CN112743298B - 一种冷却系统热屏蔽模块的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冷却系统热屏蔽模块的制造方法，铜块及铜板的切割下料，整块铜板中包裹冷却管的部分采用24mm厚的铜块，其余部分采用3mm厚的铜板，根据钎焊的间隙控制要求，加工铜块上穿冷却管的配合内孔，并在内孔上母线处切割一条用于填装钎料的通槽，并最后在铜块的两侧加工成用于与铜板焊接的3mm厚的台阶面，并进行边倒圆。解决了铜板与冷却管之间的间隙控制难以达到银基钎焊的技术要求、铜板直接的对接焊热量过大影响钎焊以及管管对接焊操作空间太小难以操作的技术难题，避免了钎焊质量低。

Description

一种冷却系统热屏蔽模块的制造方法
技术领域
本发明属于制造工艺领域，尤其涉及一种冷却系统热屏蔽模块的制造方法。
背景技术
由美国、日本、欧盟、中国、俄罗斯、韩国和印度在内的7方共同参与合作的目前世界上最大型的国际大科学合作计划----ITER计划(国际热核聚变实验堆计划)中，在磁体线圈及其支撑系统之间有一套冷却系统，用来快速带走设备运行过程中产生的热量，起到热屏蔽的作用。
该冷却系统由若干热屏蔽模块通过冷却管相连，热屏蔽模块采用3mm厚的铜板(牌号C101)包裹若干316L不锈钢冷却管
Figure GDA0003945138100000011
Figure GDA0003945138100000012
装在需要绝热的两部件之间，利用铜的高导热性能进行快速热传递，在冷却管中通快速流动的冷却液(如液氮、液氦)，快速将热量带走，起到绝热的作用。根据需要冷却的零部件尺寸不同，热屏蔽块的外形尺寸、包裹冷却管的有效长度也不同，最长达一米以上。冷却管与铜板之间需要进行钎焊，同时为了保证热传递效率，铜板与冷却管之间的间隙需要根据钎焊工艺要求进行严格控制。
铜板与冷却管之间的钎焊可采用镍基钎焊及银基钎焊两种。镍基钎焊温度较高，钎焊熔点与铜的熔点较为接近，且由于温度太高，降温过程中容易产生气泡，钎焊质量不高；银基钎焊对铜板与冷却管之间的间隙要求更高，要求控制在0.05mm以前，想通过卷制及压弯成型方式让3mm铜板包裹冷却管，控制0.05mm间隙，难度很高。且制造过程中冷却管如何弯制成型及管管对接焊也是一个难题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种冷却系统热屏蔽模块的制造方法，解决了铜板与冷却管之间的间隙控制难以达到银基钎焊的技术要求、铜板直接的对接焊热量过大影响钎焊以及管管对接焊操作空间太小难以操作的技术难题，避免了钎焊质量低。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种冷却系统热屏蔽模块的制造方法，包括以下步骤：
1、铜块及铜板的切割下料，整块铜板中包裹冷却管的部分采用24mm厚的铜块，其余部分采用3mm厚的铜板；
2、根据钎焊的间隙控制要求，加工铜块上穿冷却管的配合内孔，并在内孔上母线处切割一条用于填装钎料的通槽，并最后在铜块的两侧加工成用于与铜板焊接的3mm厚的台阶面，并进行边倒圆；
3、冷却管的下料、弯管以及连接用三通的加工，根据热屏蔽模块结构以及管管对接焊、钎焊实施的工艺性要求，对冷却管进行分段，然后进行冷却管的下料、弯管以及连接用三通的加工；
4、检测并清洗钎焊用的冷却管，保证其直线度要求，并在该段冷却管外表面镀镍；
5、清洁铜块的内孔，将镀镍并清洁干净的冷却管穿入铜块中，在加工好的填料槽中装入钎料，并对各铜块进行定位固定，保证各铜块的底面共面，并保证各铜块间距3mm，装配好后，放入真空钎焊炉中进行真空钎焊，采用银基钎焊；
6、钎焊组件与3mm厚铜板的焊接，钎焊组件与铜板的焊接采用搅拌摩擦焊；
7、冷却管的管管对接焊，实测并修配各冷却管长度以及端面垂直度，确保各冷却管及三通的连接面对齐，间隙均匀后，点焊固定；
8、对冷却管的各对接焊焊缝进行PT及RT检测，确保焊缝无缺陷；
9、最后加工铜板的连接孔及沟槽。
在上技术方案中，步骤1中，每根铜块分成300-400mm长的若干段，然后根据整体尺寸要求，进行铜块及铜板的切割下料。
在上述技术方案中，步骤2中，铜块上的内孔保证与冷却管的间隙在小于等于0.05mm。
在上述技术方案中，步骤6中，焊前修配铜板、铜块3mm后的台阶面的侧边，保证组装后间隙均匀，同时铜块之间的3mm间隙采用3mm宽小铜条进行填补，采用工装固定后，进行搅拌摩擦焊。
在上述技术方案中，步骤7中，采用管管对接焊设备进行冷却管的管管对接焊。
在上述技术方案中，步骤8中，对最终焊接完成的冷却管进行整体氦检漏。
本发明的有益效果是：解决了铜板与冷却管之间的间隙控制难以达到银基钎焊的技术要求、铜板之间的对接焊热量过大影响钎焊以及管管对接焊操作空间太小难以操作的技术难题，避免了钎焊质量低、冷却管与铜板之间气泡及夹层过多影响传热效率以及管管对接焊焊缝有缺陷，返修率高的问题。
附图说明
图1为本发明中热屏蔽模块的结构示意图。
图2为图1中热屏蔽模块拆分后的结构图。
图3为图2中C-C向视图。
图4为图3中D的放大图。
图5为2为图2中钎焊组件图。
图6为图5的A-A向视图。
其中：1.钎焊组件a；2.钎焊组件b；3.铜板a；4.铜板b；5.三通；6.冷却管弯头；7.冷却管直段a；8.冷却管直段b；9.铜块；10.冷却管直段c。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图6所示，一种冷却系统热屏蔽模块的制造方法，包括以下步骤：
1、铜块及铜板的切割下料，有两条冷却管，需要两根铜块，而每根长度有800mm，不便于加工，每根需要切成2件，总共需要398.5mm长铜块4根(即铜块9)、800×82mm铜板2块(即铜板a3)以及775×96mm铜板1块(即铜板b4)；
2、根据钎焊的间隙控制要求，在4根长398.5mm的铜块端面上钻尺寸
Figure GDA0003945138100000041
的通孔(冷却管尺寸
Figure GDA0003945138100000042
)，根据冷却管实际尺寸控制配合间隙0.05mm以内，并加工钎料填装槽及将铜块两侧加工成用于与铜板焊接的3mm厚的台阶面，以并进行及边倒圆；
3、冷却管的下料、弯管以及连接用三通的加工，根据热屏蔽模块结构以及管管对接焊、钎焊实施的工艺性要求，冷却管被分为了4根直管(两根短直管和两根长直管，两根短直管分别为冷却管直段a7、冷却管直段b8，其中两根长管要进行钎焊，即冷却管直段c10)、2根弯管(即冷却管弯头6)及两个三通5，然后进行冷却管的下料、弯管以及连接用三通的加工；
4、检测并清洗钎焊用的冷却管，保证其直线度要求，两根长直管清洁干净后，根据钎焊工艺要求，在该段冷却管外表面镀镍，以提高银基钎焊质量；
5、清洁铜块的内孔，将镀镍并清洁干净的冷却管穿入铜块中，在加工好的填料槽中装入钎料，并对各铜块进行定位固定，保证各铜块的底面共面，并保证各铜块间距3mm，装配好后，放入真空钎焊炉中进行真空钎焊，采用银基钎焊，两个钎焊组件分别为钎焊组件a1和钎焊组件b2；
6、钎焊组件与带3mm厚台阶面铜板的焊接，钎焊组件两块铜块之间的3mm间隙中塞入3mm铜条(仅在需要进行搅拌摩擦焊的一侧塞3mm铜条)，同时修配需要进行搅拌摩擦焊的侧边，保证钎焊组件及铜板的搅拌摩擦焊侧边直线度0.1mm以内，采用工装固定后，进行搅拌摩擦焊；
7、冷却管的管管对接焊，实测并修配各冷却管长度以及端面垂直度，确保各冷却管及三通的连接面对齐，间隙均匀后，点焊固定；
8、对冷却管的各对接焊焊缝进行PT及RT检测，确保焊缝无缺陷；
9、最后加工铜板的连接孔及沟槽。
在上技术方案中，步骤1中，每根铜块分成300-400mm长的若干段，然后根据整体尺寸要求，进行铜块及铜板的切割下料。
在上述技术方案中，步骤2中，铜块上的内孔保证与冷却管的间隙在小于等于0.05mm。
在上述技术方案中，步骤6中，焊前修配铜板、铜块的3mm厚台阶面侧边，保证组装后间隙均匀，同时铜块之间的3mm间隙采用3mm宽小铜条进行填补，采用工装固定后，进行搅拌摩擦焊。
在上述技术方案中，步骤7中，采用管管对接焊设备进行冷却管的管管对接焊。
在上述技术方案中，步骤8中，对最终焊接完成的冷却管进行整体氦检漏。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种冷却系统热屏蔽模块的制造方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)、铜块及铜板的切割下料，整块铜板中包裹冷却管的部分采用24mm厚的铜块，其余部分采用3mm厚的铜板；
(2)、根据钎焊的间隙控制要求，加工铜块上穿冷却管的配合内孔，并在内孔上母线处切割一条用于填装钎料的通槽，并最后在铜块的两侧加工成用于与铜板焊接的3mm厚的台阶面，并进行边倒圆；
(3)、冷却管的下料、弯管以及连接用三通的加工，根据热屏蔽模块结构以及管管对接焊、钎焊实施的工艺性要求，对冷却管进行分段，然后进行冷却管的下料、弯管以及连接用三通的加工；
(4)、检测并清洗钎焊用的冷却管，保证其直线度要求，并在该段冷却管外表面镀镍；
(5)、清洁铜块的内孔，将镀镍并清洁干净的冷却管穿入铜块中，在加工好的填料槽中装入钎料，并对各铜块进行定位固定，保证各铜块的底面共面，并保证各铜块间距3mm，装配好后，放入真空钎焊炉中进行真空钎焊，采用银基钎焊；
(6)、钎焊组件与3mm厚的铜板的焊接，钎焊组件与铜板的焊接采用搅拌摩擦焊；
(7)、冷却管的管管对接焊，实测并修配各冷却管长度以及端面垂直度，确保各冷却管及三通的连接面对齐，间隙均匀后，点焊固定；
(8)、对冷却管的各对接焊焊缝进行PT及RT检测，确保焊缝无缺陷；
(9)、最后加工铜板的连接孔及沟槽。
2.根据权利要求1所述的冷却系统热屏蔽模块的制造方法，其特征是：步骤( 1) 中，每根铜块分成300～400mm长的若干段，然后根据整体尺寸要求，进行铜块及铜板的切割下料。
3.根据权利要求1所述的冷却系统热屏蔽模块的制造方法，其特征是：步骤( 2) 中，铜块上的内孔保证与冷却管的间隙在小于等于0.05mm。
4.根据权利要求1所述的冷却系统热屏蔽模块的制造方法，其特征是：步骤( 6) 中，焊前修配铜板、铜块3mm厚的台阶面的侧边，保证组装后间隙均匀，同时铜块之间的3mm间隙采用3mm宽小铜条进行填补，采用工装固定后，进行搅拌摩擦焊。
5.根据权利要求1所述的冷却系统热屏蔽模块的制造方法，其特征是：步骤( 7) 中，采用管管对接焊设备进行冷却管的管管对接焊。
6.根据权利要求1所述的冷却系统热屏蔽模块的制造方法，其特征是：步骤( 8) 中，对最终焊接完成的冷却管进行整体氦检漏。
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