CN112779528A - 一种真空超导管的加工制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种真空超导管的加工制造工艺，包括初加工、二次加工、钝化处理、中和处理、探伤检测、对接、注液密封以及密封检测八个步骤，超导液成分为重铬酸钾、氢氧化铝、二氧化锰、二茂铁、三乙醇氨和水，金属管为铜管和铝合金中的任意一种材料，真空超导管呈弹簧状；本发明提供的一种真空超导管的加工制造工艺，能够将管道内多余的空气以及超导液挤出，确保内部无空气残留，进而提升了真空超导管的传热效率，使传热效率达99％以上，通过钝化和中和处理延长超导管的使用寿命，寿命可达20年以上，工艺步骤简单高效，成本大幅降低，生产效率高，拓宽了真空超导管的使用场景和范围，利于推广和使用。

Description

一种真空超导管的加工制造工艺
技术领域
本发明涉及真空超导管，具体的说，涉及一种真空超导管的加工制造工艺， 属于换热装置加工制造技术领域。
背景技术
超导热管是依靠其内部工质在一个抽成一定的真空的封闭壳体中循环相变 而传递热量的装置，其工作原理是：当热量自高温热源传入热管时，处于热管 加热段内的工质随即被激活，吸热汽化变成蒸汽(汽化段)，蒸汽瞬间流向热 管另一端(传输段)，到达另一端时遇冷放出潜热后凝结成液体(冷凝段)， 冷凝液体经传输段回流到汽化段，循环相变而实现热量传递。超导热管的超强 导热系数是一般金属的万倍左右，换热效率高达98％以上，是任何一种普通热交 换器无法达到的。
现有技术中金属超导管的制造工艺是将超导液体装入管内，然后加热使管内 的超导液进行沸腾，然后在管的开口端进行加热，并专用旋转设备将加热好的 管的开口端进行锁孔，缩至严密后焊接密封；现有技术中存在很大的工艺技术 缺陷:超导管内部密封的真空度不足，所以导致成型后金属超导管的热传导效率 与预期存在差异，在节能方面利用价值相对较低，且此类工艺对超导管表面的 抗氧化处理手段有限，超导管在长时间换热作业中内外壁易氧化腐蚀，使其使 用寿命较短。
综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要提出 一种新型的真空超导管加工制造工艺来解决现有技术中的工艺缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种真空超导管的加工制 造工艺，可以提高超导管的传热效率，延长超导管的使用寿命。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种真空超导管的加工制造工艺，包括以下步骤。
步骤一、初加工：使用切割机将预备的金属管切割成规定长度的超导管坯 料，再分别使用抛光机和内圆磨对超导管坯料的内外壁进行抛光处理，抛光后 超导管坯料表面精度为▽6-▽8；
步骤二、二次加工：使用螺旋盘管机将经步骤一处后得到的超导管坯料加 工成弹簧状螺旋盘管，提升与水的换热接触面积，有利于提升换热速率；
步骤三、钝化处理：将相应份数的钝化液原料依次投入处理槽内进行加热 以及搅拌，得到钝化液，再将经步骤二处理后超导管坯料依次放入钝化液内进 行钝化，钝化时间为3-7min，钝化液温度为35-45℃，注意不要使超导管坯料 堆叠或不断翻动超导管坯料，钝化处理后将超导管坯料取出并用清水进行冲洗， 洗去其上残留钝化液，在管道表面形成均匀致密的钝化膜，延缓腐蚀速度，延 长使用寿命；
步骤四、中和处理：将相应份数的中和剂原料依次投入处理槽内进行加热 以及搅拌，得到中和剂，再将经步骤三处理后的超导管坯料依次放入中和剂内 进行中和，中和时间为3-5min，中和剂温度为70-80℃，同样需要注意不要使 超导管坯料堆叠或不断翻动超导管坯料，将中和处理后的超导管坯料从处理槽 中取出并使用清水对其进行彻底清洗，洗去其上钝化残渣，清洗后对超导管坯 料进行干燥，若经过步骤二以及步骤三处理后的超导管坯料表面出现黑色斑点， 可在黑色斑点处涂抹钝化液对其进行清除，进一步保证管道质量；
步骤五、探伤检测：使用超声波探伤仪对经步骤四处理后的超导管坯料进 行探伤，将有裂纹或缺陷的坯料作报废处理；
步骤六、对接：将经步骤五处理后的超导管坯料的一端用堵板或椭圆封头 进行密封固定，固定方式为氩弧焊焊接，再对堵板或椭圆封头的任意一处进行 开孔，然后将超导管坯料的另一端与开孔后的堵板或椭圆封头对接，最后再次 使用氩弧焊对对接处进行焊接；
步骤七、注液密封：将相应质量分数的超导液原料依次倒入处理槽中进行 搅拌加热直至沸腾，待超导液颜色变为纯蓝色后，停止加热搅拌并对其进行冷 却处理，带超导液冷却至常温后，使用注塞泵将超导液通过堵板或椭圆封头上 开设的注液孔注入经步骤六处理后的超导管坯料内，再将预制的密封塞塞入注 液孔内，确保密封塞将超导管坯料中的空气二号多余超导液挤出，避免空气对 传热效率的影响，提升实际使用的热效率，再使用氩弧焊对注液孔与密封塞连 接处进行焊接；
步骤八、密封检测：将经步骤七处理后的超导管坯料放入盛满清水的处理 槽内，观测是否有气泡产生，以检测坯料密封性，检测后对坯料表面进行干燥 处理，即得该一种真空超导管成品，使用聚乙烯薄膜对每段真空超导管进行包 覆，避免电接触。
进一步地，所述S1中的金属管为铜和铝合金中的任意一种材料，金属管的 直径30mm-90mm，金属管的厚度为0.8-1.4mm。
进一步地，所述S2中的弹簧状螺旋盘管直径为300-500mm。
进一步地，所述S3中的钝化液原料包括以下份数配比的原料：水120份、 铬酸10-15份、硫酸8-12份、氯化钠5-10份、硝酸4-6份、硫酸亚铁4-6份 以及锌粉1-3份。
进一步地，所述S4中中和原料包括以下份数配比的原料：水115份、氢氧 化钠10-15份以及高锰酸钾4-6份。
进一步地，所述S6中的注液孔的孔径为8-15mm。
进一步地，所述S7中的密封塞材质为20#钢。
进一步地，所述S7中超导液原料包括以下质量分数配比的原料：7-9％重 铬酸钾、5.5-6.5％氢氧化铝、2-3％二氧化锰、1.8-2.8％二茂铁、0.8-1.6％ 三乙醇氨以及余量的水。
本发明采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：
本发明提供的一种真空超导管的加工制造工艺，通过钝化和中和处理，在 真空超导管的内外壁均形成了均匀致密的钝化膜，将原本活性的金属状态转化 为贵金属状态也就是不活泼态，减少金属内部电离子移动，进而延缓了超导管 在水以及超导液的浸泡下内部发生腐蚀的速度，延长了真空超导管的使用寿命， 拓宽了真空超导管的使用场景和范围，同时在钝化和中和处理过程中能够确保 超导管坯料不会因堆叠而影响实际处理效果，确保真空超导管的各部位结构稳 定；该工艺还在灌注超导液的密封过程中采用密封塞对管道内部进行预密封， 密封塞能够将管道内多余的空气以及超导液挤出，确保内部无空气残留，进而 提升了真空超导管的传热效率，相较于采用各种专业设备进行注液以及密封的超导管工艺，操作更加简单高效，工艺成本大幅降低，生产效率更高，利于推 广和使用，工艺中段和末端还会对真空超导管的质量和密封性进行检测，确保 产品品质优良。
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发 明的具体实施方式。
实施例1：
一种真空超导管的加工制造工艺，包括以下步骤。
步骤一、初加工：使用切割机将预备的金属管切割成规定长度的超导管坯 料，金属管为铜和铝合金中的任意一种材料，金属管的直径30mmmm，厚度为 0.8mm，再分别使用抛光机和内圆磨对超导管坯料的内外壁进行抛光处理，抛光 后超导管坯料表面精度为▽8；
步骤二、二次加工：使用螺旋盘管机将经步骤一处后得到的超导管坯料加 工成弹簧状螺旋盘管，其直径为300-500mm；
步骤三、钝化处理：将水120份、铬酸10份、硫酸8份、氯化钠5份、硝 酸4份、硫酸亚铁4份以及锌粉1份依次投入处理槽内进行加热以及搅拌，得 到钝化液，再将经步骤二处理后超导管坯料依次放入钝化液内进行钝化，钝化 时间为3min，钝化液温度为35℃，注意不要使超导管坯料堆叠或不断翻动超导 管坯料，钝化处理后将超导管坯料取出并用清水进行冲洗，洗去其上残留钝化 液；
步骤四、中和处理：事先将水115份、氢氧化钠10份以及高锰酸钾4份依 次投入处理槽内进行加热以及搅拌，得到中和剂，将经步骤三处理后的超导管 坯料立即快速放入中和剂内进行中和，中和时间为3min，中和剂温度为70℃， 同样需要注意不要使超导管坯料堆叠或不断翻动超导管坯料，将中和处理后的 超导管坯料从处理槽中取出并使用清水对其进行彻底清洗，洗去其上钝化残渣， 清洗后对超导管坯料进行干燥，若经过步骤二以及步骤三处理后的超导管坯料 表面出现黑色斑点，可在黑色斑点处涂抹钝化液对其进行清除；
步骤五、探伤检测：使用超声波探伤仪对经步骤四处理后的超导管坯料进 行探伤，将有裂纹或缺陷的坯料作报废处理；
步骤六、对接：将经步骤五处理后的超导管坯料的一端用堵板或椭圆封头 进行密封固定，固定方式为氩弧焊焊接，再对堵板或椭圆封头的任意一处进行 开孔，开得注液孔，注液孔的孔径为8mm，然后将超导管坯料的另一端与开孔后 的堵板或椭圆封头对接，最后再次使用氩弧焊对对接处进行焊接；
步骤七、注液密封：将7％重铬酸钾、5.5％氢氧化铝、2％二氧化锰、1.8％ 二茂铁、0.8％三乙醇氨以及余量的水依次倒入处理槽中进行搅拌加热直至沸 腾，待超导液颜色变为纯蓝色后，停止加热搅拌并对其进行冷却处理，带超导 液冷却至常温后，使用注塞泵将超导液通过堵板或椭圆封头上开设的注液孔注 入经步骤六处理后的超导管坯料内，再将预制的密封塞塞入注液孔内，再使用 氩弧焊对注液孔与密封塞连接处进行焊接，密封塞材质为20#钢，采用密封塞进 行封口的优点是焊接面积小而快，从而不易出现气孔夹渣，所以使超导管使用 寿命更长；
步骤八、密封检测：将经步骤七处理后的超导管坯料放入盛满清水的处理 槽内，观测是否有气泡产生，以检测坯料密封性，检测后对坯料表面进行干燥 处理，即得该一种真空超导管成品，使用聚乙烯薄膜对每段真空超导管进行包 覆。
实施例2：
一种真空超导管的加工制造工艺，包括以下步骤。
步骤一、初加工：使用切割机将预备的金属管切割成规定长度的超导管坯 料，金属管为铜和铝合金中的任意一种材料，金属管的直径为60mm，厚度为 1.15mm，再分别使用抛光机和内圆磨对超导管坯料的内外壁进行抛光处理，抛 光后超导管坯料表面精度为▽7；
步骤二、二次加工：使用螺旋盘管机将经步骤一处后得到的超导管坯料加 工成弹簧状螺旋盘管，其直径为300-500mm；
步骤三、钝化处理：将水120份、铬酸12.5份、硫酸10份、氯化钠7.5 份、硝酸5份、硫酸亚铁5份以及锌粉2份依次投入处理槽内进行加热以及搅 拌，得到钝化液，再将经步骤二处理后超导管坯料依次放入钝化液内进行钝化， 钝化时间为5min，钝化液温度为40℃，注意不要使超导管坯料堆叠或不断翻动 超导管坯料，钝化处理后将超导管坯料取出并用清水进行冲洗，洗去其上残留 钝化液；
步骤四、中和处理：将水115份、氢氧化钠12.5份以及高锰酸钾5份依次 投入处理槽内进行加热以及搅拌，得到中和剂，再将经步骤三处理后的超导管 坯料依次放入中和剂内进行中和，中和时间为4min，中和剂温度为75℃，同样 需要注意不要使超导管坯料堆叠或不断翻动超导管坯料，将中和处理后的超导 管坯料从处理槽中取出并使用清水对其进行彻底清洗，洗去其上钝化残渣，清 洗后对超导管坯料进行干燥，若经过步骤二以及步骤三处理后的超导管坯料表 面出现黑色斑点，可在黑色斑点处涂抹钝化液对其进行清除；
步骤五、探伤检测：使用超声波探伤仪对经步骤四处理后的超导管坯料进 行探伤，将有裂纹或缺陷的坯料作报废处理；
步骤六、对接：将经步骤五处理后的超导管坯料的一端用堵板或椭圆封头 进行密封固定，固定方式为氩弧焊焊接，再对堵板或椭圆封头的任意一处进行 开孔，开得注液孔，注液孔的孔径为12mm，然后将超导管坯料的另一端与开孔 后的堵板或椭圆封头对接，最后再次使用氩弧焊对对接处进行焊接；
步骤七、注液密封：将8％重铬酸钾、5％氢氧化铝、2.5％二氧化锰、2.3％ 二茂铁、1.2％三乙醇氨以及余量的水依次倒入处理槽中进行搅拌加热直至沸 腾，待超导液颜色变为纯蓝色后，停止加热搅拌并对其进行冷却处理，带超导 液冷却至常温后，使用注塞泵将超导液通过堵板或椭圆封头上开设的注液孔注 入经步骤六处理后的超导管坯料内，再将预制的密封塞塞入注液孔内，再使用 氩弧焊对注液孔与密封塞连接处进行焊接，密封塞材质为20#钢，采用密封塞进 行封口的优点是焊接面积小而快，从而不易出现气孔夹渣，所以使超导管使用 寿命更长；
步骤八、密封检测：将经步骤七处理后的超导管坯料放入盛满清水的处理 槽内，观测是否有气泡产生，以检测坯料密封性，检测后对坯料表面进行干燥 处理，即得该一种真空超导管成品，使用聚乙烯薄膜对每段真空超导管进行包 覆。
实施例3：
一种真空超导管的加工制造工艺，包括以下步骤。
步骤一、初加工：使用切割机将预备的金属管切割成规定长度的超导管坯 料，金属管为铜和铝合金中的任意一种材料，金属管的直径90mm，厚度为1.4mm， 再分别使用抛光机和内圆磨对超导管坯料的内外壁进行抛光处理，抛光后超导 管坯料表面精度为▽6；
步骤二、二次加工：使用螺旋盘管机将经步骤一处后得到的超导管坯料加 工成弹簧状螺旋盘管，其直径为300-500mm；
步骤三、钝化处理：将水120份、铬酸15份、硫酸12份、氯化钠10份、 硝酸6份、硫酸亚铁6份以及锌粉3份依次投入处理槽内进行加热以及搅拌， 得到钝化液，再将经步骤二处理后超导管坯料依次放入钝化液内进行钝化，钝 化时间为7min，钝化液温度为45℃，注意不要使超导管坯料堆叠或不断翻动超 导管坯料，钝化处理后将超导管坯料取出并用清水进行冲洗，洗去其上残留钝 化液；
步骤四、中和处理：将水115份、氢氧化钠15份以及高锰酸钾6份依次投 入处理槽内进行加热以及搅拌，得到中和剂，再将经步骤三处理后的超导管坯 料依次放入中和剂内进行中和，中和时间为5min，中和剂温度为80℃，同样需 要注意不要使超导管坯料堆叠或不断翻动超导管坯料，将中和处理后的超导管 坯料从处理槽中取出并使用清水对其进行彻底清洗，洗去其上钝化残渣，清洗 后对超导管坯料进行干燥，若经过步骤二以及步骤三处理后的超导管坯料表面 出现黑色斑点，可在黑色斑点处涂抹钝化液对其进行清除；
步骤五、探伤检测：使用超声波探伤仪对经步骤四处理后的超导管坯料进 行探伤，将有裂纹或缺陷的坯料作报废处理；
步骤六、对接：将经步骤五处理后的超导管坯料的一端用堵板或椭圆封头 进行密封固定，固定方式为氩弧焊焊接，再对堵板或椭圆封头的任意一处进行 开孔，开得注液孔，注液孔的孔径为15mm，然后将超导管坯料的另一端与开孔 后的堵板或椭圆封头对接，最后再次使用氩弧焊对对接处进行焊接；
步骤七、注液密封：将9％重铬酸钾、6.5％氢氧化铝、3％二氧化锰、2.8％ 二茂铁、1.6％三乙醇氨以及余量的水依次倒入处理槽中进行搅拌加热直至沸 腾，待超导液颜色变为纯蓝色后，停止加热搅拌并对其进行冷却处理，带超导 液冷却至常温后，使用注塞泵将超导液通过堵板或椭圆封头上开设的注液孔注 入经步骤六处理后的超导管坯料内，再将预制的密封塞塞入注液孔内，再使用 氩弧焊对注液孔与密封塞连接处进行焊接，密封塞材质为20#钢，采用密封塞进 行封口的优点是焊接面积小而快，从而不易出现气孔夹渣，所以使超导管使用 寿命更长；
步骤八、密封检测：将经步骤七处理后的超导管坯料放入盛满清水的处理 槽内，观测是否有气泡产生，以检测坯料密封性，检测后对坯料表面进行干燥 处理，即得该一种真空超导管成品，使用聚乙烯薄膜对每段真空超导管进行包 覆。
通过本发明的加工制造工艺，可以提高超导管的传热效率，本发明的超导 管与现有技术中同样受热面积的设备相比较，热效率提高了50％左右，本发明的 超导管传热效率达99％以上；提高超导管的使用寿命，寿命可达20年以上；本 发明的超导管已在15年内正常使用,且热效率不减。
以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领 域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何 基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种真空超导管的加工制造工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1、初加工：使用切割机将预备的金属管切割成规定长度的超导管坯料，再分别使用抛光机和内圆磨对超导管坯料的内外壁进行抛光处理，抛光后超导管坯料表面精度为▽6-▽8；
S2、二次加工：使用螺旋盘管机将经S1处后得到的超导管坯料加工成弹簧状螺旋盘管；
S3、钝化处理：将相应份数的钝化液原料依次投入处理槽内进行加热以及搅拌，得到钝化液，再将经S2处理后超导管坯料依次放入钝化液内进行钝化，钝化时间为3-7min，钝化液温度为35-45℃，注意不要使超导管坯料堆叠或不断翻动超导管坯料，钝化处理后将超导管坯料取出并用清水进行冲洗，洗去其上残留钝化液；
S4、中和处理：将相应份数的中和剂原料依次投入处理槽内进行加热以及搅拌，得到中和剂，再将经S3处理后的超导管坯料依次放入中和剂内进行中和，中和时间为3-5min，中和剂温度为70-80℃，同样需要注意不要使超导管坯料堆叠或不断翻动超导管坯料，将中和处理后的超导管坯料从处理槽中取出并使用清水对其进行彻底清洗，洗去其上钝化残渣，清洗后对超导管坯料进行干燥，若经过S2、S3处理后的超导管坯料表面出现黑色斑点，可在黑色斑点处涂抹钝化液对其进行清除；
S5、探伤检测：使用超声波探伤仪对经S4处理后的超导管坯料进行探伤，将有裂纹或缺陷的坯料作报废处理；
S6、对接：将经S5处理后的超导管坯料的一端用堵板或椭圆封头进行密封固定，固定方式为氩弧焊焊接，再对堵板或椭圆封头的任意一处进行开孔，然后将超导管坯料的另一端与开孔后的堵板或椭圆封头对接，最后再次使用氩弧焊对对接处进行焊接；
S7、注液密封：将相应质量分数的超导液原料依次倒入处理槽中进行搅拌加热直至沸腾，待超导液颜色变为纯蓝色后，停止加热搅拌并对其进行冷却处理，带超导液冷却至常温后，使用注塞泵将超导液通过堵板或椭圆封头上开设的注液孔注入经S6处理后的超导管坯料内，再将预制的密封塞塞入注液孔内，再使用氩弧焊对注液孔与密封塞连接处进行焊接；
S8、密封检测：将经S7处理后的超导管坯料放入盛满清水的处理槽内，观测是否有气泡产生，以检测坯料密封性，检测后对坯料表面进行干燥处理，即得该一种真空超导管成品，使用聚乙烯薄膜对每段真空超导管进行包覆。
2.如权利要求1所述的一种真空超导管的加工制造工艺，其特征在于：所述S1中的金属管为铜和铝合金中的任意一种材料，金属管的直径30mm-90mm，金属管的厚度为0.8-1.4mm。
3.如权利要求1所述的一种真空超导管的加工制造工艺，其特征在于：所述S2中的弹簧状螺旋盘管直径为300-500mm。
4.如权利要求1所述的一种真空超导管的加工制造工艺，其特征在于：所述S3中的钝化液原料包括以下份数配比的原料：水120份、铬酸10-15份、硫酸8-12份、氯化钠5-10份、硝酸4-6份、硫酸亚铁4-6份以及锌粉1-3份。
5.如权利要求1所述的一种真空超导管的加工制造工艺，其特征在于：所述S4中中和原料包括以下份数配比的原料：水115份、氢氧化钠10-15份以及高锰酸钾4-6份。
6.如权利要求1所述的一种真空超导管的加工制造工艺，其特征在于：所述S6中的注液孔的孔径为8-15mm。
7.如权利要求1所述的一种真空超导管的加工制造工艺，其特征在于：所述S7中的密封塞材质为20#钢。
8.如权利要求1所述的一种真空超导管的加工制造工艺，其特征在于：所述S7中超导液原料包括以下质量分数配比的原料：7-9％重铬酸钾、5.5-6.5％氢氧化铝、2-3％二氧化锰、1.8-2.8％二茂铁、0.8-1.6％三乙醇氨以及余量的水。
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