真空密封ppt課件

真空密封，東北大學(xué)，真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)五，2，真空密封，1。概述-真空密封的分類(lèi)2。靜態(tài)密封2.1永久密封連接2.2可拆卸密封連接2.3“o”形環(huán)密封力計(jì)算2.4墊圈密封機(jī)構(gòu)3。動(dòng)態(tài)密封3.1接觸密封連接3.2非接觸密封連接3.3軟件變形密封連接3.3，1概述，真空密封的含義真空系統(tǒng)是由真空泵，閥門(mén)，疏水閥，導(dǎo)管等各種部件通過(guò)不同的連接形式組成。這就要求連接應(yīng)可靠，防止漏氣。因此，如何保證真空系統(tǒng)的密封質(zhì)量，并將漏氣率控制在一定范圍內(nèi)，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)和裝配過(guò)程中的一個(gè)重要問(wèn)題。一些真空密封不僅需要空氣泄漏，還需要電流傳輸、運(yùn)動(dòng)傳輸、材料傳輸?shù)?。超高真空系統(tǒng)也需要高溫烘烤。因此，真空密封有許多不同的結(jié)構(gòu)形式和密封方法，并且使用多種材料。根據(jù)連接部件之間的關(guān)系，真空密封可分為兩類(lèi)：靜密封連接和動(dòng)密封連接。密封件類(lèi)型的進(jìn)一步分類(lèi)見(jiàn)圖1。永久密封連接永久密封連接用于不需要經(jīng)常拆卸的密封連接。這種方法可以確保最佳的密封和機(jī)械強(qiáng)度。2.1.1玻璃和玻璃的密封通常在氣體、天然氣和氧氣的混合火焰中進(jìn)行。密封玻璃之間的熱膨脹系數(shù)應(yīng)該非常相似，否則會(huì)由于密封過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力而導(dǎo)致破裂。經(jīng)驗(yàn)證明，膨脹系數(shù)之差不應(yīng)大于710-7/。如果熱膨脹系數(shù)相差太大，應(yīng)采用過(guò)渡密封。密封期間，應(yīng)注意作用在玻璃上的火焰溫度。為了消除內(nèi)應(yīng)力，最好采用退火工藝。最常見(jiàn)的玻璃-金屬密封是電極引線(xiàn)和管狀玻璃-金屬密封。匹配密封和非匹配密封。匹配密封：匹配密封是指玻璃與金屬之間膨脹系數(shù)相近的密封，密封處的內(nèi)應(yīng)力較小。b不匹配密封：不匹配密封是指玻璃與金屬之間的密封，膨脹系數(shù)差異大，密封處內(nèi)應(yīng)力大。為了消除這種內(nèi)應(yīng)力，通常使用具有良好延展性的薄壁金屬管(如無(wú)氧銅管)與玻璃密封，通過(guò)金屬的塑性變形消除內(nèi)應(yīng)力。不匹配的密封金屬管壁在密封處逐漸變薄，以利于變形，外部密封玻璃僅焊接到金屬管壁的外側(cè)。內(nèi)部密封玻璃僅焊接在金屬管壁的內(nèi)側(cè)。雙面密封玻璃從內(nèi)側(cè)和外側(cè)覆蓋金屬管壁。圖2是雙邊密封。這種密封不能承受反復(fù)的溫度上升和下降。金屬對(duì)金屬密封的焊接方法(圖3)，無(wú)壓熔焊：焊接部分不需要壓力來(lái)相互接觸，接觸部分被加熱以局部熔化金屬表面或邊緣，形成混合金屬液體(包括焊料合金)來(lái)填充間隙，然后在冷卻和固化后熔化并焊接在一起。熱源：氣焊、電弧焊和電子束焊。氣焊：焊劑的除氣率很高，僅用于焊接重型銅或鐵容器。原子弧焊：焊縫均勻潔凈，適用于鐵、低碳鋼、鋁和鉻的焊接。然而，氫在鎳溶液中是可溶的，當(dāng)它被冷卻和釋放時(shí)會(huì)形成孔隙或縫隙。銅及其合金因氫而變脆，不適合鎳和銅。碳弧焊接：可用于焊接鐵、鎳、鋁或銅。合金電極代替鎢極氬弧焊：主要用于焊接鋁和不銹鋼。氬弧焊或氦弧焊：主要用于焊接鋼、不銹鋼、銅、銀、鈦等。電子束焊接：在1.310-3Pa下通過(guò)電子轟擊進(jìn)行，焊接質(zhì)量?jī)?yōu)良。主要用于焊接不銹鋼、鋁合金、鎢、鉬和鉭。加壓焊接：金屬元件通過(guò)壓力連接在一起，電阻焊產(chǎn)生電阻熱，冷焊不需要加熱。冷焊主要用于密封金屬管焊縫應(yīng)一次焊接，以避免兩次焊接造成的有害空間和無(wú)法檢測(cè)的泄漏。c .當(dāng)焊縫因強(qiáng)度原因需要兩側(cè)焊接時(shí)，內(nèi)部焊縫不得泄漏。為了進(jìn)行泄漏檢測(cè)，應(yīng)在外部焊接時(shí)設(shè)置鉆孔和塞孔。d .如果容器中需要結(jié)構(gòu)焊接，內(nèi)部焊接不應(yīng)連續(xù)，以使氣體從任何凹槽中容易釋放，并且結(jié)構(gòu)焊接不應(yīng)與密封焊接相交。焊接部件的設(shè)計(jì)應(yīng)確保在制造階段可以單獨(dú)測(cè)試最大數(shù)量的焊縫，并在最終組裝前進(jìn)行校正。焊接密封(用于空氣)的允許最大泄漏率在焊接長(zhǎng)度上約為10-7Pam3/sm。如果泄漏率很高，焊縫應(yīng)磨掉，直到母材暴露并重新焊接。2.1.4金屬釬焊是一種使用熔點(diǎn)較低的第三種金屬連接兩個(gè)金屬部件的方法。這是低溫焊接。該方法將待焊接的金屬和低熔點(diǎn)焊料加熱在一起，使得焊料溶液通過(guò)毛細(xì)吸引進(jìn)入兩個(gè)緊密附著的表面之間的間隙。釬焊所需溫度高于500，應(yīng)比釬焊件的熔點(diǎn)低50 200。釬焊的特點(diǎn)是不損傷待焊接的金屬零件，主要用于小型鋼、銅、黃銅等零件與管道的連接。有些釬焊合金不能與某些特殊金屬一起使用。例如，由于銀滲透到可伐合金中，可伐合金和銀的釬焊會(huì)導(dǎo)致剝落。釬焊材料必須純凈，具有低蒸氣壓，熔點(diǎn)低于焊接金屬，能夠在釬焊溫度下滲透和流動(dòng)，并能夠與焊接金屬形成合金。表1顯示了一些適用于真空釬焊的焊接材料，它們的焊接溫度和使用的焊料。真空釬焊的優(yōu)點(diǎn)：由于真空釬焊的材料蒸氣壓較低，而且是在真空條件下焊接的，因此不僅可以保證較高的焊接質(zhì)量，而且可以擴(kuò)大釬焊的范圍。焊接過(guò)程中強(qiáng)氧化的活性金屬(如鈦和鋯)、輕金屬(如鋁)和難熔金屬(如鎢、鉬和鉭)可以焊接。因?yàn)檫@些金屬可以完全避免在真空條件下焊接時(shí)與氧氣、水蒸氣和氮?dú)獍l(fā)生劇烈反應(yīng)，從而確保焊縫的高質(zhì)量。為了滿(mǎn)足真空密封的要求并獲得無(wú)泄漏的釬焊縫，應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)：(1)應(yīng)使用盡可能少的釬焊合金。這樣，焊縫小，表面干凈，優(yōu)于使用大量釬焊合金獲得的焊縫。(2)焊件之間的間隙不能很寬或不規(guī)則。(3)焊件之間重疊部分的最小值必須超過(guò)3毫米，以允許毛細(xì)力侵蝕釬焊合金。(4)如果要釬焊熱膨脹系數(shù)不同的金屬，釬焊合金必須在組件冷卻過(guò)程中被壓縮。(5)焊縫的結(jié)構(gòu)可以控制釬焊合金的流動(dòng)，拐角處的間隙決定釬焊合金將如何流過(guò)這些拐角。為了防止釬焊合金在表面上流動(dòng)，必須在表面上涂覆碳或鉻。(7)真空密封釬焊時(shí)，最好選擇搭接接頭和梯形接頭，如圖6所示。真空系統(tǒng)需要經(jīng)常拆卸的連接處應(yīng)采用可拆卸的密封連接。其密封性能和機(jī)械強(qiáng)度不如永久密封。2.2.1柔性連接件主要有三種類(lèi)型，即真空膠管、塑料管和波紋管。圖7是橡膠管接頭。用于靜態(tài)連接的彈性體墊片彈性體具有彈性好、壓力下體積恒定的特點(diǎn)，可用于真空密封。氯丁橡膠、丁腈橡膠、氟橡膠、硅橡膠、聚四氟乙烯等制成圓形橫截面或矩形橫截面的環(huán)，夾在兩個(gè)連接件之間并壓縮以實(shí)現(xiàn)密封，如圖8所示。嘿。和密封性能取決于接觸表面的粗糙度、彈性體的透氣性、空氣釋放速率、蒸汽壓等。連接器接觸部分的粗糙度應(yīng)至少達(dá)到Ra3.2，暴露于真空側(cè)的彈性體表面積應(yīng)盡可能小。一些設(shè)計(jì)風(fēng)格如圖所示。金屬密封墊在靜態(tài)連接中的應(yīng)用：當(dāng)超高真空系統(tǒng)需要高溫烘烤時(shí)，超高真空管道的連接處應(yīng)使用金屬密封墊。大多數(shù)材料是金屬和合金(如銦、鋁、銅、銀、金等)。)具有良好的延展性和低蒸氣壓。優(yōu)點(diǎn)：空氣釋放率小，透氣性低，耐高溫烘烤。缺點(diǎn)：壓力大，調(diào)整嚴(yán)格，重復(fù)次數(shù)少。密封環(huán)類(lèi)型a。線(xiàn)環(huán)：如圖11所示。將線(xiàn)環(huán)夾在兩個(gè)法蘭之間，以達(dá)到密封的目的。圖中的(a)適用于銦絲，因?yàn)樗谛毫ο聲?huì)變形，但銦熔點(diǎn)低，不能烘烤到高溫。鋁線(xiàn)可以烘烤到400，但需要很大的夾緊壓力。(b)圖中適用于可反復(fù)烘烤至450而不漏氣的金線(xiàn)密封墊片。用作墊圈的金線(xiàn)應(yīng)該退火以提高延展性。銅絲墊圈很少使用，因?yàn)樗呐蛎浵禂?shù)與不銹鋼相差很大。b .橫截面為矩形的銅環(huán)圖12顯示了其四種密封形式。a級(jí)和b級(jí)密封件一般只使用一次，c級(jí)和d級(jí)密封件可重復(fù)使用幾次。2.2.4靜態(tài)連接用雙密封墊圈的密封效果密封過(guò)程中通過(guò)真空橡膠圈泄漏的氣體量與許多因素有關(guān)。例如，橡膠類(lèi)型、硬度、蒸汽壓、壓縮量、密封表面的表面粗糙度、溫度等。然而，最重要的影響因素是密封圈內(nèi)外的壓差。實(shí)驗(yàn)表明，減?。好芊馊蓚?cè)的壓差可以大大提高其密封性能。如圖13所示，通過(guò)用雙墊圈密封和在雙墊圈之間抽真空，可以大大提高獲得的真空度。雙密封法蘭結(jié)構(gòu)圖14采用兩個(gè)O形橡膠圈，內(nèi)外O形圈之間有排氣腔，由真空泵抽吸。圖15是與橡膠o形圈1和金屬o形圈2結(jié)合的超高真空設(shè)備中使用的密封法蘭結(jié)構(gòu)。真空計(jì)的密封連接2.2.5真空計(jì)的密封連接如圖16所示。密封是通過(guò)擰緊螺母或壓蓋壓縮橡膠圈來(lái)實(shí)現(xiàn)的。2.2.6電氣輸入的密封連接將電流引入真空設(shè)備。最好使用可拆卸連接進(jìn)行維護(hù)。(1)電氣輸入密封的設(shè)計(jì)要求引線(xiàn)裝置的真空密封大多采用橡膠作為密封圈。因此，在高電流和高溫下應(yīng)采用水冷，以防止溫度過(guò)高時(shí)損壞真空橡膠圈和影響真空室真空度。真空密封應(yīng)可靠，導(dǎo)電紫銅棒應(yīng)要求高精度和良好的表面粗糙度，裝配時(shí)應(yīng)涂真空潤(rùn)滑脂。傳輸線(xiàn)的直徑應(yīng)合適，電流密度不應(yīng)太高，以免傳輸線(xiàn)過(guò)熱。因?yàn)閭鬏斁€(xiàn)有一定的電壓，所以必須與連接密封絕緣，尤其是高壓傳輸線(xiàn)。常用的絕緣材料包括真空橡膠、玻璃、陶瓷、玻璃布板、玻璃布棒、夾布橡膠棒、黃蠟布、聚四氟乙烯等。應(yīng)該考慮頻率的影響。在低頻時(shí)，頻率對(duì)密封影響很小，但在高頻時(shí)，應(yīng)根據(jù)特殊要求確定傳輸線(xiàn)和絕緣材料。應(yīng)該考慮溫度的影響。待烘烤的輸電線(xiàn)路應(yīng)能承受500的高溫。有必要區(qū)分導(dǎo)線(xiàn)在烘烤時(shí)(無(wú)電流時(shí))的烘烤溫度和工作時(shí)的兩種加熱條件。如果輸電線(xiàn)路被加熱，結(jié)構(gòu)中應(yīng)避免使用任何不能承受溫度的材料。(2)電氣輸入密封的結(jié)構(gòu)柱型密封如圖17所示。這種結(jié)構(gòu)是一般真空設(shè)備中最常用的將電引入真空室的結(jié)構(gòu)。圖18是外部水冷電極密封結(jié)構(gòu)。固定導(dǎo)電桿密封件的結(jié)構(gòu)如圖19所示。當(dāng)導(dǎo)電棒的直徑d20毫米時(shí)使用(a)型，當(dāng)d20毫米時(shí)使用(b)型.高壓輸入密封圖20示出了高壓的結(jié)構(gòu)將電線(xiàn)引入真空系統(tǒng)或真空管的電線(xiàn)真空密封通常使用電線(xiàn)的永久密封。永久引線(xiàn)基于玻璃-金屬密封或陶瓷-金屬密封。桿密封：如圖22所示。a為單引線(xiàn)型，b、c和d為雙引線(xiàn)型。在圖23中示出了通過(guò)該桿狀密封導(dǎo)體的允許電流。在實(shí)際使用中，導(dǎo)體中的電流應(yīng)該小于圖中曲線(xiàn)所示的值。芯柱密封：如圖24所示，銷(xiāo)密封：如圖25、41、2.2.7觀察窗根據(jù)密封類(lèi)型可分為可拆卸連接和不可拆卸連接。前者用于高真空和低真空，而后者用于超高真空系統(tǒng)。圖26和27是低真空度觀察窗的兩種密封結(jié)構(gòu)有機(jī)玻璃；透射光光學(xué)的還是熔化的應(yīng)時(shí)；高溫爐應(yīng)時(shí)玻璃；防過(guò)熱圍裙-水冷；防蒸發(fā)裝置擋板?！癘”形密封圈密封力的計(jì)算真空靜態(tài)密封連接中使用的橡膠密封圈主要有：圓和矩形兩種截面形狀(其他形狀包括錐度等)。)。其中，圓形截面的橡膠圈應(yīng)用最為廣泛。橡膠圈密封件通過(guò)連接件壓縮密封圈，使其產(chǎn)生彈性變形，減少泄漏間隙，從而達(dá)到密封目的。因此，在設(shè)計(jì)中必須正確計(jì)算和選擇施加在密封圈上的壓力。與該壓力相關(guān)的因素：密封表面狀況；密封材料的成分、硬度和壓縮比；橡膠圈等側(cè)面的約束。理論研究很困難。一般來(lái)說(shuō)，計(jì)算是基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，即通過(guò)對(duì)不同線(xiàn)徑、不同環(huán)徑、不同硬度和不同安裝類(lèi)型的橡膠圈進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)獲得基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。43、2.3.1橡膠圈壓縮比的選擇所謂橡膠圈壓縮比是指橡膠圈壓縮前后的高度差與壓縮前的高度之比。如果h0、H、D和Z分別是壓縮前后矩形和圓形截面橡膠圈的高度