钛合金内衬薄壁腔体结构设计与性能研究

摘要

二极磁铁真空管道是强流重离子加速器装置增强器的关键设备，为了降低涡流效应、减小磁铁气隙及降低真空管道加工难度，采用厚度为0.3 mm的不锈钢包裹3D打印钛合金内衬骨架制作薄壁腔体。通过仿真模拟对内衬骨架进行结构优化设计，制作薄壁腔体进行变形量测试和高温烘烤强度测试。完成了3D打印钛合金出气性能评价、薄壁腔体镀Ti-Zr-V薄膜前后极限真空测试和涡流发热对真空性能影响的研究。研究结果表明，内衬骨架厚度为4 mm、宽度为11 mm、间距为15 mm时，不锈钢和钛合金应力小于强度极限；拱形高度为0.5 mm的内衬骨架实测变形量为0.78 mm,经过35次250℃高温烘烤后结构稳定；TC4钛合金材料的出气性能和薄壁腔体的极限真空性能满足设计指标要求。

关键词

强流重离子加速器装置 / 钛合金内衬薄壁腔体 / 3D打印 / 结构优化 / 真空特性

基金资助

“十二五”国家重大科技基础设施“强流重离子加速器装置”项目(117200HIAF); 国家重点研发计划(Y91O310201)