Розанов Л.Н. Вакуумная техника 1990 (1065500), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Изготовленный таким образом металлостеклянный узел соединяется пайкой с другими металлическими деталями. Спаи керамики с металлами широко применяются в элементах сверхвысоковакуумных систем, так как имеют более высокую термостойкостьч чем спаи стекла с металлом. Их обычно изготавливают с применением активных припоев, образующих в процессе плавления химические соединения с керамикой. На рис. 11.6 показаны примеры конструктивных элементов, в которых используются спаи керамики и металла. Спаи керамики со стеклом могут быть получены при непосредственном соединении спаиваемых материалов.
5 2 Х Р и с. 11.6. Спаи металла с керамикой: ) — метеллачесиий стерксень; У вЂ” керамическое кольцо; б — нетеллвческнй отекав (ковар, никель); 4 — втулка (ковар, никель); б-коль цо (никель); б — припой й 11.3. Сварные герметичные соединения Для герметичного соединения деталей в вакуумной технике мо гут применяться следующие виды сварок; а) газовая ацетиленовая; б) электродуговая; в) газодуговая в защитной среде; г) холодная методом пластической деформации; д) диффузионная в вакууме и сварка трением; е) электронно-лучевая. Газовая ацетиленовая сварка применяется для малоуглеродистых сталей с толщиной стенки в месте сварки не более 2 мм. Герметичные соединения получают при сварке с отбортовкой; стыковая сварка деталей сверхвысоковакуумных систем не рекомендуется.
Электродуговая сварка может применяться для соединения деталей низковакуумных систем с толщиной стенки более 2 мм. Лучшие результаты можно получить при автоматической сварке под слоем флюса. Для сверхвысоковакуумных систем она не рекомендуется из-за недостаточной герметичности.
Газодуговая сварка в защитной среде с плавящимся и неплавящимся электродом для соединения различных металлов может при. меняться для всех типов вакуумных систем. Нержавеющая сталь, медь, алюминий при толщинах в месте сварки 0,1 до 2 мм свариваются в среде аргона или гелия вольфрамовым неплавящимся электродом. Лучшие результаты получаются при автоматической сварке в камерах, в которых после откачки ввгздуха напускается инертный газ. Холодная сварка методом пластической деформсции применяется для соединения небольших деталей из пластичных материалов (медь, алюминий). Требует сложного прессового оборудования. Диффузионная сварка в вакууме и сварка трением применяется для соединения разнородных материалов; меди и керамики и т, д.
Электронно-лучевая сварка применяется для соединения химически активных и тугоплавких материалов, ответственных узлов из стали, меди и алюминиевых сплавов. Сварка ведется в вакуумных камерах при давлении не более 10-3 Па. Ко всем видам вакуумно-герметичной сварки предъявляются специальные требования. 1. Для получения герметичных соединений сварка должна вестись с постоянной скоростью; перерывы и подварки часто служат местом появления микротрещин, создающих течи.
2. Сварку желательно вести со стороны, обращенной в процессе эксплуатации в вакуум, для уменьшения количества щелей, карманов и неровностей тыльной стороны шва. 3. Допускается вогнутый шов в стыковых и угловых соединениях, получающийся при сварке без присадочного материала. 4. После изготовления сварные швы обязательно должны проверяться на герметичность с помощью вакуумных течеискателей, К конструкции и технологии обработки деталей, которые подготавливаются к сварке, предъявляются дополнительные требования: 264 а) детали перед сваркой тщательно очищаются и обезжириваются; б) сопряжения между свариваемыми деталями должны выполняться по скользящей посадке.
Детали для угловых швов а/ ю ф можно подготавливать согласно одному из вариантов, показанных на рис. 11.7,а...в. Вариант рис. 11.7,а рекомендуется для некруглых, а вариант рис. 11.7, б — для круглых де- 5 5 5 талей. Соединение тонкостен- 5 ной трубы с толстой плитой по- ~ 5 Д от 5 казано на рис. !1.7, в. Особенностью этой сварки явлиется дополнительное кольцо, вырав- б1 31 нивающее толщины свариваемых деталей. Без этого кольца Рис. 11.8. Сварка флвиисв с обсчайсварка невозможна из-за опЛаВЛЕНня тОНКОСтЕНВОИ двтани о — с полклавкой; б — беа волклалкн; а — с проточкой во фланне Сварка фланца с обечайкой может быть выполнена различными способами, показанными на рис.
11.8,а...в. Во всех случаях фланцы не требуют припуска на дополнительную обработку после сварки, так как соединяются одинаковые по толщине тонкостенные элементы, а массивный фланец не успеваег даже нагреться за время сварки. Сильфоны из нержавеющей стали, широко применяемые в высоковакуумной технике, могут иметь толщину стенки от 0,05 до 0,25 мм. Соединения сильфонов при сварке с трубами, фланцами и валами показано на рис. 1!.9. а1 Р и с, 1!ть Сварка сильфонов: а — с трубой: l — труба; 3 — охранное кольцо; 3 — снльфон; б — с флавием; / — фланен; 3 — охранное колько, 3 — свльфон; о — с валом: / — вал; / — охранное «ольке/ 3 — свльфон 266 д б,мпа х 500 а) 500 а) е) п0 ОД ОС Об б ы) Р ис, 11.11.
Расчетная модель гер- метизпруемых поверхностей Рис. 11.12. Контактное напряжение прв деформации пирамиды, имеюшей в основании квадрат и угол прн вершине 150'. т — расчетнан; у — зксперннентальная кри- вая и) здесь В =ггы~л =Е~! (11.1) 267 Рис. 11.10. Примеры конструкций вакуумных сварных соединений: а — стыкозые без отбортозкн длн плоских детааей; б — стыкоаые без отбортонкн для цнлнндрнческнх петелй, з — ы — стыконые с отбортозкой лля плоских деталей; э, к — угловые с отбортозкой для плоскнк деталей: и — угловое без отбортозкн для плоскнл деталей: л — соеднненне фланца с тоаностеннов оболочкоа; м — соеднненне днища с тонкостенной оболочкой Примеры конструкций плоских, цилиндрических и угловых сварных вакуумных соединений с отбортовкой и без нее показаны на рис.
11.10. $11.4. Разборные вакуумные соединения В разборных вакуумных соединениях необходимо обеспечить герметичность стыка двух соединяемых деталей, близкую к герметичности сплошного материала. В месте соприкосновения двух деталей в результате механической обработки всегда остаются микронеровности, которые затрудняют получение вакуумно-герметичного соединения. Герметичность может быть достигнута значительно легче, если в зазор между соединяемыми материалами поместить уплотнитель, вязкость которого достаточна для заполнения неровностей при контактных напряжениях, значительно меньших предела упругости основных соединяемых материалов.
Для заполнения или изоляции микронеровностей можно использовать пластическую деформацию хотя бы одного из двух соединяемых материалов. В качестве уплотнителей могут применяться смазки, резины, фторопласт, металлы. Определим усилие деформации микровыступов, необходимое для обеспечения заданного зна.ения натекания. Сделаем следующие допущения: 1) герметизируемая поверхность идеально гладкая; 2) микровыступы уплотнителя имеют форму пирамиды с углом при вершине 2и=150'С, а в основании пирамиды лежит квадрат (рис.
1!.11); 3) высота микровыступов постоянна и равна О; 4) возможность появления узких и глубоких рисок мала; 5) основания микровыступов лежаг в одной плоскости. В процессе деформации микровыступов наблюдается их упрочнение вследствие пластической деформации, поэтому зависимость между напряжениями и деформациями в поверхностном слое запишем в виде степенной функции: о =аз(е)аз)н = Вал; где е — обобщенная относительная деформация микровыступов; о— напряжение в зоне контакта; о,— предел текучести материала уплотнителя; е,— относительная деформация микровыступа, соответствующая напряжению о,; и — показатель степени (0(п(1); для идеально пластичных материалов п=0, а для идеально упругих и= 1; Š— модуль упругости материала уплотнителя.
На рис. 11.12 приведена зависимость контактных напряжений от относительной деформации высоты квадратных пирамид с углом прн вершине 150' для образцов из отоженной меди МБ. Кривая 2 О5 й75 йаг Д5 Д75 р/З Р и с. 11.13. Зависимость относительной деформации микровыступов от удельно. го давлении дли абсолютио упругого материала уп.
лотиители (л= 1) и идеальио пластичного (л=о) получена экспериментально, а кривая 1 получена по формуле (11.1) при В= =580 МПа и п=0,29. Контактные напряжения для выбранной модели уплотнения при воздействии удельного давления 2/ определяют по формуле а = 2//аа, (11.2) где и=а/О (а — сближение контактируемых поверхностей). Решая совместно (11.1) и (11.2), найдем связь между удельным давлением и относительной деформацией микровыступов: 1 (2//В)а+и (11.3) Зависимость относительной деформации микровыступов от удельного давления, согласно (11.3), для абсолютно упругого и идеального пластичного материалов уплотнителя показана на рис.
11.13. Подсчет проводимости элементарной канавки /7Х/7 (см. рис. 11.11) в молекулярном режиме течения по уравнению Кнудсена (3.84) дает следующее выражение при е-ь.1: (.7„= 0,22о,рИ2 (1 — а)'. (11.4) Сделав дополнительное допущение об отсутствии волнистости поверхности реальных уплотнений, имеющих длину 1 и ширину /г, можно определить общую проводимость параллельно и последовательно соединенных элементарных канавок: (,7, = — (/,. (11.5) 72 Подставляя в (11.5) выражение для (/, из (11.4) и для е из (11.3), получим уравнение для определения проводимости идеализированного стыка гладкой и шероховатой поверхностей при молекулярном режиме течения газа: 1 )З 2.22.,НМ [ Поток газа через уплотнение, отнесенный к единице его длины, К =(7обР =КгКфК„ (11.7) где К„Кф, К, — факторы газа, формы и силы: -(з К,=ьр „; 22 =-222НР2; А;=-[ 2 — (2)" ] .
266 Из выражения (11.7) легко рассчитать )дельное давление, которое необходимо создать, чтобы получить заданное значение удельного натекания Я1 2=В[2-( (11.8) Для сравнения эффективности различных уплотнений обычно пользуются не удельным давлением, а силой, приходящейся на единицу длины уплотнения: ! !Пьа Н=22=вь[2 — ( 2' )т) (11.9) 269 Иэ последней формулы легко заметить, что полная герметичность соединения по данной модели наступает, когда Е=В/т. В реальных уплотнениях за счет глубоких рисок практически невозможно добиться полной герметичности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
