JP2013510463A - レーザ溶接によって結合されたニオブ部品を備えるニオブベース超伝導無線周波(scrf)キャビティおよびその製造方法並びに製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(a)真空中で遂行されなければならず、EBW機械の資本コストは非常に高いので、費用のかかる工程である。
(b)全ての電子ビーム溶接作業の前に要求される化学エッチングは、費用のかかる危険な作業であり、除かれ得ないにしても最小にされる必要がある。
(c)込み入った継ぎ目を溶接するためには、電子ビーム又は溶接パーツの複雑な操作が要求される。従って、この工程で複雑な継ぎ目を作るのは困難である。
(i)エネルギーの必要量のみを提供し、パルス周波数を低く維持することによって加熱レートを制御することと、
(ii)時間定義域で変動させてエネルギーを堆積することと、
を備えるキーホール溶接段階で大きなエネルギーを堆積する。
真空容器を備える虹彩溶接リグの中に一緒に保持された半セルを提供することと、
(i)第1の段階で、3つの同心円筒形管を有するノズルを関与させ、RFフィールド領域の壁の内側の面からキーホール溶接を実行することと、ここでレーザビームは最も内側の管を通過し、最も外側の管はガスを高速で供給し、中間の管は吸い出しポートへ接続され、溶接パラメータが選択されて、パルスプロフィールが時相で変動され、最小の歪みと共に完全な深さの溶け込みが取得されることと、
(ii)第2の段階で、継ぎ目のレベルへ持って来られる傾斜ノズルを関与させてレーザ溶接を実行することと、ここでビームは傾斜されて、溶接流体柱が表面と垂直に立ち昇ることと、
レーザ物質相互作用のために形成された蒸発物質が、エンクロージャ形態の物質吸い込み配列を介して吸い出されることと、
を備える。
キャビティの壁の内側の面から溶接を実行する装置及び/又はアタッチメントを有する真空容器を備える赤道溶接リグの中に、インサートによって担持されたダンベルを提供することと、
(i)第1の段階で、溶接平面の垂直線に対して或る角度で傾斜されたレーザビームを用いてキーホール溶接を実行し、エネルギーを時相で変動させて良好な溶け込みを得ること、続いて(ii)第2の段階で、キーホール溶接が終わった後に非常に滑らかな仕上げを得るため2重ビームを関与させて伝導溶接を実行し、レーザ物質相互作用からの蒸発物質が継ぎ目の表面と垂直に立ち昇り、エンクロージャによって収集されるようにすること、を備える2ステップ溶接作業を遂行しながら赤道継ぎ目を次から次へと溶接することと、
を備える方法に向けられる。
前部でのノズルヘッドを画定する3つの同心管部材、及び溶接領域の溶接及び観察のための、レンズ組立体を収容する中心部の中空円筒シャフトと、
溶接部を溶接及び観察するためのレーザビームを合焦するレンズ組立体及び必要な光学装置を収容する中心領域エンクロージャ並びに高速ガス噴出装置を有する3同心管エンクロージャ組立体と、
中心領域の後ろの第2のエンクロージャは、レーザ物質相互作用に起因する蒸発物質の吸い出しに十分な幅であるように適応され、最も外側の第3のエンクロージャは、高速ガスを噴出して蒸発物質の拡散を最小にするように適応されていることと、
ノズルヘッドの最も外側及び最も内側の管エンクロージャは、高速不活性ガスを流出するために提供され、中間エンクロージャは、レーザ物質相互作用に起因する蒸発物質を吸い出すように適応されていることと、
を備える。
ビームが垂直線に関して好ましくは約45°に傾斜されるように適合されたレンズ組立体を用いて2重ビームレーザを発射するノズル手段、及び上下に伸縮自在に移動するように適応されたエンクロージャを介して、表面と垂直に立ち昇る溶接流体柱を吸い出す手段、
を備えるシステムへ向けられる。
キャビティ継ぎ目を溶接するためSCRFキャビティのダンベルを形成するように配列された半セルを保持及び操作するためのモータ駆動アタッチメントを有する真空容器と、
ノズル整列機構と、
前記円筒形真空チャンバの内部で前記ダンベルの壁の内側の面からキーホール溶接及び伝導溶接を逐次に実行するように選択的に配置及び適応されたキーホールノズル手段及び伝導溶接ノズルシステムと、
を備える溶接リグへ向けられる。
SCRFキャビティのニオブ部品の継ぎ目、特にSCRFキャビティの赤道継ぎ目のレーザ溶接を実行するため、異なる装置/アタッチメントを有し、溶接された半セルを相互に組み立ててダンベルを形成するように適応されたリグインサートを格納するように適応された真空容器と、
エンコーダ及び外側からノズルを正確に配置する手段と、
溶接が終わった後に周囲領域を検査するために提供される手段、好ましくはボロスコープと、
前記リグインサートは、3つのタイロッドによって120°の間隔で相互に保持された2つの円形フランジを備え、溶接された半セルを一緒に組み立ててダンベルを形成し、例えばSCRFキャビティのニオブ部品の赤道継ぎ目のレーザ溶接を容易にするように適応されていることと、
このインサートの中に組み立てられ、溶接中にオンラインで歪み監視するように適応された歪みゲージと、
を備える。
前記異なる装置/アタッチメントは、真空容器、ダンベルシステムを保持するためのタイロッド機構、容器を真空にして不活性ガスを噴出する仕組み、及び真空環境での種々の侵入物に対するシールを備え、
外側からノズルを正確に配置するための前記手段は、レーザヘッドを担持して自分自身の軸の回りで回転し得る中空円筒シャフト、及び更に、上下に移動してレーザ物質相互作用からの蒸発物質を収集するエンクロージャを備え、前記リグは2つのモータ、ボールネジ、及びエンコーダを備える機構を含み、エンコーダは真空環境の外側に留まって精密な回転及び軸方向移動をノズルへ提供し、精密な回転及び軸方向移動はエンコーダによって読み取られ、リグ内で動作的に接続されたパイプラインは溶接領域からの蒸発物質を真空容器の外側へ取り出すように適合されている。
(i)ダンベルを形成する半セル及びエンドグループ部品の溶接に適応された溶接リグ組立体、及び(ii)SCRFキャビティの壁の内側の面から赤道継ぎ目の溶接を実行するように適応された溶接リグ組立体を備える少なくとも2つの溶接リグの集合、
を備える。
A.溶接セッティングの回数が少なくなり、時間と費用が節約される。
B.1回のセッティングで溶接するとき、取り扱い中に遭遇される問題を回避し得る。半溶接されたキャビティは、リグから取り外されて次のリグへ取り付けられるとき、取り扱い中に変形するか汚染される可能性がある。
C.リグ内でキャビティを設置し直すことは、異なる位置にセットアップする危険があることを意味する。
(a)RFフィールド領域の継ぎ目及び他の選択的溶接場所について、キャビティの壁の内側の面からのキーホール溶接及び伝導溶接を組み合わせて、前記溶接システム/リグ、ノズル、順序、及び選択的パルス特性/パラメータを使用し、制御されたエネルギー入力を伴う高エネルギーパルスレーザ溶接を使用して歪み/収縮を最小にすると共に狭いHAZへの限定によって、1mmを超え典型的には3mmまでの厚さのニオブシート/部品について厚さの半分よりも大きく完全な溶け込みまでの溶接継ぎ目を達成する。ビードを滑らかにする伝導溶接では、溶接平面の垂直線に対して対称的に傾斜されたノズルの2重レーザビームを使用し、低エネルギーパルスレーザビームを搬送して溶接継ぎ目の上で同時に合併させる。
(b)好ましくは、好ましい特性を有する近台形構成を使用するパルス整形、パルス持続時間、パルス反復周波数、具体的応用に適合するために必要な溶接継ぎ目特性とマッチするパルス重複、を備えるパルスパラメータを選択的に設計する。
(c)ビード表面上の表面起伏/溶接波紋は、ミリ秒持続時間の非合焦レーザビーム及びナノ秒持続時間の低エネルギーパルスによる内側の面のレーザ清掃によって滑らかにされ、双方の場合に、レーザ物質相互作用に起因する蒸発物質は取り除かれる。
(d)レーザ物質相互作用からの蒸発プラズマ物質を吸い出すため、所望の容積を作り出すために真空ポンプ手段へ接続された排出エンクロージャ及びそのような清掃に必要な真空ヘッドを有する特別設計のノズルを関与させ、稼働中のフィールド放出を導く表面欠陥の可能性を最小にする。
(e)SCRFキャビティの信頼性のある性能を得るための滑らかな溶接ビードが保証される。これは、大規模化学処理の必要性を最小にし、時間を取り危険で費用のかかる工程の関連問題を最小にする。
(f)サービス/最終目的の応用に基づいた具体的品質規準を満たすことを要求する複数セルSCキャビティの溶接継ぎ目の各々のタイプ及び場所について、特別構成の溶接リグ及び仕掛けを使用する。これらの溶接リグ及び仕掛けは、信頼性のある溶接品質を保ちながら高速化/自動化工程及び機器に適応し、簡単及びユーザフレンドリなやり方で企業規模での応用に順応する。
(1)タイプIリグの中で半セルを溶接してダンベルを形成する。
(2)タイプIリグの中でエンドグループ部品をエンドグループの本体へ溶接する。
(3)インサート及びタイプII溶接リグを使用してキャビティの壁の内側の面からSCRFキャビティの赤道継ぎ目を溶接し、エンド半セルを有するエンドグループをキャビティの残部へ溶接する。
以下のステップは、本発明を使用して、どのように楕円型SCRFキャビティが組み立てられるかを例示する。
ステップ1: タイプI溶接リグの中で半セルの壁の内側の面から虹彩継ぎ目を溶接し、2つの半セルからダンベルを形成する。
図4aで示されるように、エンドグループ(EG)の本体(MB)が最初に提供される。本体は、ニオブの単一ブロックからの機械加工によって取得される。ニオブの円筒形ブロックを除去するためにはワイヤ切断EDM工程が使用される。このブロックは、エンドグループと一緒に使用されるHOM連結器及び他のフランジを作るために使用される。回転ミルセンタの上で遂行される機械加工の工程は、エンドグループ本体の他の特徴を作る。
部品の1つ1つは、取り付け具によって本体へ組み立てられる。継ぎ目は、異なるセッティングで作られる。次いで継ぎ目は、適切な取り付けかどうかを内側及び外側から可視的にチェックされる。ビーム焦点が当接線と完全にマッチすることを保証するため、操作機構が使用される。次のステップとしてHe−Neレーザを使用し、内側から入射するビームの焦点をチェックする。同様に、He−Neレーザを使用し、RFフィールド自由領域の継ぎ目について外側から入射する単ビーム/複数ビームの焦点をチェックする。
最初に図5〜図7を参照する。これらの図は、タイプII溶接リグ及びインサート組立体を使用するキャビティの赤道継ぎ目のレーザ溶接を示す。インサート組立体は、正確な取り付け、及びオンラインの歪み監視、及び溶接継ぎ目の制御を行う。このようなリグは、RFフィールド領域内に入るSCRFキャビティの継ぎ目を溶接するために設計される。このようなリグは、本質的に、ステンレススチール(SS 316L)から作られた真空容器から構成される。容器は、それを1つの側から開かれ得る。横面には観察用の少数の窓が存在する。溶接リグ容器は、真空ポンプへ取り付けられる装置を有する。光ファイバを担持する管は、不活性ガスも搬送する。この管は、フィードスルーの助けを借りて溶接チャンバの中へ導入される。4つのタイプのパルスを時分割ベースで結合するため、同じ光ファイバが使用される。この溶接リグの非常に特殊な特徴は、セルの間に歪みゲージ(SG)を提供することによって、歪みをオンラインで監視することである。この溶接リグの第1の部分は、図5で示されるようなインサート(IN)である。これは2つの円形フランジ(CFS)を使用して作られ、円形フランジは、周辺で120°の間隔を取られた3つのタイロッド(TR)によって相互に保持されている。半セル/ダンベル(DB)は、正確な輪郭のスペーサ(SP)を用いて相互に組み立てられることが、図5から明らかである。半セルから作られた全てのダンベルは、エッジを正確に機械加工され、一緒に組み立てられる。歪みゲージ(SG)は、2つの連続する半セル/ダンベルの間に搭載され、溶接中の歪み/収縮を監視及び制御する。タイプI溶接リグの中でダンベル(DB)を作るために溶接された半セルは、このインサート(IN)の中で正確に組み立てられる。ダンベルの同軸性を正確な位置で維持して完全なキャビティを形成するため、正確な形状のスペーサ(SP)が使用される。溶接中に歪みをオンラインで監視するため、このインサートの中へ歪みゲージ(SG)も組み立てられる。
Claims (29)
- レーザ溶接によって結合されるニオブ又はその合金から作られた少なくとも1つの部品を備えるニオブ又はその合金をベースとする超伝導無線周波(SCRF)キャビティであって、
キャビティの壁の内側の面からレーザ溶接される継ぎ目の材料は1mmから4mmの厚さを有し、内側からの溶接の溶け込みの深さは、前記厚さの半分よりも大きく、溶接されつつある材料の4mmへ達する前記内側溶接の完全な深さまでの範囲にある、ニオブ又はその合金をベースとする超伝導無線周波(SCRF)キャビティ。 - レーザ溶接によって形成されたRFフィールド領域における虹彩継ぎ目及び赤道継ぎ目を備え、キャビティの壁の内側の面からのレーザ溶接継ぎ目の材料は1mmから4mmの厚さを有し、内側からの溶接の溶け込みの深さは、前記厚さの半分よりも大きく、溶接されつつある材料の4mmへ達する前記内側溶接の完全な深さまでの範囲にある、請求項1に記載のニオブ又はその合金をベースとする超伝導無線周波(SCRF)キャビティ。
- 荷電粒子を加速するための単一及び/又は複数セルSCRFキャビティを備える、請求項1又は2に記載のニオブ又はその合金をベースとする超伝導無線周波(SCRF)キャビティ。
- ニオブ又はその合金をベースとする楕円形超伝導無線周波(SCRF)キャビティを備え、前記レーザ溶接継ぎ目は、半セルから産出されたレーザ溶接ダンベル、フランジ及び高次モード(HOM)連結器を含むエンド・グループ本体へ溶接されたエンドグループ部品、外側から溶接された補強輪を含むRFフィールド自由領域の溶接部、及び前記キャビティの壁の内側から溶接された赤道継ぎ目及び虹彩継ぎ目を含むRFフィールド領域の継ぎ目、の1つ又は複数を備える、請求項1から3のいずれか一項に記載のニオブ又はその合金をベースとする超伝導無線周波(SCRF)キャビティ。
- 請求項1から4のいずれか一項に記載のニオブベース超伝導無線周波(SCRF)キャビティ製造方法であって、
ニオブ又はその合金から作られ、溶接されつつある材料の厚さの半分よりも大きく完全な深さまでの溶接で前記キャビティの壁の内側の面からレーザ溶接することによって結合される少なくとも1つの部品を提供すること、続いて
(i)前記キャビティの壁の内側の面から制御されたキーホール溶接を行う第1の段階、続いて
(ii)溶接継ぎ目の非常に滑らかな仕上げを達成するため伝導溶接を行う第2の段階、の各ステップを実行することを含み、
狭いHAZと共に歪み及び収縮を最小にし、溶接表面の仕上げがSCRFキャビティの信頼性のある動作を達成するように適応された製造方法。 - キーホール溶接を実行する前記ステップは、
(i)エネルギーの必要量のみを提供し、パルス周波数を低く維持することによって加熱レートを制御することと、
(ii)時間定義域で変動させてエネルギーを堆積することと、
を含むキーホール溶接段階で大きなエネルギーを堆積する、請求項5に記載のニオブベース超伝導無線周波(SCRF)キャビティ製造方法。 - SCRFキャビティのダンベルを形成するため2つの半セルの間の虹彩継ぎ目の壁の内側の面から虹彩のレーザ溶接を実行することを含み、
真空容器を備える虹彩溶接リグの中に一緒に保持された前記半セルを提供することと、
(i)第1の段階で、3つの同心円筒形管を有するノズルを関与させ、RFフィールド領域の壁の内側の面からキーホール溶接を実行することであって、ここでレーザビームは最も内側の管を通過し、最も外側及び最も内側の管はガスを高速で供給し、中間の管は吸い出しポートへ接続され、溶接パラメータが選択されて、パルスプロフィールが時相で変動され、最小の歪みと共に完全な深さの溶け込みが取得されることと、
(ii)第2の段階で、継ぎ目のレベルへ持って来られる傾斜ノズルを関与させてレーザ溶接を実行することであって、ここでビームは傾斜されて、溶接流体柱が表面と垂直に立ち昇ることと、
レーザ物質相互作用のために形成された蒸発物質が、エンクロージャ形態の物質吸い出し配列を介して吸い出されることと、
を備える、請求項5又は6に記載のニオブベース超伝導無線周波(SCRF)キャビティ製造方法。 - 単一セルキャビティ又は複数セルSCRFキャビティを構成するダンベルの赤道継ぎ目のレーザ溶接をキャビティの壁の内側の面から実行することを含み、
インサート内の前記ダンベルを提供し、前記キャビティの壁の内側の面から溶接を実行する装置及び/又はアタッチメントを有する真空容器を備える赤道溶接リグの内部に前記インサート内の前記ダンベルを担持することと、
(i)第1の段階で、溶接平面の垂直線に対して或る角度で傾斜されたレーザビームを用いてキーホール溶接を実行し、エネルギーを時相で変動させて良好な溶け込みを得ること、続いて
(ii)第2の段階で、前記キーホール溶接が終わった後に非常に滑らかな仕上げを得るため2重ビームを関与させて伝導溶接を実行し、レーザ物質相互作用からの蒸発物質が継ぎ目の表面と垂直に立ち昇り、前記エンクロージャによって収集されるようにすること、を含む2ステップ溶接作業を遂行しながら前記赤道継ぎ目を次から次へと溶接することと、
を含む、請求項5から7のいずれか一項に記載のニオブベース超伝導無線周波(SCRF)キャビティ製造方法。 - 前記溶接方法は、当接エッジの観察、キーホール溶接、観察、修復、観察、2重ビーム伝導溶接/平滑化、ボロスコープを用いる領域全体の観察、レーザ清掃、非合焦レーザを用いる最終平滑化、ボロスコープを用いる最終検査、の順序を備える、請求項8に記載のニオブベース超伝導無線周波(SCRF)キャビティ製造方法。
- 前記キーホール溶接は、上下に移動するように適応された3同心管型エンクロージャを備える溶接ノズルを関与させて実行され、ここで最も外側及び最も内側の管エンクロージャは高速不活性ガスの流出を提供するように適応され、中間のエンクロージャはレーザ物質相互作用に起因する蒸発物質を吸い出すように適応され、前記伝導溶接は2重ビームを関与させて実行され、よってレーザ物質相互作用の結果としての蒸発物質が、継ぎ目の表面と垂直に立ち昇り、上下に移動するように適応された別個のエンクロージャによって収集される、請求項5から9のいずれか一項に記載のニオブベース超伝導無線周波(SCRF)キャビティ製造方法。
- RFフィールド自由領域のエンドグループ部品継ぎ目は、キーホール溶接のみでキャビティの壁の外側の面から溶接され、RFフィールド領域のエンドグループ部品継ぎ目は、伝導溶接及びキーホール溶接の組み合わせによって溶接される、請求項5から10のいずれか一項に記載のニオブベース超伝導無線周波(SCRF)キャビティ製造方法。
- Nd:YAG又は任意の他の固体レーザをレーザ溶接に使用してニオブベース超伝導無線周波(SCRF)キャビティを産出する、請求項5から11のいずれか一項に記載のニオブベース超伝導無線周波(SCRF)キャビティ製造方法。
- パルス内でエネルギーを時間変動させ、前記レーザパルスの反復レートを選択することによって、溶け込みの深さを最大にし、熱影響ゾーン(HAZ)を最小にした前記レーザ溶接を実行することを含む、請求項5から12のいずれか一項に記載の、ニオブベース超伝導無線周波(SCRF)キャビティ製造方法。
- 好ましくはパルス内のエネルギーを時間定義域で近台形へ変動させることによって、パルスの時間プロフィールをニオブ又はその合金用に調整し、表面の初期予備加熱で高い溶け込みを生じさせ、終端近くでエネルギーを先細りにして、微小亀裂/空隙/他の欠陥を回避し、よって全体的パルス形状が高い溶け込みの深さ及び低い熱影響ゾーンを保証するようにした、請求項5から13のいずれか一項に記載の、ニオブベース超伝導無線周波(SCRF)キャビティ製造方法。
- 前記レーザビームは前記表面へ或る角度で入射し、レーザ物質相互作用からの主な蒸発プラズマ物質が、小さい立体角に沿って排出され、排出ノズルを介して吸い出される、請求項5から14のいずれか一項に記載のニオブベース超伝導無線周波(SCRF)キャビティ製造方法。
- 良好な表面仕上げと共に所望の溶け込みを達成するため選択的ビーム傾斜を有する傾斜レーザビームを関与させて前記キーホール溶接及び伝導溶接を実行することを含み、前記キーホール溶接では、垂直線からの前記ビームの傾斜角が15°〜45°の範囲、好ましくは30°であり、伝導溶接では、垂直線からのビーム傾斜が30°〜60°の範囲、好ましくは45°である、請求項5から15のいずれか一項に記載のニオブベース超伝導無線周波(SCRF)キャビティ製造方法。
- 継ぎ目のキーホール溶接の実行は、3つの同心開口を有する溶接ノズルによって、溶接されつつある表面に対して傾斜角/直角で衝突するレーザビームにより溶接することを含み、ここで最も内側及び最も外側の開口からガスが噴射され、レーザ物質相互作用からの蒸発物質は、排出チャンバとして適応された中間開口によって吸い出される、請求項5から16のいずれか一項に記載のニオブベース超伝導無線周波(SCRF)キャビティ製造方法。
- 表面を調整するだけの溶け込みに適応された低強度非合焦パルスレーザビームを関与させて継ぎ目の表面を平滑化するステップを含む、請求項5から17のいずれか一項に記載のニオブベース超伝導無線周波(SCRF)キャビティ製造方法。
- ナノ秒持続時間の短いパルス、好ましくは1〜100ナノ秒の領域にあって、エネルギー密度が約1〜5J/cm2の範囲にある低強度レーザパルスを関与させて溶接領域及び周囲を清掃することでレーザ物質相互作用に起因する蒸発物質の吸い出しを容易にすることを含む、請求項5から18のいずれか一項に記載のニオブベース超伝導無線周波(SCRF)キャビティ製造方法。
- 溶接されつつある前記材料の壁の厚さは1mmよりも大きく、溶接は、キャビティの壁の内側の面又は外側の面からのレーザ溶接によって行われ、溶接されつつある前記材料の厚さの半分を超えて完全な深さまでの溶接の深さを有する、請求項5から19のいずれか一項に記載のニオブベース超伝導無線周波(SCRF)キャビティ製造方法。
- 楕円型SCRFキャビティなどのダンベルの溶接を実行し、請求項5から20のいずれか一項に記載の製造方法を実現するように適応されたタイプIの溶接リグであって、
キャビティ継ぎ目を溶接するためSCRFキャビティのダンベルを形成するように配列された半セルを保持及び操作するためのモータ駆動アタッチメントを有する真空容器と、
ノズル整列機構と、
円筒形真空チャンバの内部で前記ダンベルの壁の内側の面からキーホール溶接及び伝導溶接を逐次に実行するように選択的に配置及び適応されたキーホールノズル手段及び伝導溶接ノズルシステムと、
を備える溶接リグ。 - RFフィールド領域内の継ぎ目についてはキャビティの壁の内側の面から、RFフィールド自由領域の継ぎ目については表面の外側から、キャビティ継ぎ目のレーザ溶接を実行するように選択的に配置されるレーザ溶接ノズルを備える、請求項21に記載の溶接リグ。
- 溶接ノズルは、溶接継ぎ目の線に沿って傾斜溶接を実行するように適応されているが、溶接されるべき周辺部平面では、キャビティの壁の内側の面から、第1の段階でキーホール溶接を実行し、続いて第2の段階で伝導溶接を実行するように適応されている、請求項21又は22に記載の溶接リグ。
- 溶接ノズルは、補強輪及び幾つかのエンドグループ部品のようなRFフィールド自由領域の継ぎ目については外側からキーホール溶接を実行するように適応されている、請求項21から23のいずれか一項に記載の溶接リグ。
- 例えば楕円型SCRFキャビティなどの溶接を実行し、請求項5から20のいずれか一項に記載の製造方法を実現するように適応されたタイプIIの溶接リグであって、
SCRFキャビティのニオブ部品の継ぎ目、特にSCRFキャビティの赤道継ぎ目のレーザ溶接を実行するため、異なる装置/アタッチメントを有し、溶接された半セルを相互に組み立ててダンベルを形成するように適応されたリグインサートを格納するように適応された真空容器と、
エンコーダ及び外側からノズルを正確に配置するための手段と、
溶接が終わった後に周囲領域を検査するために提供された手段、好ましくはボロスコープと、
前記リグインサートの中に組み立てられ、溶接中にオンラインで歪みを監視するように適応された歪みゲージと、
を含み、
前記リグインサートは、3つのタイロッドによって120°の間隔で相互に保持された2つの円形フランジを備え、溶接された半セルを一緒に組み立ててダンベルを形成し、例えばSCRFキャビティのニオブ部品の赤道継ぎ目のレーザ溶接を容易にするように適応されている溶接リグ。 - 前記異なる装置/アタッチメントは、真空容器、ダンベルシステムを保持するためのタイロッド機構、前記容器を真空にして不活性ガスを噴出する仕組み、及び真空環境への種々の侵入物に対するシールを含み、
前記外側からノズルを正確に配置するための手段は、レーザヘッドを担持して自分自身の軸の回りを回転し得る中空円筒形シャフト、及び更に、上下に移動してレーザ物質相互作用からの蒸発物質を収集するエンクロージャを含み、前記リグは2つのモータ、ボールネジ、及びエンコーダを備える機構を更に含み、前記エンコーダは真空環境の外側に留まって精密な回転及び軸方向移動をノズルへ提供し、前記精密な回転及び軸方向移動は前記エンコーダによって読み取られ、前記リグの中で動作的に接続されたパイプラインは、溶接領域からの蒸発物質を前記真空容器の外側へ取り出すように適応されている、
請求項25に記載の溶接リグ。 - (i)請求項21から24のいずれか一項に記載された、ダンベルを形成するための半セル及びエンドグループ部品を溶接するように適応された溶接リグ組立体、及び(ii)請求項25又は26に記載された、SCRFキャビティの壁の内側の面からの赤道継ぎ目の溶接を実行するように適応された溶接リグ組立体、を備える少なくとも2つの溶接リグの集合を備える、請求項5から20のいずれか一項に記載の製造方法によりRFフィールド領域及びRFフィールド自由領域の中で楕円型超伝導キャビティの溶接を実行するリグシステム。
- 前記リグの各々は溶接アクセサリを備え、該溶接アクセサリは、キーホール溶接のために高エネルギーの制御されたレーザパルス、及びナノ秒持続時間のレーザパルスによる溶接平滑化及び清掃のための低エネルギー非合焦レーザパルスの発射を容易にするように適応された光ファイバ接続を有するノズル組立体、当接エッジ及び継ぎ目の溶接を間欠的に観察する手段、欠陥キャビティを検査して問題領域を矯正する手段、レーザ物質相互作用からの蒸発プラズマ物質を除去することによって溶接を平滑化及び清掃する手段、及び前記容器を真空にしてヘリウム又は任意の他の適切な不活性ガスを導入する手段を含む、請求項27に記載された楕円型超伝導キャビティ部品の溶接を実行するリグシステム。
- 前記溶接リグ組立体において、4つのタイプのパルスを搬送する光ファイバ配列が提供され、前記4つのタイプのパルスは、(a)作業対象に関して時間定義域での変動並びに空間定義域での高いパルス重複を有し、好ましくはRFフィールド領域及びRFフィールド自由領域でのキーホール溶接を実行するように適応された高いエネルギーのパルス、(b)伝導溶接のための低いエネルギーのパルス、(c)非合焦ビームとして機能するように適応された一層低いエネルギーのパルス、及び(d)レーザ清掃のために幾つかの表面欠陥が認知されるキャビティ区域へ適用されるナノ秒持続時間の低いエネルギーのパルス、を備える、請求項27又は28に記載のリグシステム。
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