CN109767965B - 一种x射线管电极装置及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的X射线管电极装置包括可伐环，可伐环具有纵切面为曲线的连接部。可伐环的一端通过气密热封方式和玻壳连接，另一端通过氩弧焊接方式与电极金属盖气密结合。在不改变玻壳与电极金属盖之间直线间距的情况下，大大增加了氩弧焊接热量传输至玻壳的路径，增大了热量的散失面积，从而将玻壳隔绝在焊接热影响区之外，有利于减少焊接产生的残余热应力，提高了X射线管加工过程中的成功率；此外，这一结构也可以协调氩弧焊接应力‑应变，避免因应力集中而造成焊缝开裂；也有利于X射线管后续制备过程工艺中应力的释放，改善应力集中的状况，从而提高了X射线管的服役安全性和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及X射线管技术领域，更具体地，涉及X射线管电极装置及其制作方法。
背景技术
X射线管是工作在高电压下的真空二极管，包括用于发射电子的灯丝作为阴极和用于接受电子轰击的靶材作为阳极，所述阴极或阳极均被密封在高真空的玻璃或陶瓷外壳内。可伐合金从室温到低于玻璃退火温度上限的温度范围内，具有与玻璃接近的热膨胀系数，因此在传统的X射线管的阴极端，由可伐合金制作的可伐环常作为玻璃与金属连接的过渡金属，可伐环的一端与玻壳进行加热封接，另一端则与金属进行氩弧焊接。但是由于金属和玻璃的热传导系数不同，在氩弧焊过程中，热量传输至可伐环与玻壳的连接处，并引起此处局部温度升高，由于可伐环和玻壳的热膨胀系数存在差异，导致在两者连接处产生残余热应力，玻璃侧出现较大的拉应力而容易产生微裂纹，裂纹在脆性的玻璃体中扩展，最终出现断裂。此外，当X射线管在不同温度条件下工作时，在可伐环和玻壳的接头处也会存在一定的残余应力，对玻壳的力学性能和服役安全性有很大的影响，易造成结构失效。如何消除氩弧焊热量引起的残余热应力以及不同温度工作条件引起的残余应力成为亟需解决的关键技术难题。
因此需要提供一种的新的X射线管电极装置。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种X射线管电极装置。
本发明的第二个目的在于提供一种X射线管电极装置的制作方法。
为达到本发明的第一个发明目的，本发明采用下述技术方案：
一种X射线管电极装置，包括：
可伐环，所述可伐环包括有位于两端的第一固定部和第二固定部以及位于第一固定部和第二固定部之间的纵切面为曲线的连接部；
气密结合于所述可伐环第一固定部的具有容纳腔的玻壳；
气密结合于所述可伐环第二固定部的电极金属盖，所述电极金属盖具有圆环结构；
气密结合于所述电极金属盖且收容在所述玻壳容纳腔内的电极组件；其中
所述可伐环、玻壳、电极金属盖以及电极组件的中心轴线相同。
优选地，所述第二固定部与所述电极金属盖通过氩弧焊接气密结合；所述电极金属盖与所述电极组件通过氩弧焊接气密结合。
优选地，所述第一固定部与所述玻壳通过热封气密结合。
优选地，所述连接部的纵切面呈向内凹陷的圆弧。
优选地，所述第一个固定部与连接部的接头处的纵切面呈圆弧形；所述第二固定部与连接部的接头处的纵切面呈圆弧形。
优选地，所述第一固定部的厚度由靠近连接部一端向远离连接部一端逐渐减小。
优选地，所述第二固定部的内侧壁上有环绕一周形成的第一定位台阶，所述第二固定部通过第一定位台阶与所述电极金属盖气密结合。
优选地，所述电极金属盖的内侧壁上有环绕一周形成的第二定位台阶，所述电极金属盖通过第二定位台阶与所述电极组件气密结合。
为达到第三个发明目的，本发明提供了如下技术方案：
一种上述X射线管电极装置的制作方法，包括：
通过热封方式将所述玻壳气密结合于所述可伐环的第一固定部；
通过氩弧焊接方式将所述电极组件气密结合于所述电极金属盖；
将气密结合有所述电极组件的所述电极金属盖与气密结合有玻壳的所述可伐环的第二固定部通过氩弧焊接方式气密结合；其中
所述电极组件位于所述玻壳容纳腔内。
优选地，通过热封方式包括对已完成封接的玻壳和第一固定部的退火过程。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的X射线管电极装置包括可伐环，可伐环具有纵切面为曲线的连接部。可伐环的一端通过热封气密方式和玻壳连接，另一端通过氩弧焊接方式与电极金属盖气密连接。在不改变玻壳与电极金属盖直线间距的情况下，大大增加了氩弧焊接热量传输至玻壳的路径，增大了热量的散失面积，将玻壳隔绝在焊接热影响区之外，避免了可伐环与玻壳接头处局部高温的发生，有利于减少焊接产生的残余热应力，提高了X射线管加工过程中的成功率。
此外，可伐环的连接部与第一固定部和第二固定部的接头的纵切面亦为圆弧形，因此可伐环的纵切面为至少具有三段圆弧曲线，这一结构有利于协调氩弧焊接应力-应变，使可伐环周向内残余拉应力和压应力保持平衡，避免因应力集中而造成焊缝开裂；也有利于X射线管后续制备过程工艺中应力的释放，改善应力集中的状况，从而提高了X射线管的服役安全性和使用寿命。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明提供的X射线管电极装置示意图。
图2示出本发明提供的可伐环的纵切示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
在本发明中，所述电极装置包括阴极电极装置和阳极电极装置，所述电极组件4包括阴极电极组件和阳极电极组件，所述电极金属盖1包括阴极金属盖和阳极金属盖。
现有技术中，在X射线管阴极的制作过程中会遇到氩弧焊接热量使可伐环与玻壳接头处局部温度过高，集中大量残余热应力的现象；此外，X射线管制备过程工艺中也会使X射线管中残余应力，而残余热应力及残余应力会导致玻壳产生裂纹并最终断裂，影响了X射线管的加工成功率及其服役安全性和使用寿命。
本发明提供一种新的X射线管电极装置，该装置中可伐环2具有纵切面为曲线的连接部23，在不改变玻壳3与电极金属盖1直线间距的情况下，大大增加了氩弧焊接热量传输至玻壳3的路径以及热量的散失面积，将玻壳3隔绝在焊接热影响区之外，有利于减少焊接产生的残余热应力，提高了X射线管加工过程中的成功率。可伐环2的连接部23与第一固定部21和第二固定部22的接头的纵切面亦为圆弧形，因此可伐环2的纵切面为至少具有三段圆弧曲线，这一结构也有利于X射线管后续制备过程工艺中应力的释放，改善应力集中的状况，从而提高了X射线管的服役安全性和使用寿命。
为了详细描述本发明所提供的X射线管电极装置及其制备方法，以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。
结合图1和图2所示，本发明提供一种X射线管电极装置，包括可伐环2，所述可伐环2包括有位于两端的第一固定部21和第二固定部22以及位于第一固定部21和第二固定部22之间的纵切面为曲线的连接部23；
气密结合于所述可伐环2第一固定部21的具有容纳腔的玻壳3；
气密结合于所述可伐环2第二固定部22的电极金属盖1，所述电极金属盖1具有圆环结构；
气密结合于所述电极金属盖1且收容在所述玻壳3容纳腔内的电极组件4；其中
所述可伐环2、玻壳3、电极金属盖1以及电极组件4的中心轴线相同。
本发明提供的X射线管电极装置包括可伐环2、玻壳3、电极金属盖1和电极组件4，可伐环2的两端分别与玻壳3和电极金属盖1气密结合，电极组件4气密结合于电极金属盖1且位于玻壳3容纳腔内部，其中可伐环2的连接部23的纵切面为曲线，即连接部23的圆柱体的直径是不断变化的。在不改变玻壳3和电极金属盖1之间距离的情况下，增加了热量在玻壳3和电极金属盖1之间的传输距离；其次，纵切面为曲线的连接部23外表面面积也较直径不变的圆柱的外表面大，更有利于热量的扩散；此外，具有这一结构的连接部23也有利于X射线管在制作和服役过程中产生的应力的释放，提高X射线管制作成品率以及服役安全性和使用寿命。
为将电极金属盖1分别与可伐环2和电极组件4更好的气密结合在一起，在本实施方式中采用氩弧焊接方式来实现气密结合。氩弧焊接过程中可以隔绝空气中的氧气、氮气、氢气等对电弧和熔池产生的不良影响，减少合金元素的烧损，以得到致密、无飞溅、质量高的焊接接头；此外，氩弧焊为明弧施焊，操作及观察都很方便，且不受焊接位置限制，可进行全位置焊接。因此选择氩弧焊接，保证了电极金属盖1与可伐环2和电极组件4的良好固定。
一方面，本发明提供的X射线管电极装置，其可伐环2的连接部23的纵切面为曲线，在不改变电极金属盖1与玻壳3直线间距的情况下，增加了热量在玻壳3和电极金属盖1之间的传输距离以及连接部23的外表面积。氩弧焊接产生的大量热量由焊接点通过可伐环2传输至玻壳3的过程中，会经过较长的传输路径且部分热量经由可伐环2的外表面散失。因此本发明提供的X射线管装置可以将玻壳3隔绝在焊接热影响区之外，避免了因玻壳3导热系数远小于可伐环2造成的玻壳3与可伐环2的接头处局部温度过高现象，进而消除了残余热应力对玻壳3的影响，由残余热应力导致的玻壳3出现微裂纹并最终断裂的现象也不会在本发明提供的X射线管电极装置中产生，大大提高了X射线管的制作成功率。
另一方面，在可伐环与电极金属盖焊接过程中，电弧处即加热中心区域，温度最高，形成熔池；焊接结束，焊缝金属冷却时，从液态转为固态，发生明显的周向收缩，电弧前方焊缝承受周向压应力，电弧后方焊缝及近缝区承受拉应力。本发明提供的变径可伐环，有效协调了焊缝处焊接应力-应变，使可伐环周向残余应力平衡，避免了焊缝处沿径向发生的外鼓现象，保证了结构的稳定性。
在本发明中，所述可伐环2的第一固定部21与玻壳3通过热封气密结合。可伐环2的材质可伐金属与玻壳3在常温到玻璃退火温度上限的温度范围内具有接近的热膨胀系数。高温热封接后经过逐渐降温退火冷却过程，使可伐环2与玻壳3收缩保持一致，可以减少由于玻壳3和可伐环2收缩差而产生的残余应力，避免玻壳3产生微裂纹进而开裂。在本具体实施方式中，所述连接部23的纵切面呈向内凹陷的圆弧，所述第一个固定部与连接部23的接头处的纵切面呈圆弧形，所述第二固定部22与连接部23的接头处的纵切面呈圆弧形，因此整个可伐环2的纵切面具有三段圆弧曲线。这一结构在增大电极金属盖1与玻壳3间热传导距离，增大散热面积的同时，也有利于X射线管在不同工作温度下残余应力的释放，改善使用过程中应力集中的状况，从而提高了X射线管的服役安全性和使用寿命。且在实际应用过程中，可伐环2一般采用冲压加工的一体成型法，且厚度只有1.0mm左右，可伐环2的连接部弯曲的圆弧段数越多，则加工模具的制作要求就越高，而纵切面为具有三段圆弧曲线的可伐环2的加工可实施性较高，应用前景良好。
为了在保证可伐环2机械强度的情况下，便于其与玻壳3的热封，在具体的实施过程中，可以将第一固定部21的厚度由靠近连接部23一端向远离连接部23一端逐渐减小。第一固定部21的厚度小，则有利于其在热封过程中，将其整体全部封入玻壳3中，即第一固定部21中空圆柱体的内外表面皆热封入玻壳3中，增大第一固定部21与玻壳3的接触面积，在增强其结合强度的同时，也有利于两者接头处残余应力的释放。而连接部23相对较大的厚度则保证了可伐环2的机械强度，扩大其实际应用范围。
在优选的实施方式中，为了提高电极金属盖1与第二固定部22和电极组件4的气密结合，可以在第二固定部22的内侧壁上设置环绕一周形成的第一定位台阶24，在电极金属盖1的内侧壁上设置环绕一周形成的第二定位台阶11。所述第二固定部22通过第一定位台阶24与所述电极金属盖1的外侧壁气密结合，所述电极金属盖1通过第二定位台阶11与所述电极组件4气密结合。当然在具体的实施过程中，本领域技术人员亦可以设置其他形式的有利于电极金属盖1与第二固定部22和电极组件4的结构，本发明对此不加以限制。
此外，本发明优选实施方式中还提供了上述X射线电极装置的制作方法，通过热封方式将所述玻壳3气密结合于所述可伐环2的第一固定部21；
通过氩弧焊接方式将所述电极组件4气密结合于所述电极金属盖1；
将气密结合有所述电极组件4的所述电极金属盖1与气密结合有玻壳3的所述可伐环2的第二固定部22通过氩弧焊接方式气密结合；其中
所述电极组件4位于所述玻壳3容纳腔内。
在具体的实施过程中，所述电极组件4气密结合于所述电极金属盖1的内侧壁，所述可伐环2的第二固定部22气密结合于所述电极金属盖1的外侧壁。
在具体的实施过程中，将所述玻壳3通过热封方式气密结合于第一固定部21的过程还包括逐渐退火过程，这一过程可伐环2与玻壳3收缩保持一致，可以减少由于玻壳3和可伐环2收缩差而产生的残余应力，避免玻壳3产生微裂纹进而开裂。
对于本发明提供的X射线电极装置，通过氩弧焊接方式将气密结合有所述电极组件4的所述电极金属盖1与气密结合有玻壳3的所述可伐环2的第二固定部22气密结合，氩弧焊接过程中产生的热量由电极金属盖1与第二固定部22接头处向玻壳3传输的路径较长，且散热面积大，因此可以将玻壳3隔绝在焊接热影响区之外，避免了玻壳3与可伐环2的接头处局部温度过高现象，消除了残余热应力对玻壳3的影响，提高了X射线管的制作成功率。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (9)
1.一种X射线管电极装置，其特征在于，包括：
可伐环，所述可伐环包括有位于两端的第一固定部和第二固定部以及位于第一固定部和第二固定部之间的纵切面为曲线的连接部；
气密结合于所述第一固定部的具有容纳腔的玻壳；
所述第一固定部与所述玻壳通过热封气密结合；
气密结合于所述第二固定部的电极金属盖，所述电极金属盖具有圆环结构；
气密结合于所述电极金属盖且收容在所述玻壳容纳腔内的电极组件；其中
所述可伐环、玻壳、电极金属盖以及电极组件的中心轴线相同。
2.根据权利要求1所述的X射线管电极装置，其特征在于，所述第二固定部与所述电极金属盖通过氩弧焊接气密结合；所述电极金属盖与所述电极组件通过氩弧焊接气密结合。
3.根据权利要求1所述的X射线管电极装置，其特征在于，所述连接部的纵切面呈向内凹陷的圆弧。
4.根据权利要求3所述的X射线管电极装置，其特征在于，所述第一固定部与连接部的接头处的纵切面呈圆弧形；所述第二固定部与连接部的接头处的纵切面呈圆弧形。
5.根据权利要求1所述的X射线管电极装置，其特征在于，所述第一固定部的厚度由靠近连接部一端向远离连接部一端逐渐减小。
6.根据权利要求1所述的X射线管电极装置，其特征在于，所述第二固定部的内侧壁上有环绕一周形成的第一定位台阶，所述第二固定部通过第一定位台阶与所述电极金属盖气密结合。
7.根据权利要求1所述的X射线管电极装置，其特征在于，所述电极金属盖的内侧壁上有环绕一周形成的第二定位台阶，所述电极金属盖通过第二定位台阶与所述电极组件气密结合。
8.一种如权利要求1所述X射线管电极装置的制作方法，其特征在于，
通过热封方式将所述玻壳气密结合于所述可伐环的第一固定部；
通过氩弧焊接方式将所述电极组件气密结合于所述电极金属盖；
将气密结合有所述电极组件的所述电极金属盖与气密结合有玻壳的所述可伐环的第二固定部通过氩弧焊接方式气密结合；其中
所述电极组件位于所述玻壳容纳腔内。
9.根据权利要求8所述的X射线管电极装置的制作方法，其特征在于，所述热封方式包括对已完成封接的玻壳和第一固定部的退火过程。
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