сварке составляет примерно одну треть энергии, вводимой при дуговой сварке. Минимальная деформация свариваемых деталей и высокие физико-механические характеристики сварного шва исключают его последующую механическую и термическую обработку 1123]. Этот вид сварки-наиболее удобен для сварки узлов металлостеклянных корпусов НТ, а также металлотритиевых мишеней.

Лазерная сварка. Источником энергии при лазерной сварке является лазер. Для сварки используют твердотельные и газовые лазеры с мощностью 10-10* Вт/см. Излучение может быть как непрерывным, так и импульсным. При лазерной сварке отсутствует механиче-; ский контакт между соединяемыми деталями и устройства-: ми, служащими для передачи энергии к месту сварки, что: исключает вторичность попадания в зону шва посторонних.: примесей, как это бывает при аргоно-дуговой и контакт- ной сварках. Лазерной сваркой как в вакууме, так и в обыч-; ной атмосфере можно соединять детали толщиной от 0,01 до 1 мм практически из любых металлов и сплавов.

Микроплазменная сварка. При использовании сжатой дуги (0,1-40 А) прямого действия между электродом и изделием сварку называют микроплазменной. Стабильность игольчатой микроплазмы достигается применением сопла малого диаметра (менее 1 мм) и непрерывно горящей между электродом и соплом дежурной дуги, что создает на выходе из сопла поток плотной ионизированной плазмы в разрядном промежутке, обеспечивая устойчивое возбуждение основной дуги при подаче напряжения между вольфрамовым электродом и изделием. В данном случае защитным газом является аргон высокой степени очистки, а плазмообразу--ющим газом - смесь с более высоким потенциалом ионизации: аргон с гелием (до 70 %), водородом (до 10-15 %), азотом и др.

Диффузионная сварка (ДС) осуществляется в результате взаимной диффузии атомов контактирующих частей при длительном воздействии повышенной температуры и незначительной пластической деформации [611. Основные параметры диффузионной сварки - температура нагрева, давление, время нагрева, среда, в которой проводят сварку.

Температура для однородных металлов должна составлять 0,5-0,8 температуры плавления металла или сплава, а при сварке разнородных - 0,5-0,7 температуры более легкоплавкого металла. Такая температура ускоряет взаимную диффузию атомов материалов через поверхность стыка и облегчает снятие неровностей поверхности и пластическое деформирование металла.

Давление в контакте соединяемых деталей в зависимости от температуры и рода свариваемых материалов может меняться от 3-5 до 100 МПа. Осадку деталей осуществляют главным образом пневматическими системами. Время сварки составляет от нескольких до десятков минут. Сварку выполняют в условиях безокнслительного нагрева, для этого в сварочной камере поддерживается разрежение 10~ - 10- Па.

Особым видом диффузионной сварки является сварка в контролируемой атмосфере, при которой в качестве защитных газов используют водород, аргон, гелий. Преимущества диффузионной сварки - возможность сварки разнородных материалов, получение равнопрочных соединений без заметного изменения физико-химических свойств, отсутствие присадочных материалов, высокое качество защиты.

Изготовление металлостеклянных узлов. Практически во всех НТ используются металлостеклянные узлы: корпуса, вводы, изоляторы, ножки и др. Рассмотрим особенности технологии изготовления металлостеклянных узлов из спаев [9, 43, 123, 126].

Первым условием образования прочного спая металла со стеклом является достижение температуры, при которой стекло начнет хорошо смачивать металл и сила сцепления между ними будет максимальной. Установлено, что довольно прочный спай можнополучить, используя образование промежуточного окисного слоя. Окислы металла, покрывающие металл с поверхности, при спаивании растворяются в стекле, образуя тонкий переходный цементирующий слой, состоящий из металла, его окиси и стекла.

Вторым условием получения прочного спая металла со стеклом является предупреждение напряжений в спае за счет правильного подбора материалов. Наиболее прочны спаи стекла и металла, обладающие равными или почти равными температурными коэффициентаг.ш расширения (ТКР). Прочность спая тем больше, чем ближе эти значения во всем интервале температур: от комнатной до температуры спаивания. Спаи, удовлетворяющие этому требованию, называют согласованными, например, спаи ковар - стекло С49-2, С52-1, платина - стекло ХУ-1, № 23, вольфрам - стекло П-15 (пирекс) и т. д.

При изготовлении металлостеклянных спаев в металле и в стекле возникают напряжения, противоположные по знаку, обусловленные различием их ТКР. При этом максимальные напряжения возникают на границе между стеклом и металлом. Образующиеся напряжения могут вызвать

разрушение стекла в спае. Для контроля напряжений используют специальные приборы - поляриметры. Снять напряжение в спае можно при отжиге. Но при этом надо учитывать, что в спаях, кроме напряжений, вызываемых различием в ТКР, имеются еще обычные термические напряжения, образующиеся при неравномерном охлаждении стекла. Выбор оптимальных режимов отжига зависит от соот-

/1 М "О п

Рис. 39. Виды рантовых согласованных спаев

ношения ТКР и температур размягчения металла и стекла (определяющих значение коэффициентных напряжений), а также от толщины стеклянной детали (определяющей значение термических напряжений).

Самым распространенным видом спаев при производстве НТ является спай коваровых и стеклянных труб из стекла типа С52-1 или С49-2. Такие спаи называются рантовыми. Виды рантовых согласованных спаев показаны на рис. 39 [43]. Самая распространенная конструкция показана на рис. 39, ж.

Для получения качественного спая ковара со стеклом необходимо коваровую деталь перед пайкой подвергнуть предварительному окислению. Для этого деталь отжигают в среде влажного водорода. Наличие восстановительной водородной среды предотвращает утолщение окисной пленки, так как одновременно с окислением протекает процесс восстановления окисла. Отжиг в среде влажного водорода также способствует удалению с поверхности металла углеродистых загрязнений. .. -

Для изготовления рантовых трубчатых слоев применяют разогрев спаиваемых деталей током высокой частоты, который наводится в металле спая. Для этого у места спая устанавливают индуктор из медной трубки, подсоединенный к генератору высокой частоты. Сначала возбуждаются вихревые индукционные токи в металле - это вызывает разогрев металла и прилегающих к нему участков стекла. При разогреве стекло начинает проводить электрический ток, что еще больше повышает температуру в месте спая и обеспечивает равномерный и быстрый нагрев стекла. Размягченное стекло обтекает металл, образуя с ним спай (рис. 40).

О качестве впая металла в стекло можно судить по цвету спая. Хорошо выполненный впай ковара имеет цвет от светло-коричневого до темно-серого.

Рис. 40. Положение экранирующего металлического кольца при заварке (а) и отжиге (б)

Изготовление металлокерамических соединений. В настоящее время на смену металлостеклянным корпусам, вводам и изоляторам НТ приходят соответствующие детали из металлокерамических соединений. Объясняется это тем, что керамические материалы отличаются от стекла более высокой механической прочностью, термостойкостью, отсутствием деформаций и изменений свойства и структуры при повышенных температурах, более высоким пробивным напряжением, возможностью более полного обезгажива-ния при вакуумной обработке трубки; устойчивостью к действию ионизирующих излучений и др.

К недостаткам керамики относятся: малая ударная прочность, усадка в процессе обжига, трудность механической обработки и непрозрачность для светового и инфракрасного излучения. Вакуумно-плотные соединения керамики с металлом получают пайкой, диффузионной и электроннолучевой сварками [9, 61, 126].

Пайка керамики с металлом разделяется на мягкую и твердую. Мягкая пайка состоит в лужении керамики с помощью ультразвука и последующей пайки этой керамики с помощью обычных приемов мягкой пайки. Облуживание осуществляют припоем, состоящим из 80-90 % олова и 10-20 % цинка с температурой плавления 199-205 °С. Ультразвук действует на материал через жидкую фазу припоя, поэтому очищенные для пайки детали прогревают пред-

6. Режим диффузкськой

варительно до 240-250 °С. Облуживают ультразвуковым паяльником, например УП-21. Очистка поверхности и разрушение окислов под действием ультразвука происходят очень быстро. Очищенная поверхность облуживается] расплавленным припоем, а остатки окислов и все частицы, мешающие пайке, всплывают поверх припоя тонким слоем шлака, который удаляется с излишками припоя шпателем или тампоном. После облуживания на детали можно нарастить любое количество мягкого припоя или же их можно немедленно спаивать друг с другом путем легкого сжатия с небольшим дополнительным подогревом, если они начали остывать.

Твердую пайку выполняют следующими способами:

многоступенчатым, при котором на керамику предварительно наносят слой тугоплавкого металла, а затем производят пайку металлизируемой керамики с металлической деталью при помощи припоя;

одноступенчатым, при котором металлическую деталь спаивают с керамикой за одну операцию (без предварительной металлизации керамики) с помощью припоя, содержащего активный металл;

пайкой металлокерамической смесью, при которой создается согласованный спай металла с керамикой с помощью тщательно приготовленной смеси керамического и металлического порошков;

спаиванием с помощью стекла, при котором между метал-

Рис. 41. Конструкция

металлокерамяческого

спая:

а - цилиндрический охватывающий; б - конический охватывающий» в - охв»тываемый; г торцевой

сварки

Остывание

о к as о я

1§о

5-10 900 300 120 50

лом И керамикой создается промежуточный слой термостойкого стекла.

Пары керамика - металл для спая подбирают в зависимости от ТКР керамики и металла и конструкции спаев (рис. 41) [126]. Для образования прочного торцевого спая (рис. 41, г) необходимо сов-

падение ТКР металла и керамики во всем интервале температур, в противном случае в спае возникают напряжения. В несогласованных спаях, в которых металл охватывает керамику, ТКР металла должен быть больше ТКР керамики; в спаях, где металл находится внутри керамики, ТКР металла должен быть ниже, чем ТКР керамики. В этом случае в спае образуются напряжения, сжимающие керамику.

Исследования диффузионной сварки керамик 22ХС и М7 с медью [71] показали, что сварка керамики с металлами может осуществляться как в вакууме, так и в среде водорода [71]. Наличие окисла на поверхности металла облегчает его химическое взаимодействие с керамикой. Поэтому наиболее высокие механические показатели соединения достигаются, если восстановительная активность среды в сварочной камере невысока, что сохраняет на металлической поверхности слой окислов, прочно с ней связанной. Вместо меди можно использовать металлы: никель, сплав 29НК, нержавеющая сталь, молибден, ниобий, вольфрам.

Ориентировочные режимы диффузионной сварки крупногабаритных металлокерамических узлов из керамики 22ХС и М7 медью [61] приведены в табл. 6.

2.3. ИЗГОТОВЛЕНИЕ НЕЙТРОНООБРАЗУЮЩИХ МИШЕНЕЙ

Нейтронообразующая мишень состоит из подложки, на которую нанесен активный слой металла, обладающего хорошими сорбционными свойствами по отношению к изотопам водорода, насыщенный дейтерием, тритием или их смесью. Изготовление мишени состоит из следующих процессов: механическая обработка подложек и навесок ме-таллосорбента; очистка, обезжиривание, химическое травление подложки; вакуумный отжиг и очистка поверхностей подложки; распыление металла-сорбента и нанесение