[發(fā)明專利]一種激光焊接中等離子體羽輝微粒子成分的質(zhì)譜分析裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711120072.X
• 申請(qǐng)日: 2017-11-14
• 公開（公告）號(hào): CN107910241B
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉本康;王利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連民族大學(xué)
• 主分類號(hào): H01J49/04
• 分類號(hào): H01J49/04
• 代理公司: 21235 大連智高專利事務(wù)所(特殊普通合伙)
• 代理人: 趙志雄

本發(fā)明公開了一種激光焊接中等離子體羽輝微粒子成分的質(zhì)譜分析裝置，屬于質(zhì)譜分析技術(shù)領(lǐng)域。包括微粒子取樣單元以及真空腔體系統(tǒng)，所述微粒子取樣單元包括，同軸設(shè)置的取樣錐、截取錐以及準(zhǔn)直錐，所述取樣錐、截取錐以及準(zhǔn)直錐將真空腔體系統(tǒng)依次分隔為取樣室，截取室以及離化采樣室，所述取樣室連接冷卻系統(tǒng)和機(jī)械真空泵，所述截取室連接真空泵組A，所述離化采樣室連接真空泵組B，激光電離裝置位于離化采樣室外側(cè)，所述離化采樣室內(nèi)部依次設(shè)有離子提取系統(tǒng)、質(zhì)量分析器以及離子探測(cè)器。本申請(qǐng)針對(duì)激光焊接過程中產(chǎn)生的羽輝的光譜信息的認(rèn)識(shí)和理解上，進(jìn)一步對(duì)其微粒子的成分準(zhǔn)確而深入的認(rèn)識(shí)和判斷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微粒子成分的質(zhì)譜分析裝置，屬于質(zhì)譜分析技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

質(zhì)譜技術(shù)作為現(xiàn)代分析技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，在基礎(chǔ)科研如物理、化學(xué)、生物技術(shù)或者應(yīng)用前沿領(lǐng)域比如食品質(zhì)量檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等與生活息息相關(guān)的諸多方面均有著重要的應(yīng)用。其工作原理也較為簡單，主要就是將離子根據(jù)其相互之間不同的荷質(zhì)比來進(jìn)行區(qū)分并且最終認(rèn)定其相應(yīng)的成分。質(zhì)譜技術(shù)可以對(duì)離子通過質(zhì)量分析器進(jìn)行直接分析，而對(duì)于中性粒子則需要借助于外界的一些離子化方式，比如電子轟擊，化學(xué)電離，激光電離等手段先將其離子化再進(jìn)行分析。

高功率激光器在現(xiàn)代制造產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮著及其重要的作用，其中一個(gè)非常重要的分支就是利用高功率激光器進(jìn)行金屬抑或合金等同質(zhì)或者異質(zhì)材料之間的焊接。同時(shí)，激光焊接業(yè)已被證明其具有高精度、高質(zhì)量、高效率、高靈活性等諸多優(yōu)點(diǎn)并被愈發(fā)廣泛的應(yīng)用。而當(dāng)激光焊接過程中，由于巨大的能量瞬時(shí)作用于材料接口處使得其會(huì)在焊接接口的表面形成一個(gè)有不同成分構(gòu)成的羽輝，該羽輝的主要成分包括離子、電子以及中性原子或者分子。并且該羽輝的存在在很大程度上會(huì)抑制焊接效率并且影響焊接的質(zhì)量，這就需要深入的理解上述羽輝的詳細(xì)構(gòu)成信息以及狀態(tài)，并且據(jù)此發(fā)展可靠的羽輝抑制方法，從而可以發(fā)展根本性的方法來抑制羽輝的產(chǎn)生并且提高焊接質(zhì)量。但是，目前用來研究羽輝特性的往往采用的是光譜的方法，盡管該種方法可以獲取羽輝內(nèi)部的一些成分以及其所處的量子態(tài)分辨的信息。但是關(guān)于羽輝內(nèi)部的離子的詳細(xì)的構(gòu)成卻無法做到準(zhǔn)確的判斷，這就很大的限制了對(duì)羽輝整體特性的認(rèn)識(shí)。

因此，如何在前期針對(duì)激光焊接過程中產(chǎn)生的羽輝的光譜信息的認(rèn)識(shí)和理解上，進(jìn)一步對(duì)其微粒子的成分準(zhǔn)確而深入的認(rèn)識(shí)和判斷，是該領(lǐng)域所要面臨的一個(gè)急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種激光焊接中等離子體羽輝微粒子成分的質(zhì)譜分析裝置，從整體上把握羽輝微粒子的詳細(xì)構(gòu)成。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種激光焊接中等離子體羽輝微粒子成分的質(zhì)譜分析裝置，包括微粒子取樣單元以及真空腔體系統(tǒng)，所述微粒子取樣單元包括，同軸設(shè)置的取樣錐、截取錐以及準(zhǔn)直錐，所述取樣錐、截取錐以及準(zhǔn)直錐將真空腔體系統(tǒng)依次分隔為取樣室，截取室以及離化采樣室，所述取樣室連接冷卻系統(tǒng)和機(jī)械真空泵，所述截取室連接真空泵組A，所述離化采樣室連接真空泵組B，激光電離裝置位于離化采樣室外側(cè)，所述離化采樣室內(nèi)部依次設(shè)有離子提取系統(tǒng)、質(zhì)量分析器以及離子探測(cè)器。

所述冷卻系統(tǒng)為液氮冷卻系統(tǒng)或低溫循水環(huán)冷卻系統(tǒng)，用于冷卻取樣錐。

所述取樣錐、截取錐以及準(zhǔn)直錐的錐頂開孔尺寸為0.1-1mm，椎體外側(cè)角度為5°-179°，椎體內(nèi)側(cè)角度為5°-178°，材質(zhì)為不銹鋼或銅或鎳。

所述取樣室的工作真空度小于1000Pa，機(jī)械真空泵的抽速大于1L/s。

所述激光電離裝置為是納秒激光電離裝置或飛秒激光電離裝置。

所述離子提取系統(tǒng)包括，離子提取電極、離子加速電極、離子聚焦電極以及離子偏轉(zhuǎn)電極，所述離子提取電極與離子加速施加的電壓為直流高壓或者是脈沖高壓，所述離子聚焦電極以及離子偏轉(zhuǎn)電極施加的是直流高壓。

所述質(zhì)量分析器的開口與延伸方向與微粒子的飛行方向相同。