CN103028833A - 一种束流位置监测器的焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种束流位置监测器的焊接工艺，采用电子束焊接机在超真空状态下焊接腔体与腔体、腔体与法兰、腔体与电极，焊接前先对腔体和电极进行真空清洗，焊接完成后，进行真空检漏。本发明的优点是采用电子束焊接束流位置监测器腔体与法兰和电极时，不会造成电极陶瓷窗损坏，四个电极的耦合系数一致性很好，同时束流位置监测器两端法兰的平行度和与束轴的垂直度精度高，减小了在法兰与腔体焊接过程中引入的误差，大大提高了束流位置监测器的性能和制造成功率，经真空测试表明，整体束流位置监测器的平均真空度达到2.0×10^-9帕斯卡升/秒，远高于通常要求的10^-8级帕斯卡升/秒。

Description

一种束流位置监测器的焊接工艺

技术领域

本发明涉及一种焊接工艺，特别是一种束流位置监测器的焊接工艺。

背景技术

束流位置监测器BPM是用于高能带电粒子加速器中探测束流在真空管道中水平和垂直位置的仪器，其以高精度、高分辨率的特点而得到广泛的应用，用它测量电子束流在加速器中运行时的运动轨迹，是进行闭轨校正的有效手段。从真空管道横截面上看，束流位置监测器的结构通常是在真空管道内呈均匀分布的四个电极，电极形状呈钮扣型或条带型。

由于高能粒子加速器对束流运动轨迹控制要求很高，反应到束流位置监测器，就是对其束流电极约2微米的位置精度和整体BPM的真空度要求很高。传统的束流位置监测器的焊接是用氩弧焊焊接腔体与法兰和电极，其优点是焊接费用低，缺点是很容易损坏真空束流电极，电极耦合系数的一致性差。一般来说，一个束流位置监测器有4个真空束流电极，其价格占整个束流位置监测器成品价的56%左右，任何一个电极出现问题，将导致整个束流位置监测器不可恢复性的报废。

发明内容

发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种对束流位置监测器的腔体与法兰和电极的焊接工艺，提高电极的位置精度和整体束流位置监测器的真空度。

技术方案：一种束流位置监测器的焊接工艺，采用电子束焊接机在超真空状态下焊接腔体与腔体、腔体与法兰、腔体与电极，焊接前先对腔体和电极进行真空清洗，部件焊接顺序为：先焊接腔体与电极，然后焊接腔体与腔体，最后焊接腔体与法兰；焊接完成后，进行真空检漏。

真空检漏时，真空漏气率小于1.0×10^-8帕斯卡升/秒为焊接合格。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是采用电子束焊接束流位置监测器腔体与法兰和电极时，不会造成电极陶瓷窗损坏，四个电极的耦合系数一致性很好，同时束流位置监测器两端法兰的平行度和与束轴的垂直度精度高，减小了在法兰与腔体焊接过程中引入的误差，大大提高了束流位置监测器的性能和制造成功率，经真空测试表明，整体束流位置监测器的平均真空度达到2.0×10^-9帕斯卡升/秒，远高于通常要求的10^-8级帕斯卡升/秒。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

束流位置监测器在监测使用过程中，束流经过谐振腔时，激励起谐振腔的特征模式。圆柱形谐振腔的偶极模式TM110模的电场相对于腔轴具备奇对称性，TM110模偏轴距离r处的电场强度为：

E_z＝C_dipoleJ₁(a₁₁r/R)cosφ，

式中：C_dipole是常数，a₁₁是一阶贝塞尔函数的第一个根。近轴条件下，可认为一阶贝塞尔函数的值与r成正比。

因此有：

$\left\{\begin{array}{c}{E}_{\mathrm{loss}}=q^2{k}_{\mathrm{loss}}=q^2\frac{{\left|{\∫}_0^l\mathrm{dz}{E}_{\mathrm{dipole}}(r,z)\exp ({\mathrm{j\ω}}_{0}z/v)\right|}^2}{4W_{\mathrm{dipole}}}\∝q^2{r}^2\\ V_L=\sqrt{\frac{{\mathrm{\ωE}}_{\mathrm{loss}}}{Q_L}{R}_L}\∝\mathrm{qr}\end{array}\right.,$

式中：W_dipole为计算过程中的归一化储能常数，E_loss为束流损失到TM110模的能量，q为束团电荷，v为束团速度，ω₀为TM01模式的角频率，R_L是负载的特性阻抗，Q_L为有载品质因数。因此，TM110模的电压信号幅度与偏轴距离成正比，偏离方向则由参考腔提供参考相位进行比较来判断。

理想情况下束流位置监测器分辨力为：

${\mathrm{\Δx}}_{\mathrm{ideal}}=\frac{1}{q\sqrt{\frac{\mathrm{\π}}{4\mathrm{kT}}\frac{\mathrm{\β}}{1+\mathrm{\β}}{k}_{\mathrm{loss},\mathrm{normalized}}}}$

式中：β是耦合系数，k是玻耳兹曼常数，T是温度。由该式可知，束流位置监测器的分辨力与耦合系数β的大小有密切的关系。在实际束流位置监测器的制造中，耦合系数则由电极与腔体的间隙大小决定。如果四个电极的耦合系数不一致，则会对束流位置监测器的分辨力影响很大。因此，在制造束流位置监测器的过程中，控制四个电极的耦合系数对于保证位置监测器的测量精度很重要。电极耦合系数的误差主要来自于束流位置监测器的腔体加工和束流位置监测器的与腔体的焊接。

本发明对束流位置监测器的焊接工艺，采用电子束焊接机在超真空状态下焊接腔体与腔体、腔体与法兰、腔体与电极。焊接前先对腔体和电极进行真空清洗，部件焊接顺序为：先焊接腔体与电极，然后焊接腔体与腔体，最后焊接腔体与法兰；焊接完成后，进行真空检漏，真空漏气率小于1.0×10^-8帕斯卡升/秒为焊接合格。达到有效控制电极的耦合系数，减少电极焊接损坏率。焊接后对产品进行真空测试，结果表明，整体束流位置监测器的平均真空度达到2.0×10^-9帕斯卡升/秒，远高于通常要求的10^-8级帕斯卡升/秒。

Claims (2)

1.一种束流位置监测器的焊接工艺，其特征在于：采用电子束焊接机在超真空状态下焊接腔体与腔体、腔体与法兰、腔体与电极，焊接前先对腔体和电极进行真空清洗，部件焊接顺序为：先焊接腔体与电极，然后焊接腔体与腔体，最后焊接腔体与法兰；焊接完成后，进行真空检漏。

2.根据权利要求1所述的一种束流位置监测器的焊接工艺，其特征在于：真空检漏时，真空漏气率小于1.0×10^-8帕斯卡升/秒为焊接合格。