[发明专利]一种高纯铌管—不锈钢管真空钎焊的制造方法

说明书

本发明公开了一种高纯铌管和不锈钢管的真空钎焊制造方法。所述方法包括如下步骤：不锈钢管经预处理后进行电镀镍层；将高纯铌管、不锈钢管和不锈钢内衬进行过盈定位组装，其中，不锈钢管设于高纯铌管的外部，不锈钢内衬设于高纯铌管的内部；不锈钢管与高纯铌管的接触面上设有三角槽，三角槽内放置AgCu20焊料，然后进行真空钎焊；真空钎焊结束后，除掉不锈钢内衬即实现高纯铌管和不锈钢管的焊接。本发明利用真空钎焊的方法，不但可以使填充材料充分流动，而且可以保证具有清洁的焊接面，避免了加热轧制过程中高纯铌板材的氧化，克服了两种热膨胀系数差别较大难于用不锈钢法兰替代铌钛法兰的问题，从而解决超导腔体真空密封难题。

技术领域

本发明涉及一种高纯铌管—不锈钢管真空钎焊的制造方法，属于超导加速腔技术领域。

背景技术

在人类探索未知世界好奇心的驱动下，国外科学家从19世纪就开始借助粒子加速器对微观物质进行研究。随着加速原理不断提出，加速器的能量和性能不断得到提高，技术不断成熟。特别是超导技术的发展和成熟，使加速器迈入了一个新的阶段。由于超导腔需要很小的功率就可以建立极高的电场，这大大减小了加速器的尺寸，降低了造价，是当今高能粒子加速器的核心技术。基于此技术的各种类型加速器也已经建造或将要建造。

目前，超导腔应用的首选材料是金属铌，铌作为超导材料具有最高的临界温度(9.26K)和最高的过热临界场(约200mT)以及良好机械性能，特别适合于加工成各种形状的超导腔。由于超导腔内部是处于真空环境，因此需要真空法兰进行真空密封。目前，由于铌钛合金和铌的热膨胀系数比较接近，该材料用来进行真空密封，而该材料力学性能较差，只能采用铟丝或者铝镁合金圈进行真空密封。铟丝可塑性和延展性较好，已成功用于超导腔体真空密封多年，但是在腔体重复的拆卸过程中铟丝残留的碎片有可能进入腔体内导致腔体场致发射且安装过程中需要安装工装导致安装程序复杂铟丝在腔体法兰拆卸过程中铟丝的碎片会造成腔体而成污染；而在大尺寸法兰密封中采用铝镁合金圈密封会造成真空泄漏。采用传统的无氧铜密封圈的密封方式在液氦环境下不存在因密封方式而造成腔体真空泄漏。因此，不论从保证高性能的超导腔还是成本造价，寻求高纯铌管-316L不锈钢管成为迫切需求。

由于两种金属膨胀系数之间的较大差异，普通焊接方法对于高纯铌管和不锈钢管焊接，易产生裂纹缺陷导致真空泄漏。美国阿贡国家实验已经成功的利用真空钎焊的方法进行了铌管和不锈钢管的连接，该实验室采用的填充材料为无氧铜，但是在焊接面会出现Fe-Nb化合物导致焊接强度降低以及可能的真空泄漏。由于该焊接件的工作温度为液氦温度(4.2k)，需要忍受多次的4.2K到873K的冷热冲击以及足够的力学强度，上述技术要求给高纯铌管和不锈钢管的钎焊缝提出了很高的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种高纯铌管—不锈钢管真空钎焊的制造方法，本发明方法以高纯铌管和不锈钢作为母材，涂抹钛粉的AgCu20焊料作为填充材料，其中钛粉质量比重为2～4％，通过真空钎焊的方法制造高纯铌管—不锈钢管。

本发明中，所涉及的“高纯铌管”的RRR值(300K电阻率和10K下电阻率之比)大于300，厚度大于3mm。

本发明中，所涉及的316L不锈钢管为真空刀口法兰。

具体地，本发明所提供的高纯铌管和不锈钢管的真空钎焊制造方法，包括如下步骤：

1)对高纯铌管进行化学处理；

2)不锈钢管经预处理后进行电镀镍层；

3)将所述高纯铌管、所述不锈钢管和不锈钢内衬进行过盈定位组装，其中，所述不锈钢管设于所述高纯铌管的外部，所述不锈钢内衬设于所述高纯铌管的内部；

4)所述不锈钢管与所述高纯铌管的接触面上设有三角槽，所述三角槽内放置涂抹钛粉的焊料，然后置于真空钎焊炉内进行真空钎焊；

5)所述真空钎焊结束后，除掉所述不锈钢内衬即实现所述高纯铌管和所述不锈钢管的焊接。