CN112391610A - 石英冷却管及其生产设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及石英管的技术领域，特别涉及一种石英冷却管及其生产设备，该石英冷却管包括石英管和焊接在石英管外壁上的冷却套，在冷却套上设置有进水口和出水口，石英管包括供冷却套套设的连接段、以及位于连接段两端的扩口段，连接段和扩口段间呈台阶设置，且连接段和扩口段间的台阶处与冷却套焊接连接。本申请具有有效提高石英管与冷却套之间的连接强度的优点。

Description

石英冷却管及其生产设备

技术领域

本申请涉及石英管的技术领域，特别涉及一种石英冷却管及其生产设备。

背景技术

目前如等离子体增强化学气相沉积设备，是在高真空反应腔内利用高频电场激发，分解工艺气体甲烷SiH4、氨气NH3，并在样品的表面沉积形成氮化硅Si3N4薄膜，其中高真空反应腔多是使用石英管。此类石英管在使用过程中由于腔室内具有较高的温度，所以在结束后需要进行降温。

针对这类用于真空和高温环境的石英管，申请人研发出了一种自带降温功能的石英冷却管，如图9所示，其通过在石英管10外壁上焊接一冷却套20，通过冷却套20和石英管10外壁之间形成一个冷却室，并设置进水口51和出水口52实现供水和循环，使其能够实现快速冷却。但由于在使用过程中石英管10是抽真空的，所以石英管10和冷却套20的焊接连接处会形成应力集中；加之在通水冷却时冷却室内会产生一定的压力从而形成膨胀，而此时石英管10和冷却套20的焊接连接处也是应力集中点，这导致在使用过程中，冷却套20和石英管10间的焊接处容易出现断裂的情况。

发明内容

为了提高冷却套和石英管外壁之间的连接强度，本申请提供一种石英冷却管及其生产设备。

第一方面，本申请提供一种石英冷却管，采用如下的技术方案：

一种石英冷却管，包括石英管和焊接在石英管外壁上的冷却套，在冷却套上设置有进水口和出水口，石英管包括供冷却套套设的连接段、以及位于连接段两端的扩口段，冷却套的两端设置有向内翻折的焊接部，同一横截面上冷却套与焊接部间呈钝角设置；连接段和扩口段间呈台阶设置，且连接段和扩口段间的台阶处与焊接部焊接连接。

如此设置，呈钝角翻折形成的焊接部设置，使得在初始时焊接部的内径可以设置的比连接段外径大，从而在用焊接火加热时能够很好的对连接段上的焊接部位进行加热，而在加工时通过沿冷却套轴心线方向来施力推压焊接部，以此来继续弯折焊接部，从而实现冷却套与石英管的接触以及焊接，如此首先可以便于焊接加工，其次能够提高焊接强度。

而两端设置直径更大的扩口段，冷却套一方面可以与连接段的外侧壁焊接，另一方面扩口段与连接段之间的台阶处也能够与焊接部的外壁焊接，如此，能够形成两个焊接点，从而有效的提高石英管与冷却套之间的连接强度。

可选的：在石英管和冷却套之间的冷却腔内设置有进水管和出水管，进水管和出水管上均分布设置有多个通孔，进水管与进水口连通，出水管与出水口连通。

如此设置，在冷却腔中设置进水管和出水管，并设置通孔来供水进出，如此，能够在冷却腔内形成更加均匀的进出水，从而使冷却腔具有更加均匀的冷却效果。

第二方面，本申请提供一种石英冷却管的生产设备，采用如下的技术方案：

一种石英冷却管的生产设备，包括夹持架、两可插入石英管端部的定位组件、以及两分别用于驱动两定位组件做轴向移动的驱动元件，两驱动元件安装于夹持架，两定位组件轴向滑移安装于夹持架、并呈同轴心间隔设置；

定位组件包括转动件、受控于驱动元件移动的安装座、用于驱动转动件自转的动力元件、多个随转动件转动并做径向移动的扩口件、用于驱动扩口件做轴向滑移的焊接驱动件，动力元件安装于安装座，在焊接驱动件上设置有用于与扩口段端部抵触的挡板。

如此设置，在加工时，先将冷却套套设到石英管上，然后通过将两定位组件插入石英管两端，并使石英管与挡板抵触来对石英管进行夹持。其中，扩口件在随转动件转动时能够同时向外扩张，从而可以与石英管内壁抵紧，如此，可以将石英管固定住，此时通过加热使石英管和冷却套完成焊接即可。

而在需要加工出直径更大的扩口段时，先对石英管的该端进行加热，然后再次通过动力元件带动转动件转动，此时扩口件会转动并继续向外扩张，而由于石英管的另一端未被加热，所以会被定位组件固定，此时扩口件在转动的同时径向移动，可以将石英管被加热的端部扩大，当达到所需的直径后焊接驱动件带动扩口件整体向冷却套移动，此时挡板推动扩口段一起移动，使连接段和扩口段间的台阶处与冷却套完成焊接，完成一端后重复上述的方式完成另一端的扩大和焊接即可。

可选的：动力元件为抱闸电机，动力元件与转动件间齿轮传动。

如此设置，通过齿轮传动实现带动转动件的转动，而抱闸电机能够在不转动时自锁，从而避免在对石英管进行夹持时出现扩口件径向移动的情况出现。

可选的：焊接驱动件为一螺纹连接于安装座的转盘，转动件或/和扩口件轴向定位连接于转盘。

如此设置，转动转盘的方式，使得安装座与转盘间形成相对移动，从而实现转盘带动扩口件做轴向滑移。

可选的：转盘上设置有多段螺旋导向轨，扩口件上设置有滑移安装于螺旋导向轨的滑移块，扩口件与转动件间连接有活动伸缩杆；焊接驱动件在安装座上转动的阻力大于滑移块在螺旋导向轨上滑移所受的阻力。

如此设置，通过螺旋导向轨和滑移块的设置，使转动件带动扩口件转动后带动滑移块在螺旋导向轨上滑移，从而实现旋转的同时进行径向的位移；而活动伸缩杆的设置能够实现扩口件与转动件同步转动，且不影响扩口件做径向上的位移，并且实现扩口件与焊接驱动件间的轴向定位。此外，在滑移件滑移至螺旋导向轨端部时，此时扩口件能够带动转盘做同步转动，从而实现转盘的轴向移动。

可选的：扩口件的内侧设置有可调伸缩杆，滑移块安装于可调伸缩杆远离扩口件的一端。

如此设置，可调伸缩杆可以对扩口件的初始直径进行调整，进而调整其最终完成加工时的尺寸。

可选的：螺旋导向轨远离转盘轴心的一端连接有圆弧导向轨。

如此设置，滑移块在圆弧导向轨上滑移时，扩口件在径向上不进行位移，而此时扩口件继续在转动，依此可以对石英管端部的扩口段进行整形，确保其圆度。

可选的：滑移块为一转动连接在可调伸缩杆上的活动轮。

如此设置，活动轮能够在螺旋导向轨和圆弧导向轨的连接处走动更加的顺畅。

可选的：驱动元件为气缸，安装座安装于驱动元件的活塞杆、且滑移安装于夹持架。

如此设置，通过气缸来带动安装座的滑移，从而调整两个定位组件间的间距。

第三方面，本申请提供一种石英冷却管的生产工艺，采用如下的技术方案：

一种石英冷却管的生产工艺，包括以下步骤：

S1、清洗，将石英管、冷却套、进水管、出水管和水管放入温度为15~25℃的2%~3%HF中浸泡5min~10min，然后用10MΩ·cm以上纯水清洗；

S2、管道焊接，使用焊接火对进水管、出水管和水管进行加热，然后将进水管和水管、出水管和水管一一焊接在一起；

S3、初焊接，使用焊接火对经过管道焊接后的水管、以及冷却套供水管插设的插孔处进行加热，然后将经过管道焊接后的水管穿过插孔后使两者焊接在一起；

S4、一次焊接，将完成初焊接的冷却套套设到石英管上，调整位置后使用焊接火对冷却套的两端、以及石英管对应冷却套两端的位置进行加热，在加热时，由于冷却套的焊接部内径大于石英管，需要对冷却套进行支撑，使得焊接部与石英管保存不接触，完成加热后，同时从两端进行施力推冷却套两端的焊接部，使其继续翻折直至与石英管外壁接触、并焊接在一起；

S5、二次焊接，使用焊接火对石英管伸出冷却套两端的部位依次进行加热，从内将石英管的一端直径扩大形成扩口段，完成扩口段后整体推动该端扩口段沿轴心线方向朝冷却套移动，直至连接段与扩口段之间的台阶处与焊接部接触、并焊接在一起；待该端冷却后，采用同样的方式完成另一端的扩口段成型以及焊接，冷却后形成成品工件；

S6、退火，在温区范围1150℃~1180℃条件下，恒温时间30分钟；

S7、过程清洗，将退火后工件放入温度为15~25℃的3%-5%硝酸中浸泡1~2h，然后用10MΩ·cm以上纯水清洗。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、对产品进行改进，形成两个处焊接点，能够提高冷却套和石英管外壁之间的连接强度；

2、通过一个动力元件即可实现扩口部的加工，非常简单方便。

附图说明

图1是实施例一的结构示意图；

图2是实施例一的主剖视图；

图3是实施例二的结构示意图；

图4是实施例二中驱动元件和定位组件的结构示意图；

图5是实施例二中安装座、焊接驱动件和转动件的爆炸结构示意图；

图6是实施例二中定位组件的内部剖视图；

图7是实施例二中焊接驱动件的主视图；

图8是实施例二中焊接驱动件与扩口件的连接结构图；

图9是现有技术中石英冷却管的结构示意图。

图中，10、石英管；11、连接段；12、扩口段；20、冷却套；21、焊接部；30、进水管；31、通孔；40、出水管；50、水管；51、进水口；52、出水口；100、夹持架；110、安装板；200、定位组件；210、安装座；211、导向杆；220、转动件；221、从动齿轮；230、动力元件；231、主动齿轮；240、扩口件；250、焊接驱动件；251、挡板；252、螺旋导向轨；253、圆弧导向轨；254、导通槽；300、驱动元件；400、活动伸缩杆；410、套管；411、插孔；420、插杆；500、可调伸缩杆；510、第一螺纹杆；520、第二螺纹杆；530、调节套；540、滑移块。

具体实施方式

以下结合附图对本申请作进一步详细说明。

实施例1：

一种石英冷却管，如图1和图2所示，包括石英管10和冷却套20，石英管10包括连接段11和两扩口段12，连接段11和两扩口段12间一体成型设置，两扩口段12位于连接段11的两端，扩口段12的直径大于连接段11的直径，在连接段11和扩口段12间呈台阶设置。

冷却套20呈圆筒状、并套设于连接段11的外壁上，冷却套20的两端设置有向内翻折形成的焊接部21，同一横截面上冷却套20与焊接部21间呈钝角设置，且在未进行焊接前焊接部21的最小直径大于连接段11的外径，在焊接时，继续翻转焊接部21使其端部与连接段11的外壁抵接并完成焊接连接，连接段11和扩口段12间的台阶处与焊接部21焊接连接。

在石英管10和冷却套20之间的冷却腔内设置有进水管30和出水管40，进水管30和出水管40均设置有多个，本申请中以三个为例。其中，三个进水管30间等间距设置，三个出水管40间等间距设置，三个进水管30和三个出水管40绕轴心线对称分布，在进水管30和出水管40上均匀分布有多个通孔31。

在冷却套20上插设有六根水管50，水管50的一端位于冷却套20外、另一端与进水管30或出水管40焊接连接，六根水管50分别与三个进水管30和三个出水管40连接。与进水管30连接的水管50位于冷却套20外的一端形成进水口51，与出水管40连接的水管50位于冷却套20外的一端形成出水口52。

上述石英管10、冷却套20、进水管30、出水管40和水管50均采用石英材质制成。

实施例2：

一种石英冷却管的生产设备，如图3所示，包括夹持架100、两定位组件200和两驱动元件300，夹持架100的结构可以根据情况而定，只需要确保其上设置有两竖直的安装板110即可。

本实施例中驱动元件300为气缸，两气缸固定安装在两安装板110上，气缸的活塞杆穿过安装板110与定位组件200连接，两定位组件200位于同一轴心线上并成间距设置。

参照附图4和图5，定位组件200包括安装座210、转动件220、动力元件230、扩口件240和焊接驱动件250。安装座210呈圆盘形，其安装于气缸的活塞杆上，在安装座210的背面设置有一导向杆211，导向杆211插设于安装板110上使其周向定位。

如图5和图6所示，在安装座210的侧壁上设置有外螺纹，焊接驱动件250为一转盘，转盘的背面设置有螺纹孔、通过螺纹孔螺纹连接在安装座210上，转盘侧壁上设置有圆环形的挡板251。动力元件230为一具有自锁功能的抱闸电机，动力元件230固定安装在安装座210的背面，其转轴穿过安装座210连接有一主动齿轮231。

如图6和图7所示，转动件220插设于焊接驱动件250上，转动件220位于焊接驱动件250与安装座210间的一端设置有从动齿轮221，从动齿轮221与主动齿轮231啮合。

参照附图4和图6，扩口件240为一圆弧形板，扩口件240的外径小于或等于连接段11的内径，本实施例中以两个为例，但不局限于两个。

在扩口件240的内侧壁上设置有活动伸缩杆400和可调伸缩杆500，活动伸缩杆400包括套管410和插杆420，套管410的一端固定设在转动件220上、另一端设置有插孔411。插杆420的一端固定安装在扩口件240上、另一端插设于套管410的插孔411内。

可调伸缩杆500包括第一螺纹杆510、第二螺纹杆520和调节套530，第一螺纹杆510的一端固定连接在扩口件240的内侧壁上，调节套530的一端螺纹连接在第一螺纹杆510的端部，第二螺纹杆520螺纹连接在调节套530的另一端，其中，第一螺纹杆510和第二螺纹杆520上的螺纹螺旋方向相反，通过转动调节套530能够实现可调伸缩杆500的长度调节。

第二螺纹杆520的远离与调节套530连接的一端90°折弯设置，且在第二螺纹杆520的该端端部连接有一滑移块540，本实施例中滑移块540为一活动轮。参照附图7和图8，在焊接驱动件250朝向安装座210的一端端面上设置有两螺旋导向轨252，在两螺旋导向轨252远离焊接驱动件250中心的一端连接有圆弧导向轨253，螺旋导向轨252和圆弧导向轨253均为滑移槽。

其中，在焊接驱动件250背离安装座210的一端端部上设置有导通槽254，导通槽254与螺旋导向轨252和圆弧导向轨253的形状相同，但导通槽254的宽度小于螺旋导向轨252和圆弧导向轨253的宽度。第二螺纹杆520的端部从导通槽254穿过螺旋导向轨252和圆弧导向轨253，活动轮滑移安装在螺旋导向轨252和圆弧导向轨253上。安装时，将焊接驱动件250从导通槽254插入后穿过滑移块540与一螺母连接即可，结构简单且能实现对扩口件240的安装，以及实现转动件220与焊接驱动件250间的轴心定位。

本实施例中焊接驱动件250在安装座210上转动的阻力大于滑移块540在螺旋导向轨252和圆弧导向轨253上滑移所受的阻力。

工作原理：

在加工时，先将冷却套20套设到石英管10上，然后启动驱动元件300带动两定位组件200移动，使两定位组件200上的扩口套插入石英管10两端，直至石英管10两端分别抵设在两挡板251上。

然后，启动动力元件230带动转动件220转动，使得扩口件240在随转动件220转动的同时向外扩张，直至与石英管10内壁抵紧，如此，可以将石英管10固定住，此时调整冷却套20的位置后，通过石英焊接枪加热使石英管10和冷却套20完成焊接。

之后再加工扩口段12，此时对石英管10的一端进行加热，然后通过动力元件230带动转动件220转动，此时扩口件240会转动并继续向外扩张，而此时另一端的石英管10未被加热并被定位组件200固定，而加热端则在扩口件240径向移动的同时扩大。当滑移块540滑移至圆弧导向轨253的端部时，此时扩口件240会带动焊接驱动件250同步转动，焊接驱动件250与安装座210的螺纹连接，使焊接驱动件250转动的同时发生轴向移动，此时焊接驱动件250带动扩口件240做同步轴向滑移，扩口件240在轴向滑移过程中，挡板251会推动扩口段12也做轴向滑移，直至连接段11和扩口段12间的台阶处与冷却套20接触，然后停止动力元件230的驱动，冷却后完成焊接。

最后采用相同的方式完成另一端的扩口段12加工以及与冷却套20间的焊接即可。

一种石英冷却管的生产工艺，包括以下步骤：

S1、清洗，将石英管10、冷却套20、进水管30、出水管40和水管50放入温度为15~25℃的2%~3%HF中浸泡5min~10min，然后用10MΩ·cm以上纯水清洗；

S2、管道焊接，使用焊接火对进水管30、出水管40和水管50进行加热，然后将进水管30和水管50、出水管40和水管50一一焊接在一起；

S3、初焊接，使用焊接火对经过管道焊接后的水管50、以及冷却套20供水管50插设的插孔处进行加热，然后将经过管道焊接后的水管50穿过插孔后使两者焊接在一起；

S4、一次焊接，将完成初焊接的冷却套20套设到石英管10上，调整位置后使用焊接火对冷却套20的两端、以及石英管10对应冷却套20两端的位置进行加热，在加热时，由于冷却套20的焊接部21内径大于石英管10，需要对冷却套20进行支撑，使焊接部21与石英管10保持不接触，完成加热后，同时从两端进行施力推冷却套20两端的焊接部21，使其继续翻折直至与石英管10外壁接触、并焊接在一起；

S5、二次焊接，使用焊接火对石英管10伸出冷却套20两端的部位依次进行加热，从内将石英管10的一端直径扩大形成扩口段12，完成扩口段12后整体推动该端扩口段12沿轴心线方向朝冷却套20移动，直至连接段11与扩口段12之间的台阶处与焊接部21接触、并焊接在一起；待该端冷却后，采用同样的方式完成另一端的扩口段12成型以及焊接，冷却后形成成品工件；

S6、退火，在温区范围1150℃~1180℃条件下，恒温时间30分钟；

S7、过程清洗，将退火后工件放入温度为15~25℃的3%-5%硝酸中浸泡1~2h，然后用10MΩ·cm以上纯水清洗。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种石英冷却管，包括石英管（10）和焊接在石英管（10）外壁上的冷却套（20），在冷却套（20）上设置有进水口（51）和出水口（52），其特征是：石英管（10）包括供冷却套（20）套设的连接段（11）、以及位于连接段（11）两端的扩口段（12），冷却套（20）的两端设置有向内翻折的焊接部（21），同一横截面上冷却套（20）与焊接部（21）间呈钝角设置；连接段（11）和扩口段（12）间呈台阶设置，且连接段（11）和扩口段（12）间的台阶处与焊接部（21）焊接连接。

2.根据权利要求1所述的石英冷却管，其特征是：在石英管（10）和冷却套（20）之间的冷却腔内设置有进水管（30）和出水管（40），进水管（30）和出水管（40）上均分布设置有多个通孔（31），进水管（30）与进水口（51）连通，出水管（40）与出水口（52）连通。

3.一种用于加工权利要求1中石英冷却管的生产设备，其特征是：包括夹持架（100）、两可插入石英管（10）端部的定位组件（200）、以及两分别用于驱动两定位组件（200）做轴向移动的驱动元件（300），两驱动元件（300）安装于夹持架（100），两定位组件（200）轴向滑移安装于夹持架（100）、并呈同轴心间隔设置；

定位组件（200）包括转动件（220）、受控于驱动元件（300）移动的安装座（210）、用于驱动转动件（220）自转的动力元件（230）、多个随转动件（220）转动并做径向移动的扩口件（240）、用于驱动扩口件（240）做轴向滑移的焊接驱动件（250），动力元件（230）安装于安装座（210），在焊接驱动件（250）上设置有用于与扩口段（12）端部抵触的挡板（251）。

4.根据权利要求3所述的石英冷却管的生产设备，其特征是：动力元件（230）为抱闸电机，动力元件（230）与转动件（220）间齿轮传动。

5.根据权利要求3或4所述的石英冷却管的生产设备，其特征是：焊接驱动件（250）为一螺纹连接于安装座（210）的转盘，转动件（220）或/和扩口件（240）轴向定位连接于转盘。

6.根据权利要求5所述的石英冷却管的生产设备，其特征是：转盘上设置有多段螺旋导向轨（252），扩口件（240）上设置有滑移安装于螺旋导向轨（252）的滑移块（540），扩口件（240）与转动件（220）间连接有活动伸缩杆（400）；焊接驱动件（250）在安装座（210）上转动的阻力大于滑移块（540）在螺旋导向轨（252）上滑移所受的阻力。

7.根据权利要求6所述的石英冷却管的生产设备，其特征是：扩口件（240）的内侧设置有可调伸缩杆（500），滑移块（540）安装于可调伸缩杆（500）远离扩口件（240）的一端。

8.根据权利要求6所述的石英冷却管的生产设备，其特征是：螺旋导向轨（252）远离转盘轴心的一端连接有圆弧导向轨（253）。

9.根据权利要求8所述的石英冷却管的生产设备，其特征是：滑移块（540）为一转动连接在可调伸缩杆（500）上的活动轮。

10.根据权利要求3所述的石英冷却管的生产设备，其特征是：驱动元件（300）为气缸，安装座（210）安装于驱动元件（300）的活塞杆、且滑移安装于夹持架（100）。

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