本发明总体上涉及需要密封接头的管状结构，如充气检测器，并且特别地涉及用于构造检测器的焊接操作和关联结构。
背景技术：
用于光线和离子/粒子(例如，中子、伽马射线等)的检测器包括由外部阴极壳体围绕的轴向延伸阳极。对于例如用于中子检测的一些检测器，一种或多种气体布置在外部阴极壳体内。在中子检测器中，由外部阴极壳体内的中子反应产生的离子/粒子将与(一种或多种)气体碰撞以形成自由电子。这些自由电子被吸引到阳极，于是自由电子生成指示中子计数的信号。
可以领会，需要将(一种或多种)气体保持在外部阴极壳体内(即，防止(一种或多种)气体的外出)并且防止空气、湿气、污染物等的进入。众所周知焊接检测器的一些部分并且因此形成密封件。在图1a中显示先前已知的中子检测器10的例子。中子检测器10包括圆柱形外部壳体阴极12和端帽14。焊接源16平行于中子检测器10的纵轴线(即，平行于外部壳体12的纵向范围)纵向地被应用。焊接源16将焊接和密封外部壳体12至端帽14，焊接源16和/或中子检测器10在回转/旋转方向上移动/旋转大致360°。回转/旋转由图1a内的曲线箭头18示意性地显示。焊接源16遭受的缺陷在于手动地被控制并且可能手动地移动，这是相对缓慢和低效的过程。
现在参见图1b，显示先前已知的中子检测器20的第二例子。再次地，中子检测器20包括外部壳体22和端帽24。在该已知例子中，焊接源26相对于中子检测器20从径向向外方向被施加。焊接源26焊接并且密封外部壳体22至端帽24，焊接源26或中子检测器20在旋转方向上旋转大致360°。看到表示旋转的曲线箭头28。尽管该例子中的焊接源26作为自动操作的一部分被包括，但是外部壳体22和端帽24由不同材料形成并且具有不同尺寸(例如，径向厚度)，并且因此具有不同加热温度/要求，以获得焊接熔体。此外，当外部壳体22和端帽24由铝材料制造时，氧化铝层将常常在外部壳体22和端帽24的表面上形成。相比于外部壳体22和端帽24的基础铝材料，氧化铝层针对焊接需要不同的加热温度。由于这些原因并且由于外部壳体22相对薄，非期望的焊缝会在外部壳体22和端帽24之间产生，可能存在通常称为裂缝的未熔接部分。因此，提供具有在外部壳体和端帽之间形成的改善焊缝的管状构件(如中子检测器)的自动焊接是需要的并且将是有益的。
技术实现要素：
以下提出本发明的简单总结以便提供对本发明的一些示例性方面的基本理解。该总结不是本发明的广泛概述。而且，该总结不旨在识别本发明的关键要素并且不描绘本发明的范围。该总结的唯一目的是以简化形式提出本发明的一些概念作为随后提出的更详细描述的前序。
根据一个方面，本发明提供一种检测器，所述检测器包括具有壳体轮廓的外部壳体，其中所述壳体轮廓的焊接部分作为环形凸缘在相对于所述外部壳体的中心轴线的向外方向上延伸。所述检测器包括邻近所述外部壳体的所述焊接部分定位的端帽。所述端帽和所述外部壳体的所述焊接部分配置成焊接在一起以形成密封件。
根据另一方面，本发明提供一种检测器，所述检测器包括沿着轴线延伸、用作阴极的外部壳体。所述外部壳体具有壳体轮廓，其中所述壳体轮廓的焊接部分作为环形凸缘在相对于所述轴线的径向向外方向上延伸。所述检测器包括在所述外部壳体内沿着所述轴线延伸的阳极。所述检测器包括端帽，所述端帽支撑所述阳极并且在所述外部壳体的端部内延伸。所述端帽包括帽轮廓，所述帽轮廓匹配所述外部壳体的所述壳体轮廓。所述端帽包括相对于所述轴线径向向外延伸的焊接环形肩部。所述焊接肩部和所述外部壳体的所述焊接部分彼此相邻并且焊接在一起以形成密封件。
根据另一方面，本发明提供一种制造检测器的方法，所述方法包括提供沿着轴线延伸、用作阴极的外部壳体。所述方法包括提供在所述外部壳体内沿着所述轴线延伸的阳极。所述方法包括将端帽定位在所述外部壳体的端部内以支撑所述阳极。所述端帽包括帽轮廓，其中所述端帽的肩部在径向向外方向上延伸。所述方法包括卷曲所述外部壳体的一部分以形成壳体轮廓，所述壳体轮廓匹配所述端帽的所述帽轮廓。所述外部壳体的焊接部分邻近所述端帽的所述肩部在径向向外方向上延伸。所述方法包括从径向向外方向将所述外部壳体的所述焊接部分和所述端帽的所述肩部焊接在一起。
附图说明
本发明所属领域的技术人员通过参考附图阅读以下描述将显而易见本发明的前述和其它方面，其中：
图1a是已知的、现有技术的中子检测器的例子的截面图；
图1b是已知的、现有技术的中子检测器的第二例子的截面图；
图2是根据本发明的方面的示例性中子检测器的截面图；
图3是在外部壳体卷曲到端帽上之前的中子检测器的端部的、在图2的圆形截面3处获得的细节的放大截面图；
图4是类似于图3的放大截面图，其中力被施加到外部壳体；
图5是类似于图3和4的放大截面图，其中在已施加力之后壳体轮廓形成于外部壳体中。
图6是类似于图3至5的放大截面图，描绘了将外部壳体附连到端帽的示例性焊接操作；以及
图7是类似于图3至6的放大截面图，描绘了在焊接操作之后焊接到端帽的外部壳体。
具体实施方式
在图中描述和示出包含本发明的一个或多个方面的示例性实施例。这些示出的例子不旨在限制本发明。例如，本发明的一个或多个方面可以在其它实施例乃至其它类型的装置中使用。而且，某些术语仅仅为了方便而用于本文中并且不应当被视为限制本发明。更进一步地，在图中，相同的附图标记用于表示相同的元件。
图2描绘根据本发明的至少一个方面的呈中子检测器30的形式的密封、管状主体或构件的示例性实施例。应当领会图2仅仅显示中子检测器30的可能结构/配置的一个例子，并且在本发明的范围内可以预料其它例子。一般而言，中子检测器30用于测量辐射或监测/检测环境中的中子。例如，中子检测器30可以与辐射安全应用、废核燃料的辐射监测、国土安全应用等关联地使用。当然，中子检测器30不限于这些应用，而是可以在包括监测/检测中子的其它应用中使用。而且，本发明可以在具有类似构造的其它检测器中使用并且因此不限于中子检测器。
接着进行中子检测器30及其操作的一般论述，中子检测器30在第一端部32和相对的第二端部34之间纵向地延伸。该例子中的中子检测器30沿着大致线性轴线36延伸，但是在另外的例子中，中子检测器30可以包括弯曲、曲线、波动等。类似地，中子检测器30不限于所示的尺寸，并且在其它例子中，可以比所示的更长/更短或更大/更小。类似地，中子检测器30可以容纳在外壳或其它类似结构内。
中子检测器30包括外部壳体40。外部壳体40具有在中子检测器30的第一端部32和第二端部34之间延伸的大致圆形横截面形状。在其它例子中，外部壳体40不限于圆形横截面形状，而是可以包括椭圆形、四边形(例如，方形、矩形等)、倒圆的横截面形状等。外部壳体40包括许多材料，包括金属(例如，铝、不锈钢等)。在一个例子中，外部壳体40用作阴极。
外部壳体40限定大致中空内部体积42。内部体积42被密封并且填充有气体或气体的混合物。内部体积42可以以许多方式被填充。在一个可能的例子中，可以提供延伸通过中子检测器30的一部分的填充管。在这样的例子中，填充管是大致中空的并且可以将来自外部位置的气体(或气体的混合物)从中子检测器30传送/输送到内部体积42。尽管未在例子中显示，但是填充管可以例如通过延伸穿过端帽等设在中子检测器30内的许多位置。阳极44定位成延伸通过内部体积42。在所示的例子中，阳极44包括线，或者至少具有类似于线的比例。然而，阳极44不限于所示的例子的尺寸或形状，并且可以具有更大或更小的横截面尺寸。阳极44大致沿着外部壳体40的轴线36延伸，但是在其它例子中，阳极44可以从中心轴线偏心。阳极44可以由包括不锈钢、铝等的各种金属构造。
在操作中，中子检测器30检测中子的存在/量。特别地，用于阴极的外部壳体40保持在第一电压，而阳极44保持在第二电压。由中子反应产生的离子或粒子穿过内部体积42，从与(一种或多种)气体的碰撞产生自由电子。这些自由电子朝着外部壳体40或阳极44之一或两者被吸引。由于外部壳体40和阳极44之间的电压差，吸引的电子将产生指示中子检测器30内的中子计数/与其成比例的电流。
为了限制(一种或多种)气体逸出内部体积42，焊接并且因此密封外部壳体40。特别地，为了帮助形成焊缝/密封件，外部壳体40包括位于每个相对端部处的壳体轮廓50。应当领会壳体轮廓50的以下描述将限制于位于中子检测器30的第一端部32(或右端，如图2中所示)附近的壳体轮廓50。然而，位于中子检测器30的第二端部34(或左端，如图2中所示)附近的壳体轮廓50也在尺寸、结构和形状上大致类似，并且是第一端部32的镜像。因而，在第一端部32处的壳体轮廓50的以下描述大致可应用于中子检测器30的第二端部34处的壳体轮廓50。
壳体轮廓50包括壳体突起52和凹陷54。壳体突起52邻近凹陷54定位并且限定比相邻凹陷54更大的横截面尺寸(例如，直径)。在该例子中，壳体突起52比凹陷54更靠近地朝着外部壳体40的纵向中心定位，而凹陷54更靠近外部壳体40的端部(例如，第一端部32)定位。应当领会壳体突起52和凹陷54的相应的横截面尺寸不限于图2的例子。实际上，突起52和凹陷54均可以在横截面尺寸上比所示的更大或更小。在一个例子中，凹陷54具有大约5.842毫米(～0.23英寸)的纵向长度，但是可预见其它长度。
壳体轮廓50还包括焊接部分56。焊接部分56与壳体突起52相对地邻近凹陷54定位。在该例子中，焊接部分56是在远离轴线36的径向向外方向上延伸的环形凸缘。因而，焊接部分56的端部限定比相邻凹陷54更大的横截面尺寸(例如，直径)。在一个例子中，焊接部分56包括为大约1.5毫米(～0.06英寸)的径向长度58。在这样的例子中，外部壳体40的厚度60为大约0.9毫米(～0.035英寸)。因此，在该例子中，被定义为焊接部分56的径向长度58比外部壳体40的厚度60的纵横比为大约1.66(例如，1.5/0.9)。然而在其它例子中，纵横比可以大于或等于1.0。
为了帮助密封内部体积42，外部壳体40附连到端帽70。在所示的例子中，一个端帽70定位在中子检测器30的第一端部32处，而另一端帽70定位在中子检测器30的第二端部34处。由于端帽70大致彼此类似，因此以下论述将被限制到第一端部32处的端帽70。
端帽70是纵向延伸插塞式结构，其可以附连到外部壳体40的相应端部(例如，第一端部32或第二端部34)。端帽70具有大致匹配外部壳体40的内部横截面尺寸和形状的外部横截面尺寸和形状。因而，端帽70在外部壳体40内径向地延伸使得端帽70将限制(一种或多种)气体、空气、湿气、碎片或其它非预期物体进入和离开内部体积42。在该例子中，端帽70具有大致圆形横截面形状以匹配外部壳体40的圆形横截面形状，但是可以预见其它形状(例如，四边形、卵形等)。端帽70包括许多材料，包括金属(例如，铝、不锈钢等)。
端帽70可以至少部分地插入外部壳体40的内部体积42中。如图所示，端帽70可以例如通过保持和/或附连到阳极44而支撑阳极44。为了进一步增强端帽70的插塞特性，端帽70附连(例如，密封、焊接、粘结、铜焊等)到外部壳体40。更特别地，端帽70焊接到外部壳体40以形成气密的密封。在一个例子中，端帽70可以大致围绕端帽70的整个圆周焊接到外部壳体40。
为了帮助焊接，端帽70包括帽轮廓72。帽轮廓72大致匹配壳体轮廓50，使得帽轮廓72和壳体轮廓50将彼此接合和配合。在一个例子中，如下面将要描述的，独立的力朝着第一端部32和第二端部34施加到外部壳体40从而将外部壳体40卷曲到帽轮廓72上并且成形壳体轮廓50以匹配帽轮廓72。
帽轮廓72包括帽突起74和帽凹陷76。帽突起74邻近帽凹陷76定位并且限定比相邻帽凹陷76更大的横截面尺寸(例如，直径)。在该例子中，帽突起74比帽凹陷76更靠近地朝着外部壳体40的纵向中心定位。应当领会帽突起74和帽凹陷76的相应横截面尺寸不限于图2的例子。实际上，在其它例子中，帽突起74和帽凹陷76可以在横截面尺寸上比所示的更大或更小。
帽轮廓72还包括肩部80。肩部80与帽突起74相对地邻近帽凹陷76定位。在该例子中，肩部80在远离轴线36的径向向外方向上延伸。因而，肩部80限定比相邻帽凹陷76更大的横截面尺寸(例如，直径)。肩部80显示为邻近焊接部分56定位。通过邻近焊接部分56，应当领会肩部80可以与焊接部分56接触或不接触。
现在参见图3-7，显示制造中子检测器30的方法的顺序步骤，特别是将外部壳体40附连到端帽70。应当领会图3-7描绘中子检测器30的第一端部32。然而，如上所述，第一端部32大体上类似于第二端部34。因而，在第一端部32成形中子检测器30的以下描述大致类似于第二端部34。
参考图3，制造中子检测器30的方法包括提供沿着轴线36延伸、用作阴极的外部壳体40。外部壳体40初始为管状横截面。特别地，外部壳体40的端部具有的尺寸/形状大致匹配外部壳体40的中心部分的尺寸/形状。因此，外部壳体40可以初始不包括在第一端部32处的壳体轮廓50。制造中子检测器30的方法还包括提供在外部壳体40内沿着轴线36延伸的阳极44。
制造中子检测器30的方法包括将端帽70定位在外部壳体40的端部内以支撑阳极44。端帽70包括帽轮廓72，其中端帽70的肩部80在径向向外方向上延伸。端帽70可以在纵向方向上至少部分地插入外部壳体40的内部体积42中。如图所示，端帽70的帽轮廓72定位成延伸到内部体积42中，帽轮廓72邻近外部壳体40定位。在所示的例子中，外部壳体40的第一端部32可以与帽轮廓72的肩部80相邻并且接触。在所示的例子中，端帽70可以插入外部壳体40中一段距离使得外部壳体的端部邻近(例如，径向地对准)端帽70的肩部80。
现在参见图4，制造中子检测器30的方法包括卷曲外部壳体40的一部分以形成匹配端帽70的帽轮廓72的壳体轮廓50。外部壳体40的焊接部分56邻近端帽70的肩部80在径向向外方向上延伸。在所示的例子中，力100可以施加到外部壳体40以形成壳体轮廓50。在该例子中，为了示例性目的稍微一般地/示意性地描绘了施加到外部壳体40的力100(例如，用箭头)。实际上，应当领会力100表示用于卷曲外部壳体40的许多方法，包括卷曲工具、旋转成形工具、手动或自动力施加装置、型锻等。力100可以从大致360°围绕外部壳体40的径向向外方向被施加。
力100可以离外部壳体40的端部一段距离被施加。在该例子中，施加力100的位置与帽凹陷76纵向地对准。力100可以朝着帽凹陷76的纵向中心被施加，或者在其它例子中，更靠近地朝着帽突起74或肩部80被施加。通过在帽凹陷76的位置处施加力100，外部壳体40被卷曲以形成壳体轮廓50。此外，力100可以足以导致外部壳体40的弯曲、屈服、变形等。
现在参见图5，显示在力100已施加到外部壳体40之后的中子检测器30的第一端部32。在该例子中，在施加力100之后已形成壳体轮廓50，壳体轮廓50大致匹配帽轮廓72的形状。特别地，力100将导致外部壳体40延伸到帽凹陷76中并且形成凹陷54。类似地，壳体突起52将接合并且接触帽突起74。此外，焊接部分56弯曲从而在径向向外方向上延伸。特别地，焊接部分56大致垂直于轴线36在径向向外方向上延伸。因此，焊接部分56和肩部80大致彼此平行地并且彼此邻近地延伸。由于壳体轮廓50大致匹配并且接收在帽轮廓72内，因此端帽70被限制相对于外部壳体40纵向地移动。
现在参见图6，制造中子检测器30的方法包括从径向向外方向将外部壳体40的焊接部分56和端帽70的肩部80焊接在一起。图6示出示例性焊接操作，其中外部壳体40焊接到端帽70以形成密封件。特别地，提供用于将焊接部分56焊接到肩部80的焊接装置110。应当领会为了易于例示稍微一般地/示意性地描绘了焊接装置110，原因是焊接装置110包括能够将材料联结在一起的许多装置。例如，焊接装置110包括电弧焊机、气焊机、火炬焊机、自动焊机、手动焊机等。在一个例子中，焊接装置110包括使用机械化可编程焊接工具的自动焊机。在这样的例子中，焊接装置110的一部分可以操作或保持中子检测器30从而移动/旋转中子检测器30。
一般而言，焊接装置110生成焊接源112以便将外部壳体40联结到端帽70并且形成密封件。取决于所使用的焊接装置110的类型，焊接源112包括电弧、焊炬、氧燃料等。焊接源112可以具有足够的能量从而导致焊接部分56和肩部80的熔化和联结。
焊接源112施加在焊接部分56和肩部80的位置处。特别地，焊接源112从径向向外方向被施加并且朝着焊接部分56和肩部80定向。由于从该方向施加焊接源112，因此焊接部分56和肩部80均至少部分地被加热并且消耗，从而熔化并且联结在一起。如上所述，焊接部分56的径向长度58在一个例子中为大约1.5毫米。在该例子中，肩部80可以具有类似长度。因而，通过从径向向外方向施加焊接源112，焊接部分56和肩部80沿着焊接部分56的径向长度58被消耗。这允许相对更大的焊接深度，因此减小变化和所形成的焊缝中的未焊接部分。
为了提供围绕中子检测器30的圆周焊缝，中子检测器30可以旋转。在该例子中，中子检测器30的旋转用箭头稍微一般地描绘为旋转方向114。在操作的一个例子中，中子检测器30围绕其轴线旋转大致360°，同时焊接装置110保持相对静止。在操作的另一例子中，焊接装置110可以沿着旋转方向114(例如，360°围绕中子检测器30)移动，同时中子检测器30保持相对静止。在这些例子的任意一个中，应当领会焊接源112在焊接部分56和肩部80处圆周地围绕中子检测器30被施加从而形成圆周焊缝。
壳体突起52位于远离焊接部分56和肩部80一段距离处。如上所述，凹陷54在一个例子中具有大约5.842毫米(～0.23英寸)的长度。该长度(5.842毫米)也表示将焊接部分56从壳体突起52分离的距离。尽管可预见其它长度，但是该长度足以通过限制焊接源112免于从焊接部分56意外地偏移到壳体突起52而改善焊接稳定性。
现在参见图7，显示在焊接操作之后的中子检测器30。特别地，外部壳体40焊接到端帽70使得形成密封件。密封件在该例子中稍微一般地描绘为熔接部分120。熔接部分120围绕中子检测器30圆周地(例如，360°)延伸并且表示焊接部分56和肩部80的联结。应当领会由于径向向外焊接方向，因此熔接部分120减小/限制存在于熔化的外部壳体40和端帽70之间的未熔接部分(例如，裂缝)的可能性。特别地，即使外部壳体40和端帽70的未熔接部分存在，熔接部分120也通常足够厚以防止通过其中的泄漏或防止任何裂缝通过其中扩散。
前述例子中的中子检测器30提供径向向外延伸的焊接部分56和肩部80。因此，可以使用自动焊接以联结焊接部分56和肩部80，因此通过加速焊接过程改善效率。另外，氧化铝层可以由于空气和铝之间的相互作用而形成于外部壳体40和端帽70的表面上。即使具有该氧化铝层，自动焊接过程仍然可以提供熔接部分120的大致一致的厚度。这至少部分地是由于焊接部分56的径向长度58与外部壳体40的厚度60的纵横比大于或等于1.0。实际上，径向长度58允许焊接部分56在焊接过程期间沿着大于其厚度的其长度被消耗，因此保证改善的熔接部分120。
另外，焊接源112偏移到外部壳体40或端帽70的其它部分的可能性也减小，因此保证更一致的熔接部分120。例如，焊接部分56从壳体突起52分离一段距离。因此，焊接源112(例如，电弧、焊炬等)被限制以免于从焊接部分56意外地偏移到壳体突起52。
已参考上述的示例性实施例描述了本发明。他人通过阅读和理解本说明书将想到修改和更改。包含本发明的一个或多个方面的示例性实施例旨在包括属于附带的权利要求的范围内的所有这样的修改和更改。