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真空 ›› 2022, Vol. 59 ›› Issue (5): 69-73.doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.05.12

• 真空冶金与热工 • 上一篇    下一篇

船型射频腔1/2Y态无氧铜板真空电子束焊接*

邢银龙1,2, 吴杰峰1, 裴仕伦3, 刘志宏1, 李波1, 刘振飞4, 马建国1   

  1. 1.中国科学院等离子体物理研究所,安徽 合肥 230031;
    2.中国科学技术大学,安徽 合肥 230026;
    3.中国原子能科学研究院,北京 102413;
    4.合肥聚能电物理高技术开发有限公司,安徽 合肥 230036
  • 收稿日期:2021-11-24 出版日期:2022-09-25 发布日期:2022-09-28
  • 通讯作者: 吴杰峰,博导。
  • 作者简介:邢银龙(1988-),男,安徽省合肥市人,博士。
  • 基金资助:
    *特种焊接技术安徽省重点实验室资助项目(2018SW1005)

Vacuum Electron Beam Welding of Semi-Y-state Oxygen Free Copper Plate in Boat Shape RF Cavity

XING Yin-long1,2, WU Jie-feng1, PEI Shi-lun3, LIU Zhi-hong1, LI Bo1, LIU Zhen-fei4, MA Jian-guo1   

  1. 1. Institute of Plasma Physics Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031, China;
    2. University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China;
    3. China Institute of Atomic Energy, Beijing 102413, China;
    4. Hefei Juneng Electric Physics High Technology Development Co., Ltd., Hefei 230036, China
  • Received:2021-11-24 Online:2022-09-25 Published:2022-09-28

摘要: 大功率质子束加速器在基础物理、核工业、家庭安全等领域具有广泛的应用,其中大功率波导型射频腔极为重要。船型射频腔具有最高的空载Q值和分流阻抗,是GeV质子束加速器的良好选择。船型铜腔体制造的最大难点在于船型腔的成形与铜的焊接。本文以6mm厚1/2Y态无氧铜(OFC)电子束焊接接头为研究对象,开发了详细的真空电子束焊接工艺。结果表明:1/2Y态OFC板经电子束焊接后,焊接接头无明显表面缺陷,铸态组织为等轴晶;从焊缝到母材,1/2Y态无氧铜焊接接头的显微硬度变化显著,焊缝的显微硬度约为母材的65%;室温拉伸后1/2Y态无氧铜焊接接头具有明显的塑性变形,断裂发生在焊缝区;1/2Y态无氧铜焊接接头的抗拉强度相当于母材的95%,约为228MPa,断后伸长率为64%~67%,能够满足船型射频腔的焊接和成形要求。本文详细介绍了1/2Y态无氧铜板真空电子束焊工艺,给船型射频腔的制造提供了实验依据。

关键词: 船型射频腔, 真空电子束焊, 1/2Y态无氧铜, 显微组织, 显微硬度, 抗拉强度

Abstract: High power proton beam accelerators are widely used in basic physics, nuclear industry, family safety and other fields, in which high-power waveguide RF cavity is very important. Boat shaped RF cavity has the highest no-load Q value and shunt impedance, which is a good choice for GeV proton beam accelerator. For the manufacture of boat shape copper cavity, the biggest difficulty lies in the forming of boat shape cavity and the welding of copper. In this paper, the 6mm thick semi-Y-state oxygen free copper(OFC) electron beam welding joint is studied, and a detailed vacuum electron beam welding process is developed. The results show that after electron beam welding, the welded joint of semi-Y-state OFC plate has no obvious surface defects, and the as-cast microstructure is equiaxed crystal. From weld to base metal, the microhardness of semi-Y-state OFC welded joint changes significantly, and the microhardness of weld is about 65% of the base metal. After stretching at room temperature, the semi-Y-state OFC welded joint has obvious plastic deformation, and the fracture occurs in the weld fusion zone. The tensile strength of semi-Y-state OFC welded joint is equivalent to 95% of the base metal, about 228MPa, and the elongation after fracture is 64%-67%, which can meet the welding and forming requirements of boat shape RF cavity. In this paper, the vacuum electron beam welding process of semi-Y-state OFC plate is introduced in detail, which provides a test basis for the manufacture of boat shape RF cavity.

Key words: boat shape RF cavity, vacuum electron beam welding, semi-Y-state OFC, microstructure, microhardness, tensile strength

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