CN104128686A - 四翼型射频四极场加速器腔体π模杆氢炉钎焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及四翼型射频四极场加速器腔体π模杆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π模杆氢炉钎焊方法。其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间隙，采用新结构的焊接方式之后，焊接成功率极大提高、加工工序简化、装配方便快捷、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π模杆焊接后的真空密封性能，其焊接夹具结构结构简单，装配便捷，定位精度高，保证π模杆焊接面相互贴紧，装配间隙小于0.02mm以内；保证有足够的焊料，增加了流动性。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。

Description

四翼型射频四极场加速器腔体π模杆氢炉钎焊方法

技术领域

本发明涉及四翼型射频四极场加速器腔体π模杆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π模杆氢炉钎焊方法。

背景技术

加速器腔体是射频四极场(Radio Frequency Quadrupole，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。通过四翼的水平和垂直方向上分别焊接一定数量的π模杆，起到稳定高频结构的作用，对腔体内的电场稳定性尤为重要，其焊接质量的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π模杆的焊接质量，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π模杆时，容易产生π模杆变形、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

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π模杆氢炉钎焊方法，从而有效解决现有技术的问题。

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π模杆氢炉钎焊方法，其π模杆上端设置有不锈钢补偿环，不锈钢补偿环外部设置有陶瓷环，π模杆上端部还设置有耐高温弹簧垫片，π模杆中设置有全螺纹螺杆，全螺纹螺杆下端通过黄铜螺母安装有不锈钢垫片，π模杆上焊接有锥套，其特点是包括如下步骤：

(1)、将四翼型射频四极场加速器腔体用无氧铜材质的π模杆孔的尺寸精加工到焊接尺寸，π模杆孔直径为公差值0.3～0.5mm；

(2)、对水平单翼、垂直单翼单翼、锥套和π模杆外表面进行清洗、烘干，去除氧化层及油污，保证焊接精度和真空度，焊接间隙小于0.02mm，焊后π模杆不得弯曲，直线度0.1mm，真空漏率小于1×10^-9Pa·L/s；

(3)、焊接部位为单翼上π模杆的锥孔单翼上的π模杆锥孔与锥套的外表面接触焊接，锥套内孔与π模杆的外表面焊接，锥度为40°±0.05°，保证两个焊接面在同时焊接时钎料的足量及紧固；

(4)、在锥套外壁焊料槽内装一圈钎料，外壁焊料槽为O型槽，钎料不高于外锥面，防止锥套的外锥面与单翼上π模杆锥孔之间间隙过大，影响焊接精度及真空度；在锥套内壁焊料槽内装一圈钎料，内壁焊料槽为O型槽，不影响锥套在π模杆上的移动，装完后用酒精清洗并检验装配间隙；

(5)、在π模杆下端的全螺纹螺杆两端喷氮化硼脱模剂，防止焊接过程中高温加热后螺母与螺杆粘合无法拆卸；

(6)、先将π模杆装到四翼型射频四极场加速器腔体单翼的π模杆孔内，然后在π模杆两端将锥套装到单翼上π模杆的锥孔内，是两个锥面相互紧密贴合，同时由于焊料熔化后向下流动，需保证焊料两端向下，再将全螺纹螺杆穿过π模杆内孔，依次将加工好的陶瓷环、不锈钢补偿环、不锈钢垫块、耐高温弹簧垫片装到螺杆上，再加不锈钢垫块，最后上螺母，用手拧紧；

(7)、最后对整个π模杆的装配精度进行检验，来回晃动，整体不发生晃动，证明组装精度达到焊接设计要求。

所述的第六步骤中的耐高温弹簧垫片为正反一组，共设置三组；耐高温弹簧垫片的压缩量为百分之三十，三组耐高温弹簧垫片的长度为9mm，通过螺母将弹垫压缩到6.3mm；三组耐高温弹簧垫片来补偿无氧铜和不锈钢零件发生热膨胀，缓冲热膨胀时的间隙；防止锥套与π模杆孔发生松动后影响焊接精度及真空度；

所述的耐高温弹簧垫片保证锥面的紧密贴合，不锈钢补偿环保证π模杆在π模杆孔的两端距离偏差小于0.2mm，陶瓷环在锥套与垫块之间起一个过渡作用，保证锥套锥面的紧密贴合，通过晃动检验锥面是否贴合紧密，保证最后焊接精度及真空度要求。

所述的单翼上π模杆锥孔、锥套、π模杆相互连接的焊接面间隙要求小于0.02mm,通过全螺纹的螺杆、陶瓷环、补偿环、垫块、螺母保证两两焊接面相互贴紧。

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π模杆氢炉钎焊方法，其克服了其它钎焊技术中的不足，采用新结构的焊接方式之后，焊接成功率极大提高、加工工序简化、装配方便快捷、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π模杆焊接后的真空密封性能，其焊接夹具结构结构简单，装配便捷，定位精度高，保证π模杆焊接面相互贴紧，装配间隙小于0.02mm以内；保证有足够的焊料，增加了流动性。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。

附图说明

图1是本发明模杆钎焊整体结构示意图；

图2是本发明模杆与腔体焊接示意图。

图中：1、耐高温弹簧垫片；2、陶瓷环；3、锥套内壁焊料槽；4、锥套外壁焊料槽；5、全螺纹螺杆；6、黄铜螺母；7、不锈钢补偿环；8、锥套；9.π模杆；10、不锈钢垫片；11.水平单翼；12.垂直单翼。

具体实施方式

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。

如图1和2所示，所述的四翼型射频四极场加速器腔体π模杆氢炉钎焊方法，其π模杆9上端设置有不锈钢补偿环7，不锈钢补偿环7外部设置有陶瓷环2，π模杆9上端部还设置有耐高温弹簧垫片1，π模杆9中设置有全螺纹螺杆5，全螺纹螺杆5下端通过黄铜螺母6安装有不锈钢垫片10，π模杆9上焊接有锥套8，其特点是包括如下步骤：

(1)、将四翼型射频四极场加速器腔体用无氧铜材质的π模杆锥孔的尺寸精加工到焊接尺寸，π模杆孔直径为公差0.3～0.5mm；

(2)、对水平单翼11、垂直单翼12、锥套和π模杆外表面进行清洗、烘干，去除氧化层及油污，保证焊接精度和真空度，焊接间隙小于0.02mm，焊后π模杆不得弯曲，直线度0.1mm，真空漏率小于1×10^-9Pa·L/s；

(3)、焊接部位为单翼上π模杆的锥孔与锥套的外表面接触焊接，锥套内孔与π模杆的外表面焊接，锥度为40°±0.05°，保证两个焊接面在同时焊接时钎料的足量及紧固；

(4)、在锥套外壁焊料槽4内装一圈钎料，外壁焊料槽为O型槽，钎料不高于外锥面，防止锥套的外锥面与单翼上π模杆锥孔之间间隙过大，影响焊接精度及真空度；在锥套内壁焊料槽3内装一圈钎料，内壁焊料槽为O型槽，不影响锥套在π模杆上的移动，装完后用酒精清洗并检验装配间隙；

(5)、在π模杆下端的全螺纹螺杆两端喷氮化硼脱模剂，防止焊接过程中高温加热后螺母与螺杆粘合无法拆卸；

(6)、先将π模杆装到四翼型射频四极场加速器腔体单翼的π模杆锥孔内，然后在π模杆两端将锥套装到单翼上π模杆的锥孔内，是两个锥面相互紧密贴合，同时由于焊料熔化后向下流动，需保证焊料两端向下，再将全螺纹螺杆穿过π模杆内孔，依次将加工好的陶瓷环、不锈钢补偿环、不锈钢垫块、耐高温弹簧垫片装到螺杆上，再加不锈钢垫块，最后上螺母，用手拧紧；

(7)、最后对整个π模杆的装配精度进行检验，来回晃动，整体不发生晃动，证明组装精度达到焊接设计要求。

所述的第六步骤中的耐高温弹簧垫片为正反一组，共设置三组；耐高温弹簧垫片的压缩量为百分之三十，三组耐高温弹簧垫片的长度为9mm，通过螺母将弹垫压缩到6.3mm；三组耐高温弹簧垫片来补偿无氧铜和不锈钢零件发生热膨胀，缓冲热膨胀时的间隙；防止锥套与π模杆孔发生松动后影响焊接精度及真空度；

所述的耐高温弹簧垫片保证锥面的紧密贴合，不锈钢补偿环保证π模杆在π模杆孔的两端距离偏差小于0.2mm，陶瓷环在锥套与垫块之间起一个过渡作用，保证锥套锥面的紧密贴合，通过晃动检验锥面是否贴合紧密，保证最后焊接精度及真空度要求。

所述的单翼上π模杆锥孔、锥套、π模杆相互连接的焊接面间隙要求小于0.02mm,通过全螺纹的螺杆、陶瓷环、补偿环、垫块、螺母保证两两焊接面相互贴紧。

所述的四翼型射频四极场加速器腔体π模杆氢炉钎焊方法，其π模杆氢炉钎焊结构设计有以下要求

(1)、π模杆结构的选择：

在钎焊温度下，锥套结构将影响焊接质量，选用内外开O型槽的目的是保证钎料熔化后远远大于焊接面钎料量的理论值，这样在钎焊过程中，焊件能够有足够的焊料来流动，确保焊接面全面有焊料。真空钎焊工作温度在800℃左右，钎焊时间比较长，一般情况选择1Crl8Ni9Ti可以满足使用要求，1Crl8Ni9Ti属奥氏体不锈钢，抗氧化性达到700℃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，长期旋用不会脆化，故而，钎焊π模杆主要工作部件采用1Crl8Ni9Ti是非常合适的；对于一些配合尺寸及精度要求高的零件，π模杆焊接结构设计涉及螺纹，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。

(2)、热变形的影响

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，弹性元件采用高温专用弹垫，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。

(3)、π模杆焊接夹具要充分考虑到钎焊件加散热均匀性的要求，钎焊时零件的加热和冷却速度也是重要的工艺参数，如果加热过快，会使焊件内温度不均匀而产生内应力，加热过慢又会造成例如母材晶粒长大，钎料低沸点组元蒸发以及金属氧化钎剂分解等有害过程的急剧发展,焊件的冷却速度对于焊接质量也有直接的影响，过慢的冷却可能引起母材晶粒长大，加快冷却速度有利于细化焊缝组织提高焊接强度，但冷却过快可能使焊件因形成过大的热应力而产生裂纹，或焊缝过速凝固使气体不及逸出而产生气孔。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。

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。

Claims (4)

1.一种四翼型射频四极场加速器腔体π模杆氢炉钎焊方法，其π模杆上端设置有不锈钢补偿环，不锈钢补偿环外部设置有陶瓷环，π模杆上端部还设置有耐高温弹簧垫片，π模杆中设置有全螺纹螺杆，全螺纹螺杆下端通过黄铜螺母安装有不锈钢垫片，π模杆上焊接有锥套，其特点是包括如下步骤：

(1)、将四翼型射频四极场加速器腔体用无氧铜材质的π模杆孔的尺寸精加工到焊接尺寸，π模杆孔直径为公差值0.3～0.5mm；

(2)、对水平单翼、垂直单翼单翼、锥套和π模杆外表面进行清洗、烘干，去除氧化层及油污，保证焊接精度和真空度，焊接间隙小于0.02mm，焊后π模杆不得弯曲，直线度0.1mm，真空漏率小于1×10^-9Pa·L/s；

(3)、焊接部位为单翼上π模杆的锥孔单翼上的π模杆锥孔。对)与锥套的外表面接触焊接，锥套内孔与π模杆的外表面焊接，锥度为40°±0.05°，保证两个焊接面在同时焊接时钎料的足量及紧固；

(4)、在锥套外壁焊料槽内装一圈钎料，外壁焊料槽为O型槽，钎料不高于外锥面，防止锥套的外锥面与单翼上π模杆锥孔之间间隙过大，影响焊接精度及真空度；在锥套内壁焊料槽内装一圈钎料，内壁焊料槽为O型槽，不影响锥套在π模杆上的移动，装完后用酒精清洗并检验装配间隙；

(5)、在π模杆下端的全螺纹螺杆两端喷氮化硼脱模剂，防止焊接过程中高温加热后螺母与螺杆粘合无法拆卸；

(6)、先将π模杆装到四翼型射频四极场加速器腔体单翼的π模杆孔内，然后在π模杆两端将锥套装到单翼上π模杆的锥孔内，是两个锥面相互紧密贴合，同时由于焊料熔化后向下流动，需保证焊料两端向下，再将全螺纹螺杆穿过π模杆内孔，依次将加工好的陶瓷环、不锈钢补偿环、不锈钢垫块、耐高温弹簧垫片装到螺杆上，再加不锈钢垫块，最后上螺母，用手拧紧；

(7)、最后对整个π模杆的装配精度进行检验，来回晃动，整体不发生晃动，证明组装精度达到焊接设计要求。

2.根据权利要求1所述的四翼型射频四极场加速器腔体π模杆氢炉钎焊方法，其特征在于：所述的第六步骤中的耐高温弹簧垫片为正反一组，共设置三组；耐高温弹簧垫片的压缩量为百分之三十，三组耐高温弹簧垫片的长度为9mm，通过螺母将弹垫压缩到6.3mm；三组耐高温弹簧垫片来补偿无氧铜和不锈钢零件发生热膨胀，缓冲热膨胀时的间隙；防止锥套与π模杆孔发生松动后影响焊接精度及真空度。

3.根据权利要求1所述的四翼型射频四极场加速器腔体π模杆氢炉钎焊方法，其特征在于：所述的耐高温弹簧垫片保证锥面的紧密贴合，不锈钢补偿环保证π模杆在π模杆孔的两端距离偏差小于0.2mm，陶瓷环在锥套与垫块之间起一个过渡作用，保证锥套锥面的紧密贴合，通过晃动检验锥面是否贴合紧密，保证最后焊接精度及真空度要求。

4.根据权利要求1所述的四翼型射频四极场加速器腔体π模杆氢炉钎焊方法，其特征在于：所述的单翼上π模杆锥孔、锥套、π模杆相互连接的焊接面间隙要求小于0.02mm,通过全螺纹的螺杆、陶瓷环、补偿环、垫块、螺母保证两两焊接面相互贴紧。