真空密封ppt课件

真空密封，东北大学，真空系统设计五，2，真空密封，1。概述-真空密封的分类2。静态密封2.1永久密封连接2.2可拆卸密封连接2.3“o”形环密封力计算2.4垫圈密封机构3。动态密封3.1接触密封连接3.2非接触密封连接3.3软件变形密封连接3.3，1概述，真空密封的含义真空系统是由真空泵，阀门，疏水阀，导管等各种部件通过不同的连接形式组成。这就要求连接应可靠，防止漏气。因此，如何保证真空系统的密封质量，并将漏气率控制在一定范围内，是系统设计和装配过程中的一个重要问题。一些真空密封不仅需要空气泄漏，还需要电流传输、运动传输、材料传输等。超高真空系统也需要高温烘烤。因此，真空密封有许多不同的结构形式和密封方法，并且使用多种材料。根据连接部件之间的关系，真空密封可分为两类：静密封连接和动密封连接。密封件类型的进一步分类见图1。永久密封连接永久密封连接用于不需要经常拆卸的密封连接。这种方法可以确保最佳的密封和机械强度。2.1.1玻璃和玻璃的密封通常在气体、天然气和氧气的混合火焰中进行。密封玻璃之间的热膨胀系数应该非常相似，否则会由于密封过程中产生的内应力而导致破裂。经验证明，膨胀系数之差不应大于710-7/。如果热膨胀系数相差太大，应采用过渡密封。密封期间，应注意作用在玻璃上的火焰温度。为了消除内应力，最好采用退火工艺。最常见的玻璃-金属密封是电极引线和管状玻璃-金属密封。匹配密封和非匹配密封。匹配密封：匹配密封是指玻璃与金属之间膨胀系数相近的密封，密封处的内应力较小。b不匹配密封：不匹配密封是指玻璃与金属之间的密封，膨胀系数差异大，密封处内应力大。为了消除这种内应力，通常使用具有良好延展性的薄壁金属管(如无氧铜管)与玻璃密封，通过金属的塑性变形消除内应力。不匹配的密封金属管壁在密封处逐渐变薄，以利于变形，外部密封玻璃仅焊接到金属管壁的外侧。内部密封玻璃仅焊接在金属管壁的内侧。双面密封玻璃从内侧和外侧覆盖金属管壁。图2是双边密封。这种密封不能承受反复的温度上升和下降。金属对金属密封的焊接方法(图3)，无压熔焊：焊接部分不需要压力来相互接触，接触部分被加热以局部熔化金属表面或边缘，形成混合金属液体(包括焊料合金)来填充间隙，然后在冷却和固化后熔化并焊接在一起。热源：气焊、电弧焊和电子束焊。气焊：焊剂的除气率很高，仅用于焊接重型铜或铁容器。原子弧焊：焊缝均匀洁净，适用于铁、低碳钢、铝和铬的焊接。然而，氢在镍溶液中是可溶的，当它被冷却和释放时会形成孔隙或缝隙。铜及其合金因氢而变脆，不适合镍和铜。碳弧焊接：可用于焊接铁、镍、铝或铜。合金电极代替钨极氩弧焊：主要用于焊接铝和不锈钢。氩弧焊或氦弧焊：主要用于焊接钢、不锈钢、铜、银、钛等。电子束焊接：在1.310-3Pa下通过电子轰击进行，焊接质量优良。主要用于焊接不锈钢、铝合金、钨、钼和钽。加压焊接：金属元件通过压力连接在一起，电阻焊产生电阻热，冷焊不需要加热。冷焊主要用于密封金属管焊缝应一次焊接，以避免两次焊接造成的有害空间和无法检测的泄漏。c .当焊缝因强度原因需要两侧焊接时，内部焊缝不得泄漏。为了进行泄漏检测，应在外部焊接时设置钻孔和塞孔。d .如果容器中需要结构焊接，内部焊接不应连续，以使气体从任何凹槽中容易释放，并且结构焊接不应与密封焊接相交。焊接部件的设计应确保在制造阶段可以单独测试最大数量的焊缝，并在最终组装前进行校正。焊接密封(用于空气)的允许最大泄漏率在焊接长度上约为10-7Pam3/sm。如果泄漏率很高，焊缝应磨掉，直到母材暴露并重新焊接。2.1.4金属钎焊是一种使用熔点较低的第三种金属连接两个金属部件的方法。这是低温焊接。该方法将待焊接的金属和低熔点焊料加热在一起，使得焊料溶液通过毛细吸引进入两个紧密附着的表面之间的间隙。钎焊所需温度高于500，应比钎焊件的熔点低50 200。钎焊的特点是不损伤待焊接的金属零件，主要用于小型钢、铜、黄铜等零件与管道的连接。有些钎焊合金不能与某些特殊金属一起使用。例如，由于银渗透到可伐合金中，可伐合金和银的钎焊会导致剥落。钎焊材料必须纯净，具有低蒸气压，熔点低于焊接金属，能够在钎焊温度下渗透和流动，并能够与焊接金属形成合金。表1显示了一些适用于真空钎焊的焊接材料，它们的焊接温度和使用的焊料。真空钎焊的优点：由于真空钎焊的材料蒸气压较低，而且是在真空条件下焊接的，因此不仅可以保证较高的焊接质量，而且可以扩大钎焊的范围。焊接过程中强氧化的活性金属(如钛和锆)、轻金属(如铝)和难熔金属(如钨、钼和钽)可以焊接。因为这些金属可以完全避免在真空条件下焊接时与氧气、水蒸气和氮气发生剧烈反应，从而确保焊缝的高质量。为了满足真空密封的要求并获得无泄漏的钎焊缝，应遵循以下几点：(1)应使用尽可能少的钎焊合金。这样，焊缝小，表面干净，优于使用大量钎焊合金获得的焊缝。(2)焊件之间的间隙不能很宽或不规则。(3)焊件之间重叠部分的最小值必须超过3毫米，以允许毛细力侵蚀钎焊合金。(4)如果要钎焊热膨胀系数不同的金属，钎焊合金必须在组件冷却过程中被压缩。(5)焊缝的结构可以控制钎焊合金的流动，拐角处的间隙决定钎焊合金将如何流过这些拐角。为了防止钎焊合金在表面上流动，必须在表面上涂覆碳或铬。(7)真空密封钎焊时，最好选择搭接接头和梯形接头，如图6所示。真空系统需要经常拆卸的连接处应采用可拆卸的密封连接。其密封性能和机械强度不如永久密封。2.2.1柔性连接件主要有三种类型，即真空胶管、塑料管和波纹管。图7是橡胶管接头。用于静态连接的弹性体垫片弹性体具有弹性好、压力下体积恒定的特点，可用于真空密封。氯丁橡胶、丁腈橡胶、氟橡胶、硅橡胶、聚四氟乙烯等制成圆形横截面或矩形横截面的环，夹在两个连接件之间并压缩以实现密封，如图8所示。嘿。和密封性能取决于接触表面的粗糙度、弹性体的透气性、空气释放速率、蒸汽压等。连接器接触部分的粗糙度应至少达到Ra3.2，暴露于真空侧的弹性体表面积应尽可能小。一些设计风格如图所示。金属密封垫在静态连接中的应用：当超高真空系统需要高温烘烤时，超高真空管道的连接处应使用金属密封垫。大多数材料是金属和合金(如铟、铝、铜、银、金等)。)具有良好的延展性和低蒸气压。优点：空气释放率小，透气性低，耐高温烘烤。缺点：压力大，调整严格，重复次数少。密封环类型a。线环：如图11所示。将线环夹在两个法兰之间，以达到密封的目的。图中的(a)适用于铟丝，因为它在小压力下会变形，但铟熔点低，不能烘烤到高温。铝线可以烘烤到400，但需要很大的夹紧压力。(b)图中适用于可反复烘烤至450而不漏气的金线密封垫片。用作垫圈的金线应该退火以提高延展性。铜丝垫圈很少使用，因为它的膨胀系数与不锈钢相差很大。b .横截面为矩形的铜环图12显示了其四种密封形式。a级和b级密封件一般只使用一次，c级和d级密封件可重复使用几次。2.2.4静态连接用双密封垫圈的密封效果密封过程中通过真空橡胶圈泄漏的气体量与许多因素有关。例如，橡胶类型、硬度、蒸汽压、压缩量、密封表面的表面粗糙度、温度等。然而，最重要的影响因素是密封圈内外的压差。实验表明，减小：密封圈两侧的压差可以大大提高其密封性能。如图13所示，通过用双垫圈密封和在双垫圈之间抽真空，可以大大提高获得的真空度。双密封法兰结构图14采用两个O形橡胶圈，内外O形圈之间有排气腔，由真空泵抽吸。图15是与橡胶o形圈1和金属o形圈2结合的超高真空设备中使用的密封法兰结构。真空计的密封连接2.2.5真空计的密封连接如图16所示。密封是通过拧紧螺母或压盖压缩橡胶圈来实现的。2.2.6电气输入的密封连接将电流引入真空设备。最好使用可拆卸连接进行维护。(1)电气输入密封的设计要求引线装置的真空密封大多采用橡胶作为密封圈。因此，在高电流和高温下应采用水冷，以防止温度过高时损坏真空橡胶圈和影响真空室真空度。真空密封应可靠，导电紫铜棒应要求高精度和良好的表面粗糙度，装配时应涂真空润滑脂。传输线的直径应合适，电流密度不应太高，以免传输线过热。因为传输线有一定的电压，所以必须与连接密封绝缘，尤其是高压传输线。常用的绝缘材料包括真空橡胶、玻璃、陶瓷、玻璃布板、玻璃布棒、夹布橡胶棒、黄蜡布、聚四氟乙烯等。应该考虑频率的影响。在低频时，频率对密封影响很小，但在高频时，应根据特殊要求确定传输线和绝缘材料。应该考虑温度的影响。待烘烤的输电线路应能承受500的高温。有必要区分导线在烘烤时(无电流时)的烘烤温度和工作时的两种加热条件。如果输电线路被加热，结构中应避免使用任何不能承受温度的材料。(2)电气输入密封的结构柱型密封如图17所示。这种结构是一般真空设备中最常用的将电引入真空室的结构。图18是外部水冷电极密封结构。固定导电杆密封件的结构如图19所示。当导电棒的直径d20毫米时使用(a)型，当d20毫米时使用(b)型.高压输入密封图20示出了高压的结构将电线引入真空系统或真空管的电线真空密封通常使用电线的永久密封。永久引线基于玻璃-金属密封或陶瓷-金属密封。杆密封：如图22所示。a为单引线型，b、c和d为双引线型。在图23中示出了通过该杆状密封导体的允许电流。在实际使用中，导体中的电流应该小于图中曲线所示的值。芯柱密封：如图24所示，销密封：如图25、41、2.2.7观察窗根据密封类型可分为可拆卸连接和不可拆卸连接。前者用于高真空和低真空，而后者用于超高真空系统。图26和27是低真空度观察窗的两种密封结构有机玻璃；透射光光学的还是熔化的应时；高温炉应时玻璃；防过热围裙-水冷；防蒸发装置挡板。“O”形密封圈密封力的计算真空静态密封连接中使用的橡胶密封圈主要有：圆和矩形两种截面形状(其他形状包括锥度等)。)。其中，圆形截面的橡胶圈应用最为广泛。橡胶圈密封件通过连接件压缩密封圈，使其产生弹性变形，减少泄漏间隙，从而达到密封目的。因此，在设计中必须正确计算和选择施加在密封圈上的压力。与该压力相关的因素：密封表面状况；密封材料的成分、硬度和压缩比；橡胶圈等侧面的约束。理论研究很困难。一般来说，计算是基于实验数据，即通过对不同线径、不同环径、不同硬度和不同安装类型的橡胶圈进行压缩实验获得基础数据。43、2.3.1橡胶圈压缩比的选择所谓橡胶圈压缩比是指橡胶圈压缩前后的高度差与压缩前的高度之比。如果h0、H、D和Z分别是压缩前后矩形和圆形截面橡胶圈的高度