真空系统设计（不可拆密封连接）

　　3.2不可拆密封连接
　　当真空系统中各元件连接处的机械强度及密封要求较高,且不需要经常装拆时,宜采用不可拆密封连接形式。它有真空焊接、真空封接和真空粘接等连接方式。
　　3.2.1真空焊接
　　3.2.1.1氩弧焊接
　　氩弧焊是一种利用氩气作为焊缝的保护性气体,避免焊缝氧化的电弧焊,是在高(超)真空设备制造中常用的焊接方法。氩弧焊几乎能焊接所有金属,特别是一些难熔金属、易氧化金属,如镁、钛、钼、锆、铝等及其合金,常用于真空系统中各种不锈钢和铝材料的焊接。其特点是:(1)氩气保护可隔绝空气中氧气、氮气、氢气等对电弧和熔池产生的不良影响,减少合金元素的烧损,可得到光洁致密、熔接质量高的焊接接头;(2)氩弧焊的电弧燃烧稳定,热量集中,弧柱温度高,热影响区窄,焊缝窄而深,焊件产生应力、变形及裂纹的倾向小;(3)电极损耗小,弧长容易保持,焊接时无熔剂、涂药层,容易实现自动化焊接。
　　氩弧焊分为不熔化电极氩弧焊和熔化电极氩弧焊。真空技术中大多采用不熔化电极氩弧焊。在氩弧焊工艺中,工件和电极间可采用直流电或交流电。一般焊接铝和铝合金时常采用交流氩弧焊(常用250~300A;100V),碳钢、不锈钢、铜、银和钛等金属多采用直流氩弧焊(45~75V;15~200A)。
　　3.2.1.2普通电弧焊接
　　普通电弧焊是低(粗)真空设备制造中常用的焊接方法。普通手工电弧焊,在焊接时其焊缝处没有惰性气体保护,容易出现氧化、气孔等焊接缺陷,一般仅用于普通碳钢材料的低真空零部件的焊接。
　　3.2.1.3真空电(氩)弧焊对焊接工艺和焊缝结构的要求
　　从真空系统的密封性、系统检漏、清洗和机械强度等方面综合考虑,要求焊接处必须满足下列要求:
　　(1)保证良好的气密性。焊缝的真空密封性能要达到允许的气体密封性能(或漏气率)的要求。
　　(2)焊缝要有一定的机械强度,以保证设备的安全正常运行。
　　(3)焊缝应有利于获得光滑的真空＂清洁＂加工表面。
　　(4)超高真空设备上的零部件,应能承受450℃的烘烤。
　　在设计焊缝和制订焊接工艺时应注意:
　　(1)设计焊缝结构时,应避免产生聚集污物的有害空间(虚漏气源),焊缝结构应利于接缝焊透。对于厚板材的焊接,应尽可能将焊缝放在真空一侧并且进行深度熔焊。对于内焊操作不方便的小部件,焊缝可以在非真空侧,但焊缝接头必须焊透,避免产生死空间。
　　对于薄板材或焊接条件允许,焊缝应尽量焊透,不能产生气孔、虚焊等焊接缺陷。表3-2给出了各种正确设计的与不正确设计的电弧焊接头实例。
　　表3-2正确与不正确电弧焊接头实例
　　注:1一真空侧;2一大气侧;一连续焊;△一断续焊。
　　(2)对于厚板材的焊缝,因焊接条件所限或因强度需要进行两面焊接时,必须将连续焊缝置于真空侧,非真空侧采用断续焊缝(或设置钻孔和塞孔)以保证机械强度和检漏方便。
　　(3)焊缝应尽量避免交叉,而且应一次连续焊好,以避免两次焊接时焊缝形成有害空间,成为真空中的放气源。
　　(4)如真空容器内需要进行结构焊接时,其焊缝不应连续,以避免产生气穴等虚漏源,让连接处气体容易放出,而且结构焊缝不应与密封焊缝交叉。
　　(5)焊接的组件设计应使得最大数量的焊缝能在加工制造阶段分别测试检漏,并能在进行最终装配以前矫正。
　　(6)焊接密封的允许最大漏气率(对于空气),在焊缝长度上约为10-7Pa·m3/(s·m)。如果漏气率较高,应当将焊缝磨掉,直到露出母材,然后重新焊接。不要在原来产生漏气的地方进行二次焊接,因为补焊不但不易堵住漏孔,而且容易形成虚焊气孔,还容易产生应力使焊缝产生新的裂缝。
　　奥氏体不锈钢(如1Cr18Ni9Ti等)是超高真空系统中的常用材料,焊接通常采用氩弧焊。该类材料焊接时常遇到的主要问题是热状态下的开裂问题,所以在设计不锈钢焊缝时应考虑消除应力问题。
　　不锈钢焊缝附近不允许有镀铜层及银铜焊料的残余存在,但是对镀有镍层的不锈钢,经氩弧焊后的焊缝有较好的气密性和较高强度。
　　用氩弧焊焊制不锈钢工件时,需要注意下列问题:
　　(1)接头形式和坡口尺寸应根据工件厚度和焊接工艺来确定。坡口加工应尽量采用机械加工工艺来完成。
　　(2)焊接前应将坡口、焊丝用丙酮或酒精擦洗,除去油污。
　　(3)为了减小焊接材料的加热量,在保证焊透的情况下,尽量采用小电流、大焊速、短弧施焊,并应避免焊条横向摆动。
　　(4)施焊场地温度不应低于0℃,并且无对流空气,以免影响氩气保护效果。
　　(5)多层焊时,每道焊缝焊完后,应仔细清除残渣及表面水锈,并冷至100℃以下再焊下一道不锈钢材料氩弧焊焊缝结构如表3-3所示。
　　表3-3不锈钢氩弧焊的焊接结构