CN106898539A - 一种脉冲氙灯及其封接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种脉冲氙灯及其封接方法。氙灯中的石英管内两端沿横向中轴线分别设置有电极Ⅰ、电极Ⅱ。电极Ⅰ与电极Ⅱ沿石英管的纵向中轴线左右对称设置。石英管纵向中轴线右端的电极Ⅰ尾部与电极帽、转接头、电缆线沿横向中轴线依次固定连接。石英管纵向中轴线左端与石英管纵向中轴线右端的结构相同。电极帽套在石英管端口外面，两者中间填充活性焊料，并在低于5×10－3Pa真空环境中加热至600℃以上，当活性焊料熔融并与石英玻璃充分反应后，完成电极帽与石英管的直接非匹配封接。本发明易于实现氙灯封接的自动化和规模化生产，封接工艺简单稳定，封接区真空密封性能好，结构强度高，氙灯可承受大电流，使用寿命和工作可靠性显著提高。

Description

一种脉冲氙灯及其封接方法
技术领域
本发明属于特种电光源技术领域，具体涉及一种脉冲氙灯及其封接方法。
背景技术
大功率脉冲氙灯作为大型激光器的泵浦光源具有广泛的应用。为承受氙灯工作瞬间产生的高温等离子体，灯管均采用石英玻璃。石英管与电极组件之间的封接是脉冲氙灯生产中最关键的环节，封接工艺以及封接质量的好坏不仅影响氙灯的寿命，也对氙灯结构强度产生重要影响。目前最常用的封接方式是过渡玻璃封接和钼箔（或钼筒）封接。
过渡玻璃封接技术是首先利用可与金属实现匹配连接的特种玻璃实现金属与特种玻璃之间的致密封接，然后利用一系列过渡玻璃实现特种玻璃与石英玻璃之间的连接，最终实现金属电极与石英管之间的紧密连接。名称为“过渡封接型氙灯”的中国专利（授权公布号CN 101246800 A），公开了采用一次玻璃过渡即完成钨电极和石英管之间的封接，简化了封接工艺。但是过渡玻璃封接技术存在使用火焰加工，封接工艺复杂，严重依赖人工，过渡玻璃封接区的结构强度较差和电极截面积偏小等不足。
名称为“一种软电极内置式脉冲氙灯”的中国专利（授权公布号CN 102592951 B），公开了一种钼箔（或钼筒）封接技术。这种技术存在钼箔（或钼筒）封接的截面积较小，负载电流小，点灯时易出现微漏气现象，不适用于大功率脉冲氙灯。
发明内容
为了克服现有技术中的封接工艺复杂、严重依赖人工、负载电流小的不足，本发明提供一种脉冲氙灯，本发明的另一目的是提供一种脉冲氙灯封接方法，采用活性焊料直接封接工艺的大功率脉冲氙灯。
本发明所采用的技术方案是：
本发明的脉冲氙灯，其特点是，所述的脉冲氙灯为具有外形为圆柱状的对称结构，脉冲氙灯包括石英管、电极、陶瓷环、绝缘胶、不锈钢套筒、均压帽、活性焊料、电极帽、转接头和电缆线。其连接关系是，所述的石英管内两端沿横向中轴线分别设置有电极Ⅰ、电极Ⅱ。电极Ⅰ与电极Ⅱ沿石英管的纵向中轴线左右对称设置。所述的石英管纵向中轴线右端的电极Ⅰ尾部与电极帽、转接头、电缆线沿横向中轴线依次固定连接。石英管两端坡度区外套接陶瓷环，陶瓷环后端套接有不锈钢套筒。石英管两端的尾管区端部外表面通过活性焊料与电极帽焊接，电极帽外部与均压帽固定连接。所述的不锈钢套筒内连通的间隙均填充绝缘胶，绝缘胶与接触的石英管、陶瓷环、不锈钢套筒、均压帽、电极帽、转接头、电缆线表面粘接。所述的石英管、电极、陶瓷环、不锈钢套筒、均压帽、电极帽、转接头和电缆线为同轴心设置。所述的石英管纵向中轴线左端与石英管纵向中轴线右端的结构相同。
所述的电极由电极头和电极杆构成。
所述的电极Ⅰ与电极Ⅱ端部之间的距离范围为200mm～1900mm。
所述的石英管外径的范围为7mm～50mm。
所述的石英管的端口壁厚的范围为1mm～6mm。
所述的电极帽焊接区的壁厚范围为0.05mm～1.0mm。
所述的电极头材料采用铈钨、钇钨、多元复合钨合金中的一种，电极杆材料采用可伐、钼、铌中的一种。
本发明的脉冲氙灯封接方法，依次包括如下步骤：
a. 将电极连接在电极帽上，石英管端部包裹一层活性焊料片，然后将电极帽装配到石英管端部；
b. 将装配好电极帽的石英管固定在真空钎焊炉中，电极帽位于加热炉的恒温区；
c. 对真空钎焊炉抽真空，真空度低于5×10－3Pa；
d. 对封接部位加热至600℃~900℃，保温10分钟~30分钟，使活性焊料熔融并与石英玻璃发生充分反应，将石英管和电极帽直接封接形成一个整体；
e. 停止加热后，待温度降至室温方可取出封接好的石英管。
所述的a）步骤中的活性焊料为含有Y、Sc、Ti、Zr、Al、Nb中的一种或多种组合的可与石英玻璃发生置换反应的合金。
利用石英玻璃抗压强度高达1150MPa的特点，将电极帽（008）套在石英管（001）端口外面，两者中间填充活性焊料（007），然后在不高于5×10－3Pa真空环境中加热至600℃以上，当活性焊料熔融并与石英玻璃充分反应后，一次性完成电极帽与石英管的直接非匹配封接，电极帽对石英管施加的压应力远低于石英管抗压强度。
所述的活性焊料（007）为一种含有Y、Sc、Ti、Zr、Al或Nb等的合金。
所述的脉冲氙灯的充气气压范围100Torr～500Torr。
本发明的有益效果是，易于实现脉冲氙灯封接的自动化和规模化生产，封接工艺简单稳定，封接区真空密封性能好，结构强度高，氙灯可承受超高电流，使用寿命和工作可靠性显著提高。
附图说明
图1为本发明的脉冲氙灯的剖视图。
图2为图1中的局部结构示意图。
图3为本发明中的电极结构示意图。
图中：1.石英管 2.电极Ⅰ 3.陶瓷环 4.绝缘胶 5.不锈钢套筒 6.均压帽7.活性焊料 8.电极帽 9.转接头 10.电缆线 21.电极头 22.电极杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明
实施例1
图1为本发明的脉冲氙灯的剖视图，图2为图1中的局部结构示意图，即电极帽和石英管封接区的结构示意图，图3为本发明中的电极结构示意图。在图1~图3中，本发明的脉冲氙灯，为具有外形为圆柱状的对称结构，脉冲氙灯包括石英管1、电极2、陶瓷环3、绝缘胶4、不锈钢套筒5、均压帽6、活性焊料7、电极帽8、转接头9和电缆线10。其连接关系是，所述的石英管1内两端沿横向中轴线分别设置有电极Ⅰ2、电极Ⅱ。电极Ⅰ2与电极Ⅱ沿石英管1的纵向中轴线左右对称设置。所述的石英管1纵向中轴线右端的电极Ⅰ2尾部与电极帽8、转接头9、电缆线10沿横向中轴线依次固定连接；石英管1两端坡度区外套接陶瓷环3，陶瓷环3后端套接有不锈钢套筒5；石英管1两端的尾管区端部外表面通过活性焊料7与电极帽8焊接，电极帽8外部与均压帽6固定连接。所述的不锈钢套筒5内连通的间隙均填充绝缘胶4，绝缘胶4与接触的石英管1、陶瓷环3、不锈钢套筒5、均压帽6、电极帽8、转接头9、电缆线10表面粘接。所述的石英管1、电极2、陶瓷环3、不锈钢套筒5、均压帽6、电极帽8、转接头9和电缆线10为同轴心设置。所述的石英管1纵向中轴线左端与石英管1纵向中轴线右端的结构相同。如图1、图2所示。
所述的电极2由电极头21和电极杆22构成。如图3所示。
本实施例中，所述的电极Ⅰ2与电极Ⅱ端部之间的距离范围为1850mm；所述的石英管1外径为48mm；所述的石英管1的端口壁厚为3mm；所述的电极帽8焊接区的壁厚为0.1mm；所述的电极头21材料采用铈钨，电极杆22材料采用可伐。
本发明的脉冲氙灯的封接方法，依次包括如下步骤：
a. 将电极连接在电极帽上，石英管端部包裹一层活性焊料片，然后将电极帽装配到石英管端部；
b. 将装配好电极帽的石英管固定在真空钎焊炉中，电极帽位于加热炉的恒温区；
c. 对真空钎焊炉抽真空，真空度低于5×10－3Pa；
d. 对封接部位加热至600℃~900℃，保温10分钟~30分钟，使活性焊料熔融并与石英玻璃发生充分反应，将石英管和电极帽直接封接形成一个整体；
e. 停止加热后，待温度降至室温方可取出封接好的石英管。
所述的a）步骤中的活性焊料为含有Y、Sc、Ti、Zr、Al、Nb中的一种或多种组合的合金。
本发明的脉冲氙灯的主要制作工序分为三步：（1）封接；（2）充氙；（3）绝缘制作。在封接工序中，将电极连接在电极帽上，石英管端部包裹一层活性焊料片，然后将电极帽装配到石英管端部；将装配好电极帽的石英管固定在真空钎焊炉中，电极帽位于加热炉的恒温区；对真空钎焊炉抽真空至不高于5×10－3Pa；对封接部位加热至600℃以上，直至活性焊料熔融并与石英玻璃发生充分反应，将石英管和电极帽直接封接形成一个整体；停止加热后，待温度降至室温方可取出封接好的石英管；在充氙工序中，首先通过电极帽上的排气管对氙灯进行真空除气，然后通过排气管充入定量的氙气，最后对排气管进行冷封；在绝缘制作工序中，首先将转接头和电缆线连接，然后将转接头连接到氙灯电极帽上；套上陶瓷环与石英管接触，将均压帽镶嵌在转接头和电极帽的外面，然后将不锈钢套筒与陶瓷环连接，向不锈钢套筒内注入液体绝缘胶，等待绝缘胶凝固后完成氙灯绝缘制作。
实施例2
本实施例与实施例1的结构相同，不同之处是，所述的电极Ⅰ2与电极Ⅱ端部之间的距离为440mm；石英管1外径为37mm；
所述的电极头21材料采用多元复合钨合金，电极杆22材料采用钼。
实施例3
本实施例与实施例1的结构相同，不同之处是，所述的电极Ⅰ2与电极Ⅱ端部之间的距离为200mm；石英管1外径为22mm；石英管1的端口壁厚为2mm；
所述的电极头21材料采用钇钨，电极杆22材料采用铌。

Claims (9)

1.一种脉冲氙灯，其特征在于：所述的脉冲氙灯为具有外形为圆柱状的对称结构，脉冲氙灯包括石英管（1）、电极（2）、陶瓷环（3）、绝缘胶（4）、不锈钢套筒（5）、均压帽（6）、活性焊料（7）、电极帽（8）、转接头（9）和电缆线（10）；其连接关系是，所述的石英管（1）内两端沿横向中轴线分别设置有电极Ⅰ（2）、电极Ⅱ；电极Ⅰ（2）与电极Ⅱ沿石英管（1）的纵向中轴线左右对称设置；所述的石英管（1）纵向中轴线右端的电极Ⅰ（2）尾部与电极帽（8）、转接头（9）、电缆线（10）沿横向中轴线依次固定连接；石英管（1）两端坡度区外套接陶瓷环（3），陶瓷环（3）后端套接有不锈钢套筒（5）；石英管（1）两端的尾管区端部外表面通过活性焊料（7）与电极帽（8）焊接，电极帽（8）外部与均压帽（6）固定连接；所述的不锈钢套筒（5）内连通的间隙均填充绝缘胶（4），绝缘胶（4）与接触的石英管（1）、陶瓷环（3）、不锈钢套筒（5）、均压帽（6）、电极帽（8）、转接头（9）、电缆线（10）表面粘接；所述的石英管（1）、电极（2）、陶瓷环（3）、不锈钢套筒（5）、均压帽（6）、电极帽（8）、转接头（9）和电缆线（10）为同轴心设置；所述的石英管（1）纵向中轴线左端与石英管（1）纵向中轴线右端的结构相同。
2.根据权利要求1所述的脉冲氙灯，其特征在于：所述的电极（2）由电极头（21）和电极杆（22）构成。
3.根据权利要求1所述的脉冲氙灯，其特征在于：所述的电极Ⅰ（2）与电极Ⅱ端部之间的距离范围为200mm～1900mm。
4.根据权利要求1所述的脉冲氙灯，其特征在于：所述的石英管（1）外径的范围为7mm～50mm。
5.根据权利要求1所述的脉冲氙灯，其特征在于：所述的石英管（1）的端口壁厚的范围为1mm～6mm。
6.根据权利要求1所述的脉冲氙灯，其特征在于：所述的电极帽（8）焊接区的壁厚范围为0.05mm～1.0mm。
7.根据权利要求1所述的脉冲氙灯，其特征在于：所述的电极头（21）材料采用铈钨、钇钨、多元复合钨合金中的一种，电极杆（22）材料采用可伐、钼、铌中的一种。
8.一种用于权利要求1所述的脉冲氙灯的封接方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
a. 将电极连接在电极帽上，石英管端部包裹一层活性焊料片，然后将电极帽装配到石英管端部；
b. 将装配好电极帽的石英管固定在真空钎焊炉中，电极帽位于加热炉的恒温区；
c. 对真空钎焊炉抽真空，真空度低于5×10－3Pa；
d. 对封接部位加热至600℃~900℃，保温10分钟~30分钟，使活性焊料熔融并与石英玻璃发生充分反应，将石英管和电极帽直接封接形成一个整体；
e. 停止加热后，待温度降至室温方可取出封接好的石英管。
9.根据权利要求8所述的封接方法，其特征在于：所述的a）步骤中的活性焊料为含有Y、Sc、Ti、Zr、Al、Nb中的一种或多种组合的合金。
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