DE2816188A1 - Anodenbaueinheit - Google Patents

Anodenbaueinheit

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Publication number
DE2816188A1
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DE
Germany
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substrate
foot
niobium
molybdenum
disc
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Pending
Application number
DE19782816188
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English (en)
Inventor
Jun Thomas Maurice Devine
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
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Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00X-ray tubes
    • H01J35/02Details
    • H01J35/04Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08Anodes; Anti cathodes
    • H01J35/10Rotary anodes; Arrangements for rotating anodes; Cooling rotary anodes

Landscapes

  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • X-Ray Techniques (AREA)

Description

  • Anodenbaueinheit
  • Die Erfindung bezieht sich auf Anodenbaueinheiten für Röntgenröhren mit rotierender Anode und im besonderen auf die Verbindung der Anodenscheibe mit dem Anodenfuß.
  • Die Anodenbaueinheit für eine Röntgenröhre mit rotierender Anode besteht aus einer Anodenscheibe, die ein Target aus einer Wolframrheniumlegierung umfaßt, das mit einer Basis oder mit einem Substrat verbunden ist, das aus Molybdän oder einer Molybdänwolframlegierung besteht. Die Anodenscheibe ist mit einem Fuß verbunden, der seinerseits an dem Rotor eines Induktionsmotors befestigt ist. Der Fuß kann aus Niob bestehen, Ein Verfahren zum Verbinden des Substrates mit dem Fuß schließt das Kaltverformen gefolgt von einer Wärmebehandlung ein, um eine Diffusionsverbindung zwischen den Komponenten herzustellen. Um jedoch eine gute Diffusionsverbindung zu erhalten, muß man das Verfahren in Beachtung genauer Messungen und unter Einhaltung einer guten Sauberkeit ausführen. Die Abmessungen des Außendurchmessers des Fußes und des Innendurchmessers des Loches im Substrat müssen sehr genau übereinstimmen. Im Idealfalle wird ein Festsitz bzw. eine Passung zur Herstellung einer guten Diffusionsbindung geschaffen. Ein solcher Festsitz hängt jedoch vom Grad der Oberflächenbeschaffenheit und Oberflächenreinheit ab. Ist das anfängliche Ausmaß der innigen Berührung zwischen Fuß und Substrat nicht ausreichend, dann erhält man eine unvollständige Diffusionsverbindung. Eine solche unvollständige Verbindung zwischen Fuß und Scheibe stellt einen Strukturfehler dar. Ein solcher Fehler kann unter dem Einfluß der Rotationsbelastungen und der zyklischen thermischen Belastungen zu einem katastrophalen Versagen der Anodenscheibe führen.
  • Durch die vorliegende Erfindung wird eine neue und verbesserte Anodenbaueinheit für Röntgenröhren mit rotierender Anode geschaffen. Die Anodenbaueinheit umfaßt einen Fuß, der mittels Trägheits- bzw. Schwerkraft -schweißen an einer Scheibe befestigt ist. Die Scheibe schließt ein Substrat mit einem zentralen und einem einstückig damit ausgebildeten Außenteil ein. Die beiden entgegengesetzten Hauptoberflächen des Substrates sind die innere bzw. die äußere Oberfläche des Sub -strates, das vorzugsweise eine schalenförmige Konfiguration aufweist. Ein integral mit dem Substrat ausgebildeter Ansatz befindet sich an der inneren Oberfläche des zentralen Teiles des Substrates. Die Längsachse des Ansatzes ist mit der Vertikalachse des Substrates ausgerichtet. Die Längsachse des Fußes ist ebenfalls mit der Vertikalachse des Substrates ausgerichtet. Die Schweißverbindung wird an den aneinanderstoßenden Flächen des einen Endstückes des Fußes und der Oberfläche des Ansatzes gebildet. Ein Röntgenstrahltarget ist an einer ausgewählten äußeren Oberfläche des Außenteils des Substrates befestigt.
  • Das Material des Substrates ist vorzugsweise Molybdän.
  • Das Material des Fußes kann Niob oder eine Nioblegierung sein, z.B. Nb 291, Nb 103 oder Nb-1Zr.
  • Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen Fig. 1 eine Seitenansicht im Schnitt einer Scheibe einer Anodenbaueinheit, Figo 2 eine Seitenansicht im Schnitt eines Fußes einer Anodenbaueinheit und Figo 3 eine Seitenansicht im Schnitt einer fertigen Anodenbaueinheit.
  • In Figur 1 ist eine Scheibe 10 zur Verwendung für eine Anode in einer Röntgenröhre mit rotierender Anode gezeigt. Die Scheibe 10 umfaßt eine Basis bzw. ein Substrat 12 mit einer schalenförmigen Konfiguration aus einem zentralen Teil 14 und einem damit integral ausgebildeten äußeren Teil 16. Der zentrale Teil 14 weist die innere Oberfläche 18 und die äußere Oberfläche 20 auf. Der äußere Teil 16 des Substrates hat die innere Oberfläche 22 und die äußere Oberfläche 24. Zentral auf der inneren Oberfläche 18 erhebt sich ein Ansatz 26, der einstückig mit dem zentralen Teil 14 ausgebildet ist. Dieser erhobene Ansatz 26 weist eine zentrale Achse auf, die mit der zentralen Achse der Scheibe 10 zusammenfällt. Weiter hat der Ansatz 26 eine seinem Querschnitt entsprechende Oberfläche 27. Das Material des Substrates bzw. der Basis 12 kann Molybdän oder eine Molybdänlegierung wie Molybdän mit 5 Gewichtsprozent Wolfram oder irgendein anderes geeignetes Material sein, das den Betriebstemperaturen von 1000 bis 13500C, den raschen Heizzyklen von Zimmertemperatur bis zur Betriebstemperatur und einem Minimum von 10 000 Betriebszyklen widersteht. Das Molybdänsubstrat kann Material umfassen, das geschmiedet und rekristallisiert wurde oder das aus gepreßtem gesintertem und geschmiedetem Material erhalten wurde.
  • Auf der äußeren Oberfläche 24 des Außenteiles 16 der Scheibe 10 befindet sich eine Schicht 28aus einem Metall, das als Röntgenstrahltarget wirken kann. Dieses Metall kann Wolfram oder eine Wolframlegierung sein. Eine geeignete Wolframlegierung ist eine mit 3 bis 10 Gew.% Rilenium.
  • In Figur 2 ist ein Fuß 30 gezeigt, der aus einem geeigneten Material, wie Niob, hergestellt ist. Andere geeignete Materialien für diesen Fuß sind Nioblegierungen, wie Niob291, Niob103 oder eine Nioblegierung mit 1 Gew.% Zirkon. Der Fuß 30 kann eine innere Wandoberfläche 32 aufweisen, die eine Innenkammer begrenzt, durch die die thermische Leitfähigkeit des Fußes verringert wird.
  • Die Kammer weist eine Längsachse auf, die mit der Längsachse des Fußes 30 zusammenfällt. Der Fuß 30 weist einen einstückig damit ausgebildeten festen Endteil 34 auf, der eine Oberfläche 36 hat.
  • Der Fuß 30 wird durch Trägheits- bzw. Schwerkraftschweißen mit der Scheibe 10 verbunden. Bei diesem Verschweißen werden die beiden Komponenten an ihren Oberflächen 27 bzw. 36 miteinander verbunden. Beim üblichen Trägheits- bzw. Schwerkraftschweißen wendet man Druck in einer Stufe an, Da Molybdän und seine Legierungen, die das Material für die Scheibe 10 bilden, eine relativ hohe Ubergangstemperatur vom duktilen zum spröden Zustand aufweist, ist es notwendig, die Scheibe 10 vor dem Anwenden von Druck zum Verschweißen auf eine Temperatur von etwa 200 bis etwa 4000C vorzuerhitzen.
  • Der Bereich des Axialdruckes, der erforderlich ist für ein erfolgreiches Verschweißen der Komponenten, liegt 2 im Bereich von etwa 2 460 bis etwa 3520 kg pro cm Das Trägheitsschwungmoment für den Fuß 30 liegt im Bereich von 3,8 bis 8 x 106gr cm2. Der Bereich der Rotation für den Fuß 30 liegt zwischen l 400 und 2 800 Umdrehungen pro Minute. Die Gesamtstauchung beträgt etwa 1 cm und der Metallverlust bzw. die Gesamtkürzung des Fußes 30 beträgt 5 + 2,5 mm.
  • Unter Anwendung der obigen Parameter für das Trägheitsschweißen erhält man eine ausgezeichnete Schweißver -bindung 40. Die Untersuchung des Schweißverbindungsbereiches zeigt, daß das Material dort eine feine Kornstruktur aufweist. Die Schweißverbindung ist im wesentlichen frei von Hohlräumen und Spannungen, die bei Anodenbaueinheiten vorhanden sind, die nach anderen Verfahren erhalten sind.
  • Es kann auch ein Trägheitsschweißverfahren mit zwei Stufen angewandt werden. Bei der Anwendung des Zweistufenverfahrens muß die Scheibe 10 nicht separat vorerhitzt werden. In der ersten Stufe wird zum Rotieren des Fußes 30 eine hohe Spindelgeschwindigkeit benutzt und zum Erwärmen der Scheibe 10 durch Reibung wendet man eine geringe Axialkraft an. In der zweiten Stufe dagegen wendet man eine geringere Spindelgeschwindigkeit zusammen mit einer höheren Axialkraft an, um den Fuß 30 mit der Scheibe 10 durch Trägheitsschweißen zu verbinden. Die dabei erhaltene Schweißverbindung 40 weist wiederum ausgezeichnete physikalische Eigenschaften auf. Der Gesamtbetrag der Stauchung beträgt etwa 1 cm. Der Metallverlust vom Fuß 30 beträgt 5 + 2,5 mm.
  • In der folgenden Tabelle sind die Bedingungen für das Trägheitsschweißverfahren mit zwei Stufen zusammengefaßt Tabelle Parameter Minimum Maximum bevorzugt Trägheits- 3,8 . 1o6 8 . 1o6 3,8 . 106 schwungmment in gr cm erste Axialkraft 1410 2020 1590 in kg erste Spindel- 4,000 4,800 4,500 geschwindigkeit in Umdrehungen pro Minute zweite Axial- 5000 6030 5680 kraft in kg zweite Spindel- 250 500 400 geschwindigkeit in Umdrehungen pro Minute Stauchung 5 15 10 in mm Die obigen Werte für die Parameter haben ausgezeichnete Schweißverbindungen ergeben, wenn die Oberflächen 27 und 36 in der Größenordnung von 2,85 cm2 (entsprechend einem Durchmesser von 19 mm) waren. Die Schweißenergie während des Reibungsheizzyklus für die Scheibe 10 lag 3 2 bei etwa 1,39 x 103 m kg/cm2.
  • Die Wirkung des neuen Schweißverfahrens nach der vorliegenden Erfindung wurde durch Versuche demonstriert, in denen man die Schweißproben bis zum Bruch zogO In allen Fällen trat der Bruch entweder im Molybdänteil oder im Nioblegierungsteil der Probe in einem guten Abstand von der Schweißfläche auf 0 Die Nioblegierung Nb 291 enthält, in Gew.-%, 10 W, 10 Ta und als Rest Nb. Die Nioblegierung Nb 103 enthält, in Gew.-%, 10 Hf, 0,7 Zr, 1 Ti und als Rest Nb.

Claims (5)

  1. PatentansPrtiche Anodenbaueinheit für eine Röntgenröhre mit rotierender Anode mit einer Scheibe und einem Fuß, wobei die Scheibe ein Substrat und ein Röntgenstrahl target einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine Vertikalachse und zwei entgegengesetzte Hauptoberflächen aufweist, welche die innere bzw. äußere Oberfläche des Substrates bilden und das Substrat weiter einen zentralen und einen integral damit ausgebildeten äußeren Teil aufweist, wobei die Vertikalachse durch das Zentrum des zentralen Teils des Substrates verläuft, an der inneren Oberfläche des zentralen Teiles des Substrates ein einstückig damit verbundener Ansatz vorhanden ist, der einen Oberflächenbereich auf -weist, der allgemein parallel mit dem inneren Oberflächenbereich des Substrates ausgerichtet ist und eine Längsachse hat, die mit der Vertikalachse des Substrates zusammenfällt, das Röntgenstrahltarget an einem ausgewählten Oberflächenbereich der äußeren Oberfläche des äußeren Teiles des Substrates befestigt ist, der Fuß eine längsachse und eine Endoberfläche aufweist und eine Schweißverbindung den Fuß mit dem Ansatz der Scheibe an den aneinanderstoßenden Oberflächen von Ansatz und Fuß verbindet und die Längsachse des Fußes so ausgerichtet ist, daß sie mit der Vertikalachse des Substrates und der Längsachse des Ansatzes zusammenfällt.
  2. 2. Anodenbaueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine schalenförmige Konfiguration hat, wobei die innere Oberfläche des Substrates den einstückig damit ausgebildeten Ansatz umgibt.
  3. 3. Anodenbaueinheit nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Substrates Molybdän oder eine Molybdänlegierung und das Material für den Fuß Niob oder eine Nioblegierung aus Niob 291, Niob 103 oder Niob-l Zirkonium ist.
  4. 4. Anodenbaueinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Substrates gepreßtes und gesintertes Molybdän ist.
  5. 5. Anodenbaueinheit nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Substrates Molybdän ist, das gepreßt, gesintert und dann geschmiedet ist.
DE19782816188 1977-04-18 1978-04-14 Anodenbaueinheit Pending DE2816188A1 (de)

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US4736400A (en) * 1986-01-09 1988-04-05 The Machlett Laboratories, Inc. Diffusion bonded x-ray target

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ES468605A1 (es) 1978-11-16
JPS54597A (en) 1979-01-05

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