組，共設(shè)置三組；耐高溫彈簧墊片的壓縮量為百分之三十，三組耐高溫彈簧墊片的長度為9mm，通過螺母將彈墊壓縮到6.3mm;三組耐高溫彈簧墊片來補(bǔ)償無氧銅和不銹鋼零件發(fā)生熱膨脹，緩沖熱膨脹時(shí)的間隙；防止錐套與η模桿孔發(fā)生松動(dòng)后影響焊接精度及真空度；
[0013]所述的耐高溫彈簧墊片保證錐面的緊密貼合，不銹鋼補(bǔ)償環(huán)保證π模桿在π模桿孔的兩端距離偏差小于0.2mm,陶瓷環(huán)在錐套與墊塊之間起一個(gè)過渡作用，保證錐套錐面的緊密貼合，通過晃動(dòng)檢驗(yàn)錐面是否貼合緊密，保證最后焊接精度及真空度要求。
[0014]所述的單翼上π模桿錐孔、錐套、π模桿相互連接的焊接面間隙要求小于0.02mm,通過全螺紋的螺桿、陶瓷環(huán)、補(bǔ)償環(huán)、墊塊、螺母保證兩兩焊接面相互貼緊。
[0015]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η模桿氫爐釬焊方法，其克服了其它釬焊技術(shù)中的不足，采用新結(jié)構(gòu)的焊接方式之后，焊接成功率極大提高、加工工序簡化、裝配方便快捷、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π模桿焊接后的真空密封性能，其焊接夾具結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，裝配便捷，定位精度高，保證η模桿焊接面相互貼緊，裝配間隙小于0.02mm以內(nèi)；保證有足夠的焊料，增加了流動(dòng)性。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。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明模桿釬焊整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本發(fā)明模桿與腔體焊接示意圖。
[0018]圖中:1、耐高溫彈簧墊片；2、陶瓷環(huán)；3、錐套內(nèi)壁焊料槽；4、錐套外壁焊料槽；5、全螺紋螺桿；6、黃銅螺母；7、不銹鋼補(bǔ)償環(huán)；8、錐套；9.π模桿；10、不銹鋼墊片；11.水平單翼；12.垂直單翼。

【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖對本發(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。
[0020]如圖1和2所示，所述的四翼型射頻四極場加速器腔體π模桿氫爐釬焊方法，其π模桿9上端設(shè)置有不銹鋼補(bǔ)償環(huán)7，不銹鋼補(bǔ)償環(huán)7外部設(shè)置有陶瓷環(huán)2，π模桿9上端部還設(shè)置有耐高溫彈簧墊片1，模桿9中設(shè)置有全螺紋螺桿5，全螺紋螺桿5下端通過黃銅螺母6安裝有不銹鋼墊片10，Ji模桿9上焊接有錐套8，其特點(diǎn)是包括如下步驟:
[0021](I)、將四翼型射頻四極場加速器腔體用無氧銅材質(zhì)的π模桿錐孔的尺寸精加工到焊接尺寸，η模桿孔直徑為010mm，公差0.3?0.5mm;
[0022](2)、對水平單翼11、垂直單翼12、錐套和π模桿外表面進(jìn)行清洗、烘干，去除氧化層及油污，保證焊接精度和真空度，焊接間隙小于0.02mm，焊后π模桿不得彎曲，直線度0.1mm,真空漏率小于 I X ICT9Pa.L/s ；
[0023](3)、焊接部位為單翼上π模桿的錐孔與錐套的外表面接觸焊接，錐套內(nèi)孔與π模桿的外表面焊接，錐度為40° ±0.05°，保證兩個(gè)焊接面在同時(shí)焊接時(shí)釬料的足量及緊固；
[0024](4)、在錐套外壁焊料槽4內(nèi)裝一圈釬料，外壁焊料槽為O型槽，釬料不高于外錐面，防止錐套的外錐面與單翼上η模桿錐孔之間間隙過大，影響焊接精度及真空度；在錐套內(nèi)壁焊料槽3內(nèi)裝一圈釬料，內(nèi)壁焊料槽為O型槽，不影響錐套在π模桿上的移動(dòng)，裝完后用酒精清洗并檢驗(yàn)裝配間隙；
[0025](5)、在π模桿下端的全螺紋螺桿兩端噴氮化硼脫模劑，防止焊接過程中高溫加熱后螺母與螺桿粘合無法拆卸；
[0026]￠)、先將π模桿裝到四翼型射頻四極場加速器腔體單翼的π模桿錐孔內(nèi)，然后在η模桿兩端將錐套裝到單翼上η模桿的錐孔內(nèi)，是兩個(gè)錐面相互緊密貼合，同時(shí)由于焊料熔化后向下流動(dòng)，需保證焊料兩端向下，再將全螺紋螺桿穿過η模桿內(nèi)孔，依次將加工好的陶瓷環(huán)、不銹鋼補(bǔ)償環(huán)、不銹鋼墊塊、耐高溫彈簧墊片裝到螺桿上，再加不銹鋼墊塊，最后上螺母，用手?jǐn)Q緊；
[0027](7)、最后對整個(gè)π模桿的裝配精度進(jìn)行檢驗(yàn)，來回晃動(dòng)，整體不發(fā)生晃動(dòng)，證明組裝精度達(dá)到焊接設(shè)計(jì)要求。
[0028]所述的第六步驟中的耐高溫彈簧墊片為正反一組，共設(shè)置三組；耐高溫彈簧墊片的壓縮量為百分之三十，三組耐高溫彈簧墊片的長度為9mm，通過螺母將彈墊壓縮到
6.3mm;三組耐高溫彈簧墊片來補(bǔ)償無氧銅和不銹鋼零件發(fā)生熱膨脹，緩沖熱膨脹時(shí)的間隙；防止錐套與η模桿孔發(fā)生松動(dòng)后影響焊接精度及真空度；
[0029]所述的耐高溫彈簧墊片保證錐面的緊密貼合，不銹鋼補(bǔ)償環(huán)保證π模桿在π模桿孔的兩端距離偏差小于0.2mm,陶瓷環(huán)在錐套與墊塊之間起一個(gè)過渡作用，保證錐套錐面的緊密貼合，通過晃動(dòng)檢驗(yàn)錐面是否貼合緊密，保證最后焊接精度及真空度要求。
[0030]所述的單翼上π模桿錐孔、錐套、π模桿相互連接的焊接面間隙要求小于
0.02mm,通過全螺紋的螺桿、陶瓷環(huán)、補(bǔ)償環(huán)、墊塊、螺母保證兩兩焊接面相互貼緊。
[0031]所述的四翼型射頻四極場加速器腔體π模桿氫爐釬焊方法，其η模桿氫爐釬焊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有以下要求
[0032](I)、Ji模桿結(jié)構(gòu)的選擇:
[0033]在釬焊溫度下，錐套結(jié)構(gòu)將影響焊接質(zhì)量，選用內(nèi)外開O型槽的目的是保證釬料熔化后遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于焊接面釬料量的理論值，這樣在釬焊過程中，焊件能夠有足夠的焊料來流動(dòng)，確保焊接面全面有焊料。真空釬焊工作溫度在800°C左右，釬焊時(shí)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(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，長期旋用不會脆化，故而，釬焊η模桿主要工作部件采用ICrlSN1Ti是非常合適的；對于一些配合尺寸及精度要求高的零件，η模桿焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及螺紋，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(gè)問題。
[0034](2)、熱變形的影響
[0035]釬焊夾具及零件在釬焊溫度下產(chǎn)生熱變形，對釬焊過程的影響應(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，會產(chǎn)生膨脹量差，釬焊零件會產(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(yán)格的零件，采用強(qiáng)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(qiáng)制變形夾具就不能滿足使用要求了，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夾具系統(tǒng)，彈性元件采用高溫專用彈墊，經(jīng)過膨脹量差的計(jì)算，控制彈性元件的變形范圍，這樣既可以對釬焊件保持必要的壓力，又解決了膨脹量差的問題。
[0036](3)、π模桿焊接夾具要充分考慮到釬焊件加散熱均勻性的要求，釬焊時(shí)零件的加熱和冷卻速度也是重要的工藝參數(shù)，如果加熱過快，會使焊件內(nèi)溫度不均勻而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，加熱過慢又會造成例如母材晶粒長大，釬料低沸點(diǎn)組元蒸發(fā)以及金屬氧化釬劑分解等有害過程的急劇發(fā)展，焊件的冷卻速度對于焊接質(zhì)量也有直接的影響，過慢的冷卻可能引起母材晶粒長大，加快冷卻速度有利于細(xì)化焊縫組織提高焊接強(qiáng)度，但冷卻過快可能使焊件因形成過大的熱應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋，或焊縫過速凝固使氣體不及逸出而產(chǎn)生氣孔。氫氣在爐腔內(nèi)的連續(xù)流動(dòng)，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。
[0037]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加速器腔體π模桿氫爐釬焊方法，其模桿上端設(shè)置有不銹鋼補(bǔ)償環(huán)，不銹鋼補(bǔ)償環(huán)外部設(shè)置有陶瓷環(huán)，η模桿上端部還設(shè)置有耐高溫彈簧墊片，^模桿中設(shè)置有全螺紋螺桿，全螺紋螺桿下端通過黃銅螺母安裝有不銹鋼墊片，η模桿上焊接有錐套，其特點(diǎn)是包括如下步驟: (1)、將四翼型射頻四極場加速器腔體用無氧銅材質(zhì)的η模桿孔的尺寸精加工到焊接尺寸，^模桿孔直徑為01 Omm，公差值0.3?0.5mm ; (2)、對水平單翼、垂直單翼單翼、錐套和π模桿外表面進(jìn)行清洗、烘干，去除氧化層及油污，保證焊接精度和真空度，焊接間隙小于0.02mm，焊后π模桿不得彎曲，直線度0.1mm,真空漏率小于I X 10_9Pa.L/s ； (3)、焊接部位為單翼上π模桿的錐孔單翼上的η模桿錐孔。對)與錐套的外表面接觸焊接，錐套內(nèi)孔與η模桿的外表面焊接，錐度為40° ±0.05°，保證兩個(gè)焊接面在同時(shí)焊接時(shí)釬料的足量及緊固； (4)、在錐套外壁焊料槽內(nèi)裝一圈釬料，外壁焊料槽為O型槽，釬料不高于外錐面，防止錐套的外錐面與單翼上η模桿錐孔之間間隙過大，影響焊接精度及真空度；在錐套內(nèi)壁焊料槽內(nèi)裝一圈釬料，內(nèi)壁焊料槽為O型槽，不影響錐套在π模桿上的移動(dòng)，裝完后用酒精清洗并檢驗(yàn)裝配間隙； (5)、在π模桿下端的全螺紋螺桿兩端噴氮化硼脫模劑，防止焊接過程中高溫加熱后螺母與螺桿粘合無法拆卸； (6)、先將π模桿裝到四翼型射頻四極場加速器腔體單翼的η模桿孔內(nèi)，然后在η模桿兩端將錐套裝到單翼上η模桿的錐孔內(nèi)，是兩個(gè)錐面相互緊密貼合，同時(shí)由于焊料熔化后向下流動(dòng)，需保證焊料兩端向下，再將全螺紋螺桿穿過η模桿內(nèi)孔，依次將加工好的陶瓷環(huán)、不銹鋼補(bǔ)償環(huán)、不銹鋼墊塊、耐高溫彈簧墊片裝到螺桿上，再加不銹鋼墊塊，最后上螺母，用手?jǐn)Q緊； (7)、最后對整個(gè)π模桿的裝配精度進(jìn)行檢驗(yàn)，來回晃動(dòng)，整體不發(fā)生晃動(dòng)，證明組裝精度達(dá)到焊接設(shè)計(jì)要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四翼型射頻四極場加速器腔體η模桿氫爐釬焊方法，其特征在于:所述的第六步驟中的耐高溫彈簧墊片為正反一組，共設(shè)置三組；耐高溫彈簧墊片的壓縮量為百分之三十，三組耐高溫彈簧墊片的長度為9mm，通過螺母將彈墊壓縮到6.3mm ；三組耐高溫彈簧墊片來補(bǔ)償無氧銅和不銹鋼零件發(fā)生熱膨脹，緩沖熱膨脹時(shí)的間隙；防止錐套與η模桿孔發(fā)生松動(dòng)后影響焊接精度及真空度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四翼型射頻四極場加速器腔體η模桿氫爐釬焊方法，其特征在于:所述的耐高溫彈簧墊片保證錐面的緊密貼合，不銹鋼補(bǔ)償環(huán)保證η模桿在η模桿孔的兩端距離偏差小于0.2mm,陶瓷環(huán)在錐套與墊塊之間起一個(gè)過渡作用，保證錐套錐面的緊密貼合，通過晃動(dòng)檢驗(yàn)錐面是否貼合緊密，保證最后焊接精度及真空度要求。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四翼型射頻四極場加速器腔體η模桿氫爐釬焊方法，其特征在于:所述的單翼上η模桿錐孔、錐套、模桿相互連接的焊接面間隙要求小于0.02mm,通過全螺紋的螺桿、陶瓷環(huán)、補(bǔ)償環(huán)、墊塊、螺母保證兩兩焊接面相互貼緊。
【文檔編號】B23K1/008GK104128686SQ201410342858
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】孫國平, 謝春安, 李學(xué)敏, 牛小強(qiáng), 張小奇, 王豐, 王文進(jìn), 徐大宇, 雷海亮 申請人:中國科學(xué)院近代物理研究所