CN103071907B - 基于万向节的超导腔内表面焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于万向节的超导腔内表面焊接装置，包括万向节、双沟球轴承、支架、支撑盘，万向节两边分别通过双沟球轴承固定于支架上，支撑盘的中心与电子束焊接机的旋转轴分别连接安装在万向节两端，超导腔焊件安装在支撑盘上，万向节连接安装支撑盘的一边与水平向形成轴角度，轴角度与超导腔四分之一单元形状相匹配。本发明的优点是焊接装置结构简单、装卸简单、易于操作，对电子束焊接机的要求由五轴数控降低为四轴数控，大大降低了超导腔焊接成本，约为原来的二十分之一，从而降低了超导腔的造价；焊接过程工件抖动小，焊接后的超导腔内表面焊缝平整光滑，无需特殊工艺处理，焊接质量提高，超导腔性能也得到提升。

Description

基于万向节的超导腔内表面焊接装置

技术领域

本发明涉及一种焊接装置，特别是一种基于万向节的超导腔内表面焊接装置。

背景技术

超导射频加速器是基于超导体在超导状态下的高频电磁特性发展起来的一类带电粒子加速设备。经过近40年来的发展，由于制造工艺的提高，超导加速器的核心部件——超导射频腔的性能有了很大的提高，超导舱现已开始进入大规模的实用阶段。

一般来说，我们把利用超导腔对带电粒子进行加速的加速器称为超导加速器。与常规射频带电粒子加速器相比，相同加速能量的超导加速器具有加速梯度高、束流孔径大、运行费用低、可靠性好以及造价低等优点，超导舱现已成为国际上许多新型带电粒子加速器的主要加速结构，例如美国杰弗逊实验室的连续电子束加速器、美国以橡树岭国家实验室为首的多个实验室联合制造的散裂中子源、美国费米实验室研制的高功率自由电子激光、中国科学院高能物理研究所建造的北京正负电子对撞机二期工程、上海同步辐射光源，最近刚刚批建的中国X－波段自由电子激光，目前多国实验室正在联合研制的正负电子国际对撞机，以及世界各国进行洁净核能源用的强流质子直线加速器等等。当前，加速器物理学家已达成共识：未来带电粒子加速器要采用超导舱。

由于超导腔在各种加速器上的广泛应用，以及随加速器物理和技术衍生出许多不属于核物理、高能物理研究的非核应用，特别是在未来核能源和高功率自由电子激光方面的应用，超导腔科学技术与国民经济发生了密切的联系。目前，很多发达国家正在不遗余力地发展自己的超导加速器技术，努力使自己在这一领域不致落后，同时也在进行着超导加速器技术的人才争夺战。

超导加速器的性能好坏主要由超导腔的性能决定，超导腔的性能主要由其制造工艺技术水平决定。电子束焊接超导腔焊缝的水平高低，直接影响超导腔的性能。在椭球形超导腔的所有焊缝中，小椭圆焊缝的质量至关重要。为了保证焊接质量，一般采用内外两侧焊接。对于内侧焊接，由于电子束无法倾斜直接焊接，导致焊接难度高。传统的内侧焊接方法是使用五轴数控电子束焊接机进行焊接，但是焊接费用昂贵，增加了超导腔的造价。

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用于超导腔内表面焊缝电子束焊接的焊接装置，降低焊接费用，提高焊接质量。

技术方案：一种基于万向节的超导腔内表面焊接装置，包括万向节、双沟球轴承、支架、支撑盘，所述万向节两边分别通过所述双沟球轴承固定于所述支架上，所述支撑盘的中心与电子束焊接机的旋转轴分别连接安装在所述万向节两端，超导腔焊件安装在所述支撑盘上，所述万向节连接安装所述支撑盘的一边与水平向形成轴角度，所述轴角度与超导腔四分之一单元形状相匹配。

所述轴角度为arctan［L/(Ri+D/2)］+5°，其中L为超导腔四分之一单元形状纵向长度、Ri为超导腔四分之一单元形状虹半径、D为超导腔四分之一单元形状直径。

所述支撑盘的直径为(D+8)mm，其中D为超导腔四分之一单元形状直径。

本发明的原理是通过万向节完成旋转扭矩的方向转换，同时连接电子束焊接机的旋转轴，传输扭矩，由两个双沟球轴承保证转动的稳定性，万向节轴角度与超导腔单元形状相匹配，从而使电子束能够焊接的更好。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是焊接装置结构简单、装卸简单、易于操作，对电子束焊接机的要求由五轴数控降低为四轴数控，大大降低了超导腔焊接成本，约为原来的二十分之一，从而降低了超导腔的造价；焊接过程工件抖动小，焊接后的超导腔内表面焊缝平整光滑，无需特殊工艺处理，焊接质量提高，超导腔性能也得到提升。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为超导腔四分之一单元形状截面及参数示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，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。

如附图1所示，一种基于万向节的超导腔内表面焊接装置，包括万向节1、两个双沟球轴承2、支架3、支撑盘4。万向节1两边分别通过双沟球轴承2固定于支架3上，万向节1水平的一边其端部与电子束焊接机5的旋转轴连接安装，万向节1另一边与水平向形成轴角度β，该边其端部与支撑盘4的中心连接安装，超导腔焊件6安装在支撑盘4上，轴角度β与超导腔四分之一单元形状相匹配。支撑盘4上刻槽，以保证能够固定作为超导腔焊件6的哑铃腔。

附图2所示为超导腔四分之一单元形状截面及参数，其中：

L为四分之一单元形状的纵向长度，该参数由超导腔几何因子β_g和超导腔工作频率f确定，L＝cβ_g/(2f)，这里c为光速；

Ri为四分之一单元形状的虹半径；

B和A为顶椭圆的长短轴；

b和a为虹椭圆的长短轴；

α为超导腔腔壁倾角；

D为四分之一单元形状的直径。

由此推算出：轴角度β为arctan［L/(Ri+D/2)］+5°，支撑盘4的直径为(D+8)mm。

实际设计安装时，应先根据超导腔四分之一单元形状的各参数，确定轴角度β，然后制作支架3，用于支撑万向节1。

焊接操作时，在四轴数控电子束焊接机上安装本发明焊接装置和超导腔焊件，由万向节1完成旋转扭矩的方向转换，同时连接电子束焊接机的旋转轴，传输扭矩，由两个双沟球轴承保证转动的稳定性，万向节轴角度与超导腔单元形状相匹配，从而使电子束能够焊接的更好。

Claims (2)

1.一种基于万向节的超导腔内表面焊接装置，其特征在于：包括万向节(1)、双沟球轴承(2)、支架(3)、支撑盘(4)，所述万向节(1)两边分别通过所述双沟球轴承(2)固定于所述支架(3)上，所述支撑盘(4)的中心与电子束焊接机的旋转轴分别连接安装在所述万向节(1)两端，超导腔焊件安装在所述支撑盘(4)上，所述万向节(1)连接安装所述支撑盘(4)的一边与水平向形成轴角度，所述轴角度与超导腔四分之一单元形状相匹配；所述轴角度为arctan[L/(Ri+D/2)]+5°，其中L为超导腔四分之一单元形状纵向长度、Ri为超导腔四分之一单元形状虹半径、D为超导腔四分之一单元形状直径。

2.根据权利要求1所述的基于万向节的超导腔内表面焊接装置，其特征在于：所述支撑盘(4)的直径为(D+8)mm，其中D为超导腔四分之一单元形状直径。