CN105057875B - 一种在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法，包括以下步骤：(1)提供一紫铜模板，所述模板设置有通孔；(2)将所述模板、不锈钢丝网以及板材依次层叠放置，使对应于所述通孔的不锈钢丝网部分被暴露于外，将所述模板、不锈钢丝网以及板材固定在一起，以得到待焊接工件；(3)采用电子束对待焊接工件进行焊接，将对应于所述通孔的不锈钢丝网部分焊接于热管板材上。本发明采用电子束焊接工艺实现不锈钢毛细芯的加工，焊接热影响区域小；不锈钢丝网与热管板材结合紧密，毛细效应好。

Description

一种在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法
技术领域
本发明属于高温热管技术领域，尤其涉及一种在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法。
背景技术
随着经济和社会的发展，高温热管在超燃发动机、航空发动机、蒸汽轮机等方面显示出潜在的应用前景。不锈钢丝网是高温热管毛细芯的常用材料之一。不锈钢毛细芯的加工是实现高温热管的关键步骤。
在毛细芯的制备过程中，一般采用机械固定或氩弧焊接工艺将不锈钢丝网连接到高温热管壳体(镍基高温合金)上。如果采用机械固定方式，毛细芯容易在热管使用过程中温度循环的作用下产生位移而丧失毛细效应；同时，由于不锈钢丝网为多孔结构，如果采用氩弧焊接工艺，不锈钢丝网在焊点位置容易产生熔断现象，从而降低高温热管的毛细效应。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出了一种在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法，该方法焊接热影响区域小，焊接质量高，毛细效应好。
本发明的技术方案为：
一种在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法，包括以下步骤：
(1)提供一紫铜模板，所述模板设置有通孔；
(2)将所述模板、不锈钢丝网以及板材依次层叠放置，使对应于所述通孔的不锈钢丝网部分被暴露于外，将所述模板、不锈钢丝网以及板材固定在一起，以得到待焊接工件；
(3)采用电子束对待焊接工件进行焊接，将对应于所述通孔的不锈钢丝网部分焊接于所述板材上。
优选的是，所述的在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法中，步 骤(2)中，采用紧固结构将所述模板、不锈钢丝网以及板材固定在一起。所述紧固结构包括矩形框架，所述矩形框架套设于所述模板、所述不锈钢丝网和所述板材的外侧，使所述板材抵靠在所述矩形框架的下侧边。所述矩形框架的上侧边开设有螺纹孔，所述螺纹孔内旋入一个螺栓，该螺栓的一个端部抵压在所述模板上。所述紧固结构由紫铜制成。
优选的是，所述的在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法中，所述通孔由彼此连通的第一段圆孔和第二段圆孔构成，所述第一段圆孔的直径为1-2mm，所述第二段圆孔的直径为0.5-1mm，第二段圆孔的深度为2-4mm，所述第二段圆孔位于靠近所述不锈钢丝网的位置。
优选的是，所述的在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法中，多个通孔呈正交排布，在所述模板的长度方向上相邻两个通孔之间的间距为15-20mm，在所述模板的宽度方向上相邻两个通孔之间的间距为10-15mm。
优选的是，所述的在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法中，所述紫铜模板的牌号为T1，厚度为10-15mm。
优选的是，所述的在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法中，所述不锈钢丝网的材质为0Cr18Ni9Ti，孔径为50-600目。
优选的是，所述的在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法中，所述板材由镍基高温合金制成。
优选的是，所述的在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法中，步骤(3)中，电子束束斑直径为1.0-2.0mm。
优选的是，所述的在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法中，步骤(3)中电子束焊接的技术参数为：加速电压50-55kV，焊接电流10-12mA，焊接线速率5-12mm/s，焊接本底真空度小于8.0×10 -2Pa。
本发明的有益效果：
1、采用电子束焊接实现不锈钢毛细芯的加工，焊接热影响区域小。
2、不锈钢丝网与热管壳体结合紧密，毛细效应好。
3、焊接环境为真空，不易发生氧化反应，焊接质量高。
附图说明
图1为本发明所述的待焊接工件的结构示意图；
图2(a)为本发明所述的待焊接工件的俯视图；图2(b)为本发明所述的待焊接工件的仰视图；
图3(a)为采用本发明制作的高温热管的结构示意图；图3(b)为该高温热管上试验测温点的分布图；
图4为采用本发明加工的不锈钢毛细芯的高温热管的启动曲线。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
如图1、图2(a)和图2(b)所示，本发明提供了一种在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法，包括以下步骤：(1)提供一紫铜模板1，所述模板设置有通孔4；(2)将所述模板1、不锈钢丝网2以及板材3依次层叠放置，使对应于所述通孔的不锈钢丝网部分被暴露于外，将所述模板、不锈钢丝网以及板材固定在一起，以得到待焊接工件；(3)采用电子束对待焊接工件进行焊接，将对应于所述通孔的不锈钢丝网部分焊接于所述板材上。电子束透过通孔对对应的不锈钢丝网部分产生作用，使该对应的不锈钢丝网部分熔融，并与板材焊接在一起。焊接区域受通孔的限制，从而使焊接热影响区域小，焊接质量高，保证最终形成的不锈钢毛细芯的毛细效应好。
进一步地，所述的在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法中，步骤(2)中，采用紧固结构将所述模板、不锈钢丝网以及板材固定在一起，所述紧固结构包括矩形框架，所述矩形框架套设于所述模板、所述不锈钢丝网和所述板材的外侧，使所述板材抵靠在所述矩形框架的下侧边。所述矩形框架的上侧边开设有螺纹孔，所述螺纹孔内旋入一个螺栓，该螺栓的一个端部抵压在所述模板上。所述紧固结构由紫铜制成。为了将模板、不锈钢丝网和板材稳定地固定在一起，可以设置多个紧固结构，并且，可以在每个紧固结构中设置多个螺栓。如图2(a)和图2(b)所示，将模板和板材的两侧边缘部分直接采用螺栓固定。本发明也可以采用可以将模板、不锈钢丝网和板材固定在一起的其他固定结构。
焊接完成后，将上述紧固结构拆去，再将模板拆去，就得到了具有不锈钢毛细芯的板材，可用于制作高温热管。
进一步地，所述的在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法中，所 述通孔4由彼此连通的第一段圆孔5和第二段圆孔6构成，所述第一段圆孔的直径为1-2mm，所述第二段圆孔的直径为0.5-1mm，第二段圆孔的深度为2-4mm，所述第二段圆孔位于靠近所述不锈钢丝网的位置。第一段圆孔用于减小电子束焊接斑点的热影响区域，第二段圆孔实现对焊接斑点尺寸的精确控制。
进一步地，所述的在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法中，多个通孔呈正交排布，在所述模板的长度方向上相邻两个通孔之间的间距为15-20mm，在所述模板的宽度方向上相邻两个通孔之间的间距为10-15mm，从而保证形成足够多的焊点，以保证不锈钢丝网和板材稳定地连接。
进一步地，所述的在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法中，所述紫铜模板的牌号为T1，厚度为10-15mm。
进一步地，所述的在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法中，所述不锈钢丝网的材质为0Cr18Ni9Ti，孔径为50-600目。
进一步地，所述的在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法中，所述板材由镍基高温合金制成。
进一步地，所述的在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法中，步骤(3)中，电子束束斑直径为1.0-2.0mm。
进一步地，为了提高焊接质量，所述的在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法中，步骤(3)中电子束焊接的技术参数为：加速电压50-55kV，焊接电流10-12mA，焊接线速率5-12mm/s，焊接本底真空度小于8.0×10-2Pa。焊接环境为真空，不易发生氧化反应，焊接质量高。
实施例
为了说明本方法的可行性，采用10mm厚的紫铜板材T1进行了紫铜模板的加工。紫铜模板的尺寸为300×100mm。在紫铜模板上加工若干的通孔，每个通孔由直径为Φ2mm的第一段圆孔和直径为Φ1mm的第二段圆孔构成。其中，直径为Φ1mm的第二段圆孔的深度为3mm。通孔呈正交排布，模板的长度方向上相邻两个通孔之间的间距为20mm，模板的宽度方向上相邻两个通孔之间的间距为15mm。
板材采用镍基高温合金，牌号为GH3044，厚度2.0mm。具体加工过程如下：(1)采用图2中紧固结构将400目的不锈钢丝网固定到GH3044板材上；(2)然后将待焊接工件(如图1所示)放入用DZW-6kW型电子束焊机焊接室，并抽真空至5.0×10-2Pa；(3)沿长度方向 进行电子束焊接，具体参数为加速电压55kV，焊接电流12mA，焊接线速率10mm/s，束斑直径2.0mm，焊接两遍。
为了进一步说明本发明的优越性，用本实施例焊接得到的带不锈钢毛细芯的GH3044制备得到了高温热管(见图3(a))，图3(b)给出了高温热管上测温点的分布情况，在高温热管上选择了8个测温点。为了确认本方法得到高温热管的毛细效应，我们进行石英灯加热试验，具体过程为：将高温热管用夹具固定，并将其部分放入V形的石英灯加热器内。石英灯的加热功率从零逐渐增加到为60kW。图4给出了高温热管的启动试验结果。点1-点8为高温热管上不同位置的温度。从图中可经看到，除测温点2外其余测温点的温度差随时间的延长逐渐减小，最后热管趋近等温体。测试后检测表明测温点2的热电偶发生了脱落，无法测量到热管表面温度。以上试验表明，制备的不锈钢毛细芯实现了毛细效应，使得高温热管顺利启动。成功把施加在热管表面的热量从高温区快速传热到了低温区。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此，本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)提供一紫铜模板，所述模板设置有通孔；
(2)将所述模板、不锈钢丝网以及板材依次层叠放置，使对应于所述通孔的不锈钢丝网部分被暴露于外，采用紧固结构将所述模板、不锈钢丝网以及板材固定在一起，以得到待焊接工件，所述紧固结构包括矩形框架，所述矩形框架套设于所述模板、所述不锈钢丝网和所述板材的外侧，使所述板材抵靠在所述矩形框架的下侧边，所述矩形框架的上侧边开设有螺纹孔，所述螺纹孔内旋入一个螺栓，该螺栓的一个端部抵压在所述模板上；
(3)采用电子束对待焊接工件进行焊接，将对应于所述通孔的不锈钢丝网部分焊接于所述板材上。
2.如权利要求1所述的在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述紧固结构由紫铜制成。
3.如权利要求1或2所述的在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法，其特征在于，所述通孔由彼此连通的第一段圆孔和第二段圆孔构成，所述第一段圆孔的直径为1-2mm，所述第二段圆孔的直径为0.5-1mm，第二段圆孔的深度为2-4mm，所述第二段圆孔位于靠近所述不锈钢丝网的位置。
4.如权利要求3所述的在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法，其特征在于，多个通孔呈正交排布，在所述模板的长度方向上相邻两个通孔之间的间距为15-20mm，在所述模板的宽度方向上相邻两个通孔之间的间距为10-15mm。
5.如权利要求4所述的在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法，其特征在于，所述紫铜模板的牌号为T1，厚度为10-15mm。
6.如权利要求1或2所述的在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法，其特征在于，所述不锈钢丝网的材质为0Cr18Ni9Ti，孔径为50-600目。
7.如权利要求1或2所述的在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法，其特征在于，所述板材由镍基高温合金制成。
8.如权利要求3所述的在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法，其特征在于，步骤(3)中，电子束束斑直径为1.0-2.0mm。
9.如权利要求8所述的在热管板材上加工不锈钢毛细芯的方法， 其特征在于，步骤(3)中电子束焊接的技术参数为：加速电压50-55kV，焊接电流10-12mA，焊接线速率5-12mm/s，焊接本底真空度小于8.0×10-2Pa。
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