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

一种高温热管加工制造方法
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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