林军 靳昭军

摘要：大型回旋加速器非标设备往往存在技术难度大、精度要求高、加工周期长、过程控制复杂等特点，其特点给采购工作带来了很大的困难。本文通过对大型回旋加速器非标设备采购工作难点分析，从供应商评价、关键技术控制、进度控制、监造、检验、验收等环节就如何做好采购工作进行了详细分析和阐述，对非标设备的采购工作提供了成功的管理经验。

关键词：回旋加速器;非标设备;采购控制

1、大型回旋加速器的构成

回旋加速器是利用磁场和电场共同使带电粒子做回旋运动，在运动中经高频电场反复加速的装置。而大型回旋加速器，如100MeV回旋加速器主磁铁：直径6160mm，高度2820mm，总重量435t。

大型回旋加速器在国防及科研领域，如航天器电子元器件单粒子效应研究，抗辐射加固，宇航生物学效应研究，原子核物理及核天体物理研究等方面具有重要应用。在国民经济及大众健康领域，如核医学诊断PET、SPECT所用的放射性同位素生产，癌症肿瘤的质子及重离子治疗等方面的作用也举足轻重。

大型回旋加速器的组成主要包括主磁铁系统，高频系统，离子源中心区系统，引出系统，真空系统，磁场测量系统，束流诊断系统等主工艺系统;以及控制、电源电气、气动、水冷等辅助系统﹝1﹞。其中，主磁铁、线圈、高频腔、真空室等关键部件均为非标设备，因此，做好非标设备的采购工作将直接影响到回旋加速器性能和质量。

2、非标设备采购的难点分析

由于回旋加速器的应用面非常广泛，而不同的应用所需要加速粒子的种类、能量、流强各不相同，因此，回旋加速器的辅助系统可以进行标准化设计，但回旋加速器的主工艺系统的部件通常都是非标设备，其采购的难点主要在供方的选择、加工制造过程的控制等方面。

大型回旋加速器具有精度高、工艺复杂、可复制性差、风险不确定等特性。如主磁铁设备，体积大、重量大、精度要求高，可选择的供方必须是具备大型装置热处理、机加工能力的生产企业，更重要的是技术上要能够实现碳含量和碳含量偏差方面的要求，机加工精度的要求等。因此，可选供方很少，选择难度较大。在非标设备的采购中，如100MeV回旋加速器主磁铁，从加工难度来看，盖板6160mm，净重128吨，底面平面度允差0.05mm，平行度允差0.06mm，同轴度允差0.05mm，底面粗糙度Ra1.6，磁极扇角度47°±0.0012°，其加工制造过程控制难度很大。

主磁铁的关键作用是产生满足要求的磁场分布，而影响磁性能的关键是材料的合金成分，特别是碳元素的含量，磁性能对材料均匀性、工件间及每个工件内部的化学成分的偏差有严格的要求。大型毛坯件制造过程内部可能会出现气孔、缩松、杂质等缺陷，也可能对磁场分布产生影响。磁极气隙精度直接关系到整机的成败，决定着束流大小、品质。磁极气隙公差要求极高，而要保证磁极气隙精度，就要保证关键部件的几何精度及整体装配精度。因此影响主磁铁质量的主要因素是关键部件的材质、几何尺寸精度和相对位置，分别需要在热加工、冷加工和装配阶段进行控制。

高频腔采用双内杆的内导体的复杂结构，关键部件包括腔体外壳、Dee板和内杆。全部采用无氧铜材料、腔体冷却包括上述部件的冷卻。冷却水管与上述部件的焊接工艺由于国内没有类似大型无氧铜加工的经验，技术难度非常大﹝2﹞。

3、供应商的评价与选择

以主磁铁为例，其采购过程控制主要体现在供方评价、热加工、冷加工、总体装配、运输等全过程，需要在人、机、料、法、环等各个方面进行合理控制，主要从以下几个方面做好供方的选择：（1）对加工制造单位进行广泛、深入调研。寻找能够承担主磁铁加工的潜在供方，对潜在供方的质保能力、技术能力和商务能力进行评价;（2）就主磁铁加工制造向制造行业专家进行咨询，充分了解加工制造行业的特点，并对主磁铁设计实现的可行性进行充分的论证;（3）与供应商进行深入的技术交流，实现设计技术要求与供应商加工条件的对接;（4）通过招标方式对潜在供方进行比较与选择，确定优选供方。

4、采购过程的执行与控制

主磁铁系统是回旋加速器的关键部件，在整个大型回旋加速器非标设备采购中具有重量最大、加工周期最长、涉及到的加工程序最多，为此，就其采购控制进行深入的分析。

4.1采购过程进度的控制

非标设备加工前，供应商需提供生产进度计划、质量控制计划、周报工作计划等文件。通过以下几个方面进行进度控制：（1）加强供应商进度周报的追询跟踪，并形成记录，规定周报必须写明本周完成哪些工作，存在什么问题，下周工作内容，通过这些可以了解非标设备的加工情况;（2）加强源地检查的频次，根据往来文件、电话、周报等交流，适时派人员赴源地进行现场跟踪检查;（3）加强质量控制点的监督见证，确保每一加工环节合格;（4）检查进度计划的执行情况，及时进行总结和纠偏。

4.2 关键技术的分析与解决

主磁铁不但精度高，而且对材料的化学成分、磁场性能都有严格的要求，给加工方案的选择、确定带来巨大挑战。在确定和实施技术方案时应采取以下措施：（1）热加工、冷加工、装配、测量方案均要科学论证、严格实施;（2）重要工序在工艺实施前由工艺人员向工人进行技术培训，明确技术要求、技术接口;（3）在工艺方案的基础上制定质量计划，关键工序质控人员要全程跟踪或进行现场见证，见证意见关闭后才能进入下一个工序。

总之，主磁铁在整个加工过程中均由各专业技术人员与加工人员一起密切配合，严格做到自检、互检、专检，从而保证了全过程的零差错。

4.3监造过程的管理

主磁铁加工过程的监造主要以驻厂监造的方式进行，技术人员与采购人员到供应商单位参与主磁铁的冶炼、毛坯件的加工、零部件的加工、上下磁极磁轭的装配、真空检漏、螺旋升降机构安装、功能性测试等过程。每一过程均会涉及各专业技术人员与供应商交流、配合。

主磁鐵的采购合同中明确规定了质量保证条款及质量控制计划的编制，合理选择了R、W、H见证点，根据质量计划的相关程序进行见证、检验等。值得注意的就是R点，根据经验，W点及H点一般不易被忽略，因为要保证设备的出厂质量和工期，对W点及H点基本全部进行了源地验收并签字。而R点容易被忽略，如：材料进厂后必须依据材质单建立台账，再进行复检复验并记录在案，必须保证材料的合格、资料的完整，质量控制人员才能在质量计划上签字。

4.3.1监造过程的环境管理

主磁铁为高精密设备，磁极、镶条、芯柱等都装在真空室内，真空度要达到10-8Pa，装配时需要满足一定清洁度的环境才能开展工作。为保证加工环境温差不能过大。必须采取妥善措施，选择、创造满足要求的环境条件：（1）根据具体部件、工艺要求，选择满足一定清洁度、真空清洗、湿度符合要求的厂房，在技术规格书中也明确规定要求具备空调、密闭、清洁、温湿度测量条件等;（2）关键工序选择在温度变化较小的时间段进行;（3）在极端天气条件，不能满足温度要求时，应采取应对措施。

4.3.2监造过程的加工管理

主磁铁的加工分为粗加工阶段与精加工阶段。粗加工过程主要控制加工余量，加工过程的变形量等。精加工过程的管理主要是按照图纸、技术规格书等的要求进行管理。对于加工过程，精度控制与进度控制的管理尤为重要。

4.3.3监造过程装配精度的管理

总体装配精度取决于系统中各部件尺寸精度，以及各部件之间的装配精度。要对各部件尺寸精度、装配精度进行严格检测，根据检测结果不断调整。装配过程中，还要通过对组合体的组合加工来消除累计误差。检测合格后，加工骑缝定位销时严格按装配方案执行，以保证后期磁铁运输、安装、调试的装配精度。

4.4检验过程的管理

主磁铁的检验分阶段分步骤进行，在热加工阶段，主要控制毛坯件的化学成分，主要是碳元素，要求均匀性;毛坯件粗加工后通过超声探伤检验内部缺陷;加工阶段检验零件的加工尺寸、粗糙度、垂直度、直线度等，必须满足图纸技术要求;装配阶段检测相对位置误差、装配误差、配合尺寸等;功能测试阶段主要检验主磁铁的使用功能是否能够满足技术及使用要求，举升装置升降是否能够达到设计要求等指标。

总体装配过程中对主磁铁中各部件尺寸精度以及各部件之间的装配精度进行检测，根据检测结果不断调整，关键检测内容包括：一致性检测、磁极气隙、表面光洁度等。装配过程中，上磁极与上磁轭的装配，由上磁极直接吊入上磁轭中心位置，下磁极与下磁轭装配完成后需要对整体进行翻转，翻转过程需控制坠落、碰伤等风险。最后将上磁极与上磁轭一起吊入下磁极与下磁轭的组合体上部，装配过程有骑缝定位销进行定位。安装完成后在进行检测。

4.5验收

主磁铁的验收由源地验收和到货检查验收为主，源地验收通过现场测试、按合同及技术规格书要求验收、专家组讨论等形式验收，并对磁气隙、上下磁极的错边量、真空检漏等进行测量，均达到设计要求;到货验收通过主磁铁运抵指定地点后进行开箱检查、装箱清单检查、一致性检查等。

5、结论

大型回旋加速器非标设备的采购技术难度大、精度要求高、加工周期长、过程控制复杂。通过对采购过程中的供应商评价、关键技术控制、进度控制、监造过程管理、检验过程管理、验收等环节的有效控制，保证了非标设备的成功采购，为大型回旋加速器的出束奠定了基础。

参考文献：

[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] 纪彬，赵振鲁，张天爵等，100MeV负氢回旋加速器高频冷模腔的理论与实验研究， 中国物理C，Vol.32（S1），2008，pp：160-162