带有激光焊缝的超导共振腔及其形成方法
阅读说明：本技术 带有激光焊缝的超导共振腔及其形成方法 (Superconduction resonant cavity with laser welded seam and forming method thereof ) 是由 艾伦·郝杰士 凯尔·布兰尼根 于 2019-05-17 设计创作，主要内容包括：本发明披露了一种超导射频单元。该超导射频单元包括限定中空的腔的主体,该主体有第一阑孔和第二阑孔、轴线以及赤道,第一阑孔和第二阑孔位于主体的相反端,轴线在第一阑孔和第二阑孔之间延伸,并且赤道在第一阑孔和第二阑孔之间围绕轴线。主体包括至少第一焊缝,至少第一焊缝于主体上的与赤道间隔开的位置处围绕轴线。焊缝中的每一个延伸穿过主体并且具有终止于靠近主体的内侧和外侧的相反两侧,并且焊缝中的每一个包括形成在焊缝的一侧的第一传导焊接部和形成在焊缝的相反侧的第二焊接部。第二焊接部可以是传导焊接部、穿孔焊接部或过渡焊接部。(The present invention discloses a kind of superconduction radio frequency units.The superconduction radio frequency unit includes the main body for limiting hollow chamber, the main body has the first late hole and the second late hole, axis and equator, first late hole and the second late hole are located at the opposite end of main body, axis extends between the first late hole and the second late hole, and equator surrounds axis between the first late hole and the second late hole.Main body includes at least the first weld seam, and at least the first weld seam surrounds axis at the position being spaced apart with equator in main body.Each of weld seam extends through main body and has the two opposite sides for the inner side and outer side for ending close to main body, and each of weld seam includes the second weld part for being formed in the first conduction weld part of the side of weld seam and being formed in the opposite side of weld seam.Second weld part can be conduction weld part, piercing welding portion or graded seal portion.)
技术领域
本发明涉及超导射频(SRF)单元(cells)、制造SRF单元的方法、可以与SRF单元或其它物体一起使用的焊缝以及形成焊缝的方法。
背景技术
RF腔用于使带电粒子群朝向目标加速。对于许多应用来说，使用具有超导内表面的腔的好处远超将腔冷却到低温温度所带来的增加的成本。腔通过品质因数(qualityfactor)和加速度梯度来评价。品质因数(Q0)给出了系统的每个循环中能量损失量的倒数。高品质因数通过要求更低的低温冷却来降低运行成本。腔的加速度梯度描述了其加速粒子的能力。超导RF(SRF)腔的加速度梯度通常给定为百万伏特/米。更高的梯度需要更少的腔以在相同的加速场运行系统，从而降低了启动和运行成本。但是，更高的梯度需要更高的内部场，从而造成超导内表面的性能极限。
SRF腔受到导致超导场被破坏(breakdown)的任何因素的限制。通常，这种超导状态的转变被称为“失超(quench)”。沿着腔内侧的高电压可以使得电子从表面发射，产生X射线并加热腔。这通常称为场发射。腔的赤道(equator)周围的高强度磁场可达到超过用于形成腔或腔的内侧涂层的铌的临界磁场的水平。超过铌的临界磁场会破坏超导状态并引起失超。此外，表面的变化会增加腔的表面暴露其中的磁场量，导致过早失超。由于这些变化导致的腔所经历的磁通量的增加被称为场增强。
对于给定腔中的最大品质因数和加速度梯度，腔的内表面在理想情况下为光滑、清洁和不间断的。即使表面中的微观污染物也会通过将非超导相暴露于高RF场而破坏超导状态。杂质因其对电场的集中的原因而可用作场发射点。高磁场区域中的表面粗糙部可导致局部磁场增强到超过铌临界值的水平，这可导致超导状态的破坏。高电场区域中的表面粗糙部可导致场发射、表面加热并且导致超导状态的破坏。
SRF腔制造领域的发展已经在很大程度上消除了由于污染物和场发射导致的腔故障。Q0和加速度梯度的限制的主要原因是在腔的赤道处超过临界磁场。临界磁场是腔开始从其超导状态转变的场。
迄今为止，腔的设计是沿着腔的“赤道”布置最大的磁场，其中形成腔的第一半单元和第二半单元通过焊缝接合在一起，这有时被称为“赤道焊缝”。腔的形状还可以调节以优化不同的性能特征。
用于SRF腔的铌的焊接目前是“盲(blind)”工序，在该工序中沿着赤道的焊接在真空中完成，其中电子束围绕单元赤道的外部振荡。虽然这个工序经过充分地研究和控制，但是仍然会产生不一致的结果。表面的后处理限于在焊缝的化学蚀刻之前的“棒上研磨机(grinder-on-a-stick)”和“棒上相机(camera-on-a-stick)”检测。
参考图15，在一个优选且非限制性的实施例或实例中，单个超导射频(SRF)腔2有时包括多个串联连接的超导单元4。图15中所示的SRF腔2的实例包括在输入端6和输出端8之间串联连接的九个单元4。在一个实例中，输入端6构造为联接到RF能量的源，RF能量在SRF腔2中产生驻波，该驻波可以用于使来自输入端6的粒子加速通过腔2并且离开输出端8，该输出端8可以连接到另一个SRF腔(未示出)。在实例中，RF能量经由在输入端6处联接到SRF腔2的RF输入端口7输入到SRF腔2中。
参考图16并继续参考图15，在一个优选且非限制性的实施例或实例中，更具体地说，在RF输入端口7处接收的RF能量在每个单元4内产生电场和磁场，电场和磁场可以用于沿着SRF单元4的轴线20加速粒子(例如，粒子束)。图16中所示单元4的实例限定了赤道10和在单元4的相反两端上的阑孔(iris，或称为隔圈)12-1和12-2。如本领域技术人员所理解的，在使用中，SRF腔2通常在合适的容器13(图15)里被冷却到超导温度。
参考图17并继续参考图15和图16，在一个优选且非限制性的实施例或实例中，现有技术的单元4由第一半单元14和第二半单元16(可以与第一半单元14相同)通过以下方式接合在一起形成：焊接第一半单元14和第二半单元16的外侧或外部以形成单元4。焊接第一半单元14和第二半单元16的焊缝(或焊接圆)限定了单元4的赤道18。最后，半单元14和半单元16分别包括阑孔12-1和12-2，当半单元14和半单元16接合在一起时，单元4的赤道18限定在单元4的阑孔12-1和12-2之间距离的一半处。在一个实例中，阑孔12-1和12-2间隔开距离X，并且赤道18定位在与阑孔12-1和12-2的距离分别为距离Y1和Y2的位置处。距离Y1和Y2可以是相同的距离。
在一个优选且非限制性的实施例或实例中，与球体或行星(例如地球)的赤道相似，赤道18是纬度线或纬度圈，其位于阑孔12-1和12-2之间的中间，在类比于球体或行星的情况下，阑孔12-1和12-2对应所述球体或行星的北极和南极。与将表面划分为北半球和南半球的球或行星的赤道相似，单元4的赤道18是第一半单元14和第二半单元16之间的分界线。在一个实例中，单元4的赤道18位于单元4的0°纬度。最后，单元4限定轴线20，在一个实例中，单元4限定有单元4的对称轴(例如旋转对称轴)，该对称轴在阑孔12-1和12-2的中心之间延伸。
期望的是提供一种SRF腔和制造SRF腔的方法，相比于在使用中在赤道附近具有最高强度磁场的现有的SRF腔设计，期望提供的SRF腔具有改进的性能。
发明内容
总体上，本发明提供一种形成铌超导射频(SRF)单元的方法，其中焊缝被重新定位到单元的超导(内侧)表面的低临界性能区域(less performance critical areas)。这种重新定位使得能够更好地处理单元的赤道的内表面。
本发明还提供了改进的焊缝、具有改进的焊缝的SRF单元以及形成改进的焊缝的方法。
附图说明
根据以下示例性实施例的描述(参考附图)，本发明的进一步特征将变得显而易见。
图1是根据本发明原理的SRF单元的一个优选且非限制性的实施例或实例的截面图；
图2是根据本发明原理的SRF单元的一个优选且非限制性的实施例或实例的截面图；
图3是根据本发明原理的SRF单元的一个优选且非限制性的实施例或实例的截面图；
图4是根据本发明原理的SRF单元的一个优选且非限制性的实施例或实例的截面图；
图5是根据本发明原理的SRF单元的一个优选且非限制性的实施例或实例的截面图；
图6是根据本发明原理的SRF单元的一个优选且非限制性的实施例或实例的截面图；
图7是根据本发明原理的形成SRF单元的方法的一个优选且非限制性的实施例或实例；
图8A是在由抵接在一起的一对物体形成的接缝的一侧的激光传导焊接部(conduction weld)的一个优选且非限制性实施例或实例的正视图，图8B是沿着图8A中的线8B-8B截取的截面图；
图9A是图8A至图8B的接缝的另一侧的与传导焊接部部分重叠的激光穿孔焊接部(keyhole weld)的一个优选且非限制性实施例或实例的正视图，图9B是沿着图9A中的线9B-9B截取的截面图；
图10A是图8A至图8B的接缝的另一侧的与传导焊接部基本重叠的激光穿孔焊接部的一个优选且非限制性实施例或实例的正视图，图10B是沿着图10A中的线10B-10B截取的截面图；
图11A是图8A至图8B的接缝的另一侧的与传导焊接部不重叠(间隔开)的激光穿孔焊接部的一个优选且非限制性实施例或实例的正视图，图11B是沿着图11A中的线11B-11B截取的截面图；
图12A是图8A至图8B的传导焊缝部的接缝的另一侧的激光传导焊接部的一个优选且非限制性实施例或实例的正视图，图12B是沿着图12A中的线12B-12B截取的截面图；
图13A是在图8A至图8B的传导焊接部的接缝的另一侧的激光过渡焊接部(transition weld)的一个优选且非限制性实施例或实例的正视图，图13B是沿着图13A中的线13B-13B截取的截面图；
图14是根据本发明原理将第一物体和第二物体激光焊接在一起的方法的一个优选且非限制性实施例或实例；
图15是包括多个现有技术的SRF单元的现有技术的超导射频(SRF)腔的单独视图；
图16是可以用于图15中所示的SRF腔中的单个现有技术的SRF单元的截面的概括示意图；以及
图17是图15中所示的单个现有技术的SRF单元的示例性截面图。
具体实施方式
现在将参考附图描述各个非限制性的实例，其中相同的附图标记对应相同或功能上等同的元件。
在下文中为了便于描述，术语“端”、“上”、“下”、“右”、“左”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“横向”、“纵向”及其衍生词应如附图中的取向那样来表示各实例。然而，应该理解，除非明确地相反指出，否则实例可以采用各种可选变型例和步骤顺序。还应该理解，附图中示出的、在以下说明书中描述的具体实例仅仅是本发明的示例性实例或方面。因此，本文所披露的具体实例或方面并不被解释为是限制性的。
背景技术已经描述了现有技术的单元4和使用了一个或多个所述单元4的SRF腔2，以下描述将描述根据本发明原理的一些优选且非限制性实施例或实例的单元的实例。
在一个优选且非限制性的实施例或实例中，各个图中所示的单元的横截面是TESLA形的。但是，这不应该被解释为限制性含义，因为本发明可以设想为与其它形状的单元结合使用。其它形状的单元的实例包括低损耗形状(Low Loss-shape)和凹角形状(Reentrant-shape)。
参考图1，在一个优选且非限制性的实施例或实例中，可以用于代替单元4的单元22包括第一部分单元(partial cell)24和第二部分单元26，第一部分单元24和第二部分单元26在除了单元22的赤道30之外的其它纬度处的焊缝28处接合在一起。单元22包括阑孔32-1和32-2，阑孔32-1和32-2分别由第一部分单元24和第二部分单元26限定。单元22可以包括轴线34，轴线34可以是对称轴(例如，旋转对称轴)，轴线34在间隔距离为X的阑孔32-1和32-2之间延伸。在实例中，轴线34穿过阑孔32-1的中心和32-2的中心。
在一个优选且非限制性的实施例或实例中，第一部分单元24和第二部分单元26可以具有不同的形状/尺寸。例如，从第二部分单元26的阑孔32-2到焊缝28的距离可以大于从第一部分单元24的阑孔32-1到焊缝28的距离。在一个优选且非限制性的实施例或实例中，单元24、26中的每一个可以由铌制成。
在一个优选且非限制性的实施例或实例中，本文描述的每个阑孔可以是圆形的。但是，这不应被解释为限制性含义。此外，在本文中，焊缝距另一个元件的距离或位置的每个引用应理解为从所述元件到焊缝的中心。这是因为，在实践中，每个焊缝可以具有在焊接操作期间形成的宽度(沿轴线34的方向测量)，其中所述宽度可能在单个焊缝内或在不同的焊缝之间变化，这取决于形成每个焊缝或焊缝的一部分时的焊接条件。
在一个优选且非限制性的实施例或实例中，图1中所示的单元22的焊缝28位于从赤道30(在该实例中，不是焊缝)沿着轴线34朝向阑孔32-1方向的至少5mm处(即，从赤道30朝向阑孔32-1偏移至少5mm)。焊缝28通过将第一部分单元24的第一单元焊接边缘36焊接到第二部分单元26的第二单元焊接边缘38而形成。换句话说，焊缝28通过将第一单元焊接边缘36和第二单元焊接边缘38焊接在一起而形成。
参考图2并继续参考图1，在一个优选且非限制性的实施例或实例中，另一个示例单元22可以包括第一部分单元24和第二部分单元26，第一部分单元24包括第一单元焊接边缘36，第二部分单元26包括第二部分焊接单元边缘38。管段40定位在第一部分单元24和第二部分单元26之间，管段40包括第一管焊接边缘42和第二管焊接边缘44，第一管焊接边缘42和第二管焊接边缘44分别面对第一单元焊接边缘36和第二单元焊接边缘38。
在一个优选且非限制性的实施例或实例中，为了完成图2中所示的单元22的形成，将第一单元焊接边缘36焊接到第一管焊接边缘42以形成第一焊缝46，并且将第二单元焊接边缘38焊接到第二管焊接边缘44以形成第二焊缝48。形成第一焊缝46和第二焊缝48的顺序不应被解释为限制性含义。
在一个优选且非限制性的实施例或实例中，第二焊缝48可以定位在单元22的赤道30上，该赤道30定位在阑孔32-1和32-2之间的单元22的主体的0°纬度坐标处。第一焊缝46可以形成在除了赤道30之外的其它纬度处。在一个实例中，第一焊缝46可以位于从赤道30沿着轴线34朝向阑孔32-1方向的至少5mm处。
参考图3，在另一示例单元22的一个优选且非限制性的实施例或实例中，管段50包括第一管焊接边缘52和第二管焊接边缘54，第一管焊接边缘52焊接到第一单元焊接边缘36以形成第一焊缝56，第二管焊接边缘54焊接到第二单元焊接边缘38以形成第二焊缝58。在该实例中，赤道30定位在第一焊缝56和第二焊缝58之间。在一个优选且非限制性的实施例或实例中，赤道30可以定位在第一阑孔32-1和第二阑孔32-2之间的、形成单元22的主体的0°纬度坐标处。在一个实例中，赤道30可以定位在第一焊缝56和第二焊缝58间的中部或中间。在一个实例中，赤道30可以定位在阑孔32-1和32-2间的中部或中间。
在一个优选且非限制性的实施例或实例中，在图3中所示的示例单元22中(以及在本文所述的所有示例单元22中)，管段50的内表面60的假想线延伸部分可以分别与第一部分单元24和第二部分单元26的内表面62和64对齐。为此，在一个实例中，管段50的内表面60可以是直的，或者可以具有与内表面62和64对齐的曲率，靠近焊缝56和58的内表面62和64可以是直的或者具有曲率，使得靠近第一焊缝56和第二焊缝58的内表面60、62和64可以形成靠近第一焊缝56和第二焊缝58的、单元22的连续的或基本上连续的、光滑并且不间断的内表面。在一个实例中，可以设想的是，由于存在由用于形成第一焊缝56和第二焊缝58的焊接操作引起的粗糙部和污染物，和/或用于减少所述粗糙部和污染物的处理(例如，缓冲化学抛光(buffered chemical polishing)或电抛光(electro polishing))，因此单元22的内表面可能不是在单元22内部周围的各处都是完全光滑的。关于连续的或基本上连续的、光滑的、并且不间断的内表面的类似的描述也可以应用于图1中所示的第一部分单元24和第二部分单元26的靠近焊缝28的内表面，以及图2中所示的管40以及第一部分单元24和第二部分单元26的靠近第一焊缝46和第二焊缝48的内表面。
参考图4，在一个优选且非限制性的实施例或实例中，管段70可以定位在第一部分单元24和第二部分单元26之间。在该实例中，通过这样形成管段70：利用焊接将第一管段72和第二管段74接合在一起以形成由实线76示出的第三焊缝。
在该实例中，第一焊缝56和第二焊缝58可以以上文所述的有关图3所示的第一焊缝56和第二焊缝58的方法形成。在图4所示的实例中，第一焊缝56、第二焊缝58和第三焊缝76可以以任何顺序形成。例如，第一管段72和第二管部分74最初可以以任何顺序焊接到第一部分单元24和第二部分单元26，以形成第一焊缝56和第二焊缝58。此后，可以将第一管段72和第二管段74接合以形成第三焊缝76。在另一个实例中，第三焊缝76可以首先形成以接合第一管段72和第二管段74。此后，通过将第一管段72和第二管段74焊接在一起而形成的管段70可以以任何顺序焊接到第一部分单元24和第二部分单元26，从而形成焊缝56和58。在一个实例中，管段70和72可以是半管段。
在一个优选且非限制性的实施例或实例中，第三焊缝76可以相对于单元22的赤道30偏移。作为选择，第三焊缝76可以位于赤道30上。根据第三焊缝76位于单元22的赤道30上，还是第三焊缝76在沿着轴线34朝向阑孔32-1或阑孔32-2的方向与赤道30间隔开，可以将第一管段72的宽度78和第二管段74的宽度80选择为认为合适和/或符合期望的。在一个实例中，第一部分单元24、第二部分单元26、第一管段72和第二管段74的靠近焊缝56、58和76的这些内表面可以形成单元22的连续的或基本上连续的、光滑的并且不间断的内表面。
参考图5，在一个优选且非限制性的实施例或实例中，单元22可以包括管段84，其具有大于阑孔32-1和32-2之间的距离X的50％的宽度Z(沿着轴线34测量)。在一个实例中，第一部分单元24的第一焊接边缘36和第二部分单元26的第二单元焊接边缘38可以通过焊接分别接合到第一管焊接边缘88和第二管焊接边缘90，以分别形成靠近阑孔32-1的第一焊缝92和靠近阑孔32-2的第二焊缝94。在一个实例中，第一焊缝92和第二焊缝94之间的距离Z可以大于阑孔32-1和32-2之间的距离X的50％，或者大于或等于60％，或者大于或等于70％。在所示出的实例中，距离Z约为距离X的73％。在一个实例中，从焊缝92的外侧到阑孔32-1的距离Y1可以小于5mm(例如，约2.5mm)，Y1的最小距离由焊缝94的宽度决定。类似地，从焊缝94的外侧到阑孔32-2的距离Y2可以例如为小于5mm(例如，大约2.5mm)，Y2的最小距离由焊缝92的宽度确定。但是，这些百分比和尺寸不应被解释为限制性含义。
在一个优选且非限制性的实施例或实例中，单元22的赤道30位于第一焊缝92和第二焊缝94之间。例如，单元22的赤道30可以定位在第一焊缝92和第二焊缝94之间的中间。在一个实例中，单元22的赤道30可以定位在阑孔32-1和32-2之间的中间。在一个实例中，在靠近焊缝92和94处，管段84、第一部分单元24和第二部分单元26的内表面可以形成单元22的连续的或基本连续的、光滑的、并且不间断的内表面。
参考图6，在一个优选且非限制性的实施例或实例中，图6中的单元22在大多数方面类似于图5中所示的单元22，但是也存在下述例外情况。在图6中，管段84通过将第一部分管段96和第二部分管段98焊接在一起形成第三焊缝100而形成，第三焊缝100可以存在于靠近赤道30的位置或者赤道30上。焊缝92、94和100可以以任何顺序形成。在一个实例中，在靠近焊缝92、94和100处，第一部分管段96和第二部分管段98、第一部分单元24和第二部分单元26的内表面可以形成单元22的连续的或者基本上连续的、光滑的并且的不间断的内表面。
在一个优选且非限制性的实施例或实例中，可期望的是，在将管段84接合到第一部分单元24和第二部分单元26之前形成第三焊缝100。例如，相比于假设在第一焊缝92和第二焊缝94的形成之后形成第三焊缝100的情况，通过在将管段84接合到第一部分单元24和第二部分单元26之前形成第三焊缝100，可以更容易地实现：为了达到减少由于形成第三焊缝100而引起的粗糙部和污染物的目的而触及(access)第三焊缝100。类似的描述也适用于有关在通过第一焊缝56和第二焊缝58将管段70接合到第一部分单元24和第二部分单元26之前，形成图4中的管段70的第三焊缝76。
在一个优选且非限制性的实施例或实例中，在前述各实例中，在第一部分单元24和第二部分单元26之间包括管，可能希望的是，首先通过焊缝将所述管连接到部分单元24或26中的一个，然后，在将所述管接合到另一个部分单元之前处理焊缝以减少粗糙部和污染物。以这种方式，可以增强对首先形成的焊缝的可触及性。
参考图7，在一个优选且非限制性的实施例或实例中，形成SRF单元的方法可以包括从开始步骤200前进到步骤202，其中步骤202提供第一部分单元，第一部分单元包括第一单元焊接边缘和第一阑孔。该方法然后前进到步骤204，其中步骤204提供第二部分单元，第二部分单元包括第二单元焊接边缘和第二阑孔。在步骤206中，第一部分单元和第二部分单元定位为使得第一单元焊接边缘和第二单元焊接边缘面朝彼此。在步骤208中，通过焊接接合第一部分单元和第二部分单元以形成具有焊缝的SRF单元，该焊缝位于该单元的赤道以外的位置。然后，该方法可以前进到停止步骤210。在一个优选且非限制性的实施例或实例中，已经观察到通过从SRF单元的内侧或外侧进行电子束焊接形成焊缝需要大量的热量输入以进行整个焊接，在SRF单元的内侧留下了不期望的粗糙表面，这可能对SRF单元的性能产生不利影响。因此，在一个优选且非限制性的实施例或实例中，焊缝可以利用激光束通过激光焊接形成，以代替通过电子束焊接形成焊缝。在一个优选且非限制性的实施例或实例中，焊缝可以通过从将第一物体和第二物体抵接在一起而限定的接缝的两侧进行激光焊接而形成，例如，将一对焊接边缘抵接在一起，例如但不限于，将一对单元焊接边缘抵接在一起；将单元焊接边缘和管焊接边缘抵接在一起；将一对管焊接边缘抵接在一起等。
参考图8A至图8B，在一个优选且非限制性的实施例或实例中，第一物体300和第二物体302可以抵接以形成公共边界或接缝304，该公共边界或接缝304在接缝304的第一侧308和第二侧310之间延伸，并且更具体地说，该公共边界或接缝304位于在物体300和302的第一侧308和第二侧310之间。在一个实例中，第一物体300可以是但不限于管段，或者SRF腔的半单元或部分单元，并且第二物体302可以是但不限于一不同的管段，或者SRF腔的一不同的半单元或部分单元。第一侧308可以是被抵接物体300、302的一侧，并且第二侧310可以是被抵接物体300、302的另一侧。在一个实例中，第一侧308可以是SRF单元的内表面的至少一部分，并且第二侧310可以是SRF单元的外表面的至少一部分。但是，这不应被解释为具有限制性含义，因为在一个优选且非限制性的实施例或实例中，第一物体300和第二物体302都可以是由任何合适和/或期望的材料制成的任何合适的和/或期望的物体。
此外，在一个优选且非限制性的实施例或实例中，第一物体300和第二物体302的各自的第一侧308彼此成平面的图示以及第一物体300和第二物体302的各自的第二侧310彼此成平面的图示不应被解释为具有限制性含义。例如，第一物体300的第一侧308和第二物体302的第一侧308可以是偏移的(非平面的)，例如，其间具有台阶，并且/或者可以具有任何合适和/或期望的形状，例如，都是弯曲的、一个弯曲的和一个平面的，等等。类似地，第二物体300的第二侧310和第二物体302的第二侧310可以是偏移的(非平面的)，例如，其间具有台阶，并且/或者可以具有任何合适和/或期望的形状，例如，都是弯曲的、一个弯曲的和一个平面的，等等。
在一个优选且非限制性的实施例或实例中，一旦接缝304通过以下方式形成，即，第一物体300和第二物体302抵接在一起以限定在物体300和302的第一侧308和第二侧310之间延伸的接缝304，则第一传导焊接部312可以通过激光焊接接缝304的第一侧308形成，更具体地说，通过激光传导焊接靠近接缝304的第一物体300和第二物体302两者的第一侧308形成。第一传导焊接部312可以具有相对光滑的露出的表面314和主体316，表面314在接缝304的侧308上方耸起，主体316在表面314与第二侧310之间延伸。在一个实例中，主体316可以延伸比从第一侧308到第二侧310的距离的25％小的程度。图中所示的第一传导焊接部312的形状仅用于说明目的，而不应被解释为限制性含义。
参考图9A至图9B并继续参考图8A至图8B，在一个优选和非限制性的实施例或实例中，一旦形成第一传导焊接部312，则第二穿孔焊接部318随后可以通过在接缝304的第二侧310进行激光焊接来形成，并且更具体地说，通过激光穿孔焊接靠近接缝304的第一物体300和第二物体302两者的第二侧310形成。第二穿孔焊接部318可具有相对多孔(porous)的露出的表面316和相对多孔的主体322，主体322在表面316和传导焊接部312的表面314之间延伸。在一个实例中，主体322可以延伸比从第二侧310到第一侧308的距离的75％大的程度。图中所示的第二穿孔焊接部318的形状仅用于说明目的，而不应被解释为限制性含义。
在一个优选且非限制性的实施例或实例中，一旦第一传导焊接部312和第二穿孔焊接部318形成在相反两侧上，则接缝304也可以或者可选地称为焊缝304。
在一个优选且非限制性的实施例或实例中，如本领域中已知的，在激光传导模式的焊接中，功率密度足以使第一物体300和第二物体302的材料(例如铌)熔化。焊接熔深(weld penetration)是通过从侧308向下传导到材料中的激光的热量来实现的。在一个实例中，激光传导焊接是通过在毫秒脉冲持续时间范围内的脉冲激光焊接完成的。焊接熔深的深度部分地受脉冲持续时间的控制。脉冲越长，热量须“传导”到形成第一物体300和第二物体302的材料中的时间越长。在激光传导焊接中，传导焊接部312通常比深度宽，例如，如图8A所示。
在一个优选且非限制性的实施例或实例中，如本领域中已知的，在激光穿孔焊接中，加热以实现焊接熔深的方式与传导焊接不同。具体而言，在激光穿孔焊接过程中，功率密度足以使金属不是仅熔化，而是蒸发。汽化的金属产生膨胀的气体，膨胀的气体向外推动，从侧310产生进入到焊接部的深处的穿孔或通道。当激光束沿着接缝304的侧310移动时，例如，图9A中的激光束垂直于页面移动并且从右向左横向移动，或者反之亦然，在图9B中，穿孔跟随并产生一个深而窄的焊接部。只要激光功率足够大，并且激光在接缝304的侧310上的行进速度不会过大，则穿孔将在靠近激光束的位置保持打开。穿孔焊接产生强烈的深的焊接部，但与传导焊接相比，其代价是增加了孔隙率、焊溅物和深度变化。该深度变化的非限制性示例由图9B、图10B和图11B中的波浪线324示出。
在一个优选且非限制性的实施例或实例中，其中第一物体300和第二物体302中的每一个都是SRF单元的一部分，例如，管段、部分单元、半单元等，在一个实例中，激光传导焊接以形成传导焊接部312的侧308可以是成品SRF单元的内表面(该内表面理想地可以是连续的或基本上连续的、光滑的、并且不间断的)，并且在一个实例中，激光穿孔焊接以形成穿孔焊接部318的侧310可以是成品SRF单元的外表面。但是，这不应被解释为限制性含义。
在一个优选且非限制性实施例或实例中，穿孔焊接部318的深度可以根据需要调整或选择。例如，如图9A至图9B所示，穿孔焊接部318可以在第一侧308和第二侧310之间与传导焊接部312的主体部分316相交。在如图10A至图10B所示的另一个实例中，穿孔焊接部318中的一些或全部可以与传导焊接部312的表面314和第一侧308之间的传导焊接部312的主体部316相交。如图10B中的线324所示，在一个优选且非限制性的实施例或实例中，穿孔焊接部318中的一些或全部可以延伸至传导焊接部312的表面314。在图11A至图11B所示的又一个实例中，所有的穿孔焊接部318可以通过形成第一物体300和第二物体302中的至少一个的材料的间隙326与传导焊接部312间隔开。在一个优选且非限制性的实施例或实例中，可以设想的是，单个连续的穿孔焊接部318可以具有图9B、图10B和图11B中的线324所示的穿孔焊接部318的一些或全部的深度变化。
参考图12A至图12B，在一个优选和非限制性的实施例或实例中，在形成第一传导焊接部312之前或之后，第二传导焊接部328可以通过激光焊接接缝304的第二侧310形成并且，更具体地说，通过激光传导焊接靠近接缝304的第一物体300和第二物体302两者的第二侧310形成。形成第一传导焊接部312和第二传导焊接部328的顺序不应被解释为限制性含义。
与第一传导焊接部312类似，第二传导焊接部328可以具有相对光滑的露出的表面330和主体332，表面330在接缝304的侧310上方耸起，主体332在表面330与第一侧308之间延伸。第一传导焊接部312和第二传导焊接部328可以通过形成第一物体300和第二物体302中的至少一个的材料的间隙334间隔开。图中所示的第二传导焊接部318的形状仅用于说明目的而不应被解释为限制性含义。
参考图13A至图13B，在一个优选和非限制性的实施例或实例中，在形成第一传导焊接部312之前或之后，第二过渡焊接部338可以通过激光焊接接缝304的第二侧310形成并且，更具体地说，通过激光过渡焊接靠近接缝304的第一物体300和第二物体302两者的第二侧310形成。形成第一传导焊接部312和第二过渡焊接部338的顺序不应被解释为限制性含义。
如本领域中已知的，过渡焊接部(如过渡焊接部338)以在形成传导焊接部的激光束的功率密度和形成穿孔焊接部的激光束的功率密度之间(例如，中间)的激光束的功率密度形成。形成过渡焊接部的激光束比形成传导焊接部的激光束具有更高的熔透性，并且形成具有浅熔深的穿孔。在一个实例中，典型的过渡焊接部具有大约为1的纵横比(深度/宽度)。但是，这不应被解释为限制性含义。传导焊接、穿孔焊接和过渡焊接在本领域中都是已知的。
过渡焊接部338可以具有露出的表面330和主体342，表面330在接缝304的侧310的上方耸起，主体342在表面330与第一侧308之间延伸。过渡焊接部338的表面可以是相对光滑的或者多孔的，这取决于用于形成过渡焊接部338的功率密度。传导焊接部312和过渡焊接部338可以通过形成第一物体300和第二物体302中的至少一个的材料的间隙344间隔开。图中所示的过渡焊接部338的形状仅用于说明目的而不应被解释为限制性含义。
参考图14，在一个优选且非限制性的实施例或实例中，将第一物体300和第二物体302激光焊接在一起的方法可以包括从开始步骤330前进到步骤332，其中第一物体300和第二物体302可以抵接在一起以限定接缝304。然后，该方法可以前进到步骤334，其中激光传导焊接接缝304的第一侧308以形成传导焊接部312。然后，该方法可以前进到步骤336，其中激光焊接接缝304的第二侧310以形成传导焊接部328、穿孔焊接部318或过渡焊接部338。然后，该方法可以前进到停止步骤338。
在一个优选且非限制性的实施例或实例中，焊缝304(包括第一侧308上的第一传导焊接部312和第二侧310上的第二焊接部318、328或338)可以用于以上结合图1至图7以及图13至图15描述的任何焊缝。
可以看出的是，本文公开的是一种用于制造超导射频(SRF)单元22的方法，该单元由中空的主体限定，该主体具有第一阑孔32-1和第二阑孔32-2以及单元的赤道30，第一阑孔32-1和第二阑孔32-2沿轴线34彼此间隔开，赤道30位于在第一阑孔32-1和第二阑孔32-2之间的主体的0°纬度坐标处。该方法包括提供第一部分单元24，第一部分单元24包括位于第一部分单元24的相反两侧的第一单元焊接边缘36以及第一阑孔32-1，并且该方法还提供第二部分单元26，第二部分单元26包括位于第二部分单元26的相反两侧的第二单元焊接边缘38以及第二阑孔32-2。第一部分单元24和第二部分单元26定位为使第一单元焊接边缘36和第二单元焊接边缘38面朝彼此。第一部分单元24和第二部分单元26焊接在一起，从而在除赤道30之外的其它纬度处形成焊缝28、304。焊接步骤可以包括在单元焊接边缘36、38中的至少一个的相反的第一侧308和第二侧310上分别形成第一焊接部312和第二焊接部318、328或338。
第一焊接部312可以是传导焊接部。第二焊接部318、328或338可以是传导焊接部、穿孔焊接部或过渡焊接部。
焊缝28、304可以位于沿轴线34朝向第一阑孔32-1或第二阑孔32-2距赤道30≥5mm处。
焊缝28、304可以通过将第一单元焊接边缘36和第二单元焊接边缘38焊接在一起来形成。
该方法可以进一步包括在第一部分单元24和第二部分单元26之间定位管段40，管段40包括分别面向第一单元焊接边缘36和第二单元焊接边缘38的第一管焊接边缘42和第二管焊接边缘44。第一管焊接边缘42和第二管焊接边缘44可以分别焊接到对应的第一单元焊接边缘36和第二单元焊接边缘38。焊缝28、46、304可以通过焊接第一管焊接边缘42和第一单元焊接边缘36来形成。第二焊缝48、304可以通过焊接第二管焊接边缘44和第二单元焊接边缘38来形成。焊缝28、46、48中的每一个都可以由管焊接边缘42、44中的至少一个的相反的第一侧308和第二侧310的第一焊接部312和第二焊缝318、328或338分别形成。
第二焊缝48、304可以定位在赤道30上。
焊缝56、304和第二焊缝58、304可以定位在赤道30的相反两侧。
该方法可以包括将第一部分管段72和第二部分管段74焊接在一起以形成包括第三焊缝76、304的管段70，第三焊缝76、304按照步骤(d)定位在赤道30上或靠近赤道30处。
第一焊缝46、56、304中的每一个可以是传导焊接部，并且第二焊缝48、58、304中的每一个可以是传导焊接部、穿孔焊接部或过渡焊接部。
第一侧308可以是至少一个部分单元的内表面。第二侧310可以是至少一个部分单元的外表面。焊接步骤可包括激光焊接。
本文还公开了一种超导射频(SRF)单元22，其包括限定有中空腔的主体，该腔具有相反的第一端和第二端。第一阑孔32-1位于主体的第一端，并且第二阑孔32-2位于主体的第二端。主体限定有轴线34和赤道30，轴线34在第一阑孔32-1和第二阑孔32-2之间延伸，赤道30在第一阑孔和第二阑孔之间围绕轴线34。主体包括至少第一焊缝28、46、56、304，至少第一焊缝28、46、56、304在主体上的与赤道30间隔开的位置处围绕轴线34。焊缝中的每一个可以延伸穿过主体，并且可以具有终止于主体的内侧和外侧的相反两侧。焊缝中的每一个可以包括在焊缝的相反两侧的第一焊接部和第二焊接部。
第一焊接部可以是传导焊接部。第二焊接部可以是传导焊接部、穿孔焊接部或过渡焊接部。
主体可以包括围绕轴线34的第二焊接部58。第一焊缝56和第二焊缝58可以位于赤道的相反两侧。
第一焊接部可以位于主体的内侧。第二焊接部可以位于主体的外侧。
主体可以包括具有不同形状的第一部分单元24和第二部分单元26。
主体可以包括在第一部分单元和第二部分单元之间的管段40。
主体可以包括将管段接合到第一部分单元和第二部分单元的第二焊缝56和第三焊缝58。
第一焊缝92和第三焊缝94可以靠近第一阑孔32-1和第二阑孔32-2。第一焊缝92与第一阑孔32-1的距离可以大于或等于5mm。第三焊缝94与第二阑孔32-2的距离可以大于或等于5mm。
本文还公开了一种方法，包括：将第一物体和第二物体抵接在一起，从而限定在物体的相反两侧的具有第一侧和第二侧的接缝；利用传导焊接，将第一物体和第二物体从接缝的第一侧沿着接缝激光焊接在一起；并且利用传导焊接、穿孔焊接或过渡焊接，将第一物体和第二物体从接缝的第二侧沿着接缝激光焊接在一起。
物体中的每一个可以是超导射频单元的主体的一部分。接缝的第一侧可以形成在主体的内侧。接缝的第二侧可以形成在主体的外侧。
可以看出的是，本发明至少部分地克服了在对电场或磁场的变化具有最大敏感度的单元区域(焊缝)上具有最大变化的电场或磁场的问题。虽然将一个或多个焊缝移动到单元的不同区域会增加成本和生产的复杂性，但是这减少了一个或多个焊缝对单元的性能的负面影响。在一个实例中，通过将焊缝定位在电场和磁场的组合最小值处，对焊缝对单元性能极限的影响进行加权，可以最小化焊缝对单元性能的影响。
除了增加单元性能的上限之外，将一个或多个焊缝移出单元的赤道之外还开放了许多加工选择，以利用赤道上或靠近赤道的单元中心的更大的可及性(accessibility)。例如，在完成/形成图1至图6中所示的每个示例单元22的任何或所有焊缝之前，第一部分单元24和第二部分单元26的一个或多个内表面、任何管、任何管段和/或它们的任何组合可以经历例如但不限于铌的电抛光、和/或焊后机加工(post weld machining)，和/或物理气相沉积，其中部分单元24、26、任何管、任何管段和/或它们的任何组合还可以由除铌之外的材料形成。
此外，在单元的内表面(或第一侧)上的第一传导焊接部具有光滑的焊接表面，该焊接表面具有很小的孔隙率，通常没有孔隙率。在单元的外表面(第二侧)上的第二焊接部(例如，传导焊接部、穿孔焊接部或过渡焊接部)可以形成强且深的焊接部和整体强的焊缝，这可以使得单元更好地经受SRF腔内的严格使用。在第二焊接部是穿孔焊接部的情况下，通过首先在内表面上形成传导焊接部，可以密封焊缝以防止随后的穿孔焊接飞溅。然后可以在外表面上进行穿孔焊接，于是穿孔焊接部的深度可以接近传导焊接部的后部或内部深度(在一个实例中，穿孔焊接部的深度可以与传导焊接部的后部或内部深度相交)，而不与单元的内表面(或第一侧)相交。在一个实例中，穿孔焊接部可以与传导焊接部完全重叠、与传导焊接部部分重叠，或者可以与传导焊接部间隔开。
在第二焊接部是传导焊接部或过渡焊接部的情况下，第一焊接部和第二焊接部可以以任何期望的顺序形成。
在一个优选的且非限制性的实施例或实例中，由抵接两个物体形成的接缝一侧的传导焊接部，以及在接缝的另一侧形成的传导焊接部、穿孔焊接部或过渡焊接部构成组合，该组合可以与除了本文描述的部分单元、管或管段之外的任何合适和/或期望的物体一起使用。
尽管为了说明的目的已经基于目前被认为是最实用并且优选的实施例详细描述了本发明，但应理解的是，这些细节仅用于该目的，并且本发明是不限于所公开的实施例，而是相反，旨在覆盖落在所附权利要求的要旨和范围内的修改和等同布置。例如，应该理解，本发明设想，在可能的范围内，任何实施例的一个或多个特征可以与任何其它实施例的一个或多个特征组合。