CN110906768A - 一种高温热管的封口方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温热管的封口方法，包括以下步骤，(1)提供一金属圆管1，所述圆管与高温热管壳体2相连通；(2)在高温热管壳体真空状态下，用压力钳3将金属圆管压扁至一定厚度；(3)在圆管压扁中间位置，用切割工具将金属管切为两段；(4)用电子束对金属管切断面进行焊接，得到密封良好的高温热管。本发明所设计的高温热管封口方法具有操作简单、密封性好、可靠性高等优点，在高温热管和超高温热管研制中具有潜在应用前景。
Description
技术领域
本发明属于高温热结构技术领域，尤其涉及一种高温热管的封口方法。
背景技术
伴随着高速飞行器、热储能和核热发电技术的出现和发展，以碱金属为工质的高温热管成为重要的传热和散热元件，其优异的传热性能逐渐引起人们的关注。
封口技术是高温热管制备的重要技术之一。封口质量的好坏不仅关系到高温热管的传热性能，而且还会对其储存期限和使用寿命产生明显影响。目前，常用的封口技术如下：
(1)将一金属管与高温热管壳体相连通；
(2)在高温热管壳体真空状态下，用普通液压钳将金属圆管中间位置压扁至一定厚度。
(3)将压扁的金属管切断，并对切口进行氩弧焊接密封。
该封口技术至少存在以下两个缺点：首先，压扁的金属圆管内表面为两个平行平面，密封性不易保证，在后续切割封口容易产生裂缝，空气沿裂缝进入高温热管内，导致高温热管的性能下降；其次，氩弧焊接中，焊缝位置于封口位置完全重合，焊接产生的热应力同样会导致封口裂缝及漏气现象的产生，进而影响高温热管的使用性能。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出了一种高温热管的封口方法。该方法具有操作简单、密封性好、可靠性高等优点，能够实现对高温热管结构的可靠密封。
本发明的技术方案为：
一种高温热管的封口方法，包括以下步骤：
(1)提供一金属圆管，所述金属圆管与高温热管壳体相连通；
(2)在高温热管壳体真空状态下，用压力钳将金属圆管中间位置压扁至一定厚度；
(3)在圆管压扁段中间位置，用切割工具将金属圆管切为两段；
(4)用电子束对切断的金属端圆管切断面进行焊接，得到密封良好的高温热管。
优选的是，所述的金属圆管长度为80-120mm，直径为4-6mm，壁厚h为1-1.5mm，材质为纯镍或纯铌。
优选的是，金属圆管与所述高温热管壳体同轴。
优选的是，所述的压力钳为液压钳，金属圆管压扁段的厚度为2h-1mm到2h-0.5mm。
优选的是，所述的压力钳钳口厚度为18-25mm，压扁段长30-50mm。
优选的是，所述的压力钳钳口两侧的结构为：钳口一侧为平面，钳口另一侧有3-5道宽(0.5-1mm)×深(0.3-0.5mm)的条痕。条痕间距1-1.5mm，条痕方向与金属圆管轴向呈45o角。
优选的是，所述的电子束沿垂于金属圆管压扁面的方向进行焊接，焊接参数为：加速电压60-65kV，焊接电流28-34mA，焊接线速度8-20mm/s。焊接真空度小于6.0×10-2Pa。焊接线距圆管切断面0.3-0.6mm。
本发明的有益效果在于：
1、密封可靠压力钳钳口两侧为非对称结构，封口过程中金属圆管内表面产生位移变形，密封效果容易保证。
2、易于生产电子束沿垂直于焊缝方向进行焊接，降低了焊接难度，提高了焊接效果，易于实现批量化生产。
附图说明
图1为本发明所述的一种高温热管的封口方法；
图2为本发明所述金属圆管压扁过程示意图；
图3为本发明所述金属圆管的电子束焊接示意图。
图4为用本发明所述方法封口得到钠工质/GH4099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。
图1给出了本发明所述的一种高温热管的封口方法，包括以下步骤：
(1)提供一金属圆管1，所述金属圆管与高温热管壳体2相连通；同轴状态；
(2)在高温热管壳体真空状态下，用压力钳3将金属圆管中间位置压扁至一定厚度；
(3)在圆管压扁段中间位置，用切割工具将金属圆管切为两段；
(4)用电子束对金属管切断面进行焊接，得到密封良好的高温热管。
进一步的，所述的金属圆管长度为80-120mm，直径为4-6mm，壁厚h为1-1.5mm，材质为纯镍或纯铌。
进一步的，所述的压力钳为液压钳，钳口厚度为18-25mm。钳口两侧的结构为：钳口一侧为平面，钳口另一侧有3-5道宽(0.5-1mm)×深(0.3-0.5mm)的条痕。条痕间距1-1.5mm，条痕方向与金属圆管轴向呈45o角。
进一步的，所述的金属圆管在压扁过程中，内表面产生非对称变形，导致压扁的金属圆管形成密封结构，如图2所示。
进一步的，所述的电子束沿垂于金属圆管压扁平面的方向进行焊接，焊接参数为：加速电压60-65kV，焊接电流28-34mA，焊接线速度8-20mm/s。焊接真空度小于6.0×10-2Pa。焊接线距圆管切断面0.3-0.6mm。焊接过程中，焊接线到圆管断面间金属管全部熔化为液态，而后金属液体在表面涨力的作用下，在圆管断面末端形成弧形密封，如图3所示。
实施例：
为了说明本方法的可行性，采用100mm长的纯镍管(Ф6×1mm)和纯铌管(Ф6×1.5mm)，通过液压钳分别压扁至1.5mm和2mm，压扁段长40mm。封口钳厚20mm，钳口一侧为平面，钳口另一侧有3道宽0.5mm×深0.5mm的条痕。压扁后的纯镍管和纯铌管一端通入8atm的空气另一端放入水中，30分钟内未发现有明显的气泡逸出，说明压扁后金属圆管实现了良好的密封功能。
我们将密封后的纯镍管和纯铌管从压扁段中间切断，而后放入电子束焊机中进行焊接，焊接参数如下：加速电压60kV，焊接电流30mA，焊接线速度8mm/s。焊接真空度小于5.0×10-2Pa。焊接线距圆管切断面0.4mm。焊接后我们对两个金属管进行了氦质谱仪检漏，检测结果表明，两个金属管的漏率均小于3.6×10-9Pa·m3/s。该数值与基体材料的漏率相近，说明本发明涉及的一种高温热管的封口方法具有能够有效降低高温热管的气体漏率。
为了进一步说明本发明的优越性，我们以GH4099镍基高温合金为原材料，纯度为99％的钠为工质，纯镍管为充装管，制备了钠工质/GH4099高温热管，并用上述参数对纯镍管进行封口，得到了高温热管样件。将此样件放置5年后，进行启动试验，结果如图4所示。从图中可以看到，图中point1到point8表示8个测温点。高温热管呈现出良好的均温性，高温热管启动性能良好。说明本发明封口的高温热管具有良好的密封性能，具有长的储存期限。此外，我们以铌合金C-103为原材料，锂为工质，纯铌管为充装管，制备了锂工质/C-103高温热管，并用本发明参数对纯镍管进行封口。得到的铌基高温热管同样表现了良好的启动性能。
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 (10)
1.一种高温热管的封口方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)提供一金属圆管，所述金属圆管与高温热管壳体相连通；
(2)在高温热管壳体真空状态下，用压力钳将金属圆管中间位置压扁至一定厚度；
(3)在圆管压扁段中间位置，用切割工具将金属圆管切为两段；
(4)用电子束对金属圆管切断面进行焊接，得到密封良好的高温热管。
2.如权利要求1所述的一种高温热管的封口方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的金属圆管长80-120mm，直径为4-6mm，壁厚h为1-1.5mm，材质为纯镍或纯铌。
3.如权利要求2所述的一种高温热管的封口方法，其特征在于：所述的压力钳为液压钳，金属圆管压扁段的厚度为2h-1mm到2h-0.5mm。
4.如权利要求1所述的一种高温热管的封口方法，其特征在于：金属圆管与所述高温热管壳体同轴。
5.如权利要求1所述的一种高温热管的封口方法，其特征在于：金属圆管在压扁过程中，内表面产生非对称变形，使得压扁的金属圆管形成密封结构。
6.如权利要求1所述的一种高温热管的封口方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的压力钳钳口厚度为18-25mm，金属圆管的压扁段长30-50mm。
7.如权利要求1所述的一种高温热管的封口方法，其特征在于：步骤(2)中，所述压力钳钳口两侧的结构为：钳口一侧为平面，钳口另一侧有3-5道条痕。
8.如权利要求7所述的一种高温热管的封口方法，其特征在于：条痕宽0.5-1mm，深0.3-0.5mm，条痕间距1-1.5mm，条痕方向与金属圆管轴向呈45°角。
9.如权利要求1所述的一种高温热管的封口方法，其特征在于：步骤(4)中，所述电子束沿垂于金属圆管压扁面的方向进行焊接，焊接参数为：加速电压60-65kV，焊接电流28-34mA，焊接线速度8-20mm/s；焊接真空度小于6.0×10-2Pa；焊接线距圆管切断面0.3-0.6mm。
10.如权利要求9所述的一种高温热管的封口方法，其特征在于：焊接过程中，焊接线到圆管断面间金属管全部熔化为液态，金属液体在表面涨力的作用下，在圆管断面末端形成弧形密封。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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