[发明专利]大功率氙灯石英与铜焊接方法

说明书

一种用于大功率短弧氙灯、长弧氙灯、探照灯或其他电光源或电真空器件上石英与铜焊接技术。

电真空技术中，复杂而困难的焊接就属石英与金属之间的焊接。石英与金属（如铜）的焊接件同时由高温（1000℃以上）降至室温（27℃），由于热膨胀系数相差悬殊（石英热膨胀系数α＝5.6×10^-7/℃，铜热膨胀系数α＝1.68×10^-9/℃）体积骤然收缩时，产生一个尺寸差△S，即产生应力（包括压应力，拉应力，剪切应力）焊件极易炸裂。其尺寸差△S与温度T，与焊件的直径D成正比，由下列公式看出。

△S＝（T₁K_mD_m-T₁K_cD_c）-（T₂K_mD_m-T₂K_cD_c

其中，T₁，T₂-为温度范围

Km，Kc-为金属与石英的膨胀系数

Dm，Dc-为金属与石英的直径

人们希望焊接件尺寸差△S等于零或很小。

已有的几种焊接方法：

（1）过渡玻璃焊接（见苏联.λφ.尤尔柯夫，B.K.列柯著《电真空工业中的过渡玻璃与过渡封接》，其焊件机械强度低，口径Dm与Dc小，制作工艺复杂。

（2）金属法焊接，通常采用金属钼与石英焊接，称为钼箔封接，（见专利Su-589646，《Sealed    lead    for    lamp    quartz    envelope》，这种焊接件，机械强度比前种好，对于口径Dm和Dc小的焊件，尺寸差△S也可以做得很小，但因钼箔很薄（仅厚0.025mm），电流通道（口径D）受到限制，不能制造大功率氙灯。

（3）可折式的真空橡皮封接（见署名复旦大学电光源实验室著《电光源原理》），是一种机械封接，机械强度虽高，但慢漏气，不宜长期保存。

本发明针对上述问题，为解决大功率短弧或长弧氙灯的真空密封问题，发明一种工艺简单，既适应大范围的温度T₁，T₂的变化，又适应大口径D焊件的焊接，△S值很小。

本发明的焊接方法，称为“衬砂灌铅法”。技术关键在于：选用塑性的铜料与石英管（1）焊接。塑性铜料可以选择无氧铜或紫铜。将其加工成铜帽（2）的形状，铜帽（2）的壁带有锥度，如图（一）所示。采用软焊料金属铅作为铜帽（2）与石英管（1）之间的过渡材料。

石英管（1）的焊接面必须达到真空密封面，为此，用温度高达1500℃至1600℃的氢氧火焰处理焊接面。一方面去掉表面的脏物和杂质;一方面，将凹凸不平或带有纹络的表面变光滑，既达到清洗的目的，又进行了抛光。

工艺流程是：处理铜帽（2）→铜帽内装石英

（A）    （B）

砂（3）→加热石英管（1），加热

铜帽（2）→石英管（1）插入铜帽（2）内→灌入铅水

（D）    （E）

（4）→冷凝之后冲出石英砂（3）→清洗→成品

（F）    （G）    （H）

流程中第（E）步，开始灌入铅水（4）时，铅水的温度是400℃至500℃，石英管（1）的温度是600℃至700℃，铜帽（2）的温度是80℃至100℃。

为使灌入的铅水，不从焊缝中外溢，以及使铅与铜帽（2）顶端面之间留有空隙（10），先有铜帽（2）内装入石英砂（3）（流程第（B）步所做），作为衬垫。此衬垫的厚度应该控制大于或等于1毫米，或是焊接件口径的四分之一。衬垫过厚，焊件容易胀裂，衬垫小于1毫米，起不到防止铅水外溢的作用。

上述全部操作均在大气中进行，无需石英管（1）的焊接面先金属化（如镀膜），或者真空中无氧焊接。

本发明“衬砂灌铅法”具有优点：工艺简单，焊接速度快，比其他焊接方法快十倍以上，节约了大量的人力物力。焊接件的应力小，△S值小，不易炸裂。口径D基本上不受限制。真空密封性好，可以达到永久性密封。承受六至七个大气压时，漏气速率小于10^-11乇·升/秒。机械强度高。用在氙灯上，可以通过百分瓦以上的大功率脉冲，灯的电极引线拆卸方便。

结合附图说明实施例：

图（一），显示石英管（1）与铜帽（2）焊接过程。用铅勺（5）将铅水（4）灌入石英管（1）与装有石英砂（3）的铜帽（2）之间的缝隙内。