CN109128418B - 一种热管的焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种热管的焊接工艺，涉及管材焊接领域，包括以下步骤：先将蒸发段、冷凝段和连接管进行表面处理，将所述蒸发段端部和冷凝段端部分别套入连接管的两端，且使蒸发段和冷凝段内的吸液芯相接触；在氮气保护下，采用钎焊进行焊接，焊接部位为连接管两端分别与蒸发段和连接段配合的部位；对焊接后的部位进行除残渣处理并打磨；对热管进行抽真空处理并通过抽气孔在真空条件下注入蒸发液并简单封闭抽气孔；在氮气保护下，对抽气孔封闭处进行钎焊封闭；对抽气孔处钎焊进行除残渣并打磨。依本发明工艺焊接热管，不会影响吸液芯的吸液能力。

Description

一种热管的焊接工艺

技术领域

本发明涉及一种焊接工艺，更具体的说，涉及一种热管的焊接工艺。

背景技术

热管是利用介质在热端蒸发后在冷端冷凝的相变过程（即利用蒸发液的蒸发潜热和凝结潜热），使热量快速传导。一般热管由管壳、吸液芯和端盖组成。热管内部是被抽成负压状态，充入适当的蒸发液，这种蒸发液沸点低，容易挥发。管壁有吸液芯，其由毛细多孔材料构成。热管一端为蒸发段，另外一端为冷凝段，当热管一端受热时，毛细管中的蒸发液迅速汽化，蒸气在热扩散的动力下流向另外一端，并在冷端冷凝释放出热量，蒸发液再沿多孔材料靠毛细作用流回蒸发段，如此循环不止，直到热管两端温度相等（此时蒸汽热扩散停止）。这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。自从被引入散热器制造行业，使得人们改变了传统散热器的设计思路，摆脱了单纯依靠高风量电机来获得更好散热效果的单一散热模式，采用热管技术使得散热器即便采用低转速、低风量电机，同样可以得到满意效果，使得困扰风冷散热的噪音问题得到良好解决，开辟了散热行业新天地。

目前，热管的焊接主要采用电弧焊，效率较高，但是在进行点弧焊时，局部温度极高，可达到4000℃，容易造成管材局部液化致使液化的管壁和焊条进入吸液芯中，在吸液芯中形成阻隔，同时高温会对吸液芯内部结构造成损坏，影响吸液效果，进而影响热传导效果。采用钎焊局部温度较低，但是钎焊渗透力较强，容易透过焊接口渗入管内，虽不会因高温损坏吸液芯，但是还是会渗入吸液芯降低吸液效果；由于吸液芯的存在，也不适于进行扩口连接方式。

发明内容

本发明要解决的问题是针对现有技术中所存在的上述不足而提供一种热管的焊接工艺，解决了焊液渗入吸液芯影响吸液效果的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

S1、先将蒸发段、冷凝段和连接管进行表面处理，将所述蒸发段端部和冷凝段端部分别套入连接管的两端，且使蒸发段和冷凝段内的吸液芯相接触；

S2、在氮气保护下，采用钎焊进行焊接，焊接部位为连接管两端分别与蒸发段和连接段配合的部位；

S3、对焊接后的部位进行除残渣处理并打磨；

S4、对焊接成型的热管进行抽真空处理并通过抽气孔在真空条件下注入蒸发液并封闭抽气孔；

S5、在氮气保护下，对抽气孔封闭处进行钎焊封闭；

S6、对抽气孔处钎焊进行除残渣处理并打磨。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明通过连接管将焊接位置从蒸发段与冷凝段的端部转移至接口两侧，以防止焊液渗入吸液芯，影响吸液效果；也可防止焊液在吸液芯与之间形成薄膜连接，影响气体流通，进而影响热管的导热效果；采用二次焊接，将连接处焊接后在抽真空焊接，并用其它方式进行短暂的密封，避免了直接在真空下进行焊接，降低了成本。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为热管结构图；

图2为连接管处焊接时截面图；

图3为热管装夹模具俯视图；

图4为输送带和真空箱处结构示意图；

图5为电动螺丝刀端部结构示意图；

图6为螺帽位于第一段孔时配合示意图；

图7为螺帽位于第二段孔内时配合示意图；

图8为抽气柱与螺帽配合示意图；

图9为抽气柱俯视图。

其中，蒸发段1、冷凝段2、抽气柱3、连接管4、夹具5、底板6、螺帽7、注液装置8、电动螺丝刀9、抽气装置10、输送带11、吸液芯12、两段孔13、抽气孔14、透明结构41。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述：

本发明提出了一种热管的焊接工艺，如图1所示，连接管4两端即为主要焊接部位，出于安装及散热效果考虑，一般热管截面呈长方形，吸热部分较为集中，冷凝部分较长，包括以下操作步骤：

先将蒸发段1、冷凝段2和连接管4进行表面处理，该表面处理包括蒸发段1、冷凝段2端部附近外表面的磨平清洁干燥处理，以及连接管4的内外表面的磨平清洁干燥，便于焊接的进行。将蒸发段1和冷凝段2分别套入连接管4两端，如图2所示，使蒸发段1和冷凝段2两端相接触。该接触的目的在于接通两段内部吸液芯12，因此在加工时，为进一步保证接通效果，可将吸液芯12稍微露出端部，结合吸液芯12本身的毛细吸液结构，实现接通，而连接管4处中部设置为透明结构41，该透明结构41可采用耐热的高强度玻璃材质，用于对齐时观测接触效果。由于热管具有弹性，可较为容易的实现两焊接口同时对齐。连接管4与蒸发管和冷凝管的配合间隙为0.01-0.1mm之间，其以适宜用于钎焊。

完成套入对齐后，在氮气的保护下进行热管焊接，将连接管4的两端与两管段分别焊接固定。由于热管大都采用化学性质比较稳定的铜作为管体，因此钎焊的基料也采用铜，使得焊接后更好的融合形成一体，效果更佳，以铜为基料的钎焊的焊接温度大都在500-600℃。所用的吸液芯12采用例如硅酸铝、高硅铝盐等吸水材料构成，在高温下依旧能保持其原有结构不变，结构变化温度远高于600℃，不会因焊接对其吸液能力造成影响，现市场上还有其他已知材料也具有耐高温和强吸液性能，不一一列举。值得注意的是，焊接过程中两端口应保持一定的对紧力。连接管4与两端口的配合间隙为0.01mm时，焊液渗透较为缓慢，便于控制焊接，把握焊接时间，但需较高的加工温度，以增加焊液的流动性，焊接温度高于700℃，管材本身可能出现软化变形，在进行吸液芯12的选材时也需注意。当配合间隙为0.1mm时，焊液渗透较快，焊液渗透范围宽，焊接强度较高，相对的，焊接温度不宜过高，以防止焊液通过连接管4流入蒸发段1和冷凝段2端部，渗入吸液芯12，温度低导致钎焊熔融较慢，凝固更快，对操作者的要求相对高一些且效率相对较低。与此相对的，当配合间隙为0.4mm或0.6mm，时，焊接温度接近600℃，焊液熔融速度与渗透速度取得平均，既能较快的熔融，渗透速度也不至于很快，焊接强度、效率也得到保证。

焊接完成后，焊渣会对焊接强度及其化学性质产生不利影响，为保证其稳固，进行除渣处理，根据不同工艺产出的焊条，焊渣中可能含有松香等有机物和其他金属物质及其氧化物，因此采用酸液加酒精的方式去除其中化学性质活泼的金属成分以及有机物成分，防止腐蚀，步骤如下：将焊接部位置于40-50℃酒精中浸泡20分钟并冷水冲洗；将焊接部位置于14%浓度（重量）的硝酸溶液中浸泡30分钟并用流动的60-80℃热水冲洗5-10分钟。酒精浸泡能去除焊接处表面松香等有机物，硝酸浸泡能去除焊渣中较为活泼的金属及其氧化物成分，一般采用70℃热水冲洗五分钟可以节省能源，且清洁效果足够好。焊后清洗完成后，进行打磨保证平滑美观，且便于后续夹具5的装夹。在上述硝酸浸泡时，若采用浓度大于30%（重量）时，管材表面以及焊缝腐蚀严重，容易出现密封问题。当浓度小于5%（重量）时，焊渣清理能力明显不足，需很长时间。

热管工作过程中，管内吸液芯12中含有部分低熔点化学性质稳定的蒸发液，且管内呈一定程度的真空状态，以保证液化和气化循环进行，因此需进行注液和抽真空处理。如图3-7所示，在上述步骤后，可通过夹具5装夹后经输送带11输送至真空箱内，抽气达到一定的真空后，真空箱内设有注液装置8，注液装置8通过抽气柱3的抽气孔14注入适量蒸发液，该注液装置8可通过普通的注液设备实现，可直接市场购买，不对其结构进行详细描述。如图8-9所示，抽气柱3外表面为螺纹，在注液完成后，将与抽气柱3外表面螺纹配合的一端封口的螺帽7拧在抽气柱3上，螺帽7内附着有部分上述蒸发液以实现暂时密封，以便于后续焊接密封。真空下实现注液和拧螺纹的方式有多种，下面给出其中一种可行方式，如图4所示，输送带11先将放置于模具上的热管送至真空箱内，真空箱通过气缸带动上下，真空箱与底板6在气缸的压力下形成密封，再通过抽气装置10使内部达一定程度的真空，同时热管内也相应真空；此时注液管针头下伸至抽气孔14内完成注液并向上回复位置；底板6本身在电机的带动下可绕自身轴线旋转，螺帽7放置在底板6上设置的凸起柱上，底板6转动使螺帽7至电动螺丝刀9下方，如图5所示，电动螺丝刀9端部设有两段孔13，如图5所示，第一段为圆孔，螺帽7可轻易套入第一段孔内并在端部磁力的作用下吸附在第一段孔内，进入如图6的状态；电动螺丝刀9吸附螺帽7后回复位置，底板6转动使抽气孔14正对电动螺丝刀9下方，电动螺丝刀9开始下拧，到第二段孔与螺帽7外壁多边形恰好配合是进入如图7的状态，只能做竖直方向上的相对移动，开始受力时，螺帽7转动至于第二段孔配合位置后便随电动螺丝刀9转动直至于抽气柱3完全配合，此时电动螺丝刀9回复，在真空箱内完成注液和暂时密闭操作，开始下一个循环。目前很多热管加工都在真空下完成焊接，这种方式成本高，且蒸发液挥发会给焊接带来不少麻烦。

从真空箱出来后，再在螺帽7与抽气柱3缝隙处进行进一步焊接密封，焊接时，蒸发液气化，热管内有一定气压配合螺纹密封可防止空气进入热管，同时焊接应尽快完成，防止空气渗透过多。

二次焊接结束后，在进行一次上述焊渣清洗并打磨，完成加工。

为保证焊接的强度及密封效果，对产品的焊接部位还应进行拉伸和浸水测试，测试时水温应高于蒸发液的沸点，一般蒸发液的沸点在50-60℃左右最佳。其在真空环境下蒸发温度会较这个数值在低一些，保证其在常温下不会蒸发，在工作时又能尽快散热。在60-80℃的水中，蒸发液会气化，如果热管表面没有气泡产生或者附着，则说明密封良好。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种热管的焊接工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1、先将蒸发段、冷凝段和连接管进行表面处理，将所述蒸发段端部和冷凝段端部分别套入连接管的两端，且使蒸发段和冷凝段内的吸液芯相接触；

S2、在氮气保护下，采用钎焊进行焊接，焊接部位为连接管两端分别与蒸发段和连接段配合的部位；

S3、对焊接后的部位进行除残渣处理并打磨；

S4、对焊接成型的热管进行抽真空处理并通过抽气孔在真空条件下注入蒸发液并封闭抽气孔，所述抽真空处理通过蒸发段设置抽气孔来完成，所述注入蒸发液和封闭抽气孔在真空箱内完成；具体为：热管通过夹具装夹后经输送带输送至真空箱内，真空箱内设有注液装置，抽气达到一定的真空后，注液装置通过抽气柱的抽气孔注入适量蒸发液，抽气柱外表面为螺纹，在注液完成后，将与抽气柱外表面螺纹配合且一端封口的螺帽拧在抽气柱上，螺帽内附着有部分上述蒸发液以实现暂时密封；

S5、在氮气保护下，对抽气孔封闭处进行钎焊封闭；

S6、对抽气孔处钎焊进行除残渣处理并打磨。

2.如权利要求1所述的一种热管的焊接工艺，其特征在于，连接段与蒸发段之间以及连接段与冷凝段之间的配合间隙在0.01mm到0.1mm之间。

3.如权利要求2所述的一种热管的焊接工艺，其特征在与，连接段与蒸发段之间以及连接段与冷凝段之间的配合间隙在0.04mm到0.06mm之间。

4.如权利要求1所述的一种热管的焊接工艺，其特征在于，在S3、S6中所述除残渣处理包括以下步骤：

将焊接部位置于40-50℃酒精中浸泡20分钟并冷水冲洗；

将焊接部位置于14％浓度(重量)的硝酸溶液中浸泡30分钟并用流动的60-80℃热水冲洗5-10分钟。

5.如权利要求1所述的一种热管的焊接工艺，其特征在于，所述钎焊采用铜为基料，所述焊接温度在500-600℃，所述吸液芯的材料应在600℃的温度下依旧能保持原有结构不变。

6.如权利要求1所述的一种热管的焊接工艺，其特征在于，所述连接管部分采用透明材料制得，采用透明材料的具体部位应便于观察、调整蒸发段和冷凝段接触对齐。

7.如权利要求1-6任一项所述的一种热管的焊接工艺，其特征在于，还包括如下检测步骤；

将焊接完毕的热管表面进行清洁干燥；

将热管置于平静的70-80℃水2分钟，观察其表面是否有气泡析出。

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