CN106944697A - 一种四翼八边形射频四极场加速器腔体的焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种四翼八边形射频四极场加速器腔体的焊接方法，其包括步骤：电极侧翼的内、外表面的精加工；电极和侧翼的清洗；电极焊料槽的设置及焊料的装填；电极和侧翼的组拼；测量并调整焊接面的装配间隙；在真空钎焊炉将电极和侧翼焊接成真空腔体。上述方法制备的腔体包括水平电极、垂直电极和侧翼；电极两侧设置电极焊料槽，在焊料槽中装填银铜合金焊料，焊接焊料槽的尺寸根据焊接面的尺寸调整。本发明的特点是焊接工艺简单，焊料的选择及焊接过程温度的控制很大程度上降低焊料向腔体内流出，并使焊料均匀扩散，腔体内没有焊料可以解决RFQ腔体在高频运行时产生高压打火的问题，确保RFQ腔体的正常运行。

Description

一种四翼八边形射频四极场加速器腔体的焊接方法
技术领域
本发明涉及高频技术领域产品的制造工艺技术领域，尤其涉及一种四翼八边形射频四极场加速器腔体的焊接方法。
背景技术
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，直接关系腔体电场谐振频率的稳定性和一致性。目前，用常规钎焊手段和常规焊料焊接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
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种一种四翼八边形射频四极场加速器腔体的焊接方法，该方法制备的射频四极场加速器腔体，能很大程度上降低焊料向腔体内流出，解决RFQ腔体在高频运行时产生高压打火的问题，确保RFQ腔体的正常运行。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种四翼八边形射频四极场加速器腔体的焊接方法，其包括如下步骤：
1)将两块水平电极、两块竖直电极和四块侧翼的内、外表面精加工到所需尺寸；
2)对每块电极和和侧翼进行化学清洗，清洗后用清水冲洗，酒精脱水；
3)每块电极的两侧均设置电极焊料槽，在每一电极焊料槽内装填焊料，确保焊料不松动，焊料Φ1mm，槽宽小于1.1mm；
4)电极和侧翼进行间隔设置，将所有电极和侧翼组拼在一起；然后通过不锈钢紧固螺栓，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25牛顿的力拧紧螺栓；
5)通过塞尺对焊接面的装配间隙进行测量，如间隙大于0.02mm，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0.02mm；
6)通过真空钎焊炉将步骤5)中处理后的电极和侧翼焊接成一个真空腔体。
为了进一步优化上述技术方案，本发明所采取的技术措施还包括：
优选地，加速器腔体主体材质为无氧铜。
优选地，加速器腔体的外形尺寸为1000×980×980mm。
优选地，所述步骤1)中电极尺寸控制在±0.02mm。
优选地，步骤6)焊接后的真空腔体的检漏率小于1×10-12Pa.m3/s，尺寸精度控制在0.02mm以内，极间间隙误差小于±50μm。
优选地，步骤6)中的真空钎焊炉为氢气保护焊接炉，炉本体的最高温度不低于1100度。
优选地，利用热辐射方法加热所述真空钎焊炉的炉内温度，达到焊料的熔点温度；更优选地，所述热辐射方法为阶梯式加热所述真空钎焊炉的炉内温度，使炉内各点的温度均逐步达到焊料的熔点温度。
优选地，步骤6)中焊料的熔点温度的控制步骤如下：当真空钎焊炉的炉内温度到达焊料熔点温度时，控制保温时间不超过40分钟，随后降温至600℃保温30分钟再随炉降温。
优选地，所述焊料为银铜合金材料；更优选为AgCu28焊料。
优选地，所述焊料的形状为圆形或矩形。
优选地，所述电极与侧翼通过螺丝来实现对接装配。
优选地，所述电极焊料槽和所述焊接面处于在同一个平面内，所述电极焊料槽焊料的体积与焊接面的体积基本相等。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
焊料的类型及焊料槽的尺寸与焊接是否能够成功以及焊料的流动性密切相关，本发明采用的银铜合金焊料具有优异的工艺性能、适宜的熔点、良好的润湿和填满间隙的能力，该焊料及其焊缝的强度、导电性和耐腐蚀性均十分优良，同时本发明的焊料槽和焊接面处于在同一个平面内，焊料的体积与焊接面的体积基本相等，采用上述措施后，在熔融状态下的液态焊料能较好的润湿焊接面并能致密的填满全部间隙，防止焊料向腔体内流出，确保RFQ腔体的性能；
本发明采用阶梯式热辐射方法加热真空钎焊炉的炉内温度，使炉内各点的温度均逐步达到焊料的熔点温度，并在达到焊料的熔点温度后，严格控制熔点温度的保持时间，使得炉内温度场能够均匀分布，而圆形或矩形的焊料能够更充分的熔化并沿着焊接面扩散，从而保证了各焊接面的优良焊接，降低焊料的外流现象，并提高焊接腔体的品质，焊接后的真空腔体的检漏率小于1×10-12Pa.m3/s，尺寸精度控制在0.02mm以内，且极间间隙误差小于±50μm。
附图说明
图1是为本发明焊接的射频四极场加速器腔体的结构示意图；
图2是图1中所示的电极的结构示意图；
图3是真空钎焊炉的炉内温度的控制示意图；
图中的附图标记为：
1、电极；2、侧翼；3、焊接面；4、电极焊料槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1和图2所示，采用本发明的方法焊接的射频四极场加速器腔体的侧面形状为八边形，该腔体包括电极1和侧翼2，其中电极1包括两块水平电极和两块垂直电极，侧翼2的数量为四块；在每一电极1的2个侧面均设置电极焊料槽4，电极焊料槽4装载用来焊接的合金填装材料，电极1与侧翼2的接触面为焊接面3。电极焊料槽4的尺寸及焊料的类型和形状与焊接成功以及焊料的流动性密切相关，电极焊料槽4的深度根据实际焊接面的大小确定，电极焊料槽4内焊料的体积与焊接面3的体积基本相等(基本相等表示两者的差别在0.05％以下)。
本发明所述的一种四翼八边形射频四极场加速器腔体的焊接方法，其包括如下步骤：
1)将两块水平电极、两块竖直电极和四块侧翼的内、外表面精加工到所需尺寸，其中电极尺寸控制在±0.02mm，加速器腔体主体材质为无氧铜，该加速器腔体的外形尺寸为1000×980×980mm；
2)对每块电极和和侧翼进行化学清洗，清洗后用清水冲洗，酒精脱水；
3)每块电极的两侧均设置电极焊料槽，在每一电极焊料槽内装填焊料，确保焊料不松动，焊料Φ1mm，槽宽小于1.1mm；
4)电极和侧翼进行间隔设置，将所有电极和侧翼组拼在一起，电极与侧翼通过螺丝来实现对接装配；然后通过不锈钢紧固螺栓，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25牛顿的力拧紧螺栓；
5)通过塞尺对焊接面的装配间隙进行测量，如间隙大于0.02mm，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0.02mm；
6)通过真空钎焊炉将步骤5)中处理后的电极和侧翼焊接成一个真空腔体，该真空腔体的检漏率小于1×10-12Pa.m3/s，尺寸精度控制在0.02mm以内，极间间隙误差小于±50μm。
在上述方法中，步骤6)中的真空钎焊炉为氢气保护焊接炉，炉本体的最高温度不低于1100度，如图3所示，该真空钎焊炉利用阶梯式的热辐射方法加热以控制器炉内温度，使炉内各点的温度均逐步达到焊料的熔点温度。温度的具体控制过程如下：在0-100min，温度从室温匀速上升至约200℃；在100-200min，温度从约200℃匀速上升至约560℃；在200-260min，温度从约560℃匀速上升至约780℃；在260-360min，温度保持在约780℃；在360-420min，温度从约780℃匀速上升至约840℃(即焊料的熔点温度)；在420-450min，温度保持在约840℃；随后温度开始匀速下降，下降至600℃时保温30分钟然后再随炉匀速降温至室温。采用该温升和降温方法，能有效地提高炉内温度分布的均匀性，并提高熔融焊料的流动性和扩散性，保证焊接质量。
在该方法中，焊料为AgCu28焊料，其形状为圆形或矩形，电极焊料槽和焊接面处于在同一个平面内，电极焊料槽焊料的体积与焊接面的体积基本相等，以防止焊料向腔体内流出，确保制备的RFQ腔体的使用性能。
钎焊时零件的加热和冷却速度是十分重要的工艺参数，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。
本发明所述的四翼八边形射频四极场加速器腔体的焊接方法，焊接工艺简单，焊料的选择、焊接过程温度的控制以及氢气保护焊接炉的使用使得炉内温度分布均匀，很大程度上降低焊料向腔体内流出，并使焊料均匀扩散，腔体内没有焊料可以解决RFQ腔体在高频运行时产生高压打火的问题，确保RFQ腔体的正常运行。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种四翼八边形射频四极场加速器腔体的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将两块水平电极、两块竖直电极和四块侧翼的内、外表面精加工到所需尺寸；
2)对每块电极和侧翼进行化学清洗，清洗后用清水冲洗，酒精脱水；
3)每块电极的两侧均设置电极焊料槽，在每一电极焊料槽内装填焊料，确保焊料不松动，焊料Φ1mm，槽宽小于1.1mm；
4)电极和侧翼进行间隔设置，将所有电极和侧翼组拼在一起；然后通过不锈钢紧固螺栓，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25牛顿的力拧紧螺栓；
5)通过塞尺对焊接面的装配间隙进行测量，如间隙大于0.02mm，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0.02mm；
6)通过真空钎焊炉将步骤5)中处理后的电极和侧翼焊接成一个真空腔体。
2.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，步骤6)焊接后的真空腔体的检漏率小于1×10-12Pa.m3/s，尺寸精度控制在0.02mm以内。
3.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述真空钎焊炉为氢气保护焊接炉，炉本体的最高温度不低于1100度。
4.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，利用热辐射方法加热所述真空钎焊炉的炉内温度，达到焊料的熔点温度。
5.根据权利要求4所述的焊接方法，其特征在于，所述热辐射方法为阶梯式加热所述真空钎焊炉的炉内温度，使炉内各点的温度均逐步达到焊料的熔点温度。
6.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述焊料的熔点温度的控制步骤如下：当真空钎焊炉的炉内温度到达焊料熔点温度时，控制保温时间不超过40分钟，随后降温至600℃保温30分钟再随炉降温。
7.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述焊料为银铜合金材料。
8.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述焊料的形状为圆形或矩形。
9.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述电极与侧翼通过螺丝来实现对接装配。
10.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述电极焊料槽和所述焊接面处于在同一个平面内，所述电极焊料槽焊料的体积与焊接面的体积基本相等。
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