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【技術領域】，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間隙，采用新結構的焊接方式之后，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π模桿焊接后的真空密封性能，其焊接夾具結構結構簡單，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；保證有足夠的焊料，增加了流動性。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。
【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
【技術領域】
[0001]本發明涉及四翼型射頻四極場加速器腔體π模桿制造新工藝【技術領域】，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】
[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的關鍵之一。通過四翼的水平和垂直方向上分別焊接一定數量的η模桿，起到穩定高頻結構的作用，對腔體內的電場穩定性尤為重要，其焊接質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模桿的焊接質量，關系腔體電場諧振頻率的穩定性和一致性。目前，用常規釬焊手段焊接RFQ加速器腔體模桿時，容易產生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，很容易產生廢品。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于避免現有技術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，從而有效解決現有技術的問題。
[0004]為實現上述目的，本發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η模桿氫爐釬焊方法，其η模桿上端設置有不銹鋼補償環，不銹鋼補償環外部設置有陶瓷環，η模桿上端部還設置有耐高溫彈簧墊片，η模桿中設置有全螺紋螺桿，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，錐套內孔與η模桿的外表面焊接，錐度為40° ±0.05°，保證兩個焊接面在同時焊接時釬料的足量及緊固；
[0008](4)、在錐套外壁焊料槽內裝一圈釬料，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；在錐套內壁焊料槽內裝一圈釬料，內壁焊料槽為O型槽，不影響錐套在π模桿上的移動，裝完后用酒精清洗并檢驗裝配間隙；
[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，然后在η模桿兩端將錐套裝到單翼上η模桿的錐孔內，是兩個錐面相互緊密貼合，同時由于焊料熔化后向下流動，需保證焊料兩端向下，再將全螺紋螺桿穿過H模桿內孔，依次將加工好的陶瓷環、不銹鋼補償環、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，用手擰緊；
[0011](7)、最后對整個π模桿的裝配精度進行檢驗，來回晃動，整體不發生晃動，證明組裝精度達到焊接設計要求。
[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償無氧銅和不銹鋼零件發生熱膨脹，緩沖熱膨脹時的間隙；防止錐套與η模桿孔發生松動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，不銹鋼補償環保證π模桿在π模桿孔的兩端距離偏差小于0.2mm,陶瓷環在錐套與墊塊之間起一個過渡作用，保證錐套錐面的緊密貼合，通過晃動檢驗錐面是否貼合緊密，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、補償環、墊塊、螺母保證兩兩焊接面相互貼緊。
[0015]本發明的有益效果是: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中的不足，采用新結構的焊接方式之后，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π模桿焊接后的真空密封性能，其焊接夾具結構結構簡單，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；保證有足夠的焊料，增加了流動性。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。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明模桿釬焊整體結構示意圖；
[0017]圖2是本發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；3、錐套內壁焊料槽；4、錐套外壁焊料槽；5、全螺紋螺桿；6、黃銅螺母；7、不銹鋼補償環；8、錐套；9.π模桿；10、不銹鋼墊片；11.水平單翼；12.垂直單翼。
【具體實施方式】
[0019]以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。
[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上端設置有不銹鋼補償環7，不銹鋼補償環7外部設置有陶瓷環2，π模桿9上端部還設置有耐高溫彈簧墊片1，模桿9中設置有全螺紋螺桿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，錐套內孔與π模桿的外表面焊接，錐度為40° ±0.05°，保證兩個焊接面在同時焊接時釬料的足量及緊固；
[0024](4)、在錐套外壁焊料槽4內裝一圈釬料，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；在錐套內壁焊料槽3內裝一圈釬料，內壁焊料槽為O型槽，不影響錐套在π模桿上的移動，裝完后用酒精清洗并檢驗裝配間隙；
[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，然后在η模桿兩端將錐套裝到單翼上η模桿的錐孔內，是兩個錐面相互緊密貼合，同時由于焊料熔化后向下流動，需保證焊料兩端向下，再將全螺紋螺桿穿過η模桿內孔，依次將加工好的陶瓷環、不銹鋼補償環、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，用手擰緊；
[0027](7)、最后對整個π模桿的裝配精度進行檢驗，來回晃動，整體不發生晃動，證明組裝精度達到焊接設計要求。
[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償無氧銅和不銹鋼零件發生熱膨脹，緩沖熱膨脹時的間隙；防止錐套與η模桿孔發生松動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，不銹鋼補償環保證π模桿在π模桿孔的兩端距離偏差小于0.2mm,陶瓷環在錐套與墊塊之間起一個過渡作用，保證錐套錐面的緊密貼合，通過晃動檢驗錐面是否貼合緊密，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、補償環、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模桿氫爐釬焊結構設計有以下要求
[0032](I)、Ji模桿結構的選擇:
[0033]在釬焊溫度下，錐套結構將影響焊接質量，選用內外開O型槽的目的是保證釬料熔化后遠遠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，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模桿焊接結構設計涉及螺紋，如果材料選擇不合適，熱穩定性差，釬焊溫度下夾具零件之間會有“咬死”現象，而選用氮化硼作為脫模劑可以較好地解決這個問題。
[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，彈性元件采用高溫專用彈墊，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。
[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，釬焊時零件的加熱和冷卻速度也是重要的工藝參數，如果加熱過快，會使焊件內溫度不均勻而產生內應力，加熱過慢又會造成例如母材晶粒長大，釬料低沸點組元蒸發以及金屬氧化釬劑分解等有害過程的急劇發展，焊件的冷卻速度對于焊接質量也有直接的影響，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化焊縫組織提高焊接強度，但冷卻過快可能使焊件因形成過大的熱應力而產生裂紋，或焊縫過速凝固使氣體不及逸出而產生氣孔。氫氣在爐腔內的連續流動，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。
[0037]以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發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π模桿氫爐釬焊方法，其模桿上端設置有不銹鋼補償環，不銹鋼補償環外部設置有陶瓷環，η模桿上端部還設置有耐高溫彈簧墊片，^模桿中設置有全螺紋螺桿，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，錐套內孔與η模桿的外表面焊接，錐度為40° ±0.05°，保證兩個焊接面在同時焊接時釬料的足量及緊固； (4)、在錐套外壁焊料槽內裝一圈釬料，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；在錐套內壁焊料槽內裝一圈釬料，內壁焊料槽為O型槽，不影響錐套在π模桿上的移動，裝完后用酒精清洗并檢驗裝配間隙； (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，然后在η模桿兩端將錐套裝到單翼上η模桿的錐孔內，是兩個錐面相互緊密貼合，同時由于焊料熔化后向下流動，需保證焊料兩端向下，再將全螺紋螺桿穿過η模桿內孔，依次將加工好的陶瓷環、不銹鋼補償環、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，用手擰緊； (7)、最后對整個π模桿的裝配精度進行檢驗，來回晃動，整體不發生晃動，證明組裝精度達到焊接設計要求。
2.根據權利要求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償無氧銅和不銹鋼零件發生熱膨脹，緩沖熱膨脹時的間隙；防止錐套與η模桿孔發生松動后影響焊接精度及真空度。
3.根據權利要求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，不銹鋼補償環保證η模桿在η模桿孔的兩端距離偏差小于0.2mm,陶瓷環在錐套與墊塊之間起一個過渡作用，保證錐套錐面的緊密貼合，通過晃動檢驗錐面是否貼合緊密，保證最后焊接精度及真空度要求。
4.根據權利要求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、補償環、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 優先權日:2014年7月17日
【發明者】孫國平, 謝春安, 李學敏, 牛小強, 張小奇, 王豐, 王文進, 徐大宇, 雷海亮 申請人:中國科學院近代物理研究所