大型回旋加速器非標設(shè)備采購

林軍 靳昭軍

摘要：大型回旋加速器非標設(shè)備往往存在技術(shù)難度大、精度要求高、加工周期長、過程控制復(fù)雜等特點，其特點給采購工作帶來了很大的困難。本文通過對大型回旋加速器非標設(shè)備采購工作難點分析，從供應(yīng)商評價、關(guān)鍵技術(shù)控制、進度控制、監(jiān)造、檢驗、驗收等環(huán)節(jié)就如何做好采購工作進行了詳細分析和闡述，對非標設(shè)備的采購工作提供了成功的管理經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：回旋加速器;非標設(shè)備;采購控制

1、大型回旋加速器的構(gòu)成

回旋加速器是利用磁場和電場共同使帶電粒子做回旋運動，在運動中經(jīng)高頻電場反復(fù)加速的裝置。而大型回旋加速器，如100MeV回旋加速器主磁鐵：直徑6160mm，高度2820mm，總重量435t。

大型回旋加速器在國防及科研領(lǐng)域，如航天器電子元器件單粒子效應(yīng)研究，抗輻射加固，宇航生物學(xué)效應(yīng)研究，原子核物理及核天體物理研究等方面具有重要應(yīng)用。在國民經(jīng)濟及大眾健康領(lǐng)域，如核醫(yī)學(xué)診斷PET、SPECT所用的放射性同位素生產(chǎn)，癌癥腫瘤的質(zhì)子及重離子治療等方面的作用也舉足輕重。

大型回旋加速器的組成主要包括主磁鐵系統(tǒng)，高頻系統(tǒng)，離子源中心區(qū)系統(tǒng)，引出系統(tǒng)，真空系統(tǒng)，磁場測量系統(tǒng)，束流診斷系統(tǒng)等主工藝系統(tǒng);以及控制、電源電氣、氣動、水冷等輔助系統(tǒng)﹝1﹞。其中，主磁鐵、線圈、高頻腔、真空室等關(guān)鍵部件均為非標設(shè)備，因此，做好非標設(shè)備的采購工作將直接影響到回旋加速器性能和質(zhì)量。

2、非標設(shè)備采購的難點分析

由于回旋加速器的應(yīng)用面非常廣泛，而不同的應(yīng)用所需要加速粒子的種類、能量、流強各不相同，因此，回旋加速器的輔助系統(tǒng)可以進行標準化設(shè)計，但回旋加速器的主工藝系統(tǒng)的部件通常都是非標設(shè)備，其采購的難點主要在供方的選擇、加工制造過程的控制等方面。

大型回旋加速器具有精度高、工藝復(fù)雜、可復(fù)制性差、風(fēng)險不確定等特性。如主磁鐵設(shè)備，體積大、重量大、精度要求高，可選擇的供方必須是具備大型裝置熱處理、機加工能力的生產(chǎn)企業(yè)，更重要的是技術(shù)上要能夠?qū)崿F(xiàn)碳含量和碳含量偏差方面的要求，機加工精度的要求等。因此，可選供方很少，選擇難度較大。在非標設(shè)備的采購中，如100MeV回旋加速器主磁鐵，從加工難度來看，蓋板6160mm，凈重128噸，底面平面度允差0.05mm，平行度允差0.06mm，同軸度允差0.05mm，底面粗糙度Ra1.6，磁極扇角度47°±0.0012°，其加工制造過程控制難度很大。

主磁鐵的關(guān)鍵作用是產(chǎn)生滿足要求的磁場分布，而影響磁性能的關(guān)鍵是材料的合金成分，特別是碳元素的含量，磁性能對材料均勻性、工件間及每個工件內(nèi)部的化學(xué)成分的偏差有嚴格的要求。大型毛坯件制造過程內(nèi)部可能會出現(xiàn)氣孔、縮松、雜質(zhì)等缺陷，也可能對磁場分布產(chǎn)生影響。磁極氣隙精度直接關(guān)系到整機的成敗，決定著束流大小、品質(zhì)。磁極氣隙公差要求極高，而要保證磁極氣隙精度，就要保證關(guān)鍵部件的幾何精度及整體裝配精度。因此影響主磁鐵質(zhì)量的主要因素是關(guān)鍵部件的材質(zhì)、幾何尺寸精度和相對位置，分別需要在熱加工、冷加工和裝配階段進行控制。

高頻腔采用雙內(nèi)桿的內(nèi)導(dǎo)體的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵部件包括腔體外殼、Dee板和內(nèi)桿。全部采用無氧銅材料、腔體冷卻包括上述部件的冷卻。冷卻水管與上述部件的焊接工藝由于國內(nèi)沒有類似大型無氧銅加工的經(jīng)驗，技術(shù)難度非常大﹝2﹞。

3、供應(yīng)商的評價與選擇

以主磁鐵為例，其采購過程控制主要體現(xiàn)在供方評價、熱加工、冷加工、總體裝配、運輸?shù)热^程，需要在人、機、料、法、環(huán)等各個方面進行合理控制，主要從以下幾個方面做好供方的選擇：（1）對加工制造單位進行廣泛、深入調(diào)研。尋找能夠承擔(dān)主磁鐵加工的潛在供方，對潛在供方的質(zhì)保能力、技術(shù)能力和商務(wù)能力進行評價;（2）就主磁鐵加工制造向制造行業(yè)專家進行咨詢，充分了解加工制造行業(yè)的特點，并對主磁鐵設(shè)計實現(xiàn)的可行性進行充分的論證;（3）與供應(yīng)商進行深入的技術(shù)交流，實現(xiàn)設(shè)計技術(shù)要求與供應(yīng)商加工條件的對接;（4）通過招標方式對潛在供方進行比較與選擇，確定優(yōu)選供方。

4、采購過程的執(zhí)行與控制

主磁鐵系統(tǒng)是回旋加速器的關(guān)鍵部件，在整個大型回旋加速器非標設(shè)備采購中具有重量最大、加工周期最長、涉及到的加工程序最多，為此，就其采購控制進行深入的分析。

4.1采購過程進度的控制

非標設(shè)備加工前，供應(yīng)商需提供生產(chǎn)進度計劃、質(zhì)量控制計劃、周報工作計劃等文件。通過以下幾個方面進行進度控制：（1）加強供應(yīng)商進度周報的追詢跟蹤，并形成記錄，規(guī)定周報必須寫明本周完成哪些工作，存在什么問題，下周工作內(nèi)容，通過這些可以了解非標設(shè)備的加工情況;（2）加強源地檢查的頻次，根據(jù)往來文件、電話、周報等交流，適時派人員赴源地進行現(xiàn)場跟蹤檢查;（3）加強質(zhì)量控制點的監(jiān)督見證，確保每一加工環(huán)節(jié)合格;（4）檢查進度計劃的執(zhí)行情況，及時進行總結(jié)和糾偏。

4.2 關(guān)鍵技術(shù)的分析與解決

主磁鐵不但精度高，而且對材料的化學(xué)成分、磁場性能都有嚴格的要求，給加工方案的選擇、確定帶來巨大挑戰(zhàn)。在確定和實施技術(shù)方案時應(yīng)采取以下措施：（1）熱加工、冷加工、裝配、測量方案均要科學(xué)論證、嚴格實施;（2）重要工序在工藝實施前由工藝人員向工人進行技術(shù)培訓(xùn)，明確技術(shù)要求、技術(shù)接口;（3）在工藝方案的基礎(chǔ)上制定質(zhì)量計劃，關(guān)鍵工序質(zhì)控人員要全程跟蹤或進行現(xiàn)場見證，見證意見關(guān)閉后才能進入下一個工序。

總之，主磁鐵在整個加工過程中均由各專業(yè)技術(shù)人員與加工人員一起密切配合，嚴格做到自檢、互檢、專檢，從而保證了全過程的零差錯。

4.3監(jiān)造過程的管理

主磁鐵加工過程的監(jiān)造主要以駐廠監(jiān)造的方式進行，技術(shù)人員與采購人員到供應(yīng)商單位參與主磁鐵的冶煉、毛坯件的加工、零部件的加工、上下磁極磁軛的裝配、真空檢漏、螺旋升降機構(gòu)安裝、功能性測試等過程。每一過程均會涉及各專業(yè)技術(shù)人員與供應(yīng)商交流、配合。

主磁鐵的采購合同中明確規(guī)定了質(zhì)量保證條款及質(zhì)量控制計劃的編制，合理選擇了R、W、H見證點，根據(jù)質(zhì)量計劃的相關(guān)程序進行見證、檢驗等。值得注意的就是R點，根據(jù)經(jīng)驗，W點及H點一般不易被忽略，因為要保證設(shè)備的出廠質(zhì)量和工期，對W點及H點基本全部進行了源地驗收并簽字。而R點容易被忽略，如：材料進廠后必須依據(jù)材質(zhì)單建立臺賬，再進行復(fù)檢復(fù)驗并記錄在案，必須保證材料的合格、資料的完整，質(zhì)量控制人員才能在質(zhì)量計劃上簽字。

4.3.1監(jiān)造過程的環(huán)境管理

主磁鐵為高精密設(shè)備，磁極、鑲條、芯柱等都裝在真空室內(nèi)，真空度要達到10-8Pa，裝配時需要滿足一定清潔度的環(huán)境才能開展工作。為保證加工環(huán)境溫差不能過大。必須采取妥善措施，選擇、創(chuàng)造滿足要求的環(huán)境條件：（1）根據(jù)具體部件、工藝要求，選擇滿足一定清潔度、真空清洗、濕度符合要求的廠房，在技術(shù)規(guī)格書中也明確規(guī)定要求具備空調(diào)、密閉、清潔、溫濕度測量條件等;（2）關(guān)鍵工序選擇在溫度變化較小的時間段進行;（3）在極端天氣條件，不能滿足溫度要求時，應(yīng)采取應(yīng)對措施。

4.3.2監(jiān)造過程的加工管理

主磁鐵的加工分為粗加工階段與精加工階段。粗加工過程主要控制加工余量，加工過程的變形量等。精加工過程的管理主要是按照圖紙、技術(shù)規(guī)格書等的要求進行管理。對于加工過程，精度控制與進度控制的管理尤為重要。

4.3.3監(jiān)造過程裝配精度的管理

總體裝配精度取決于系統(tǒng)中各部件尺寸精度，以及各部件之間的裝配精度。要對各部件尺寸精度、裝配精度進行嚴格檢測，根據(jù)檢測結(jié)果不斷調(diào)整。裝配過程中，還要通過對組合體的組合加工來消除累計誤差。檢測合格后，加工騎縫定位銷時嚴格按裝配方案執(zhí)行，以保證后期磁鐵運輸、安裝、調(diào)試的裝配精度。

4.4檢驗過程的管理

主磁鐵的檢驗分階段分步驟進行，在熱加工階段，主要控制毛坯件的化學(xué)成分，主要是碳元素，要求均勻性;毛坯件粗加工后通過超聲探傷檢驗內(nèi)部缺陷;加工階段檢驗零件的加工尺寸、粗糙度、垂直度、直線度等，必須滿足圖紙技術(shù)要求;裝配階段檢測相對位置誤差、裝配誤差、配合尺寸等;功能測試階段主要檢驗主磁鐵的使用功能是否能夠滿足技術(shù)及使用要求，舉升裝置升降是否能夠達到設(shè)計要求等指標。

總體裝配過程中對主磁鐵中各部件尺寸精度以及各部件之間的裝配精度進行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果不斷調(diào)整，關(guān)鍵檢測內(nèi)容包括：一致性檢測、磁極氣隙、表面光潔度等。裝配過程中，上磁極與上磁軛的裝配，由上磁極直接吊入上磁軛中心位置，下磁極與下磁軛裝配完成后需要對整體進行翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)過程需控制墜落、碰傷等風(fēng)險。最后將上磁極與上磁軛一起吊入下磁極與下磁軛的組合體上部，裝配過程有騎縫定位銷進行定位。安裝完成后在進行檢測。

4.5驗收

主磁鐵的驗收由源地驗收和到貨檢查驗收為主，源地驗收通過現(xiàn)場測試、按合同及技術(shù)規(guī)格書要求驗收、專家組討論等形式驗收，并對磁氣隙、上下磁極的錯邊量、真空檢漏等進行測量，均達到設(shè)計要求;到貨驗收通過主磁鐵運抵指定地點后進行開箱檢查、裝箱清單檢查、一致性檢查等。

5、結(jié)論

大型回旋加速器非標設(shè)備的采購技術(shù)難度大、精度要求高、加工周期長、過程控制復(fù)雜。通過對采購過程中的供應(yīng)商評價、關(guān)鍵技術(shù)控制、進度控制、監(jiān)造過程管理、檢驗過程管理、驗收等環(huán)節(jié)的有效控制，保證了非標設(shè)備的成功采購，為大型回旋加速器的出束奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1] Tianjue Zhang， Zhenguo Li， Yinlong Lu， Progress on Construction of CYCIAE-100， Proc. of 19th International Conference on Cyclotrons and Their Applications， Sept. 6 - 10， 2010， Lanzhou， China

[2] 紀彬，趙振魯，張?zhí)炀舻龋?00MeV負氫回旋加速器高頻冷模腔的理論與實驗研究， 中國物理C，Vol.32（S1），2008，pp：160-162