CN112756460B - 一种超导腔制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超导腔制造方法，其步骤包括：1)通过旋压工艺将所选铌板旋成圆筒，然后将筒底切除，保留圆柱形筒体部分作为铌筒；2)将铌筒内表面、铌筒外表面以及与铌筒接触的模具表面擦拭干净；3)将多片式圆柱聚氨酯放入铌筒中；将装有聚氨酯的铌筒放入凹模中并固定凹模，然后将柱形芯块吊入铌筒；4)将所述柱形芯块向下运动作用在铌筒内的聚氨酯上，通过聚氨酯变形并使铌筒逐渐向凹模变形，最后与凹模贴合，形成具有中间凸肚的铌筒；5)对该具有中间凸肚的铌筒进行拔口和机加工，得到超导腔外导体，然后将超导腔外导体与超导腔的相关部件焊接得到超导腔。本发明整个部件没有焊缝，一体成型，有效避免了电子束焊缝可能引入的风险。

Description

一种超导腔制造方法

技术领域

本发明涉及一种超导腔制造方法，属于加速器物理技术领域。

背景技术

20世纪60年代以来，随着射频超导技术的日趋成熟，超导加速器逐渐发展为一类有前途的新型加速器。相对于常温加速器，射频超导加速器在低温超导状态下，具有很小的表面电阻，因此腔壁损耗低，在高加速梯度下也可以运行在长脉冲甚至连续波(CW)模式，在经济上和技术上具有巨大的优越性，广泛应用于各种同步辐射光源、高能物理实验装置以及各种质子、重离子加速装置。

超导加速器是用超导加速腔或超导磁体建成的。超导腔作为超导加速器最关键的核心部件，是整个系统的“发动机”，源源不断地为束流提供能量。所以，如何改进超导腔的性能是加速器技术领域的重要课题。限制超导腔梯度提高的主要因素包括：热失超、电子倍增效应、场致发射、氢中毒、品质因素下降(Q-slope)、磁场集中等，超导腔性能提高即追求更大的加速梯度下实现更高的品质因素。

限制超导腔性能提高的因素几乎都与超导腔的制造品质有关。提升超导腔的加工工艺和技术水平，改善超导腔的内表面质量，将为超导腔的性能改善做出重大贡献。

截至目前，与本发明最接近的技术方案是超导腔的常规制造工艺，即部件加工(常用的方法有冲压、卷制、旋压、机加工等)和电子束焊相结合的方式。如图1所示。其中，通过冲压、卷制、旋压和机加工等工艺实现超导腔的部件制造及焊前配合，然后用电子束焊接将超导腔的各个部件焊接成一个整体。

冲压技术是利用压力机使板材在模具中受压发生塑性形变成形，工作原理如图2所示。冲压时，铌板通过中心定位孔固定在阴模(或阳模)上，压力机作用下阳模(阴模)向下运动，并与阴模(阳模)扣合，使铌板逐渐发生变形。为了减小回弹，保证冲压件的质量，一般采用多次冲压成形并设计合理的压边装置。冲压技术广泛应用于超导腔的成形制造。

卷制是利用工作辊相对位置变化和旋转运动，使板材依次获得相同曲率的塑性弯曲变形。卷制工艺过程由预弯、对中、卷圆、矫圆过程组成，如图3所示。卷制工艺常用于超导腔大尺寸圆筒形部件的成形。

旋压加工是通过旋轮等工具做进给运动，对随芯模沿同一轴线旋转的板坯或管坯上施压，使其产生连续局部塑性成形，成为所需空心回转件的成形方法。将坯料放置在主轴和芯模中间，转动主轴并使坯料作径向转动；令旋轮作用到坯料上，旋轮本身做轴向运动；旋轮对坯料给予一定的力，推动其向芯模移动，如图4所示。

在旋压过程中，旋轮与毛坯是逐点接触的，只需很小的力就能使金属发生变形，具有省力、节能的特点；加工形状丰富，包括了几乎所有轴对称结构的金属制品；材料利用率高、生产成本低；具有自检功能，毛胚中的夹杂、裂纹等缺陷会自己暴露出来等。但是，旋压技术也存在一些局限性：除了圆筒、圆锥形等薄壁回转体零件外，其他复杂形状选择旋压技术是不经济的；大批量生产时效率低、且一致性不如冲压；对旋压设备及操作者要求较高；厚度均匀性难以保证等。旋压工艺也是超导腔成形的重要手段。

机械加工技术是应用最为广泛、技术最为成熟的工艺之一，是指通过各种机械设备改变零件的形状或尺寸，使零件的加工精度和加工表面质量达到图纸规定的过程。可采用加工中心、车铣中心、高压水切割等设备进行数控加工。在超导腔部件加工的过程中，几乎都需要机加工和矫形将尺寸调整到符合图纸状态。

电子束焊接技术是指将极致密的高速电子流打到待焊接金属的接缝上，使金属加热、熔化并最终形成焊缝。电子束的功率密度高、焊接过程中工件的变形与收缩量可减至最小，焊接的精度高、焊缝的影响区域小、深宽比大。无需使用焊料，直接融化零件的母体金属。在真空电子束焊中，焊缝的化学成分纯净，十分适合用于超导腔制造的铌材焊接，也是国际上超导腔制造普遍选择的焊接技术。

电子束焊接作为超导腔制造必不可少的关键技术，是不可或缺的。但是电子束焊接存在着一些缺点，如果控制不好，将直接影响超导腔的性能，关系到超导腔研制的成败。

1)增加了超导腔的研制风险

电子束焊接控制难度大，需要调整焊接电压、焊接电流、束流焦点、焊接速度、函数扫描等参数，如不能找到最佳参数组合，很可能造成焊缝的质量缺陷。常见的焊缝缺陷包括：杂质、凹坑、气孔、咬边、焊瘤、猫眼、褶皱等。超导腔焊缝一旦出现上述问题，很难补救。而超导腔性能对腔内表面质量极其敏感，超过200um的凹坑就能引起热不稳定性的发生，所以，电子束焊缝越多，引入较大风险的可能性就越高。

2)增加了制造工艺的复杂性

电子束焊接时，对焊接件的焊缝位置结构及间隙配合有较高要求，增加了超导腔部件的研制难度。

焊接件在焊缝位置要壁厚均匀、一致，不同的焊缝厚度很可能造成焊缝不透或者焊漏。对于背成型焊缝，对焊缝位置的部件结构要求更加苛刻。此外，两个待焊部件的焊缝间隙要小、无错边，否则同样给焊缝参数设置带来难度，导致焊缝缺陷。

3)成本昂贵

超导铌腔的主要构成材料为高纯铌，有着2465℃的高熔点，属于难熔金属。高纯铌的电子束焊接成本很高。电子束焊机本身价格昂贵。为了保证高纯铌的纯度，电子束焊接是在高真空的工作环境下进行的，使焊件金属与氢氧隔离，且部件焊接前需要酸洗以去除污染表层。此外，在正式焊接前，往往需要做焊接实验和点焊，工序复杂。在焊接过程中，为了保证超导腔的焊接精度，还需要设计专门的焊接工装，避免焊接应力、焊接变形对腔制造的影响。减少电子束焊缝的数量，可以大幅降低超导腔制造成本。

4)研制周期长

电子束焊接，尤其是背成型技术，需要花费大量的时间摸索参数，调试设备。电子束焊缝越多，研制周期越长。

发明内容

针对上述技术缺点，本发明提供一种新的超导腔制造方法。本发明首次将胀形工艺应用到超导腔的制造过程中，探索适用于高纯铌的胀形工艺，结合旋压技术，制造出一体成型、无电子束焊缝的超导腔外导体。本发明将旋压和胀形相结合，探索适用高纯铌材的胀形工艺，并创新性地用于超导腔的研制中，制造出了一体成形、无缝的超导腔组件。旋压和胀形相结合的无缝制造工艺，广泛适用于同轴型超导腔组件，应用前景广泛，是一次创新的、有意义的尝试。本发明减少了超导腔的焊缝数量，简化制造工艺，降低了超导腔的制造风险，节约了研制的时间和成本。

本发明的技术方案为：

一种超导腔制造方法，其步骤包括：

1)通过旋压工艺将所选铌板旋成圆筒，然后将所述圆筒的筒底切除，保留圆柱形筒体部分作为铌筒；

2)将所述铌筒内表面、铌筒外表面以及与所述铌筒接触的模具表面擦拭干净；

3)将多片式圆柱聚氨酯放入所述铌筒中；将装有聚氨酯的所述铌筒放入凹模中并固定所述凹模，然后将柱形芯块吊入所述铌筒，其中所述柱形芯块的外径与所述铌筒内径一致；

4)将所述柱形芯块向下运动作用在所述铌筒内的聚氨酯上，通过聚氨酯变形并使所述铌筒逐渐向所述凹模变形，最后与所述凹模贴合，形成具有中间凸肚的铌筒；

5)对该具有中间凸肚的铌筒进行拔口和机加工，得到超导腔外导体，然后将所述超导腔外导体与超导腔的相关部件焊接得到超导腔。

进一步的，所述多片式圆柱聚氨酯由多片叠放的圆柱聚氨酯组成。

进一步的，所述多片式圆柱聚氨酯的外径与所述铌筒的内径一致，高度低于所述铌筒的高度。

进一步的，通过外套、卡具固定所述凹模。

进一步的，所述铌板的壁厚为4～7mm；步骤1)中，先使用R12的旋轮对所选铌板进行旋压，当达到设定变形量后采用R20的旋轮对铌板进行旋压。

进一步的，使用R12的旋轮对所选铌板进行旋压过程中，旋轮进给速度为150～200mm/min；采用R20的旋轮对铌板进行旋压过程中，旋轮进给速度为50～100mm/min。

进一步的，旋压过程中，120r/mm≤旋轮的主轴转速≤300r/mm。

进一步的，所述旋轮的主轴转速为160r/min。

进一步的，整个旋压过程中铌材温度低于100摄氏度。

进一步的，所述超导腔为同轴型回旋结构的超导腔。

与现有技术相比，本发明的积极效果为：

1)降低超导腔的研制风险

通过旋压制造出超导腔的外筒，通过胀形实现外导体中段的外形尺寸，不需要额外的电子束焊接工序。整个部件没有焊缝，一体成型，有效避免了电子束焊缝可能引入的风险。

2)简化了制造工艺的复杂性

由于没有电子束焊缝，减少了制造工序，节省了该部件焊接所需的结构加工及焊缝配合，降低了研制的复杂性。

3)节约制造成本

减少电子束焊缝的数量，免去了焊接前的酸洗、焊接工装研制、以及电子束焊接带来的高昂费用，大大降低超导腔的制造成本。

4)缩短了研制周期

简化了制造工序，降低了研制难度，缩短了超导腔的研制周期。

附图说明

图1为传统超导腔制造流程示意图。

图2为冲压原理示意图。

图3为卷制工艺流程图；

(a)预弯，(b)对中，(c)卷圆，(d)矫圆。

图4为旋压原理示意图；

(a)旋压开始前，(b)旋压完成后。

图5为超导腔外导体结构图；

(a)轴测图，(b)剖视图。

图6为超导腔外导体制造流程图。

图7为不同旋轮圆角半径下的坯料变形量。

图8为旋轮进给速度下测量得到的变形量。

图9为胀形示意图(带小平面的刚性分瓣凸模)；

(a)胀形开始前，(b)胀形完成后。

图10为胀形示意图(不带小平面的刚性分瓣凸模)；

(a)胀形开始前，(b)胀形完成后。

图11为柔性凸模胀形示意图；

(a)胀形开始前，(b)胀形完成后。

图12为聚氨酯材料改进前后示意图；

(a)改进前一体型圆柱聚氨酯，(b)改进后多片式圆柱聚氨酯。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步详细描述。

在超导腔外导体制造过程中，首次采用旋压加胀形相结合的方式，探索适用于超导铌材的胀形工艺，制造出了一体成型、无电子束焊缝的超导腔外导体。本发明用于HWR腔的外导体的制备；同时，本发明也应用到其他腔型(如QWR腔、椭球腔等)的超导腔，只要是超导腔为同轴型回旋结构即可，而且不只限于外导体，也可以是同轴回旋型内导体、束管等。

1)超导腔外导体部件结构

超导腔的外导体属于同轴形薄壁结构。外导体上下两端的内径为Φ274mm，中部球形内径为Φ320mm。外导体总高267.6mm，壁厚2.5mm。外导体的结构如图5所示。

2)旋压和胀形相结合的制造工艺

本发明采用旋压和胀形相结合的工艺，打造无缝的同轴型超导腔组件。制造流程如图6所示。

首先，外导体的原材料为RRR300的高纯铌板，铌板尺寸为540×540×7(单位：mm)。铌板壁厚选择为7mm，主要是考虑了旋压对铌材壁厚减薄的影响。

其次，通过旋压工艺将铌板旋成圆筒，然后通过机加工将圆筒的筒底切除，仅保留圆柱形筒体部分。

再次，通过胀形工艺完成外导体铌筒中的凸肚成形。

最后，通过拔口和机加工完成凸肚上的束流口和耦合器口的加工，最终得到外导体的成品。

在整个制造过程中，外导体组件不需要电子束焊接，为一体成形的无缝组件。

a)旋压工艺参数选择

影响旋压效果的因素主要包括：旋轮形状、主轴转速、旋轮纵向进给速度、芯模和旋轮的间隙、旋轮运动轨迹、冷却和润滑方式，合适的工艺参数是零件成形的关键。

本发明中超导腔外导体属于同轴型结构，采用旋压工艺完成。为了保证高纯铌旋压的成功率，可先使用较便宜的粗铌试模，确定旋压参数。具体的旋压步骤如下：

(1)铌材准备：对铌材进行边缘尖角打磨，防止旋压时在此处开裂；然后用酒精清洁，选择较光滑、质量更好的一面作为高频微波面。

(2)安装就位：将模具安装到旋压设备上，铌板通过定位孔与旋压设备的主轴相连，用酒精将旋压中可能与铌板接触的模具、设备擦拭干净，保证表面光洁、无毛刺。清洁后，在模具上抹上豆油，起到润滑和降温作用。

(3)旋压过程：通过旋压试验探索合适的旋压参数，包括旋轮半径、主轴转速、旋轮轴向进给速度、温度监测和酸洗退火等。

旋轮半径

旋轮圆角半径越大，则坯料与旋轮的接触越平缓，旋压后坯料表面越光滑，有利于加大极限拉伸比，且能避免起皮、裂纹的出现。但是旋轮圆角半径也不是越大越好，过大的旋轮圆角半径将导致坯料失稳、起皱。图7为不同的旋轮圆角半径下，坯料变形量的实验测量值。较大的变形量表明更好的贴模效果。表1为不同的旋轮圆角半径对应的高纯铌材减薄量和变形量。选取旋轮圆角半径时，还需考虑材料壁厚减薄量适当，不要减薄太多导致机械稳定性变差。

通过经验摸索，对于壁厚为4～7mm的高纯铌材，旋轮圆角半径可以选用R12和R20。在旋压过程中，前几次使用R12的旋轮，从而获得较大的零件变形量；最后采用R20的旋轮，获得光滑的表面质量，并避免壁厚减薄太多。

表1为不同旋轮圆角半径旋压测量得到的坯料减薄及变形量

旋轮圆角半径(mm)	减薄量(mm)	变形量(mm)
			R30	0.04	0.06
R20	0.08	0.87
			R12	0.13	1.06
R6	0.32	1.31

主轴转速

一般情况下，主轴转速高，坯料壁厚减薄多；主轴转速低，坯料边缘容易起皱，增加了成形阻力。需要根据情况优化选择。在超导腔外导体旋压过程中，最开始使用了较高的主轴转速(315r/m)，但此时坯料表面硬化严重。通过实验，探索合适的主轴转速，结果汇总于表2中。实验中其他参数保持不变，包括：旋轮圆角半径20mm，模具与旋轮间隙3.0mm，进给速度150mm/min。测试结果表明，当主轴转速为160r/min和120r/min时零件直径有非常显著的缩小，塑性变形量大，贴膜效果良好。

表2为不同主轴转速旋压下测量得到的坯料变形量

主轴转速(r/mm)	变形量(mm)
		315	0.16
200	0.76
		160	2.97
120	3.12

通过实验探索我们发现，较小的主轴转速有利于毛坯贴模；但过小的主轴转速容易引起零件口部起皱，建议主轴转速不宜低于120r/mm；为了避免坯料表面硬化太多，建议主轴转速不宜高过300r/mm。所以对于超导腔外导体，选取的主轴转速为160r/min。

此外，主轴转速的选取还与零件尺寸有关系。通过实验，给出了不同直径、长径比结构的主轴转速建议，并汇总于表3中。

表3为实验给出的不同旋压零件的主轴转速建议

旋轮轴向进给速度

旋轮纵向进给速度是旋压中最重要的工艺参数之一。通过实验探索了适用于超导铌材的进给速度，实验结果如图8所示。较高的进给速度可以增大塑性变形量，但此时的表面质量较差，旋压纹路明显、纹路的间距较大，光洁度下降，容易引起褶皱等缺陷；当降低旋轮进给速度时，表面较为光滑，但贴模不太好、壁厚减薄较多。在旋压的头几个道次，建议旋轮进给速度选择150～200mm/min，在最后校形时，建议选择较小速度50～100mm/min。

酸洗及退火

在旋压过程中，由于高纯铌材料在塑性形变过程中产生了位错与孪晶，造成坯料表面的硬化问题。如果表面硬化严重，需要对工件进行酸洗和退火，否则，随着工件塑性变形程度的增加，其变形阻力也增大，工件很可能产生裂纹、甚至断裂。太高的退火温度大幅降低铌材的机械强度。经过探索研究，高纯铌第一次旋压结束后可进行酸洗(40μm)及600℃高温退火，以达到应力释放和消除表面硬化的目的。在此酸洗和退火参数下，超导铌材的机械性能不会受到太大影响。

温度监测

与普通材料不同，用于超导腔外导体的高纯铌对杂质元素非常敏感，所以普通旋压过程中采用对坯料进行加热以降低其强度和硬度的方法不能使用。此外，整个旋压过程中，需要通过红外测温仪进行温度监测，表面温度过高时暂停。保证整个旋压过程铌材温度低于100摄氏度。该方法可以有效降低随着温度升高而引入氧、碳、氮、氢等杂质的风险。

(4)检查测量：取件、检查工件表面情况，并测量尺寸。

b)旋压与胀形工艺的技术配合

由于胀形是旋压技术的后续工序，所以需要充分考虑胀形工艺对工件的成形影响，在旋压开始之前统筹规划，在旋压过程中不断调整，为胀形工艺做好准备。

(1)材料尺寸选择

壁厚：需要综合考虑旋压和胀形工艺分别对铌材减薄情况的影响，同时结合超导腔的目标壁厚，分析后给出。

尺寸：除了模具仿真给出所需铌材的基本尺寸建议外，还需要结合旋压和胀形工艺特点，判断实际所需预留的余量，以补偿旋压和胀形过程中的实际损耗。

铌材壁厚和尺寸的选择，可以通过旋压和胀形实验得到。设计者可以在旋压开始之前，通过较便宜的粗铌实验，获得粗铌的壁厚减薄量及尺寸变化，统筹规划铌材尺寸及壁厚的选择。

(2)旋压过程中的参数调整

为了保证良好的胀形效果，旋压后的工件应具有较好的壁厚一致性，避免胀形过程中工件在壁厚较小的位置开裂。所以在旋压时，需要密切关注工件的尺寸及壁厚变化，根据探索得到的参数变化规律，及时调整调整旋轮半径、主轴转速、旋轮轴向进给速度等参数，改变坯料的贴模情况和壁厚减薄量，以适应胀形对工件的要求。

(3)旋压后的机加工及矫形

根据胀形的要求，外导体工件在旋压工艺完成之后，需要通过机加工将外导体筒的底面切掉，仅保留筒体部分。

为了避免材料回弹或微调尺寸，可以利用旋压芯模等模具，对外导体筒进行矫形。

(2)胀形前对胀形凹模微调

为了确保胀形工装与旋压后工件的完美配合，胀形工装的刚性凹模建议在尺寸上留有加工余量。待旋压工件完成旋压及矫形后，再对刚性凹模上、与铌筒相接触的形面微调。

c)胀形技术

胀形加工是在管坯内部放入高压液体、气体或刚体瓣模，迫使管环塑性变形的冲压成形工艺。管材胀形可在机械压力机或液压机上完成。胀形作为一种加工手段，主要用于平板毛坯的局部成形、管类空心毛坯的胀形以及平板毛坯的张拉成形等。胀形产品广泛用于机械、电力、航空航天和交通运输等领域。本发明中，腔的外导体铌筒中段采用胀形工艺实现，这是胀形技术在超导腔制造上的首次应用。

由于技术难度大，在正式件加工之前，需要对粗铌件进行试模，探索适用于高纯铌的胀形工艺。工艺探索的过程如下所示。

(1)：首先尝试了金属胀形工艺中普遍采用的刚性分瓣凸模工艺，分瓣凸模上保留小平面，胀形工装如图9所示。通过液压机对锥形芯块施压，随着压力的增大锥形芯块向下移动并将分瓣凸模顶开，分瓣凸模作用在铌筒上使铌筒产生塑性形变。当锥形芯块底面压至底座后停止，胀形完成。

对粗铌试件实验后，铌筒试件在小平面处开裂。由于试件开裂的位置为外导体的小平面边缘，属于结构不连续位置，分析认为，刚性分瓣凸模在该处引起了应力集中，且超过了材料的断裂强度，导致了工件开裂。

(2)：在上述方案的基础上，改进刚性分瓣凸模设计。通过增加垫片使模具形面为一连续整体，取消凸模上的小平面结构，保证了中段结构的连续性。胀形工装如图10所示，胀形工作原理同上述方案。

粗铌试件的实验结果表明，刚性分瓣凸模设计的改进有效避免了试件的开裂，但是在分瓣凸模的连接处，出现了分瓣压痕和棱边，不符合超导腔内表面光滑、连续的要求。

经分析，由于铌材质地柔软，而刚性分瓣凸模连接处对铌材的作用力不均匀，与刚体瓣模接触的铌材表面受力很大，迅速发生塑性形变，而刚体瓣模间处的铌材，由于不与刚性瓣模直接接触，表面受力较小，塑性形变量小，所以两者的受力差别导致了铌材表面的印痕和棱边。

多次调整刚性瓣模结构及配合参数(比如：增加刚性分瓣凸模的数量，由6个增加至10个，减小凸模与高纯铌筒之间的间隙，由4mm减小至1mm)，铌材表面的印痕和棱边不能消除。

(3)：由于刚性瓣模胀形结果不理想，探索采用柔性凸模的胀形工艺，胀形原理如图11所示。

·聚氨酯材料作为柔性凸模放入超导腔外导体铌筒中，聚氨酯的外径与铌筒的内径一致，高度低于铌筒5cm。

·将铌筒及内部的聚氨酯一起放入刚性凹模中，凹模外面通过外套固定在压机上。

·将柱形芯块放入铌筒中，压在聚氨酯材料上。柱形芯柱的外径与铌筒的内径一致，目的是保证柱形芯块下压聚氨酯时，聚氨酯只能向下变形。

·通过液压机对柱形芯块施加压力使其向下运动，聚氨酯受到柱形芯块的作用力，开始变形，变形后的聚氨酯压迫铌筒向刚性凹模方向运动，产生塑性形变，直至铌筒与凹模贴合。

工艺改进

经过胀形实验，圆柱形聚氨酯材料的厚度对高纯铌材的胀形效果有影响。多片式圆柱的聚氨酯填充，其胀形效果优于一体型圆柱的聚氨酯填充。图12为聚氨酯材料改进前后示意图。

当聚氨酯材料为一个整体的圆柱形时，铌筒中段不能完全与刚性凹模贴合。当圆柱形聚氨酯的外径不变，被切为高度为8cm厚的多个片式圆柱时，铌筒中段与凹模完全贴合。这是因为多片式的聚氨酯在相同的压力下，更易发生变形，从而产生更大的力作用在铌筒上，迫使其塑性形变直至与凹模贴合。

对粗铌试件进行胀形实验，结果表明，采用柔性凸模、刚性凹模和外套的胀形工装可以实现高纯铌筒的胀形成形，胀形后的铌筒内表面光滑、连续，满足设计要求。

超导腔铌筒正式件的胀形步骤如下：

(1)部件准备：用酒精将铌筒内表面(即高频面)、铌筒外表面、与铌筒接触的凹模等模具表面擦拭干净。

(2)就位：将多片式圆柱聚氨酯放入铌筒中；将装有聚氨酯的铌筒放入凹模中，然后通过外套、卡具固定在压机上。将柱形芯块吊入铌筒。

(3)胀形：压力机作用下柱形芯块向下运动作用在聚氨酯上，聚氨酯变形并使铌筒逐渐向凹模变形，最后与凹模贴合。

(4)检验：取件、检查表面情况，并测量尺寸。

采用改进的多片式圆柱聚氨酯，通过内部胀形工艺取得的外导体铌筒，与凹模贴合良好，尺寸满足设计要求，且铌筒内外壁光滑，成形效果理想。

d)后续加工

通过旋压和胀形后，高纯铌板已经成为中间凸肚的铌筒。再经过拔口和机加工，完成了超导腔外导体的所有工艺。制造完成的超导腔外导体属于一体成型、无缝组件，减少了超导腔的焊缝数量，简化了制造工艺，降低了超导腔的制造风险，节约了研制的时间和成本。

e)将得到的超导腔外导体与超导腔的相关部件焊接得到超导腔，如图1所示。

综上所述，以上为本发明的部分实施方案而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种超导腔制造方法，其步骤包括：

1）通过旋压工艺将所选铌板旋成圆筒，然后将所述圆筒的筒底切除，保留圆柱形筒体部分作为铌筒；其中，所述铌板的壁厚为4~7mm；先使用R12的旋轮对所选铌板进行旋压，当达到设定变形量后采用R20的旋轮对铌板进行旋压，将所选铌板旋成圆筒；使用R12的旋轮对所选铌板进行旋压过程中，旋轮进给速度为150~200mm/min；采用R20的旋轮对铌板进行旋压过程中，旋轮进给速度为50~100mm/min；旋压过程中，120 r/mm≤旋轮的主轴转速≤300 r/mm；旋压过程中铌材温度低于100摄氏度；

2）将所述铌筒内表面、铌筒外表面以及与所述铌筒接触的模具表面擦拭干净；

3）将多片式圆柱聚氨酯放入所述铌筒中；将装有聚氨酯的所述铌筒放入凹模中并固定所述凹模，然后将柱形芯块吊入所述铌筒，其中所述柱形芯块的外径与所述铌筒内径一致；

4）将所述柱形芯块向下运动作用在所述铌筒内的聚氨酯上，通过聚氨酯变形并使所述铌筒逐渐向所述凹模变形，最后与所述凹模贴合，形成具有中间凸肚的铌筒；

5）对该具有中间凸肚的铌筒进行拔口和机加工，得到超导腔外导体，然后将所述超导腔外导体与超导腔的相关部件焊接得到超导腔。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多片式圆柱聚氨酯由多片叠放的圆柱聚氨酯组成。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述多片式圆柱聚氨酯的外径与所述铌筒的内径一致，高度低于所述铌筒的高度。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过外套、卡具固定所述凹模。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述旋轮的主轴转速为160r/min。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超导腔为同轴型回旋结构的超导腔。

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