Способ сборки вакуумной оболочки рентгеновского электронно- оптического преобразователя

 

Использование: в производстве электровакуумных приборов, в частности, рентгеновских электронно-оптических преобразователей (РЭОП). Технический результат заключается в повышении качества оболочки РЭОП за счет улучшения ее герметичности. Сущность изобретения заключается в формировании диффузионной сваркой зоны соединения между алюминиевым кольцом и стальной манжетой с конечной стеклянной частью, причем сначала соединяемые детали нагревают до температуры начала пластической деформации алюминиевого кольца Т^пл.д._min при сварочном давлении P_СВ = 0. По достижении T^пл.д._min к соединяемым деталям прикладывают давление P_СВ = 0,5 ± 0,01 кгс/мм², затем температуру T_СВ и давление P_СВ линейно увеличивают так, чтобы при T_СВ = 600 ± 5°C P_СВ = 1,8 - 2,0 кгс/мм². Выдерживают соединяемые детали при этих T_СВ и P_СВ 25-30 мин, а затем охлаждают до комнатной температуры при P_СВ = 1,8 - 2,0 кгс/мм². 1 ил.

Изобретение относится к области технологии производства электровакуумных приборов и, в частности, к технологии производства рентгеновского электронно-оптического преобразователя (РЭОП).

Известен способ обработки вакуумной оболочки РЭОП (а.с. СССР N 1737554), заключающийся в том, что предварительно диффузионной сваркой изготавливается биметаллический элемент, а затем с помощью аргонодуговой сварки он соединяется с алюминиевым окном и стальной манжетой с конечной стеклянной частью.

Этот способ является трудоемким, дорогостоящим, а также не гарантирующим требуемой герметичности в зоне соединения биметалла.

Известен способ сборки вакуумной оболочки РЭОП (пат. США кл. 313-523 N 4423351). При этом способе алюминиевое окно и стальная манжета соединяются между собой по фланцевым отбортовкам диффузионной сваркой. На стальную деталь предварительно наносится тонкий слой никеля, обеспечивающий герметичное соединение. Режим сварки выполняют следующим образом: при подъеме температуры до 470^oC давление сжатия составляет 1000 кг/см². Далее температуру повышают до 580^oC и выдерживают определенное время.

К недостаткам данного способа сборки следует отнести высокую пластическую деформацию алюминиевой детали, а также то, что выбранные параметры режима не обеспечивают гарантированной вакуумплотности из-за недостаточного образования физического контакта и протекания диффузионных процессов.

Технический результат в данном изобретении достигается за счет принципиально отличного режима диффузионной сварки алюминиевой и стальной деталей.

Способ сборки вакуумной оболочки РЭОП, заключающийся в формировании диффузионной сваркой зоны соединения между алюминиевым кольцом с окном и стальной манжетой с конечной стеклянной частью, отличается тем, что для формирования зоны соединения соединяемые детали нагревают до температуры начала пластической деформации T^пл.д._min алюминиевого кольца при сварочном давлении P_св = 0, при достижении T^пл.д._min к соединяемым деталям прикладывают давление P_св = 0,5 ± 0,01 кгс/мм², затем скорости нагрева деталей увеличивают линейно так, чтобы при T_св = 600 ± 5^oC P_св было равно 1,8 - 2,0 кгс/мм², выдерживают детали при этих T_св и P_св 25 - 30 минут, а затем охлаждают до комнатной температуры со скоростью 20 - 30^oC/мин при P_св = 1,8 - 2,0 кгс/мм².

Схематично режим сварки представлен на чертеже, где T - график изменения температуры соединяемых частей при сборке (T_св); P - график изменения сварочного давления, прикладываемого к соединяемым частям оболочки (P_св).

Способ сборки вакуумной оболочки РЭОП реализуется следующим образом. Соединяемые части - алюминиевое кольцо и стальную манжету, размещенные соосно и находящиеся в контакте друг с другом, помещают в вакуумную камеру, в которой создают вакуум не хуже 10^-3 мм рт.ст. Включают нагрев деталей. От комнатной температуры до температуры начала пластической деформации алюминия T^пл.д._min нагрев осуществляют без применения внешнего сварочного давления (P_{св(исх.)} = 0). При достижении минимальной температуры начала пластической деформации T^пл.д._min прикладывают P_св = 0,5 ± 0,01 кгс/мм² По мере роста температуры T_св ее скорость подъема должна быть линейно равна скорости приложения сварочного давления P_св с таким расчетом, чтобы при достижении температуры сварки T_св = 600 ± 5^oC величина P_св = 1,8 - 2,0 кгс/мм². При этих T_св и P_св детали выдерживают 25 - 30 мин. За это время при постоянно протекающей пластической деформации алюминиевой детали происходит интенсивное смятие микровыступов, образование физического контакта и развитие диффузионных процессов между свариваемыми поверхностями деталей. Охлаждение деталей до комнатной температуры осуществляют со скоростью 20 - 30^oC/мин, при этом P_св = 1,8 - 2,0 кгсм/мм².

Данный режим (см. чертеж) обеспечивает 15 - 20%-ную величину пластической деформации алюминиевого кольца (пластическая деформация стального кольца отсутствует) и вакуумплотность соединения, а следовательно, повышается качество оболочки РЭОП.

Обоснование в выборе параметров режима диффузионной сварки следующее: Величина прикладываемого давления P_св = 1,8 - 2,0 кгс/мм² выбрана из соображений, что только этот диапазон позволяет получать качественное соединение в сочетании с пластической деформацией деталей (необходимо, чтобы она присутствовала только на алюминиевой детали и отсутствовала на стальной). Давление P_св < 1,8 кгс/мм² не обеспечивает в конечном итоге требуемую величину пластической деформации (15 - 20%) алюминиевого кольца и сварной шов получается низкого качества (низкая прочность, отсутствие вакуумплотности и т. д.). При давлении P_св свыше 2,0 кгс/мм² происходит значительная пластическая деформация алюминиевого кольца (> 30%), а главное, начинается пластическая деформация стальной детали, что недопустимо.

Диапазон времени выдержки (25 - 30 мин) выбран на основе экспериментов. При меньшем времени выдержки не успевают пройти процессы объемного взаимодействия в зоне сварки, поэтому качество соединения низкое. При увеличении времени выдержки свыше 30 мин получены соединения с таким же качеством, что и в выбранном диапазоне. Но с точки зрения производительности процесса целесообразным является сокращение технологического цикла.

При охлаждении сварного соединения, состоящего из деталей с разными коэффициентами линейного термического расширения (КЛТР) важное значение имеет скорость охлаждения. Обычно в таких случаях она составляет 5 - 10^oC/мин. Для повышения производительности процесса выбрана скорость 20 - 30^oC/мин (фактически охлаждение с печью) при условии, что в процессе охлаждения сварочное давление будет соответствовать давлению при сварке (P_охл. = P_св = 1,8 - 2,0 кгс/мм²). Тем самым релаксация напряжений, возникающих в зоне соединения за счет разницы в КЛТР материалов, будет происходить под нагрузкой. Это обеспечит и производительность процесса сварки, и качество получаемого соединения. Данное предложение подтверждено экспериментально.

Формула изобретения

Способ сборки вакуумной оболочки рентгеновского электронно-оптического преобразователя, заключающийся в формировании диффузионной сваркой зоны соединения между алюминиевым кольцом и стальной манжетой с конечной стеклянной частью, отличающийся тем, что сначала соединяемые детали нагревают до температуры начала пластической деформации алюминиевого кольца T_min^пл.д. при сварочном давлении P_СВ = 0, по достижении T_min^пл.д. к соединяемым деталям прикладывают давление P_СВ = 0,5 ± 0,01 кгс/мм², затем температуру Т_СВ и давление P_СВ линейно увеличивают так, чтобы Т_СВ = 600^o ± 5^oС, P_СВ = 1,8 - 2,0 кгс/мм², выдерживают соединяемые детали при этих Т_СВ и P_СВ 25 - 30 мин, а затем охлаждают до комнатной температуры при P_СВ = 1,8 - 2,0 кгс/мм².

РИСУНКИ

Рисунок 1