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