CN113237364B - 一种高温热管加工制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温热管加工制造方法,包括步骤:清洗残留油脂、退火处理、去除氧化层、清洗残液、酸蚀除锈、清洗残液、钝化处理、清洗残液、去除水滴、真空退火、吸液芯安装、端盖安装、真空加热、工质充装、吸液芯润湿、热排气等步骤。本发明针对高温热管提出一种高温热管加工制造方法,可以实现高温热管的规范制造,保障高温热管性能。
Description
技术领域
本发明涉及相变换热设备技术领域,具体涉及一种高温热管加工制造方法。
背景技术
热管是一种利用工质的相变(蒸发和冷凝)的非能动传热设备。由于工质的汽化潜热较大、吸液芯毛细力可实现工质输运,热管具有结构简单、传热效率高、等温性好、非能动等特性,热管的传热效率相比于传统设备,结构简化,传热效率提高,避免单点失效。热管可选用不同工质以适用于不同的温度范围。然而,高温热管一般采用碱金属作为工质,其性质较为活泼,容易在加工制造过程中受到污染,热管内吸液芯等的洁净度、不凝气体的含量等因素均会影响热管的性能,而相关的工艺流程仍缺乏规范。本发明针对高温热管,提出了一种高温热管的加工制造方法,为高性能高温热管的制造提供参考。
发明内容
为实现在高温热管加工制造流程的规划,本发明设计了一种高温热管加工制造方法,本发明方法针对热管管壳、端盖、吸液芯进行处理,采用真空蒸馏法进行工质充装,实现了高温热管加工制造的规范流程。
本发明采取以下技术方案:
一种高温热管加工制造方法,步骤如下:
步骤1:清洗油脂残留:对热管管壳、端盖、吸液芯材料采用1,1,2-三氯三氟乙烷溶液或正溴丙烷类清洗剂或ENASOLV 365AZ溶液进行超声波清洗,清除热管材料的油脂残留;
步骤2:退火处理:对热管管壳和端盖材料进行退火处理,退火温度及时间依据材料特性进行选择,以消除材料的残余应力,提升高温下热管的机械性能;
步骤3:去除氧化层:将热管管壳和端盖材料浸泡于除锈溶液中10~15min;
步骤4:清洗残液:对热管管壳、端盖、吸液芯材料采用去离子水进行清洗,以去除步骤3中的残余除锈溶液;
步骤5:酸蚀除锈:对热管管壳、端盖、吸液芯材料选用酸性溶液进行浸泡,以清除热管材料的锈迹;
步骤6:清洗残液:对热管管壳、端盖、吸液芯材料采用去离子水进行清洗,以去除步骤5中的残余酸性溶液;
步骤7:钝化处理:对热管管壳、端盖、吸液芯材料选用钝化液进行浸泡,形成致密薄层以保护热管材料;
步骤8:清洗残液:对热管管壳、端盖、吸液芯材料采用去离子水进行清洗,以去除步骤7中的残余钝化液;
步骤9:去除水滴:对热管管壳、端盖、吸液芯材料采用无水乙醇进行清洗,去除步骤8残留的水滴;
步骤10:真空退火:将热管管壳材料在真空室中以900℃~1500℃加热60min~120min,随后随炉冷却,此步骤再次消除热管管壳的机械应力;
步骤11:吸液芯安装:将经过清洗的吸液芯放入热管管壳内部并真空焊接;
步骤12:端盖安装:将经过清洗的端盖放入热管管壳内部并真空焊接;
步骤13:真空加热:将热管加热至900℃~1500℃并保持60min~120min,热管管壳外表面处于空气中,管内压力维持真空10-4Pa量级,此步骤的目的为管壳材料退火消除焊接应力,在管壳外表面形成氧化保护层,清洁管壳内表面;
步骤14:工质充装:采用真空蒸馏法充装液态金属工质,液态金属工质完全充满吸液芯并留有高度为3cm~10cm空液池停止;
步骤15:吸液芯润湿:将热管加热至热管设计温度值并保持48h以上以便液态金属工质润湿吸液芯,而后倾斜热管将多余金属工质流到热管蒸发段,在空气中冷却热管;
步骤16:热排气:若热管内存在不凝气体,将热管在过热状态下工作1h后,打开充液管排出不凝气体后封闭充液管。
所述步骤2中,若热管管壳和端盖材料采用镍基高温合金,则退火温度为1000℃以上,保温时间为1h,采用空气冷却。
所述步骤5中,若热管管壳、端盖、吸液芯材料采用镍基高温合金热管材料,则酸洗除锈采用如下步骤:
步骤5.1:配置质量浓度为25%的硫酸清洗溶液,将热管管壳、端盖、吸液芯材料于80℃以上的温度下浸泡5~20min;
步骤5.2:对热管管壳、端盖、吸液芯材料采用去离子水进行清洗;
步骤5.3:配置质量浓度为1%的硝酸清洗溶液,将热管管壳、端盖、吸液芯材料于70℃以上的温度下浸泡5~20min。
所述步骤5中,若热管管壳、端盖、吸液芯材料采用镍基高温合金热管材料,则酸洗除锈在70℃以上的温度下在由体积浓度为7%的硝酸溶液和体积浓度为2%的FeCl2溶液组成的清洗溶液中浸泡5~20min。
所述步骤5中,若热管管壳、端盖、吸液芯材料采用镍基高温合金热管材料,则酸洗除锈在70℃以上的温度下在由体积浓度为17%的硫酸溶液和体积浓度为1%的盐酸溶液组成的混合溶液中浸泡3~10min。
所述步骤7中,具体为:配置钝化液并静置2h以上,将热管管壳、端盖、吸液芯材料分别每10s在钝化液中进行一次浸泡,直到热管材料发亮,清洗溶液的配比为质量浓度为20%的硝酸溶液、质量浓度为2%的氢氟酸溶液和10g/L铁溶液三者混合。
所述步骤7中,具体为:配置钝化液,将热管管壳、端盖、吸液芯材料于66℃以上的温度下浸泡5min以上,钝化液的配比为体积浓度为1%的硝酸溶液和体积浓度为10%的氢氟酸溶液的混合。
所述步骤7中,具体为:配置钝化液,将热管管壳、端盖、吸液芯材料于70℃以上的温度下浸泡25min以上,钝化液的配比为体积浓度为8%的硝酸溶液和体积浓度为4%的氢氟酸溶液的混合。
所述步骤3中,除锈溶液采用:硝酸铵、盐酸、氢氧化物-氰化物、镀铬腐蚀剂、硫酸、硝酸、氢氧化钠-碳酸钠、醋酸-过氧化氢、硫酸铬、铬酸、铬酸-硫酸钠、铬酸-磷酸、硫酸-硝酸、硝酸-氢氟酸、Kolene公司生产的DGS除锈盐中的一种。
和现有技术相比较,本发明具备如下优点:
本发明中针对热管管壳、端盖、吸液芯等进行多次清洗处理,保证热管材料的洁净度并形成保护层;针对热管管壳进行退火处理,消除其残余应力,保证其高温下的机械性能;针对工质充装过程,采用真空蒸馏法进行工质充装,保证工质的纯度;针对不凝气体的存在,采用热排气方法,有效减少不凝气体的含量。
本发明针对传统热管加工制造流程不规范等问题,提出一种高温热管加工制造方法,本发明流程规范、可行性高,能够极大地提升高温热管加工制造水平。
附图说明
图1为高温热管加工制造方法的流程图。
具体实施方式
现结合实例、附图对本发明作进一步描述:
如图1所示,本发明一种高温热管加工制造方法。
实例1:热管管壳、端盖采用海因斯(Haynes)230材料,吸液芯采用S316不锈钢,热管工质采用纯度为99.5%的钠,制造流程为:
步骤1:清洗油脂残留:对热管管壳、端盖、吸液芯等热管材料采用1,1,2-三氯三氟乙烷溶液(CFC-113)进行超声波清洗,清除热管材料的油脂残留;
步骤2:退火处理:对热管管壳和端盖进行退火处理,退火温度为1100℃,保温时间为1h,以消除材料的残余应力,提升高温下热管的机械性能;
步骤3:去除氧化层:将热管管壳和端盖浸泡于487℃的Kolene DGS除锈溶液中浸泡10~15min;
步骤4:清洗残液:对热管管壳、端盖、吸液芯热管材料采用去离子水进行清洗,以去除上一步骤中的残余溶液;
步骤5:酸蚀除锈:热管管壳、端盖、吸液芯热管材料浸泡于70℃的硫酸-盐酸溶液中5min,以清除热管材料的锈迹,硫酸-盐酸溶液的配比为体积浓度为17%的硫酸和体积浓度为1%的盐酸;
步骤6:清洗残液,对热管管壳、端盖、吸液芯热管材料采用去离子水进行清洗,以去除步骤5中的残余溶液;
步骤7:钝化处理,热管管壳、端盖、吸液芯热管材料浸泡于70℃的钝化液25min,钝化液的配比为体积浓度为8%的硝酸溶液、体积浓度为4%的氢氟酸溶液的混合;
步骤8:清洗残液,对热管管壳、端盖、吸液芯等热管材料采用去离子水进行清洗,以去除步骤7中的残余溶液;
步骤9:去除水滴,对热管管壳、端盖、吸液芯等热管材料采用无水乙醇进行清洗,去除步骤8残留的水滴;
步骤10:真空退火,将热管管壳在真空室中以950℃加热60min,随后随炉冷却,此步骤再次消除热管管壳的机械应力;
步骤11:吸液芯安装,将经过清洗的吸液芯放入热管管壳内部并真空焊接;
步骤12:端盖安装,将经过清洗的端盖放入热管管壳内部并真空焊接;
步骤13:真空加热,将热管加热至1100℃并保持60min,热管管壳外表面处于空气中,管内压力维持真空10-4Pa量级;
步骤14:工质充装,采用真空蒸馏法充装液态金属工质,完全充满吸液芯并留有高度为3cm的空液池时停止;
步骤15:吸液芯润湿,将热管加热至900℃并保持48h以便液态金属工质润湿吸液芯,而后倾斜热管将多余金属工质流到热管蒸发段,在空气中冷却热管;
步骤16:热排气,若热管内存在不凝气体,将热管在过热状态下工作1h后,打开充液管排出不凝气体后封闭充液管。
实例2:热管管壳、端盖采用因科聂(Inconel)MA 754材料,吸液芯采用S316不锈钢,热管工质采用纯度为99.5%的钾,制造流程为:
步骤1:清洗油脂残留:对热管管壳、端盖、吸液芯材料采用正溴丙烷类清洗剂进行超声波清洗,清除热管材料的油脂残留;
步骤2:退火处理:对热管管壳和端盖进行退火处理,退火温度为1000℃,保温时间为1h后随空气冷却,以消除材料的残余应力,提升高温下热管的机械性能;
步骤3:去除氧化层:将热管管壳和端盖浸泡于487℃的Kolene DGS除锈溶液中浸泡10~15min;
步骤4:清洗残液:对热管管壳、端盖、吸液芯热管材料采用去离子水进行清洗,以去除上一步骤中的残余溶液;
步骤5:酸蚀除锈:热管管壳、端盖、吸液芯材料浸泡于70℃的由体积浓度为7%的硝酸溶液和体积浓度为2%的FeCl2溶液组成的混合溶液中5min,以清除热管材料的锈迹;
步骤6:清洗残液:对热管管壳、端盖、吸液芯材料采用去离子水进行清洗,以去除步骤5中的残余酸性溶液;
步骤7:钝化处理:热管管壳、端盖、吸液芯材料分别每10s在钝化液中进行一次浸泡,直到热管材料发亮,,钝化液的配比为质量浓度为20%的硝酸溶液、质量浓度为2%的氢氟酸溶液和10g/L铁溶液,钝化液配制完成后需静置2h后再使用;
步骤8:清洗残液:对热管管壳、端盖、吸液芯材料采用去离子水进行清洗,以去除步骤7中的残余钝化液;
步骤9:去除水滴:对热管管壳、端盖、吸液芯材料采用无水乙醇进行清洗,去除步骤8残留的水滴;
步骤10:真空退火:将热管管壳材料在真空室中以900℃加热60min,随后随炉冷却;
步骤11:吸液芯安装:将经过清洗的吸液芯放入热管管壳内部并真空焊接;
步骤12:端盖安装:将经过清洗的端盖放入热管管壳内部并真空焊接;
步骤13:真空加热:将热管加热至950℃并保持120min,热管管壳外表面处于空气中,管内压力维持真空10-4Pa量级,在管壳外表面形成氧化保护层,清洁管壳内表面;
步骤14:工质充装:采用真空蒸馏法充装液态金属工质,液态金属工质完全充满吸液芯并留有10cm液池停止;
步骤15:吸液芯润湿:将热管加热至600℃并保持48h以上以便液态金属工质润湿吸液芯,而后倾斜热管将多余金属工质流到热管蒸发段,在空气中冷却热管;
步骤16:热排气:若热管内存在不凝气体,将热管在800℃下工作1h后,打开充液管排出不凝气体后封闭充液管。
实例3:热管管壳、端盖采用铌锆合金材料,吸液芯采用S316不锈钢,热管工质采用纯度为99.9%的锂,制造流程为:
步骤1:清洗油脂残留:对热管管壳、端盖、吸液芯材料采用1,1,2-三氯三氟乙烷溶液(CFC-113)进行超声波清洗,清除热管材料的油脂残留;
步骤2:退火处理:对热管管壳和端盖材料进行退火处理,退火温度1500℃,保温1h后再真空炉内冷却,以消除材料的残余应力,提升高温下热管的机械性能;
步骤3:去除氧化层:热管管壳和端盖浸泡于66℃的除锈溶液中浸泡5min,除锈溶液配比为体积浓度为20%的硝酸和体积浓度为1%的氢氟酸;
步骤4:清洗残液:对热管管壳、端盖、吸液芯材料采用去离子水进行清洗,以去除步骤3中的残余除锈溶液;
步骤5:酸蚀除锈:热管管壳和端盖浸泡于80℃的质量浓度为25%的硫酸溶液中浸泡5min,去离子水清洗后,热管管壳和端盖浸泡于70℃的质量浓度为1%的硝酸溶液中5min;
步骤6:清洗残液:对热管管壳、端盖、吸液芯材料采用去离子水进行清洗,以去除步骤5中的残余酸性溶液;
步骤7:钝化处理:热管管壳、端盖、吸液芯材料浸泡于66℃的由体积浓度为1%的硝酸溶液和体积浓度为10%的氢氟酸溶液的混合溶液中5min,形成致密薄层以保护热管材料;
步骤8:清洗残液:对热管管壳、端盖、吸液芯材料采用去离子水进行清洗,以去除步骤7中的残余钝化液;
步骤9:去除水滴:对热管管壳、端盖、吸液芯材料采用无水乙醇进行清洗,去除步骤8残留的水滴;
步骤10:真空退火:将热管管壳材料在真空室中以1500℃加热120min,随后随炉冷却,此步骤再次消除热管管壳的机械应力;
步骤11:吸液芯安装:将经过清洗的吸液芯放入热管管壳内部并真空焊接;
步骤12:端盖安装:将经过清洗的端盖放入热管管壳内部并真空焊接;
步骤13:真空加热:将热管加热至1200℃并保持120min,热管管壳外表面处于空气中,管内压力维持真空10-4Pa量级;
步骤14:工质充装:采用真空蒸馏法充装液态金属工质,液态金属工质完全充满吸液芯并留有3cm液池时停止;
步骤15:吸液芯润湿:将热管加热至1200℃并保持48h以上以便液态金属工质润湿吸液芯,而后倾斜热管将多余金属工质流到热管蒸发段,在空气中冷却热管;
步骤16:热排气:若热管内存在不凝气体,将热管在1400℃下工作1h后,打开充液管排出不凝气体后封闭充液管。
Claims (9)
1.一种高温热管加工制造方法,其特征在于:步骤如下:
步骤1:清洗油脂残留:对热管管壳、端盖、吸液芯材料采用1,1,2-三氯三氟乙烷溶液或正溴丙烷类清洗剂或ENASOLV 365AZ溶液进行超声波清洗,清除热管材料的油脂残留;
步骤2:退火处理:对热管管壳和端盖材料进行退火处理,退火温度及时间依据材料特性进行选择,以消除材料的残余应力,提升高温下热管的机械性能;
步骤3:去除氧化层:将热管管壳和端盖材料浸泡于除锈溶液中10~15min;
步骤4:清洗残液:对热管管壳、端盖、吸液芯材料采用去离子水进行清洗,以去除步骤3中的残余除锈溶液;
步骤5:酸洗除锈:对热管管壳、端盖、吸液芯材料选用酸性溶液进行浸泡,以清除热管材料的锈迹;
步骤6:清洗残液:对热管管壳、端盖、吸液芯材料采用去离子水进行清洗,以去除步骤5中的残余酸性溶液;
步骤7:钝化处理:对热管管壳、端盖、吸液芯材料选用钝化液进行浸泡,形成致密薄层以保护热管材料;
步骤8:清洗残液:对热管管壳、端盖、吸液芯材料采用去离子水进行清洗,以去除步骤7中的残余钝化液;
步骤9:去除水滴:对热管管壳、端盖、吸液芯材料采用无水乙醇进行清洗,去除步骤8残留的水滴;
步骤10:真空退火:将热管管壳材料在真空室中以900℃~1500℃加热60min~120min,随后随炉冷却,此步骤再次消除热管管壳的机械应力;
步骤11:吸液芯安装:将经过清洗的吸液芯放入热管管壳内部并真空焊接;
步骤12:端盖安装:将经过清洗的端盖放入热管管壳内部并真空焊接;
步骤13:真空加热:将热管加热至900℃~1500℃并保持60min~120min,热管管壳外表面处于空气中,管内压力维持真空10-4Pa量级,此步骤的目的为管壳材料退火消除焊接应力,在管壳外表面形成氧化保护层,清洁管壳内表面;
步骤14:工质充装:采用真空蒸馏法充装液态金属工质,液态金属工质完全充满吸液芯并留有高度为3cm~10cm空液池停止;
步骤15:吸液芯润湿:将热管加热至热管设计温度值并保持48h以上以便液态金属工质润湿吸液芯,而后倾斜热管将多余金属工质流到热管蒸发段,在空气中冷却热管;
步骤16:热排气:若热管内存在不凝气体,将热管在过热状态下工作1h后,打开充液管排出不凝气体后封闭充液管。
2.根据权利要求1所述一种高温热管加工制造方法,其特征在于:所述步骤2中,若热管管壳和端盖材料采用镍基高温合金,则退火温度为1000℃以上,保温时间为1h,采用空气冷却。
3.根据权利要求1所述一种高温热管加工制造方法,其特征在于:所述步骤5中,若热管管壳、端盖、吸液芯材料采用镍基高温合金热管材料,则酸洗除锈采用如下步骤:
步骤5.1:配置质量浓度为25%的硫酸清洗溶液,将热管管壳、端盖、吸液芯材料于80℃以上的温度下浸泡5~20min;
步骤5.2:对热管管壳、端盖、吸液芯材料采用去离子水进行清洗;
步骤5.3:配置质量浓度为1%的硝酸清洗溶液,将热管管壳、端盖、吸液芯材料于70℃以上的温度下浸泡5~20min。
4.根据权利要求1所述一种高温热管加工制造方法,其特征在于:所述步骤5中,若热管管壳、端盖、吸液芯材料采用镍基高温合金热管材料,则酸洗除锈在70℃以上的温度下由体积浓度为7%的硝酸溶液和体积浓度为2%的FeCl2溶液组成的清洗溶液中浸泡5~20min。
5.根据权利要求1所述一种高温热管加工制造方法,其特征在于:所述步骤5中,若热管管壳、端盖、吸液芯材料采用镍基高温合金热管材料,则酸洗除锈在70℃以上的温度下在由体积浓度为17%的硫酸溶液和体积浓度为1%的盐酸溶液组成的混合溶液中浸泡3~10min。
6.根据权利要求1所述一种高温热管加工制造方法,其特征在于:所述步骤7中,具体为:配置钝化液并静置2h以上,将热管管壳、端盖、吸液芯材料分别每10s在钝化液中进行一次浸泡,直到热管材料发亮,钝化液的配比为质量浓度为20%的硝酸溶液、质量浓度为2%的氢氟酸溶液和10g/L铁溶液三者混合。
7.根据权利要求1所述一种高温热管加工制造方法,其特征在于:所述步骤7中,具体为:配置钝化液,将热管管壳、端盖、吸液芯材料于66℃以上的温度下浸泡5min以上,钝化液的配比为体积浓度为1%的硝酸溶液和体积浓度为10%的氢氟酸溶液的混合。
8.根据权利要求1所述一种高温热管加工制造方法,其特征在于:所述步骤7中,具体为:配置钝化液,将热管管壳、端盖、吸液芯材料于70℃以上的温度下浸泡25min以上,钝化液的配比为体积浓度为8%的硝酸溶液、体积浓度为4%的氢氟酸溶液的混合。
9.根据权利要求1所述一种高温热管加工制造方法,其特征在于:所述步骤3中,除锈溶液采用:硝酸铵、盐酸、氢氧化物-氰化物、镀铬腐蚀剂、硫酸、硝酸、氢氧化钠-碳酸钠、醋酸-过氧化氢、硫酸铬、铬酸、铬酸-硫酸钠、铬酸-磷酸、硫酸-硝酸、硝酸-氢氟酸中的一种。
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