薄壁真空管道及由薄壁真空管道制造真空室的制造方法

摘要

本发明主要涉及电真空设备的制造方法，尤其涉及一种可以在高频交流电场或交变磁场下使用的真空管道的制造方法。一种薄壁真空管道的制造方法，包括制管、卷边、设置加强筋等多个步骤，还提供一种由制成的真空管道制造真空室的制造方法，包括焊管、制造液压波纹管装置等工艺，用此工艺程序、参数和方法匹配制造出的薄壁真空管道，整个真空管道尺寸大、通体薄壁，能够满足在高频交流电场或交变磁场下使用要求。

说明书

技术领域

本发明主要涉及电真空设备的制造方法，尤其涉及一种可以在高频交流电场或交变磁场下使用的真空管道的制造方法。

背景技术

建造兰州重离子肿瘤治疗专用装置(HITFiL)，需要一种大型非圆断面薄壁真空室，不仅能够满足在高频交流电场或交变磁场下使用要求，而且通过尽可能地减少电磁铁磁极间隙大大降低工程建造成本。在上述工况下，由于真空室会产生电涡流作用，不能采用大体积金属制造。目前，对于小型真空室，采用薄壁圆断面不锈钢管制造，方能满足克服电涡流影响及承受大气压力要求。而对大型真空室，如果仅按比例放大，对真空室中椭圆或跑道形包络断面的束流而言，不仅增加了圆截面管道的无用空间，而且大大增加了电磁铁的磁极间隙，使得加速器整体的制造和运行费用大幅度增加。另外，按比例放大的不锈钢管壁厚不能太厚，会产生较大电涡流作用；另一个问题是大直径薄壁不锈钢管的圆度控制困难，局部不圆将造成抽真空后塌陷变形，连锁反应后使得整个真空室被破坏。在此之前，国内没有制造过类似元件。为此，探索一种新制造工艺显得十分有意义，满足使用要求的同时能够大大降低工程造价。

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可以在高频交流电场或交变磁场下使用的大型非圆断面薄壁真空室的制造方法，从而有效解决了现有技术中的问题。

本发明的目的可以通过采用以下技术方案来实现，一种薄壁真空管道的制造方法，包括有下述步骤：

(1)、将剖面为圆形的薄壁不锈钢管压扁，使所述的薄壁不锈钢管的剖面呈跑道形，即靠近磁极的管壁剖面呈直线，剖面为直线管壁的两侧管壁呈半圆弧线；

(2)、用线切割截取步骤1）中截面呈跑道形的薄壁不锈钢管的两端面，并保证薄壁不锈钢管中心线的长度为200～800mm及薄壁不锈钢管两端面5～45°的角度，同时预留出薄壁不锈钢管两端面卷边长度2～8mm；

(3)、对薄壁不锈钢管的一端断面进行卷边，卷后手工修整边缘；

(4)、根据薄壁不锈钢管的横截面尺寸，在薄壁不锈钢管的外表面线切割出加强筋和固定加强筋的跑道形预留孔；薄壁不锈钢管与加强筋或固定加强筋之间还预留了填入真空钎焊焊料的间隙；

(5)、根据跑道形预留孔，将加强筋和固定加强筋安装在薄壁不锈钢管上；

(6)、对薄壁不锈钢管的另一端断面进行卷边，卷后手工修整边缘；

(7)、调整加强筋和固定加强筋的位置及间距，在薄壁不锈钢管与加强筋或固定加强筋之间缝隙填入真空钎焊焊料，进行真空钎焊焊接，所述的薄壁真空管道制造完成。

进一步，还包括有步骤（8）、对制造完成的薄壁真空管道进行氦质谱检漏，漏率应高于1×10^-9Pa·L/s。

进一步，所述的步骤（1）中所述压扁后的薄壁不锈钢管高为10～90mm，管宽为10～250mm，其管壁厚度为0.3～1mm。

进一步，步骤（7）中加强筋和固定加强筋的位置及间距：所述加强筋的设置间隔为5～30mm，所述固定加强筋的设置间隔为300～1000mm，所述加强筋和固定加强筋的厚度为0.5～3mm。

本发明还提供一种用以上所述的方法制造薄壁真空管道制造的一种薄壁真空室的制造方法：包括如下步骤：

1)      、用手工氩弧焊气密焊接数段有如上所述的方法制造出来的薄壁真空管道焊为一体，形成薄壁真空室；

2)      、制造液压波纹管装置：用手工氩弧焊分别气密焊接波纹管与两端的过渡环；气密焊接过渡环与长接管和短接管；气密焊接短接管与真空刀口法兰 

3)      、用手工氩弧焊分别焊接真空刀口法兰与连接座；焊接长接管与接耳；

4)      、机械联连连接座和接耳之间锁紧拉杆，并固定锁紧，制成液压波纹管装置；

5)      、在所述的步骤1）焊接为一体的薄壁真空管道两端安装液压波纹管装置，即用手工氩弧焊分别气密焊接液压波纹管装置的长接管与薄壁真空管道两端，所述的薄壁真空室制造完成；

进一步，所述的薄壁真空管道端面与液压波纹管装置的长接管进行用手工氩弧焊，在长接管上、与薄壁真空管道连接的一端设有防焊接变形槽。

进一步，还包括有对步骤1）中手工氩弧气密焊接焊缝进行氦质谱检漏，漏率应好于1×10^-9Pa·L/s。

进一步，还包括有对步骤3）中手工氩弧气密焊接焊缝进行氦质谱检漏，漏率应好于1×10^-9Pa·L/s。

进一步，还包括有对步骤5）中的手工氩弧气密焊接焊缝进行氦质谱检漏，漏率应好于1×10^-9Pa·L/s，并实测薄壁真空管道直线段处抽真空前后形变量。

本发明的有益效果是：通过近年来先进制造技术的成熟及广泛应用，采用新工艺程序、参数和方法匹配制造出了一种大型非圆断面薄壁电磁铁真空管道，整个真空管道尺寸大、通体薄壁，能够满足在高频交流电场或交变磁场下使用要求；采用非圆断面，最大限度地减少电磁铁磁极间隙，从而大大降低工程建造成本；通过精确理论计算，严格控制所述真空管道抽真空后形变，保证安全使用。经过检测所述的大型非圆断面薄壁电磁铁真空管道真空度指标、抽真空形变状况、电涡流发热情况等均达到使用要求，具有较强抗电涡流发热、高真空、结构紧凑轻巧、使用可靠的特点。

附图说明

图1为本发明所述的薄壁真空管道俯视示意图；

图2为本发明所述的薄壁真空管道侧视剖面示意图；

图3为本发明中当多个薄壁真空管道连接时，真空管道端部卷边结构的焊接示意图；

图4为本发明所述的薄壁真空管道组成的薄壁真空室的俯视示意图；

图5为本发明所述的薄壁真空管道组成的薄壁真空室的侧视示意图；

图6为本发明所述的液压波纹管装置俯视剖面示意图；

图7为本发明所述的液压波纹管装置侧视示意图；

图8为本发明所述的长接管2-8与真空管1-1焊接处的防焊接变形槽示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述：

实施例1：如图1、2、3所示，一种薄壁真空管道的制造方法，包括有下述步骤：

(1)、将剖面为圆形的薄壁不锈钢管1-1压扁，使所述的薄壁不锈钢管1-1的剖面呈跑道形，即靠近磁极的管壁剖面呈直线，剖面为直线管壁的两侧管壁呈半圆弧线；所述的薄壁不锈钢管高为10～90mm，管宽为10～250mm，其管壁厚度为0.3～1mm；

(2)、用线切割截取步骤1）中截面呈跑道形的薄壁不锈钢管1-1的两端面，并保证薄壁不锈钢管中心线的长度为200～800mm及薄壁不锈钢管两端面5～45°的角度，同时预留出薄壁不锈钢管1-1两端面卷边长度2～8mm；

(3)、对薄壁不锈钢管的一端断面进行卷边，卷后手工修整边缘；

(4)、根据薄壁不锈钢管1-1的横截面尺寸，在薄壁不锈钢管的外表面线切割出加强筋和固定加强筋的跑道形预留孔；薄壁不锈钢管与加强筋或固定加强筋之间还预留了填入真空钎焊焊料的间隙；

(5)、根据跑道形预留孔，将加强筋1-2和固定加强筋1-3安装在薄壁不锈钢管上；

(6)、对薄壁不锈钢管1-1的另一端断面进行卷边，卷后手工修整边缘；

(7)、调整加强筋和固定加强筋的位置及间距，在薄壁不锈钢管与加强筋或固定加强筋之间缝隙填入真空钎焊焊料，进行真空钎焊焊接，所述的薄壁真空管道制造完成；所述的加强筋1-2和固定加强筋1-3的位置及间距：所述加强筋的设置间隔为5～30mm，所述固定加强筋的设置间隔为300～1000mm，所述加强筋和固定加强筋的厚度为0.5～3mm；

(8)、对制造完成的薄壁真空管道1-1进行氦质谱检漏，漏率应高于1×10^-9Pa·L/s。

实施例2：如图4-8所示，一种用以上所述的方法制造薄壁真空管道制造的一种薄壁真空室的制造方法，包括如下步骤：

1)      、用手工氩弧焊气密焊接数段有如上所述方法制造出来的薄壁真空管道1-1焊为一体，形成薄壁真空室1；并对手工氩弧气密焊接焊缝进行氦质谱检漏，漏率应好于1×10^-9Pa·L/s；

2)      、制造液压波纹管装置：用手工氩弧焊气密焊接波纹管2-5与两端的过渡环2-4；气密焊接过渡环2-4与长接管2-8和短接管2-3；气密焊接短接管2-3与真空刀口法兰2-1；

3)      、用手工氩弧焊分别焊接真空刀口法兰2-1与连接座2-2；焊接长接管2-8与接耳2-7；并对手工氩弧气密焊接焊缝进行氦质谱检漏，漏率应好于1×10^-9Pa·L/s。

4)      、机械联连连接座2-2和接耳2-7之间锁紧拉杆2-6，并固定锁紧，制成液压波纹管装置；

5)      、在所述的步骤1）焊接为一体的薄壁真空管道两端安装液压波纹管装置，即用手工氩弧焊分别气密焊接液压波纹管装置的长接管2-8与薄壁真空管道1-1，即薄壁真空室1两端，所述的薄壁真空管道端面与液压波纹管装置的长接管2-8进行用手工氩弧焊，在长接管上、与薄壁真空管道连接的一端加工防焊接变形槽；并对手工氩弧气密焊接焊缝进行氦质谱检漏，漏率应好于1×10^-9Pa·L/s，并实测薄壁真空管道直线段处抽真空前后形变量。所述的薄壁真空室制造完成。

以下为薄壁真空管道及真空室的整个过程：

实施例3：所述的薄壁真空管道及真空室的制造方法，包括有如下步骤：

(1)、将周长378mm、壁厚1mm圆形剖面不锈钢管压扁为剖面呈跑道形，整个真空管道1-1的剖面为直线管壁的两侧管壁呈半圆形弧线，压后管高为62mm，管宽为153mm；

(2)、用线切割截取真空管道1-1两端面，需要保证真空管道1-1中心线的长度629mm及真空管道1-1两端面角度9°，并且预留出真空管道1-1两端面卷边所需长度6mm；

(3)、对真空管道1-1一端进行卷边，卷后手工修整边缘；

(4)、根据实侧跑道形真空管道1-1横截面尺寸，线切割出加强筋1-2和固定加强筋1-3中间跑道形孔及外形长和宽等尺寸，真空管道1-1与加强筋1-2或固定加强筋1-3之间应预留填入真空钎焊焊料所需间隙0.08~0.12mm；

(5)、按需要将加强筋1-2和固定加强筋1-3穿在跑道形真空管道1-1之上；

(6)、对真空管道1-1另一端进行卷边，卷后手工修整边缘；

(7)、调整加强筋1-2和固定加强筋1-3的位置及间距，加强筋1-2的间隔为32mm，固定加强筋1-3的间隔为638mm，加强筋和固定加强筋的厚度为2mm。在真空管道1-1与加强筋1-2或固定加强筋1-3之间缝隙填入真空钎焊焊料，进行真空钎焊焊接：采用银基真空钎焊焊料，焊接温度880~950℃，焊接过程中炉内真空度1×10^-3~1×10^-4 Pa，一个焊接周期10~15小时；

(8)、对真空钎焊件进行氦质谱检漏，漏率应好于1×10^-9Pa·L/s；

(9)、用手工氩弧焊气密焊接5段真空钎焊件焊为一体，即非圆断面薄壁真空室1；

(10)、对手工氩弧气密焊接焊缝进行氦质谱检漏，漏率应好于1×10^-9Pa·L/s；

(11)、用手工氩弧焊分别气密焊接波纹管2-5与两端的过渡环2-4；过渡环2-4与长接管2-8或短接管2-3；短接管2-3与真空刀口法兰2-1；

(12)、对手工氩弧气密焊接焊缝进行氦质谱检漏，漏率应好于1×10^-9Pa·L/s；

(13)、用手工氩弧焊分别焊接真空刀口法兰2-1与连接座2-2；长接管2-8与接耳2-7；

(14)、机械联连连接座2-2和接耳2-7之间锁紧拉杆2-6，并固定锁紧；

(15)、在非圆断面薄壁真空室1两端，用手工氩弧焊分别气密焊接波纹管装置2的长接管2-8，真空管道两端真空刀口法兰2-1的端面夹角为45°；

(16)、对手工氩弧气密焊接焊缝进行氦质谱检漏，漏率应好于1×10^-9Pa·L/s。并实测跑道形真空管道1-1及波纹管2-5直线段处抽真空前后形变量：在真空度为1×10^-5~2×10^-5 Pa条件下，实测真空管道1-1形变为0.2毫米；波纹管2-5形变为0.3毫米，且放大气后完全恢复，为弹性形变，均与计算结果吻合较好。

所述的薄壁圆形剖面不锈钢管压扁为跑道形薄壁真空管道1-1，需要制作简易成型及整形工装。所述的薄壁真空管道1-1两端进行卷边及修整边缘，需要制作简易成型工装及样板。所述的薄壁真空管道1-1与加强筋1-2和固定加强筋1-3之间进行真空钎焊时，需要制作热态下有足够刚性的工装。所述的用手工氩弧焊气密焊接数段真空钎焊件焊为一体成薄壁真空室1时，应制作焊接工装。所述的氦质谱检漏均需要制作相应检漏工装。所述的真空管道1-1端面与长接管2-8进行用手工氩弧焊，在长接管2-8上、与真空管道1-1固连的一端设有防焊接变形槽。

实施例4：与实施例1相同，不同的是：步骤（1）中，所述的薄壁不锈钢管高为10mm，管宽为10mm，其管壁厚度为0.3mm；步骤（2）中用线切割截取步骤（1）中截面呈跑道形的薄壁不锈钢管1-1的两端面，并保证薄壁不锈钢管中心线的长度为200mm及薄壁不锈钢管两端面5°的角度，同时预留出薄壁不锈钢管1-1两端面卷边长度2mm；步骤（7）中，所述加强筋的设置间隔为5mm，所述固定加强筋的设置间隔为300mm，所述加强筋和固定加强筋的厚度为0.5mm。

实施例5：与实施例1相同，不同的是：步骤（1）中，所述的薄壁不锈钢管高为90mm，管宽为250mm，其管壁厚度为1mm；步骤（2）中用线切割截取步骤（1）中截面呈跑道形的薄壁不锈钢管1-1的两端面，并保证薄壁不锈钢管中心线的长度为800mm及薄壁不锈钢管两端面45°的角度，同时预留出薄壁不锈钢管1-1两端面卷边长度8mm；；步骤（7）中，所述加强筋的设置间隔为30mm，所述固定加强筋的设置间隔为1000mm，所述加强筋和固定加强筋的厚度为3mm。

实施例6：与实施例1相同，不同的是：步骤（1）中，所述的薄壁不锈钢管高为50mm，管宽为150mm，其管壁厚度为0.5mm；步骤（2）中用线切割截取步骤（1）中截面呈跑道形的薄壁不锈钢管1-1的两端面，并保证薄壁不锈钢管中心线的长度为500mm及薄壁不锈钢管两端面35°的角度，同时预留出薄壁不锈钢管1-1两端面卷边长度5mm；：步骤（7）中，所述加强筋的设置间隔为20mm，所述固定加强筋的设置间隔为500mm，所述加强筋和固定加强筋的厚度为1.5mm。

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。