專利名稱：一種顆粒種子密封源的外殼密封焊接方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬金屬焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種顆粒密封種子源的超薄、高熔點(diǎn)微型金屬管外殼的密封焊接方法和裝置。
用組織間永久性植入人體的微型密封放射源，又稱顆粒種子密封放射源進(jìn)行放射治療的技術(shù)是從80年代發(fā)展起來的內(nèi)放療技術(shù)。選用半衰期短，能量低，便于操作的放射性核素，主要有金-198，碘-125和鈀-103，制成微型源芯，然后將其密封起來，保證放射源外表面無放射性沾污，放射源密封性能合格的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是源外表面擦試放射性沾污劑量要小于185Bq，因此，這種種子源的密封技術(shù)是生產(chǎn)合格產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)之一，美國(guó)人用激光焊接技術(shù)解決了這種微形種子源的外殼(通常用鈦金屬管)的密封問題，但國(guó)內(nèi)至今未能解決，有的單位正在洽談從美購(gòu)進(jìn)這種激光焊機(jī)。
鈦金屬的密度與人的骨骼接近，對(duì)體內(nèi)各種有機(jī)物不起化學(xué)反應(yīng)，且親和力強(qiáng)，易為人體所容納，對(duì)任何消毒方式也能適應(yīng)，是一種理想的醫(yī)用材料，顯然也是植入體內(nèi)組織間治療用微形顆粒放射源理想的密封材料，但鈦又是一種難熔金屬(熔點(diǎn)達(dá)1941K)，鈦及鈦合金在高溫時(shí)易吸收氮、氫、氧等氣休，鈦加熱到520K時(shí)能吸收大量氫氣，在673K時(shí)吸收氧氣，在870K時(shí)吸收氮?dú)狻?，吸收這些氣體之后，其塑性強(qiáng)烈降低，使材料變脆，所以用一般的焊接方法焊接時(shí)，焊接性能差。
以6711型碘-125顆粒種子密封源為例，其密封外殼是直徑為0.8mm，壁厚為0.05mm，長(zhǎng)度為4.5mm的薄壁微型鈦管，密封焊接質(zhì)量要求高，密封性能好、泄漏率小、焊口能抗-40℃到室溫和873K到室溫的熱沖擊，管的外部能承受2MPa的壓力，能耐一米高50g重的砝碼自由落體的撞擊。而且還要求在焊件長(zhǎng)度方向的損耗量小于0.3mm，熱影響區(qū)要小于0.5mm。
本發(fā)明的目的是為解決微形種子源密封問題而研究出一種超薄高熔點(diǎn)微型金屬管材的密封焊接工藝和裝置，攻克國(guó)內(nèi)至今尚未解決的難題。
本發(fā)明通過實(shí)施下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種顆粒種子密封源的外殼密封焊接方法，其特征在于在氬氣氛圍中，采用電阻閃光焊接方法，即以焊件1為一個(gè)電極，在焊件1和另一個(gè)電極2間加上電壓，輕輕接觸二個(gè)電極，利用瞬間產(chǎn)生的較大熱量，實(shí)現(xiàn)對(duì)壁厚為微米量級(jí)的高熔點(diǎn)微型金屬管材料的密封焊接，具體工藝步驟如下(1)為薄壁金屬管材即焊件1制作一特殊的密封塞5，塞子外端部平面上有一個(gè)小凸點(diǎn)，小凸點(diǎn)的直徑為塞子直徑的 高度為0.1-0.3mm，(2)將密封塞塞進(jìn)焊件1內(nèi)(凸點(diǎn)朝外)，至塞子外端部平面距焊件的管口處0.05-0.15mm處，(3)將焊件置于焊臺(tái)3的組合夾具4孔內(nèi)，并務(wù)必使焊件露出夾具孔外部份的高度不大于0.2mm，固定，
(4)根據(jù)焊件1的管徑與壁厚，由電源電壓調(diào)節(jié)裝置10選擇適當(dāng)?shù)暮附与妷海?5)打開氬氣，合上電源，(6)快速移動(dòng)閃光電極，進(jìn)行封焊。
種子源的外殼即焊件1為外徑小于1mm的鈦或白金的管材或杯材。對(duì)壁厚數(shù)微米的焊件1，焊接電壓為6-10V。對(duì)壁厚數(shù)拾微米的焊件1，焊接電壓為14-16V。必要時(shí)，可由電源自控裝置11設(shè)定電源的導(dǎo)通角，以進(jìn)一步控制焊接時(shí)的功率。
一種顆粒種子密封源的外殼密封焊接設(shè)備，其特征在于整個(gè)裝置由定位移動(dòng)焊臺(tái)3，組合焊件夾具4，移動(dòng)電極支架4，移動(dòng)閃興電極2，移動(dòng)閃光電極座8，通氣孔9，保護(hù)氣體、電極回路管道7，電源電壓調(diào)節(jié)裝置10等組成。閃光電極2緊密安裝在電極座8上，并作為一整體置于管道7的一端內(nèi)，其另一端有二個(gè)開口，一個(gè)通氬氣，另一個(gè)通電源回路導(dǎo)線，整個(gè)管道7置于電極支架6上，并可在支架6上來回平滑移動(dòng)；組合夾具4牢固安裝在焊臺(tái)3上，并可方便拆卸；焊臺(tái)3本身可上下左右移動(dòng)，組合夾具4上有多個(gè)安插固定焊件1的孔，組合夾具4與一組數(shù)個(gè)焊件1作為整體是電阻閃光焊接回路中的一個(gè)電極。移動(dòng)焊臺(tái)3由絕緣材料如聚四氟乙烯制作。組合焊件夾具4由導(dǎo)電材料如銅制成。移動(dòng)電極支架6可由表面刨光的不銹鋼材制作。移動(dòng)閃光電極2由鎢金屬材料制作。移動(dòng)閃光電極座8由銅材制作。閃光電極座8上沿縱向打有多個(gè)通氣孔9。保護(hù)氣體及電極回路管道7為橡皮管或塑料管。電極回路中可安一個(gè)電源自控裝置11，以進(jìn)一步控制焊接時(shí)所用的功率。
本發(fā)明的電阻閃光焊接方法的原理敘述如下圖2是電阻閃光焊接原理示意圖，電阻閃光焊是在電極2與焊件1不斷閃光加熱使端面金屬熔化完成的。閃光是電極2和連接焊件端面的液體金屬過梁不斷形成和爆破的過程。焊接開始，焊件1與電極2間加上電壓，然后使焊件1端面與電極2間的個(gè)別點(diǎn)輕輕接觸而接通電路，由于電極2與焊件1端面接觸點(diǎn)的面積特別小，電極2與焊件1端面接觸點(diǎn)所受壓力又幾乎等于零，因此，接觸點(diǎn)具有較大的電阻和電流密度，產(chǎn)生較大熱量，瞬時(shí)間把焊件1上的觸點(diǎn)及其鄰近的金屬加熱熔化形成一個(gè)和數(shù)個(gè)連接焊件與電極端面的液態(tài)金屬小橋稱為過梁。其形狀如圖2所示。
過梁形成后，閃光接觸電阻即過梁自身電阻。由于液態(tài)金屬電阻率很高，通過的電流密度又大，因而過梁加熱非常劇烈，焊件1端面金屬瞬時(shí)間加熱到沸騰溫度，激烈氣化在蒸氣壓力作用下過梁爆破。當(dāng)一個(gè)過梁爆破之后，電流在剩余的過梁中重新分配，使電流密度增加，又促使其他過梁爆破。電極2繼續(xù)移近，新的過梁不斷形成，不斷爆破，液態(tài)金屬微粒不斷噴出，形成連接的火花流，移出電極完成焊接。以碘-125種子密封放射源為例，閃光焊接初始的觸點(diǎn)是放射源塞子上的尾部凸點(diǎn)，第二個(gè)閃光觸點(diǎn)是0.05mm壁厚的鈦杯口，完成這兩觸點(diǎn)的焊接時(shí)間只需百分之一秒左右。本發(fā)明的突出效果是焊接速度快，瞬間就完成一次焊接( 秒左右)，熱影響區(qū)小，焊件溫度低，焊件管內(nèi)壓力小，密封性能好，成功率高(幾乎100％)，所有這些優(yōu)點(diǎn)保證了生產(chǎn)的密封種子源的各項(xiàng)指標(biāo)都符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，源表面放射性擦試沾污完全符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)即小于185Bq，幾乎為零。
本發(fā)明有如下附1.氬氣保護(hù)超薄微型金屬管材電阻閃光密封焊機(jī)示意2.書館電阻閃光焊接原理示意圖下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明以6711型碘-125顆粒種子密封源為例，對(duì)編號(hào)為CIAE-6711的碘-125顆粒種子源外殼(一種鈦杯)進(jìn)行密封焊接。如

圖1示，焊件1為鈦杯，其外徑是φ0.80±0.05mm，內(nèi)徑φ0.68mm，壁厚為0.05mm，鈦杯塞5的尺寸為φ0.68-×0.8mm，塞子外端面上的尾凸大小為φ0.15×0.2mm，鈦杯長(zhǎng)4.5mm，內(nèi)裝一滲過碘-125的φ0.5mm×3mm的銀棒。首先對(duì)焊件1，塞子5以及鎢電極2進(jìn)行清洗后，將塞子5塞進(jìn)鈦杯口內(nèi)，即焊件1內(nèi)，使鈦杯口高出塞子5外端面0.1mm，而該塞子5端面上的小尾凸仍能高出鈦杯口約0.1mm。將焊件1置于焊臺(tái)3上的組合夾具4插孔內(nèi)，使鈦杯口露出夾具4平面的高度小于0.2mm；調(diào)整并固定好夾具4以及移動(dòng)焊臺(tái)3的位置，使杯塞5尾凸點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)鎢電極即閃光電極2，打開氬氣，調(diào)電源電壓調(diào)接器10選擇電壓15伏，電源自控裝置11選擇導(dǎo)通角為150°，按圖1所示F力方向快速移動(dòng)閃光電極2，完成封焊。封焊好的CIAE-6711碘-125顆粒種子源，通過四種檢漏方法并用，即首先在放大40-100倍的顯微鏡下觀察焊口有無大的孔洞。第二種方法用熱液體鼓泡法檢漏，有無小孔，第三種方法用源表面放射性擦試法，最后，用24小時(shí)水浸泡法檢漏，證明該發(fā)明焊接技術(shù)的成功率極高，源表面放射性沾污劑量幾乎為零，完全符合國(guó)際規(guī)定小于185Bq的標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種顆粒種子密封源的外殼密封焊接方法，其特征在于在氬氣氛圍中，采用電阻閃光焊接方法，即以焊件(1)為一個(gè)電極，在焊件(1)和另一個(gè)電極(2)間加上電壓，輕輕接觸二個(gè)電極，利用瞬間產(chǎn)生的較大熱量，實(shí)現(xiàn)對(duì)壁厚為微米量級(jí)的高熔點(diǎn)微型金屬管材料的密封焊接，具體工藝步驟如下(1)為薄壁金屬管材即焊件(1)制作一特殊的密封塞(5)，塞子外端部平面上有一個(gè)小凸點(diǎn)，小凸點(diǎn)的直徑為塞子直徑的 高度為0.1-0.3mm，(2)將密封塞塞進(jìn)焊件(1)內(nèi)(凸點(diǎn)朝外)，至塞子外端部平面距焊件(1)的管口處0.05-0.15mm處，(3)將焊件(1)置于焊臺(tái)(3)的組合夾具(4)孔內(nèi)，并務(wù)必使焊件(1)露出夾具孔外部份的高度不大于0.2mm，固定，(4)根據(jù)焊件(1)的管徑與壁厚，由電源電壓調(diào)節(jié)裝置(10)選擇適當(dāng)?shù)暮附与妷海?5)打開氬氣，合上電源，(6)快速移動(dòng)閃光電極，進(jìn)行封焊。
2，由權(quán)利要求1所述的焊接方法，其特征在于種子源的外殼即焊件(1)為外徑小于1mm的鈦或白金的管材或杯材。
3，由權(quán)利要求1或2所述的焊接方法，其特征在于對(duì)壁厚數(shù)微米的焊件(1)，焊接電壓為6-10V。
4，由權(quán)利要求1或2所述的焊接方法，其特征在于對(duì)壁厚數(shù)拾微米的焊件(1)，焊接電壓為14-16V。
5，由權(quán)利要求1-4所述的焊接方法，其特征在于必要時(shí)，可由電源自控裝置(11)設(shè)定電源的導(dǎo)通角，以進(jìn)一步控制焊接時(shí)的功率。
6，一種顆粒種子密封源的外殼密封焊接設(shè)備，其特征在于整個(gè)裝置由定位移動(dòng)焊臺(tái)(3)，組合焊件夾具(4)，移動(dòng)電極支架(4)，移動(dòng)閃興電極(2)，移動(dòng)閃光電極座(8)，通氣孔(9)，保護(hù)氣體、電極回路管道(7)，電源電壓調(diào)節(jié)裝置(10)等組成。閃光電極(2)緊密安裝在電極座(8)上，并作為一整體置于管道(7)的一端內(nèi)，其另一端有二個(gè)開口，一個(gè)通氬氣，另一個(gè)通電源回路導(dǎo)線，整個(gè)管道(7)置于電極支架(6)上，并可在支架(6)上來回平滑移動(dòng)；組合夾具(4)牢固安裝在焊臺(tái)(3)上，并可方便拆卸；焊臺(tái)(3)本身可上下左右移動(dòng)，組合夾具(4)上有多個(gè)安插固定焊件(1)的孔，組合夾具(4)與一組數(shù)個(gè)焊件(1)作為整體是電阻閃光焊接回路中的一個(gè)電極。
7，根據(jù)權(quán)利要求6所述的焊接裝置，其特征在于移動(dòng)焊臺(tái)(3)由絕緣材料如聚四氟乙烯制作。
8，由權(quán)利要求6或7所述的焊接裝置，其特征在于組合焊件夾具(4)由導(dǎo)電材料如銅制成。
9，由權(quán)利要求6或7或8所述的焊接裝置，其特征在于移動(dòng)電極支架(6)可由表面刨光的不銹鋼材制作。
10，由權(quán)利要求6-9所述的焊接裝置，其特征在于移動(dòng)閃光電極(2)由鎢金屬材料制作。
11，由權(quán)利要求6-10所述的焊接裝置，其特征在于移動(dòng)閃光電極座(8)由銅材制作。
12，由權(quán)利要求6-11所述的焊接裝置，其特征在于閃光電極座(8)上沿縱向打有多個(gè)通氣孔(9)。
13，由權(quán)利要求6-12所述的焊接裝置，其特征在于保護(hù)氣體及電極回路管道(7)為橡皮管或塑料管。
14，由權(quán)利要求6-13所述的焊接裝置，其特征在于電極回路中可安一個(gè)電源自控裝置(11)，以進(jìn)一步控制焊接時(shí)所用的功率。
全文摘要
一種顆粒密封種子源的密封焊接方法及設(shè)備,涉及超薄高熔點(diǎn)微型金屬管材料的密封焊接技術(shù),該發(fā)明采用在氬氣氛圍中的電阻閃光焊接方法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)壁厚為微米量級(jí)的微型金屬管材料的密封焊接。焊接設(shè)備主要由定位移動(dòng)焊臺(tái)3,組合焊件夾具4,移動(dòng)閃光電極2,移動(dòng)閃光電極座8,移動(dòng)電極支架6,氬氣和電極回路管道7及電源電壓調(diào)節(jié)裝置10等組成。用該發(fā)明的方法和設(shè)備密封焊接的種子源外殼,密封性能好,制成的碘－125顆粒種子密封源的表面擦拭放射性沾污幾乎等于零,完全滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)小于185Bq的要求。
文檔編號(hào)A61M36/02GK1334165SQ0112370
公開日2002年2月6日 申請(qǐng)日期2001年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月27日
發(fā)明者山常起 申請(qǐng)人:中國(guó)原子能科學(xué)研究院