CN109128475B - 一种水冷却系统的焊接结构及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水冷却系统的焊接结构及焊接方法，该焊接结构包括焊接件、设于焊接件内部的水冷管路、设于水冷管路的入口端与冷水进入管之间的接头、以及设于水冷管路的出口端的堵头。本发明采用焊接在一起的特制的焊接件、接头和堵头达到了水冷管路在高温高压环境下具有低漏率的目的。

Description

一种水冷却系统的焊接结构及焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种水冷却系统的焊接结构及焊接方法。

背景技术

水冷却是一种生产实际中最常用的冷却散热方式，其基本原理为在发热的设备表面装有水冷管路，水冷管路的一端注入冷水，冷水在外加高压的作用下快速流过水冷管路，带走一部分设备产生的热量，在另一端流出并经过冷却后再次注入水冷管路形成循环水冷却系统。

现有的水冷系统在一般情况下都会做到水冷管路沿着发热设备表明对称分布和排列，利用常规的焊接机将接头和水冷管路焊接起来，常用的焊接技术主要有熔焊、压焊和钎焊

重要发热设备，尤其是精密仪器，对于水冷系统的水泄露量有着严格的要求，将漏率作为水冷系统考核验收的最重要指标之一。在现有技术中，水管的两个端口和焊接堵头受到焊件材料、焊件结构和焊接技术的制约，成为最容易发生水泄露的地方。在高温、高压环境下，现有焊接件的材料内部结构容易发生变化，在非水平或垂直方向的应力发生变形并产生损伤，不利于焊接件材料的保护。

因此，如何降低焊接结构的泄漏率成为本领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种水冷却系统的焊接结构及焊接方法，以降低焊接结构的泄漏率。

为实现上述目的，本发明提供了一种水冷却系统的焊接结构，所述焊接结构包括焊接件、设于所述焊接件内部的水冷管路、设于所述水冷管路的入口端与冷水进入管之间的接头、以及设于所述水冷管路的出口端的堵头。

可选的，所述焊接件采用铬锆铜C18200材料，所述铬锆铜C18200材料的组分中铬的含量所占比例为0.8％-1.2％。

可选的，所述堵头采用铬锆铜C18200材料，所述铬锆铜C18200材料的组分中铬的含量所占比例为0.8％-1.2％。

可选的，所述接头采用316L不锈钢材料。

可选的，所述接头采用钯20作为焊接材料焊接于所述水冷管路的入口端；所述堵头采用钯20作为焊接材料焊接于所述水冷管路的出口端。

可选的，所述水冷管路的入口端的内径大于所述水冷管路的内径，所述接头的插入端的外径等于所述水冷管路的入口端的内径，所述接头的插入端的长度小于所述水冷管路的入口端长度，所述接头的外置端的外径大于所述水冷管路的入口端的内径。

可选的，所述堵头的外径等于所述水冷管路的出口端的内径，所述堵头的外端面与所述焊接件的相应面重合。

可选的，所述焊接件、所述水冷管路、所述接头和所述堵头的尺寸的确定方法如下：

对所述焊接件、所述水冷管路、所述接头和所述堵头进行有限元建模；

以所述焊接结构的强度为优化目标，对所述焊接件、所述水冷管路、所述接头和所述堵头尺寸进行优化，得到优化后的所述焊接件、所述水冷管路、所述接头和所述堵头；

根据优化后的所述焊接件、所述水冷管路、所述接头和所述堵头的尺寸，在Pro/E软件中建立焊接结构模型；

利用Abaqus软件中的模型修复功能优化焊接结构模型，确定最优的所述焊接件、所述水冷管路、所述接头和所述堵头的尺寸。

可选的，所述水冷管路的内径为5mm，所述水冷管路的入口端的内径为8.5mm，所述水冷管路的入口端的长度为6mm，所述水冷管路的出口端的内径为6mm，所述接头的插入端的外径为8.5mm，所述接头的插入端的长度为5.8mm，所述堵头的外径为6mm。

本发明还提供了一种水冷却系统的焊接方法，所述焊接方法包括：

将组装完成的焊接结构置于真空焊接炉内；所述焊接结构包括焊接件、设于所述焊接件内部的水冷管路、设于所述水冷管路的入口端与冷水进入管之间的接头、以及设于所述水冷管路的出口端的堵头；

调整所述真空焊接炉的真空度和焊接温度；

启动所述真空焊接炉进行焊接；

将焊接后的焊接结构中的所述堵头露于所述焊接件外部的部分铣掉，焊接结构加工完成。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明的有益效果为：本发明提供的水冷却系统的焊接结构及焊接方法采用焊接在一起的特制的焊接件、接头和堵头达到了水冷管路在高温高压环境下具有低漏率的目的。

具体的，接头的材料采用316L不锈钢，316L不锈钢具有耐蚀性和高温强度优良，高温蠕变强度高的特性，在高频焊接800℃下保持焊接处不融化，故可在高温、高压的环境中使用。

焊接件和堵头的材料采用铬锆铜c18200，且C18200材料中铬含量在0.8％和1.2％之间，是特制的铬锆铜c18200，该铬锆铜c18200具有优良的导热性，且硬度高，软化温度高，此外焊接速度快，焊接总成本低。

采用上述材料构成焊接结构大幅提高焊接件在高温高压环境下的结构稳定和产品寿命。

本发明的焊接方法中采用真空焊接，大幅降低了焊区的氧分压，去除焊接表面的氧化膜，保护焊接件不被氧化，从而使得真空下的焊接获得高强度焊、光亮致密的效果。加热过程中，焊接结构中的各个部件处于真空气氛中，不会出现增碳、脱碳污染变质、气孔、夹渣等现象，部件整体受热，热应力小，可将变形量控制到最小程度，而且能够降低漏点的漏率，真空检验可以达到小于1x10-11Pa·m3/s。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的水冷却系统的焊接结构的立体图；

图2为本发明实施例提供的水冷却系统的焊接结构中水冷管路的入口端的截面图；

图3为本发明实施例提供的水冷却系统的焊接结构中接头的结构图；

图4为本发明实施例提供的水冷却系统的焊接结构中水冷管路的出口端的截面图；

图5为本发明实施例提供的水冷却系统的焊接结构中堵头的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-5所示，本实施例提供的水冷却系统的焊接结构包括焊接件2、设于焊接件2内部的水冷管路3、设于水冷管路3的入口端与冷水进入管之间的接头1、以及设于水冷管路3的出口端的堵头4。

为了使水冷管路在高温高压环境下具有低漏率，本实施例中的焊接件2和堵头4均采用铬锆铜C18200材料，该铬锆铜C18200材料的组分中铬的含量所占比例为0.8％-1.2％，是特制的铬锆铜c18200，该铬锆铜c18200具有优良的导热性，且硬度高，软化温度高，此外焊接速度快，焊接总成本低。接头1采用316L不锈钢材料。316L不锈钢具有耐蚀性和高温强度优良，高温蠕变强度高的特性，在高频焊接800℃下保持焊接处不融化，故可在高温、高压的环境中使用。

接头1采用钯20作为焊接材料焊接于水冷管路3的入口端；堵头4采用钯20作为焊接材料焊接于水冷管路3的出口端。钯20作为焊接材料进行焊接，具有良好的湿润性和流通性，熔化时很少浸蚀钯20，而且蒸气压低等优良特点。

为了进一步降低漏率，在结构尺寸上的要求为：水冷管路3的入口端的内径大于水冷管路3的内径，接头1的插入端的外径等于所述水冷管路3的入口端的内径，所述接头1的插入端的长度小于所述水冷管路3的入口端长度，所述接头1的外置端的外径大于所述水冷管路3的入口端的内径。所述堵头4的外径等于所述水冷管路3的出口端的内径，所述堵头4的外端面与所述焊接件2的相应面重合。

具体的，焊接件2、所述水冷管路3、所述接头1和所述堵头4的尺寸的确定方法如下：

对焊接件2、所述水冷管路3、所述接头1和所述堵头4进行有限元建模；

以所述焊接结构的强度为优化目标，对所述焊接件2、所述水冷管路3、所述接头1和所述堵头4尺寸进行优化，得到优化后的所述焊接件2、所述水冷管路3、所述接头1和所述堵头4；

根据优化后的所述焊接件2、所述水冷管路3、所述接头1和所述堵头4的尺寸，在Pro/E软件中建立焊接结构模型；

利用Abaqus软件中的模型修复功能优化焊接结构模型，确定最优的所述焊接件2、所述水冷管路3、所述接头1和所述堵头4的尺寸。

优化得到的结果为：如图2-5所示，所述水冷管路的内径为5mm，所述水冷管路的入口端的内径为8.5mm，所述水冷管路的入口端的长度为6mm，所述水冷管路的出口端的内径为6mm，所述接头的插入端的外径为8.5mm，所述接头的插入端的长度为5.8mm，所述堵头的外径为6mm。

本实施例还提供了一种水冷却系统的焊接方法，所述焊接方法包括：

将组装完成的焊接结构置于真空焊接炉内；所述焊接结构包括焊接件、设于所述焊接件内部的水冷管路、设于所述水冷管路的入口端与冷水进入管之间的接头、以及设于所述水冷管路的出口端的堵头；

调整所述真空焊接炉的真空度和焊接温度；

启动所述真空焊接炉进行焊接；

将焊接后的焊接结构中的所述堵头露于所述焊接件外部的部分铣掉，焊接结构加工完成。

接头1、焊接件2、水冷管路3、堵头4的焊接均采用国内高精度的真空焊接炉，该真空焊接炉具有焊接时真空度P≤5.0×10-4Pa，焊接时的温度范围为850℃至870℃，从设备加热至冷却到常温所需时间为8小时左右。并且以钯20作为焊接材料进行焊接，钯20具有良好的湿润性和流通性，熔化时很少浸蚀钯20，而且蒸气压低等优良特点。堵头4可凭借其优化的结构设计准确的嵌入焊接件2底部的水冷管路的出口端进行焊接，焊接后只需将外端部由2.30mm铣至2.00mm，以保证堵头4的外端面与焊接件2平面相平，不能高于焊接件2平面，保证焊接口平整，使其在高温高压下受力均匀。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种水冷却系统的焊接结构，其特征在于，所述焊接结构包括焊接件、设于所述焊接件内部的水冷管路、设于所述水冷管路的入口端与冷水进入管之间的接头、以及设于所述水冷管路的出口端的堵头；

所述接头采用钯20作为焊接材料焊接于所述水冷管路的入口端；

所述堵头采用钯20作为焊接材料焊接于所述水冷管路的出口端；

所述水冷管路的入口端的内径大于所述水冷管路的内径，所述接头的插入端的外径等于所述水冷管路的入口端的内径，所述接头的插入端的长度小于所述水冷管路的入口端长度，所述接头的外置端的外径大于所述水冷管路的入口端的内径。

2.根据权利要求1所述的水冷却系统的焊接结构，其特征在于，所述焊接件采用铬锆铜C18200材料，所述铬锆铜C18200材料的组分中铬的含量所占比例为0.8％-1.2％。

3.根据权利要求1所述的水冷却系统的焊接结构，其特征在于，所述堵头采用铬锆铜C18200材料，所述铬锆铜C18200材料的组分中铬的含量所占比例为0.8％-1.2％。

4.根据权利要求1所述的水冷却系统的焊接结构，其特征在于，所述接头采用316L不锈钢材料。

5.根据权利要求1所述的水冷却系统的焊接结构，其特征在于，所述堵头的外径等于所述水冷管路的出口端的内径，所述堵头的外端面与所述焊接件的相应面重合。

6.根据权利要求1所述的水冷却系统的焊接结构，其特征在于，所述焊接件、所述水冷管路、所述接头和所述堵头的尺寸的确定方法如下：

对所述焊接件、所述水冷管路、所述接头和所述堵头进行有限元建模；

以所述焊接结构的强度为优化目标，对所述焊接件、所述水冷管路、所述接头和所述堵头尺寸进行优化，得到优化后的所述焊接件、所述水冷管路、所述接头和所述堵头；

根据优化后的所述焊接件、所述水冷管路、所述接头和所述堵头的尺寸，在Pro/E软件中建立焊接结构模型；

利用Abaqus软件中的模型修复功能优化焊接结构模型，确定最优的所述焊接件、所述水冷管路、所述接头和所述堵头的尺寸。

7.根据权利要求6所述的水冷却系统的焊接结构，其特征在于，所述水冷管路的内径为5mm，所述水冷管路的入口端的内径为8.5mm，所述水冷管路的入口端的长度为6mm，所述水冷管路的出口端的内径为6mm，所述接头的插入端的外径为8.5mm，所述接头的插入端的长度为5.8mm，所述堵头的外径为6mm。

8.一种水冷却系统的焊接方法，其特征在于，所述焊接方法包括：

将组装完成的焊接结构置于真空焊接炉内；所述焊接结构包括焊接件、设于所述焊接件内部的水冷管路、设于所述水冷管路的入口端与冷水进入管之间的接头、以及设于所述水冷管路的出口端的堵头；

调整所述真空焊接炉的真空度和焊接温度；

启动所述真空焊接炉进行焊接；

将焊接后的焊接结构中的所述堵头露于所述焊接件外部的部分铣掉，焊接结构加工完成；

所述水冷管路的入口端的内径大于所述水冷管路的内径，所述接头的插入端的外径等于所述水冷管路的入口端的内径，所述接头的插入端的长度小于所述水冷管路的入口端长度，所述接头的外置端的外径大于所述水冷管路的入口端的内径。

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