四翼型射频四极场加速器腔体氢炉钎焊方法

四翼型射频四极场加速器腔体氢炉钎焊方法
【专利摘要】本发明涉及四翼型射频四极场加速器腔体的氢炉钎焊的制造新工艺【技术领域】，尤其是涉及一种四翼型射频四极场加速器腔体氢炉钎焊方法。其通过在钎焊时钎焊零件应装配定位，以确保零件之问的相互位置和钎焊要求的焊接问隙。钎焊夹具要涉及到钎焊零件的固定、装配、进炉、钎焊、出炉整个过程，夹具是否合理和实用直接影响到钎焊质量。其采用新紧固结构的焊接方式之后，腔体焊接的成功率大大提高，焊接后的腔体表面电阻小、导电性能好、稳定性佳、外形尺寸及形状变形小、真空指标好，改善和提高了四翼型RFQ加速器腔体的整体性能。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及四翼型射频四极场加速器腔体的氢炉钎焊的制造新工艺【技术领域】，尤 其是涉及一种四翼型射频四极场加速器腔体氢炉钎焊方法。 四翼型射频四极场加速器腔体氢炉钎焊方法

【背景技术】
[0002] 射频四极场（Radio Frequency Quadrupole, RFQ)加速器腔体是RFQ直线加速器 的核心部件，其制造水平是影响加速器性能参数的关键之一。通过四翼上波浪形的调制线， 在腔体的束流中心线上产生纵向电场，从而对束流进行加速，其稳定可靠性对加速器非常 重要，因此，能否通过良好的焊接工艺保证RFQ加速器腔体的焊接质量，关系腔体电场谐振 频率的稳定性和一致性。目前，用常规钎焊手段焊接RFQ加速器腔体时，容易产生焊接变 形、焊接成功率不高，直接影响RFQ加速器腔体的制造水平，很容易产生废品。


【发明内容】

[0003] 本发明的目的在于避免现有技术的不足提供一种四翼型射频四极场加速器腔体 氢炉钎焊方法，从而有效解决现有技术的问题。
[0004] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所述的四翼型射频四极场加速器腔 体氢炉钎焊方法，其特点是包括如下步骤：
[0005] (1)、将由两块水平单翼和两块垂直单翼氢炉钎焊而成的四翼型射频四极场加速 器腔体主体的内、外表面精加工到所需尺寸；加速器腔体主体材质为无氧铜；
[0006] (2)、将清洗合格的两块水平单翼取出，在两块水平电极焊料槽装焊料，确保焊料 不松动，焊料Φ 1mm，槽宽小于1. 1mm ;
[0007] (3)、在平台上将一块水平单翼吊起来，基准面向下垂直放到平台上；用同样的方 法起吊一块垂直单翼，垂直单翼的焊接面、加强焊接面与水平单翼焊接面相贴；同样的步骤 将另一块垂直单翼放到平台上，最后将另一块水平单翼起吊，保证焊接面与垂直电极焊接 面相贴；每次吊完后将起吊工装都拆卸完毕在进行下一块单翼的起吊；
[0008] (4)、两块水平单翼和两块垂直单翼组拼在一起后，通过四块夹板装在铜腔下面， 用夹板从两个方向逐步加紧，使四块单翼的焊接面与加强焊接面相互贴合均匀；
[0009] (5)、装不锈钢紧固螺栓，先用手全部拧到底，两面螺栓全部装完，用螺旋式的紧固 顺序，从下向上依次用扭力扳手的用固定15牛顿的力拧紧螺栓；
[0010] (6)、松开垂直单翼上所有螺栓，在没有螺栓的面上安装直角夹具，从下向上安装 并调整夹具之间的距离，用手拧紧螺栓，保证夹具不松动，再通过扭力扳手10牛顿的力，同 样用螺旋式的方法依次将螺栓拧紧；
[0011] (7)、调整扭力扳手到15牛顿，将垂直电极两侧的螺栓采用一左一右的方法将每 一个螺栓拧紧，保证焊接面与加强焊接面之间的间隙小于0. 02mm ;
[0012] (8)、通过塞尺对焊接面、加强焊接面的装配间隙进行测量，如间隙大于0. 02_，则 重新松开部分螺栓，再次拧紧并调大扭力，直到焊接面间隙小于〇. 〇2mm ;
[0013] (9)、在垂直单翼方向直接通过螺栓来固定，在水平单翼方向不能直接用螺栓固 定，需通过直角夹具作为支撑工装过渡固定，保证在水平方向来固定两个焊接面的贴合，保 证腔体焊接精度要求；
[0014] (10)、焊接时，在螺栓、垫片、直角夹具表面喷一层氮化硼作为脱模剂，防止螺栓、 直角夹具和腔体粘接。
[0015] 所述的焊接面与加强焊接面两个方向固定夹具，保证两个焊接面之间的间隙小于 0. 02mm，采用氢炉高温焊接。
[0016] 所述的螺栓、垫片、直角夹具为不锈钢材料，保证焊接后变形量比较小，控制在 0. 03mm 以内。
[0017] 所述的直角夹具的长短尺寸通过腔体上螺栓底孔之间的距离来确定，以保证装配 时方便，同时组装夹具时两直角夹具之间的距离保证为2-3mm。
[0018] 本发明的有益效果是：所述的四翼型射频四极场加速器腔体氢炉钎焊方法，其采 用新紧固结构的焊接方式之后，腔体焊接的成功率大大提高，焊接后的腔体表面电阻小、导 电性能好、稳定性佳、外形尺寸及形状变形小、真空指标好，改善和提高了四翼型RFQ加速 器腔体的整体性能。

【专利附图】

【附图说明】
[0019] 图1是本发明焊接结构示意图；
[0020] 图2是本发明的焊接夹具结构示意图。

【具体实施方式】
[0021] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并 非用于限定本发明的范围。
[0022] 如图1和2所示，所述的四翼型射频四极场加速器腔体氢炉钎焊方法，其特点是包 括如下步骤：
[0023] (1)、将由两块水平单翼和两块垂直单翼氢炉钎焊而成的四翼型射频四极场加速 器腔体主体的内、外表面精加工到所需尺寸；加速器腔体主体材质为无氧铜，外形尺寸长 1050mm，宽 390mm，高 390mm ；
[0024] (2)、将清洗合格的两块水平单翼取出，在两块水平电极焊料槽装焊料，确保焊料 不松动，焊料Φ 1mm，槽宽小于1. 1mm ;
[0025] (3)、在平台上将一块水平单翼吊起来，基准面向下垂直放到平台上；用同样的方 法起吊一块垂直单翼，垂直单翼的焊接面、加强焊接面与水平单翼焊接面相贴；同样的步骤 将另一块垂直单翼放到平台上，最后将另一块水平单翼起吊，保证焊接面与垂直电极焊接 面相贴；每次吊完后将起吊工装都拆卸完毕在进行下一块单翼的起吊；
[0026] (4)、两块水平单翼和两块垂直单翼组拼在一起后，通过四块夹板装在铜腔下面， 用夹板从两个方向慢慢加紧，使四块单翼的焊接面与加强焊接面相互贴合均匀；
[0027] (5)、装不锈钢紧固螺栓，先用手全部拧到底，两面螺栓全部装完，用螺旋式的紧固 顺序，从下向上依次用扭力扳手的用固定15牛顿的力拧紧螺栓；
[0028] (6)、松开垂直单翼上所有螺栓，在没有螺栓的面上安装直角夹具，从下向上安装 并调整夹具之间的距离，用手拧紧螺栓，保证夹具不松动，再通过扭力扳手10牛顿的力，同 样用螺旋式的方法依次将螺栓拧紧；
[0029] (7)、调整扭力扳手到15牛顿，将垂直电极两侧的螺栓采用一左一右的方法将每 一个螺栓拧紧，保证焊接面与加强焊接面之间的间隙小于0. 02mm ;
[0030] (8)、通过塞尺对焊接面、加强焊接面的装配间隙进行测量，如间隙大于0. 02_，则 重新松开部分螺栓，再次拧紧并调大扭力，直到焊接面间隙小于〇. 〇2mm ;
[0031] (9)、在垂直单翼方向直接通过螺栓来固定，在水平单翼方向不能直接用螺栓固 定，需通过直角夹具作为支撑工装过渡固定，保证在水平方向来固定两个焊接面的贴合，保 证腔体焊接精度要求；
[0032] (10)、焊接时，在螺栓、垫片、直角夹具表面喷一层氮化硼作为脱模剂，防止螺栓、 直角夹具和腔体粘接。
[0033] 所述的焊接面与加强焊接面两个方向固定夹具，保证两个焊接面之间的间隙小于 0. 02mm，采用氢炉高温焊接。
[0034] 所述的螺栓、垫片、直角夹具为不锈钢材料，保证焊接后变形量比较小，控制在 0. 03mm 以内。
[0035] 所述的直角夹具的长短尺寸通过腔体上螺栓底孔之间的距离来确定，以保证装配 时方便，同时组装夹具时两直角夹具之间的距离保证为2-3mm。
[0036] 所述的四翼型射频四极场加速器腔体氢炉钎焊方法，其氢炉钎焊夹具设计需要满 足以下条件：
[0037] (1)夹具材料的选择
[0038] 在钎焊温度下，夹具材料的刚性要大于钎焊零件材料，这样在钎焊过程中，焊件 的变形始终受夹具的限制，焊件及其配合尺寸可以依靠夹具装配得到保证。氢炉钎焊工 作温度在800°C左右，钎焊时间比较长，一般情况选择lCrl8Ni9Ti可以满足使用要求， lCrl8Ni9Ti属奥氏体不锈钢，抗氧化性达到700°C以上，重要的是在钎焊温度时还有足够 的热强性，刚性远大于铝合金，组织稳定，长期使用不会脆化，故而，钎焊夹具基本框架及主 要工作部件采用lCrl8Ni9Ti是非常合适的；对于一些配合尺寸及精度要求高的零件，夹具 设计必须要涉及螺纹副以及定位孔轴配合，如果材料选择不合适，热稳定性差，钎焊温度下 夹具零件之间会有"咬死"现象，而选用氮化硼作为脱模剂可以较好地解决这个问题。
[0039] (2)要考虑热变形的影响
[0040] 钎焊夹具及零件在钎焊温度下产生热变形，对钎焊过程的影响应该着重予以考 虑。由于夹具和钎焊零件的材料不同，热膨胀系数不同，在加热的情况下，会产生膨胀量差， 钎焊零件会产生变形，夹具的目的就是让钎焊件随夹具的变形而变形，一般来说，主要对钎 焊件平面度、垂直度、焊缝间隙有要求.其它要求不十分严格的零件，采用强制变形夹具可 以满足使用要求；但是对于某些外形尺寸、配合尺寸精度要求比较高的零件，采用强制变形 夹具就不能满足使用要求了，必须考虑在强制变形夹具的基础上，设计部分弹性元件组成 柔性夹具系统，弹性元件一般采用高温弹簧或弹性夹头，经过膨胀量差的计算，控制弹性元 件的变形范围，这样既可以对钎焊件保持必要的压力，又解决了膨胀量差的问题。
[0041] (3)钎焊时零件的加热和冷却速度也是重要的工艺参数，焊接夹具要充分考虑到 钎焊件过程的热均匀性要求，氢气在炉腔内的连续流动，很好的保证了钎焊过程中热量分 布的均匀性，这样焊件的变形可以减少到最低，易于保证焊件的尺寸精度。
[0042] 所述的四翼型射频四极场加速器腔体的氢炉钎焊工艺方法，焊接夹具结构结构简 单，装配便捷，定位精度高，保证焊接面之间的装配缝隙小于〇. 〇2mm。在这样的情况下钎料 熔化后流动性能达到最佳效果，从而使焊接面完全焊接，达到焊接后高真空度的要求。
[0043] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种四翼型射频四极场加速器腔体氢炉钎焊方法，其特点是包括如下步骤： (1) 、将由两块水平单翼和两块垂直单翼氢炉钎焊而成的四翼型射频四极场加速器腔 体主体的内、外表面精加工到所需尺寸；加速器腔体主体材质为无氧铜； (2) 、将清洗合格的两块水平单翼取出，在两块水平电极焊料槽装焊料，确保焊料不松 动，焊料Φ 1mm，槽宽小于1. 1mm ; (3) 、在平台上将一块水平单翼吊起来，基准面向下垂直放到平台上；用同样的方法起 吊一块垂直单翼，垂直单翼的焊接面、加强焊接面与水平单翼焊接面相贴；同样的步骤将另 一块垂直单翼放到平台上，最后将另一块水平单翼起吊，保证焊接面与垂直电极焊接面相 贴；每次吊完后将起吊工装都拆卸完毕在进行下一块单翼的起吊； (4) 、两块水平单翼和两块垂直单翼组拼在一起后，通过四块夹板装在铜腔下面，用夹 板从两个方向逐步加紧，使四块单翼的焊接面与加强焊接面相互贴合均匀； (5) 、装不锈钢紧固螺栓，先用手全部拧到底，两面螺栓全部装完，用螺旋式的紧固顺 序，从下向上依次用扭力扳手的用固定15牛顿的力拧紧螺栓； (6) 、松开垂直单翼上所有螺栓，在没有螺栓的面上安装直角夹具，从下向上安装并调 整夹具之间的距离，用手拧紧螺栓，保证夹具不松动，再通过扭力扳手10牛顿的力，同样用 螺旋式的方法依次将螺栓拧紧； (7) 、调整扭力扳手到15牛顿，将垂直电极两侧的螺栓采用一左一右的方法将每一个 螺栓拧紧，保证焊接面与加强焊接面之间的间隙小于〇. 〇2mm ; (8) 、通过塞尺对焊接面、加强焊接面的装配间隙进行测量，如间隙大于0. 02_，则重新 松开部分螺栓，再次拧紧并调大扭力，直到焊接面间隙小于〇. 〇2mm ; (9) 、在垂直单翼方向直接通过螺栓来固定，在水平单翼方向不能直接用螺栓固定，需 通过直角夹具作为支撑工装过渡固定，保证在水平方向来固定两个焊接面的贴合，保证腔 体焊接精度要求； (10) 、焊接时，在螺栓、垫片、直角夹具表面喷一层氮化硼作为脱模剂，防止螺栓、直角 夹具和腔体粘接。
2. 根据权利要求1所述的四翼型射频四极场加速器腔体氢炉钎焊方法，其特征在于： 所述的焊接面与加强焊接面两个方向固定夹具，保证两个焊接面之间的间隙小于〇. 〇2mm， 采用氢炉高温焊接。
3. 根据权利要求1所述的四翼型射频四极场加速器腔体氢炉钎焊方法，其特征在于： 所述的螺栓、垫片、直角夹具为不锈钢材料，保证焊接后变形量比较小，控制在〇.〇3mm以 内。
4. 根据权利要求1所述的四翼型射频四极场加速器腔体氢炉钎焊方法，其特征在于： 所述的直角夹具的长短尺寸通过腔体上螺栓底孔之间的距离来确定，以保证装配时方便， 同时组装夹具时两直角夹具之间的距离保证为2-3mm。
【文档编号】B23K3/08GK104117750SQ201410342677
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】孙国平, 谢春安, 李学敏, 牛小强, 张小奇, 雷海亮, 王文进, 徐大宇, 王丰 申请人:中国科学院近代物理研究所