[发明专利]高熔点材料的焊接方法及其设备

说明书

                            技术领域

本发明涉及使用激光束来熔化并焊接诸如石英玻璃和陶瓷等高熔点材料的方法及设备，更确切地说，涉及熔化且紧密密封一个高熔点材料制造的容器的焊接方法及设备。

                            背景技术

气焊方法可用来熔化例如玻璃和陶瓷等具有高熔点的材料，以把该材料焊接或真空密封到这样的高熔点材料或者例如金属等不同的材料上。气焊方法通常利用丙烷/氧气、氢气/氧气或Ar(氩气)弧作为热源。特别是，在石英玻璃所制的灯的制造过程中，需要用气体燃烧器加热熔化石英玻璃容器的一部分，以密封W(钨)或Mo(钼)材料，在处于真空密封状态的石英玻璃容器(灯)中，这些材料将作为灯的电极。

但是，很难将气体燃烧器的火焰狭小到成为一点，因此加热部分的周围也被不必要地加热。而且，即使火焰能够狭小到成为一点，当直接加热部分的温度达到了设想温度时，因为高熔点的陶瓷等材料具有较高的热传导率，其周围被传导的热量间接加热也不必要地升至较高的温度。当需要精密加工时，对于具有低传导率的石英玻璃也是一样。从上述可以得出，当使用气体燃烧器时，直接加热的部分与其周围部分的温度只有细微的差别。这就导致如下的问题：很难就地加热并只熔化高熔点材料的预想部分。

例如，为了制造密集高压水银灯和卤化金属灯，需要真空密封一高蒸气压力材料，例如玻璃管中的水银。在此情况下，为了防止因间接加热部分的热量导致的水银蒸发，需要使加热部分的周围与其具有较大的温差。通过冷却直接加热部分的周围可以达到此要求，但是，这种方法没有考虑到制造成本和可行性。此外，如果将所应用的燃烧器的加热减少到能够防止间接加热部分的温度上升，就不能够充分地加热需要熔化的部分。而且，在此情况下，需要较长的时间来升高温度。其结果是，很难使加热部分的周围与其具有较大的温差。因此，当使用气体燃烧器时，不能适当地控制加热部分及其周围的温度，结果，密封过程变得相当困难。从而出现的问题是，不能够增加灯的产量。

在图20中，简要地示出了日本专利公开No.55-24327中所提出的一种焊接设备，该设备使用激光束作为加热装置来熔化玻璃料，以解决使用气体燃烧器所导致的上述问题。在图中，WLC是一种焊接设备，通过使用激光束照射需要熔化的物体且由此熔化玻璃料，以制造放电电灯，例如高压钠灯。需要熔化的物体放置在一个真空密封的容器中，并且被一反光镜所围绕。

激光焊接设备WLC具有一个密封容器101，通过封闭地把一容器体104安装在一个基板103上来装配容器101，基板103具有一个借助于垫圈105的泄放阀102。激光束发生器107放置在激光可穿过窗口106的外部，窗口106设置在密封容器101上表面的一个部分上。测量密封容器101内部压力的压力计108设置在密封容器101的顶部。通气管109与泄放阀102设置在一起。真空泵110借助于一开启/关闭阀门111连接到从通气管109的中点分出的支管109a上。惰性气体例如Ne(氖气)从气瓶112中借助于一个阀动装置113供应到另一个支管109b中。

应注意到受热熔化密封材料119例如玻璃焊料是设置在需要密封的物体115中的一具有电极117a的闭合单元118a和发光管116的顶端之间的。相似地，具有电极117b的闭合单元118b和发光管116的底端之间也设置有受热熔化密封材料119。

物体115即放电电灯可拆卸地被一分叉的夹持件114支承住，相对于基板103的中央轴线可滑动且可转动地设置夹持件114，由此使受热熔化密封材料119位于激光可穿过窗口106的光通路上。在密封容器101中，具有空间120的弧形反光镜121对应于激光束路径从外部围绕物体115，并且被一支承件122所支承，以能够上下移动。

把需要密封的物体115放置在夹持件114中，并打开开启/关闭阀门111，以驱动真空泵110，从密封容器101中排出空气。当压力计108测得的密封容器内的压力降至大约0.0001乇至1.000001乇时，闭合开启/关闭阀门111，由此停止了真空泵110的动作。以此方式，排空了物体115的内部。此后，一激光束通过激光束可穿过窗口106和空间120照射到物体115中的受热熔化密封材料119上，以加热熔化受热熔化密封材料119。由此，将发光管116的顶部和闭合单元118A密封在一起。

在该过程中，激光束的热能加热物体115，反光镜121反射热辐射能量，以协同地加热物体115。同时，缓慢地转动夹持件114，以均匀地加热和焊接物体115和受热熔化密封材料119，其结果，紧密密封了物体115的顶端。