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真空腔體——焊接工藝介紹

目前，超高真空容器普遍采用不銹鋼。真空腔體應該講，不銹鋼的可焊性和焊接工藝性是良好的，為什么要提出超高真空容器對焊縫的要求呢?其原因是超高真空容器要求泄漏率很低，也帶來對焊縫密封性的苛刻要求，微小的泄漏難檢、難補、難消除。實踐證明，非超高真空容器通常采用壓力檢漏法不能滿足超高真空容器漏率的要求，亦即在壓力檢漏檢不出漏點的情況下，采用氦質譜檢漏，仍可能發現漏孔，達不到漏率要求。因此對超高真空容器來講，須采用高靈敏度的氦質譜進行檢漏。

為保證焊縫滿足超高真空容器漏率的要求，針對不銹鋼，焊接工藝上主要應解決兩個問題，

一是防止熱裂紋的產生，其產生機理是在焊縫一次結晶中，低熔點共晶物聚積在焊縫中心線處，在熱應力的作用下形成。同時真空腔體應防止碳化物形成，造成脆硬組織裂紋。

二是盡可能減少焊接缺陷的產生。

真空腔體烘烤注意事項

真空腔體烘烤時的真空度變化結果，烘烤采用纏繞加熱帶的方式。當真空度達到約10-3 Pa時，開始給加熱帶逐漸通電加熱，保持腔體在150℃下進行長時間烘烤。烘烤過程中關閉離子泵，同時也給離子泵通電進行加熱烘烤，這時的真空腔體只靠分子泵和前級泵來排氣。隨著腔體溫度的升高，腔體內表面吸附的水蒸氣等氣體分子大量放出，真空度會迅速惡化。氣體的放出量隨著烘烤時間的延長而逐漸減少，因此真空度也逐步好轉。停止烘烤時，切斷加熱帶和離子泵的烘烤電源，然后趁腔體仍處在高溫的狀態下對鈦升華泵進行除氣處理。鈦升華泵的除氣處理是指給Ti絲通電加熱，但又控制溫度在Ti升華溫度之下的操作。鈦升華泵除氣處理的目的是清除吸附在Ti絲表面的氣體分子以及其他可能的污染物，以確保鈦升華泵的正常工作。充分完成鈦升華泵的除氣處理之后，啟動離子泵和鈦升華泵，加大真空排氣的力度。隨著排氣力度的增大和由于腔體溫度降低而放出氣體的減少，系統的真空度會迅速好轉。

新完成的腔體一次烘烤時，一般需要一周時間，重復烘烤后單獨的烘烤時間可以適當減少。為了更準確地測量真空度，停止烘烤后也應該對真空計進行除氣處理。如果真空泵能力充分而且烘烤時間充足的話，烘烤后真空度可提升幾個數量級。

真空腔體中抽氣管道的設計原則

工藝室的抽氣速率將低于泵入口的抽氣速率，相差多少取決于抽氣管道的屬性(例如長度和尺寸)。盡量降低工藝室和泵入口之間的壓力差就可以使抽氣速率損失減到少。

顯然，抽氣管道的屬性對于性能十分關鍵。此時還需要考慮其它因素：流導。

我們采用流導(阻力的倒數)這一術語來定義“管道傳遞流動的能力”。流導的計量單位是每單位時間的體積并且和抽氣速率的單位相同。工藝室抽氣速率(S)可用抽氣管道流導(C)和應用泵速(Sp)計算，如下所示：

S = (Sp*C)/(Sp C)

當C遠遠大于Sp時，則S近似為Sp；當Sp遠遠大于C時，則S近似為C。真空腔體

工藝室的抽氣速率始終低于應用泵速而且低于抽氣管道中部件的小流導(通常為小直徑)。

在某種程度上管道短而粗是好的

采用短的大直徑抽氣管道盡量提高管道流導是不錯的做法，但只限于當抽氣速度S接近泵速(Sp)極值的情況。

除此之外，通過增加管道直徑(成本也會相應增加)來增加流導并不能顯著提高工藝室抽氣速率；換而言之，如果抽氣管道流導受限并且由于物理因素不能增加，當(S)接近管道流導(C)極值，一味通過增加應用泵速來提高工藝抽氣速度也是不經濟的。