CN104227258B - 一种铯束管用铯泡的密封方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铯束管用铯泡的密封方法。使用本发明能够较好解决铯束管用金属铯泡密封的问题，提高铯泡密封处的密封效果，且步骤简单，易于实现。本发明采用三次密封的方式使铯泡密封处的密封效果大大加强，首先将充铯管壁压扁，消除刀口处可能产生的应力，防止空气进入铯泡，使金属铯受到污染；然后在压扁处将铯泡剪下，并形成刀口，对铯泡进行第一次密封；然后在压扁处进行点焊，使得管壁熔在一起，产生密封作用，防止刀口焊接时高温下铯泡中的铯蒸汽喷出而影响密封效果，此为第二次密封；最后在刀口处进行微弧焊，使密封刀口牢固地密封住，此为第三次密封。经过三次密封，密封效果较好。

Description

一种铯束管用铯泡的密封方法

技术领域

本发明涉及小型铯原子钟制造技术领域，具体涉及一种铯束管用铯泡的密封方法。

背景技术

铯束管是铯原子钟的核心部件，由原子制备、选态、量子跃迁及信号输出四个部分组成，其中原子制备部分也即铯炉由铯泡、准直器、迷宫结构、加热棒等组成，高纯度的金属铯装载在铯泡中。铯泡外形呈圆柱形，直径为10～15mm之间，高度在25～35mm之间，其中一端接有充铯管，直径约为3mm，材料为不锈钢或可阀，如图1所示。

制备铯泡时，首先将铯泡通过充铯管接于玻璃真空***，其次将玻璃***中的高纯度铯通过充铯管充入铯泡中，最后通过冷焊钳将充铯管剪断，形成刀口并使之密封。由于充铯管的管壁上残留金属铯，夹断时刀口的两端往往不能较好的融在一起，在铯束管高温除气时刀口有可能张开，铯泡中的金属铯提前泄露，导致整个铯束管报废。为解决这个问题，人们通常采用其它焊接的方式对刀口进行二次密封，如银焊、氩弧焊等。二次密封解决了铯泡刀口在高温除气时张开的问题，但带来其它问题。如银焊须在650℃下将焊料熔化，然后将熔化的焊料覆盖在刀口上，但在高温下铯泡中的金属铯迅速形成蒸汽，这种蒸汽有可能冲破刀口提前喷出，在焊接时使焊料与充铯管壁之间形成微小漏孔。氩弧焊的温度更高(大于1000℃)，更容易形成铯蒸汽，使得在焊接时刀口两壁在互熔的过程中出现漏孔。这些漏孔是很难用肉眼观察到的，也无法采用其它设备进行检测。一旦这种无法检测的漏孔形成，同样会导致铯束管整管报废，带来巨大损失。银焊与氩弧焊的第二个缺点是由于高温，使铯泡出现局部氧化现象，采用微弧焊可有效解决这一问题，微弧焊的特点是焊接的热作用区小、温度低，可以有效降低局部的氧化现象，虽然如此，但在焊接过程中由于高温形成铯蒸汽从而出现微漏的问题依然存在。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种铯束管用铯泡的密封方法，能够较好解决铯束管用金属铯泡密封的问题，提高铯泡密封处的密封效果，且步骤简单，易于实现。

本发明的铯束管用铯泡的密封方法包括如下步骤：

步骤1，将充铯管在距离充铯管根部2～3mm处开始压扁，形成压扁处，压扁处的长度大于6mm；其中，所述充铯管根部为充铯管与铯泡的连接处；

步骤2，在压扁处距离充铯管根部5～7mm处剪下铯泡，并形成刀口；

步骤3，在剪下的铯泡距离刀口2～3mm的压扁处采用一字型焊头进行点焊；

步骤4，对刀口进行微弧焊。

其中，所述点焊的痕迹沿点焊头直线方向均匀分布。

有益效果：

本发明采用三次密封的方式使铯泡密封处的密封效果大大加强，从而显著提高铯束管生产的成品率，且步骤简单，易于实现。

本发明首先将充铯管壁压扁，消除刀口处可能产生的应力，防止空气进入铯泡，使金属铯受到污染；然后在压扁处将铯泡剪下，并形成刀口，对铯泡进行第一次密封；然后在压扁处进行点焊，使得管壁熔在一起，产生密封作用，防止刀口焊接时高温下铯泡中的铯蒸汽喷出而影响密封效果，此为第二次密封；最后在刀口处进行微弧焊，使密封刀口牢固地密封住，此为第三次密封。经过三次密封，密封效果较好。

附图说明

图1为金属铯泡图片，其中一端连接了充铯管。

图2为本发明流程图。

图3为将充铯管从根部附近压扁后的图片。图中标出了刀口及刀口距离充铯管根部的尺寸。

图4为完成了一次密封后的铯泡图片。图中标出了刀口及刀口距离充铯管根部的尺寸。

图5为采用一字型焊头对充铯管压扁处进行点焊的图片。

图6为二次密封完成后的效果图片。图中标出了点焊的压痕位置。

图7为采用微弧焊三次密封后刀口的效果图片。这是将刀口在显微镜下放大45倍后的结果。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种铯束管用铯泡的密封方法，共采用3次密封的方式进行铯泡的密封，具体包括如下步骤：

步骤1，采用平头刀将充铯管在距离其根部位置2～3mm处开始压扁，从而消除刀口处可能产生的应力，这种应力往往使一次密封的刀口轻微张开，这种轻微的张开很难用肉眼观察到的，导致空气进入铯泡，使金属铯受到污染。其中，充铯管根部特指充铯管与铯泡的连接处，压扁的长度大于6mm，见图2。

步骤2，采用冷焊钳在压扁处距离充铯管根部5～7mm处剪下铯泡，并形成刀口，这是第一次密封，见图3。此步骤也是传统的密封铯泡的方法。采用冷焊钳夹断压扁处管壁时，两壁的材料互相挤入，从而产生密封作用。密封效果的好坏与材料挤入量的多少有关，在常温常压下由于铯泡内金属铯的饱和蒸气压远小于铯泡外大气压，这种内外的压差使这种密封效果起一定作用。然而在铯束管烘烤除气时，铯泡外处于高真空，而高温使铯蒸汽在铯泡内产生较大压强，这种铯泡内外的正压差有可能使铯泡刀口胀破，导致铯束管排气失败。所以仅仅采用这种传统的密封方法是有风险的。

步骤3，在压扁处距离刀口2～3mm处采用点焊机用一字型焊头进行点焊，见图4，使点焊处的两壁熔在一起，这是第二次密封，见图5。此步骤是为下一步微弧焊做准备的。如果不经过这一步而直接采用微弧焊，由于焊接带来的高温会使铯泡内的金属铯产生铯蒸汽，在焊接过程中喷出使焊缝出现漏孔。采用点焊机先进行第二次密封，可使氩弧焊和微弧焊喷出的铯大大减少甚至完全消失，从而使刀口彻底封住。根据试验结果，当点焊的痕迹沿点焊头直线方向较为均匀时，往往意味着漏率小于1E-12Pa·m³/s的密封效果，即使不均匀，其漏率在-6Pa·m³/s量级，但这也足够了，完全可以进行下一步骤了。只有一头有焊接痕迹另一头没有的情况下建议重新进行二次密封。

步骤4，对刀口进行微弧焊，使密封刀口牢固地密封住，这是第三次密封，见图6。通过前三步的二次密封，进行第三次密封时只会产生极少量的金属铯蒸汽，一般不会影响微弧焊的密封效果，从而较好地使刀口密封。

下面给出一个具体实例：

首先将液压钳刀头换作平刀头，刀头的矩形面其长边为50mm，短边为10mm。在充铯管根部附近距离铯泡2～3mm处将充铯管压扁，液压钳最大压力为5MPa，以保证压扁处宽度不超过5mm，这是铯炉的内部结构对压扁处尺寸提出的基本要求，不同的铯炉结构对该尺寸的要求可以不同。将液压钳的刀头换作冷焊刀头，在充铯管压扁处距离根部位置5～7mm处将充铯管剪断，剪断处形成密封刀口，见图3，此时液压钳最大压力为35MPa，保持10秒钟后松开液压钳。更换点焊机焊头，焊头为一字型的，见图4。点焊前提前准备试验件，调节空压机的气压与点焊机电压，气压与电压的值分别在3MPa～5MPa和120V～150V之间，点焊试验件，检查点焊效果，如果点焊的印记清晰且均匀，就记下空压机的气压与点焊电压，否则根据情况继续调节。根据记载的气压与电压对铯泡进行二次密封，密封位置在充铯管压扁处距离刀口2mm的位置，在我们的一个实例中气压值为4MPa，电压值为150V。二次密封完毕后开始微弧焊，微弧焊电流为8A，采用脉冲焊接方式，时间间隔6ms。焊接时在3秒之内从刀口的一端均匀地走向另一端。之前由于二次密封，在进行微弧焊时，至多形成少量的铯蒸汽，已不会对三次密封产生影响。这样就完成了整个铯泡的密封。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种铯束管用铯泡的密封方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，将充铯管在距离充铯管根部2～3mm处开始压扁，形成压扁处，压扁处的长度大于6mm；其中，所述充铯管根部为充铯管与铯泡的连接处；

步骤2，采用冷焊钳或冷焊刀头在压扁处距离充铯管根部5～7mm处剪下铯泡，并形成刀口；

步骤3，在剪下的铯泡距离刀口2～3mm的压扁处采用一字型焊头进行点焊；

步骤4，对刀口进行微弧焊。

2.如权利要求1所述的铯束管用铯泡的密封方法，其特征在于，所述点焊的痕迹沿点焊头直线方向均匀分布。