[发明专利]一种超高真空铜法兰密封型组件

说明书

本发明公开了一种超高真空铜法兰密封型组件，用于超高真空系统，该组件包含螺栓连接结构法兰组件以及快卸型连接结构法兰组件两种；螺栓连接结构法兰组件包括一对螺栓连接法兰、一个弹簧增强金属C形环以及数个螺栓紧固件；快卸型连接结构法兰组件包括一对快卸法兰、一个弹簧增强金属C形环、一条压环链条；本发明的法兰件材料为铜材，能够解决传统不锈钢法兰件和衍射极限储存环铜真空室焊接困难的问题；同时，弹簧增强金属C形环依靠设计好的压缩变形量实现密封，利用该变形量可以使得两个法兰面贴合，从而解决衍射极限储存环上真空部件阻抗影响束流品质的问题；本发明密封结构简单加工难度大大降低，成本降低。

技术领域

本发明涉及一种法兰，尤其涉及一种超高真空铜法兰密封型组件。

背景技术

目前超高真空系统密封连接常用的是国标超高真空法兰(GB/T 6071-2003)，采用刀口密封结构和无氧铜平垫圈，可以满足超高真空密封，应用技术较为成熟。超高真空法兰一般采用不锈钢制造，其强度硬度均能满足密封要求，且不锈钢生产制造技术成熟，应用广泛。

近些年衍射极限储存环成为大多数第四代同步辐射光源电子储存环的发展方向，根据加速器物理设计要求和实际工况，传统使用的不锈钢材难以胜任衍射极限储存环的诸多要求，而铜材导电率高，导热性好，不仅有利降低束流的阻抗，还能配合水冷系统将热量快速送走，避免真空室被同步辐射光源打坏，因此衍射极限储存环的真空室一般选用全铜材制造。但是传统超高真空法兰的材料为不锈钢，和铜真空室焊接困难，会造成许多技术难题，如焊缝表面粗糙，束流管道光滑内表面难以一次成型，钎焊铜材高温退火软化等。电子束焊可以实现较好的焊接结构，但成本高昂，难以满足要求。而铜法兰可以避免异种金属焊接困难的问题，既可以使用电子束焊也可采用成本较低的氩弧焊和激光焊实现，且束流看到的材料均为铜材，一致均匀，也可以降低法兰部件的耦合阻抗。

此外，衍射极限储存环为提高装置利用率，需要增加直线段的长度比例以尽量增多插入件的数量，导致弯段的lattice结构被极大压缩，聚焦磁铁之间空间狭小，传统螺栓连接法兰虽技术成熟性能稳定，但轴向尺寸和安装空间大，难以满足要求，而快卸法兰轴向尺寸和安装空间均较小，可以满足紧凑布局的要求。在衍射极限储存环真空系统中既需要应用于狭小空间区域的快卸法兰，也需要技术成熟的传统螺栓连接法兰。

发明内容

本发明提供了一种用于加速器超高真空系统的超高真空铜法兰密封型组件，旨在解决衍射极限储存环超高真空系统铜真空室和不锈钢超高真空法兰焊接困难问题以及衍射极限储存环超高真空系统低耦合阻抗真空法兰设计问题。本发明一种超高真空铜法兰密封型组件，创新点包括：法兰件均采用铬锆铜材料，便于和加速器储存环的铜真空室焊接，降低加速器建造难度；使用弹簧增强金属C形环的密封圈，利用其内部弹簧的弹性变形和软金属层塑性变形达到密封，可以实现一对法兰面贴合，从而降低法兰部件间隙，降低加速器储存环真空系统的耦合阻抗；应用于第四代光源衍射极限储存环，解决加速器储存环铜真空室和不锈钢材焊接困难的问题以及解决低耦合阻抗真空法兰设计问题。

本发明采用的技术方案为：一种超高真空铜法兰密封型组件，该组件用于超高真空系统，该组件包含螺栓连接结构法兰组件以及快卸型连接结构法兰组件两种；螺栓连接结构法兰组件包括一对螺栓连接法兰、一个弹簧增强金属C形环以及数个螺栓紧固件；快卸型连接结构法兰组件包括一对快卸法兰、一个弹簧增强金属C形环、一条压环链条；

每个螺栓连接法兰的中心均有承插孔，用于和真空管道焊接。

一对螺栓连接法兰的端面贴合，且两个贴合的端面上均设有平面槽密封结构和四个截面为半圆的排气槽，两个平面槽密封密封结构之间安装有弹簧增强金属C形环；

一对螺栓连接法兰通过螺栓紧固件连接固定在一起；

每个快卸法兰有一圈锥形斜面和压环链条配合；

一对快卸法兰的端面贴合，且两个贴合的端面上均设有平面槽密封结构和四个截面为半圆的排气槽，两个平面槽密封结构之间安装有弹簧增强金属C形环；