CN113649693A - 波纹管型自调式j-t制冷器、充气焊接工装和充气焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种波纹管型自调式J‑T制冷器、充气焊接工装和充气焊接方法。波纹管型自调式J‑T制冷器充气焊接工装包括:充气设备,具有适于容纳波纹管型自调式J‑T制冷器的充气密封腔室,充气密封腔室具有窗口;充气设备还包括适于从充气密封腔室抽气的抽气装置以及适于往充气密封腔室充气的充气装置;激光器,位于充气密封腔室外,激光器用于产生适于穿过窗口的激光,以焊接波纹管型自调式J‑T制冷器的金属充气管。采用本发明,可有效解决锡焊在充气压力过高时无法焊接的缺陷;激光焊接方法焊接熔深可以有效的保证充气腔充气焊接的气密性和可靠性,保证J‑T自调式制冷器的一致性;同时大大提高所充气体的纯度降低水汽含量,减少冰冻的可能性。
Description
技术领域
本发明涉及低温制冷技术领域,尤其涉及一种波纹管型自调式J-T制冷器、充气焊接工装和充气焊接方法。
背景技术
J-T制冷器作为红外探测器杜瓦制冷组件(IDDCA组件)的重要组成部分,其主要作用是冷却红外探测器,为红外探测器提供低温工作环境,降低红外探测器噪声,提高红外探测器的灵敏度和分辨率,进而提高红外成像效果。
第二代焦平面探测器组件普遍采用自调式制冷器。自调式制冷器通常采用波纹管作为调节元件,根据被冷却组件温度的波动自动调节流量。波纹管型自调式J-T制冷器充气腔内充有一定压力的工质气体,波纹管处于压缩状态。工作过程中,高压气体从管路进气口进入制冷器内部,经过热交换管到达节流孔,高压气体经过小孔后体积迅速膨胀,压力急剧降低,根据焦耳-汤姆逊效应原理,压降后的气体大幅降温,冷却探测器芯片,然后通过热交换器外部间隙排出。同时充气腔中气体被快速冷却,甚至液化致使充气腔的压力降低,从而打破波纹管初始压缩状态的平衡,波纹管做伸长运动,带动传动机构向制冷器尾部移动,使阀针针尖伸入节流孔内,节流孔变小甚至关闭从而控制了气体的消耗。当温度升高后,充气腔内的气体压力升高,使波纹管压缩,阀针从节流孔处移出,打开节流孔。波纹管型自调式J-T制冷器是能够实现制冷温度、制冷流量和制冷功率自动调节的制冷器。
对充气腔的充气密封是实现制冷器自动调节的基础。通常制冷器的充气腔会留出一个细管作为充气密封接口,称为充气管,制冷器通过充气管向充气腔内充满一定压力的工质气体后,将充气管管口密封。传统的充气管密封工艺采用锡焊,将焊料、助焊剂、电烙铁、制冷器一同置于密封的充气设备内,充气设备完成抽真空后,根据设计的充气压力和充气工质,将设备内充满一定压力的工质气体,这时制冷器充气腔也充满了一定压力的工质气体,对制冷器充气管焊接点涂抹助焊剂,使用电烙铁进行封焊,焊接完成将制冷器从充气设备中取出。这种充气密封方式可以实现制冷器充气腔的密封性,焊点可靠性较好,可以满足制冷器的应用需求,但是由于助焊剂、焊料、电烙铁同时置于充气设备内,制冷器充气腔内易混入水气及杂质气体,对制冷器性能及可靠性会产生一定影响;同时由于充气设备内的工质气体有一定压力,电烙铁功率有一定限制,当设计的充气压力过高时,焊料较难融化,无法实现锡焊焊接密封。
发明内容
本发明实施例提供一种波纹管型自调式J-T制冷器、充气焊接工装和充气焊接方法,用以解决现有技术中充气管密封工艺充气密封性能差的问题。
根据本发明实施例的波纹管型自调式J-T制冷器充气焊接工装,包括:
充气设备,具有适于容纳所述波纹管型自调式J-T制冷器的充气密封腔室,所述充气密封腔室具有窗口;
所述充气设备还包括适于从所述充气密封腔室抽气的抽气装置以及适于往所述充气密封腔室充气的充气装置;
激光器,位于所述充气密封腔室外,所述激光器用于产生适于穿过所述窗口的激光,以焊接所述波纹管型自调式J-T制冷器的金属充气管。
根据本发明的一些实施例,所述窗口为玻璃件。
根据本发明的一些实施例,所述波纹管型自调式J-T制冷器充气焊接工装,还包括:
放大成像设备,用于辅助所述激光器焊接。
根据本发明的一些实施例,所述波纹管型自调式J-T制冷器充气焊接工装,还包括:
控制单元,用于控制所述激光器的激光放射、以及所述充气设备的充放气。
根据本发明的一些实施例,所述抽气装置具有抽气控制阀;
所述充气装置具有充气控制阀。
根据本发明的一些实施例,所述控制单元还用于控制所述抽气控制阀以及所述充气控制阀。
根据本发明实施例的基于上述波纹管型自调式J-T制冷器充气焊接工装的充气焊接方法,包括:
将波纹管型自调式J-T制冷器置于充气密封腔室内,并使充气管朝上;
通过抽气装置对所述充气密封腔室抽真空;
通过充气装置对所述充气密封腔室进行充气;
通过激光器发出的激光穿过窗口后对所述充气管进行激光焊接,以密封所述波纹管型自调式J-T制冷器的充气腔。
根据本发明的一些实施例,所述通过激光器发出的激光穿过窗口后对所述充气管进行激光焊接,包括:
在放大成像设备的辅助下,将激光器发出的激光对准所述充气管前端表面。
根据本发明实施例的波纹管型自调式J-T制冷器,所述波纹管型自调式J-T制冷器采用如上所述的充气焊接方法实现充气焊接。
根据本发明实施例的红外探测器杜瓦制冷组件,所述红外探测器杜瓦制冷组件包括如上所述的波纹管型自调式J-T制冷器。
采用本发明实施例,激光充气焊接方法与充气压力无关,从而有效解决了锡焊在充气压力过高时无法焊接的缺陷;激光焊接方法焊接熔深可以有效的保证充气腔充气焊接的气密性和可靠性,保证J-T自调式制冷器的一致性;同时大大提高所充气体的纯度降低水汽含量,减少冰冻的可能性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明的限制。在附图中:
图1是本发明实施例中波纹管型自调式J-T制冷器充气焊接工装示意图;
图2是本发明实施例中波纹管型自调式J-T制冷器结构示意图;
图3是本发明实施例中充气管表面焊接示意图。
附图标记:
波纹管型自调式J-T制冷器1,充气管10,充气腔20,波纹管30,传动杆40,节流孔50,阀针60,
充气密封腔室2,
激光器3。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明,并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
波纹管型J-T制冷器对充气焊接工艺的要求主要包括:
a)充气腔内所充工质气体要求不能含有水,以防产生冰冻,降低制冷器使用寿命;要求除设计要求的气体外不能含有其他气体杂质,以防影响制冷器性能指标。
b)充气腔内气体压力满足设计要求,近年来,波纹管型自调式制冷器应用越来越广泛,应用场合不同,制冷器设计不同,制冷器充气腔充气压力设计不同,J-T制冷器充气腔充气压力范围一般在0.3~3MPa之间。工艺过程中发现当充气腔内充气压力不太高时,锡焊完全可以满足焊接需要,当充气压力设计要求提高后,试验发现充气压力达到1MPa以上,在密封设备内锡焊焊料难以融化,无法实现充气管密封。
c)充气密封工艺应具有高气密性和高可靠性,有效保证制冷器工作寿命十年以上。
本发明第一方面实施例提出一种波纹管型自调式J-T制冷器充气焊接工装,如图1所示,包括:
充气设备,具有适于容纳所述波纹管型自调式J-T制冷器1的充气密封腔室2,所述充气密封腔室2具有窗口;
所述充气设备还包括适于从所述充气密封腔室2抽气的抽气装置以及适于往所述充气密封腔室2充气的充气装置;
激光器3,位于所述充气密封腔室2外,所述激光器3用于产生适于穿过所述窗口的激光,以焊接所述波纹管型自调式J-T制冷器1的金属充气管10。
采用本发明实施例,激光充气焊接方法与充气压力无关,从而有效解决了锡焊在充气压力过高时无法焊接的缺陷;激光焊接方法焊接熔深可以有效的保证充气腔充气焊接的气密性和可靠性,保证J-T自调式制冷器的一致性;同时大大提高所充气体的纯度降低水汽含量,减少冰冻的可能性。
在上述实施例的基础上,进一步提出各变型实施例,在此需要说明的是,为了使描述简要,在各变型实施例中仅描述与上述实施例的不同之处。
根据本发明的一些实施例,充气密封腔室2内的空间可以容纳多个波纹管型自调式J-T制冷器1。多个波纹管型自调式J-T制冷器1可以在充气密封腔室2内移动。
根据本发明的一些实施例,所述窗口为玻璃件。
根据本发明的一些实施例,所述波纹管型自调式J-T制冷器充气焊接工装,还包括:
放大成像设备,用于辅助所述激光器3焊接。
根据本发明的一些实施例,所述波纹管型自调式J-T制冷器充气焊接工装,还包括:
控制单元,用于控制所述激光器3的激光放射、以及所述充气设备的充放气。
根据本发明的一些实施例,所述抽气装置具有抽气控制阀;
所述充气装置具有充气控制阀。
根据本发明的一些实施例,所述控制单元还用于控制所述抽气控制阀以及所述充气控制阀。
根据本发明实施例的基于上述第一方面实施例所述的波纹管型自调式J-T制冷器充气焊接工装的充气焊接方法,包括:
将波纹管型自调式J-T制冷器置于充气密封腔室内,并使充气管朝上;
通过抽气装置对所述充气密封腔室抽真空;
通过充气装置对所述充气密封腔室进行充气;
通过激光器发出的激光穿过窗口后对所述充气管进行激光焊接,以密封所述波纹管型自调式J-T制冷器的充气腔。
采用本发明实施例,激光充气焊接方法与充气压力无关,从而有效解决了锡焊在充气压力过高时无法焊接的缺陷;激光焊接方法焊接熔深可以有效的保证充气腔充气焊接的气密性和可靠性,保证J-T自调式制冷器的一致性;同时大大提高所充气体的纯度降低水汽含量,减少冰冻的可能性。
进一步的,所述通过激光器发出的激光穿过窗口后对所述充气管进行激光焊接,包括:
在放大成像设备的辅助下,将激光器发出的激光对准所述充气管前端表面。
下面参照图1-3以一个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的波纹管型自调式J-T制冷器充气焊接工装以及充气焊接方法。值得理解的是,下述描述仅是示例性说明,而不是对本发明的具体限制。凡是采用本发明的相似结构及其相似变化,均应列入本发明的保护范围。
如图2所示,波纹管型自调式J-T制冷器1的结构都有一个密封腔,内部充有一定压力的工质气体,叫做充气腔20。充气腔20主要起感温的作用,充气腔20内气体温度随制冷温度而变化,温度变化引起腔体内气体压力变化,带动波纹管30做拉伸运动,传动杆40做往复运动,进而实现阀针60对节流孔50流量的自动调节。通常充气腔20会留出一根充气管10,充气后对充气管10的管口进行密封。充气焊接工艺是波纹管自调式J-T制冷器1实现自动调节的基础,为了进一步优化制冷器性能,提高制冷器的可靠性和长寿命,波纹管自调式J-T制冷器1对充气腔20的充气焊接工艺提出了更高的要求。
为了保证充气腔20内工质气体的高品质要求,满足充气腔20内充气压力要求,及制冷器1的高可靠性要求。本发明实施例提出一种波纹管型自调式J-T制冷器充气焊接工装,如图1所示,包括:
充气设备,具有适于容纳波纹管型自调式J-T制冷器1的充气密封腔室2,充气密封腔室2具有窗口;窗口为玻璃件。
充气设备还包括适于从充气密封腔室2抽气的抽气装置以及适于往充气密封腔室2充气的充气装置;抽气装置具有抽气控制阀;充气装置具有充气控制阀。
激光器3,位于充气密封腔室2外,激光器3用于产生适于穿过窗口的激光,以焊接波纹管型自调式J-T制冷器1的金属充气管10。
放大成像设备,用于辅助激光器3焊接。
控制单元,用于控制激光器3的激光放射、充气设备的充放气、以及抽气控制阀和充气控制阀。
采用上述的波纹管型自调式J-T制冷器充气焊接工装对波纹管型自调式J-T制冷器进行充气焊接的过程包括:
将波纹管型自调式J-T制冷器置于充气密封腔室内,并使充气管朝上;
通过抽气装置对充气密封腔室抽真空,抽真空完成后,充气密封腔室内充满一定压力的工质气体;
通过充气装置对充气密封腔室进行充气;
在放大成像设备的辅助下,将激光器发出的激光对准充气管前端表面,充气密封腔室的上窗口采用玻璃材质,由激光器产生的高能量密度的聚焦光斑,可直接透过充气密封腔室的玻璃窗口焊接充气管表面,通过激光高温熔化充气管前端,金属冷却后形成固体,实现对波纹管型自调式J-T制冷器充气腔的密封。图3为充气管表面焊接示意图。
采用本发明实施例,激光充气焊接方法与充气压力无关,从而有效解决了锡焊在充气压力过高时无法焊接的缺陷;激光焊接方法焊接熔深可以有效的保证充气腔充气焊接的气密性和可靠性,保证J-T自调式制冷器的一致性;同时大大提高所充气体的纯度降低水汽含量,减少冰冻的可能性。
需要说明的是,以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
根据本发明实施例的波纹管型自调式J-T制冷器1,所述波纹管型自调式J-T制冷器1采用如上第二方面实施例所述的充气焊接方法实现充气焊接。
采用本发明实施例,激光充气焊接方法与充气压力无关,从而有效解决了锡焊在充气压力过高时无法焊接的缺陷;激光焊接方法焊接熔深可以有效的保证充气腔充气焊接的气密性和可靠性,保证J-T自调式制冷器的一致性;同时大大提高所充气体的纯度降低水汽含量,减少冰冻的可能性。
根据本发明实施例的红外探测器杜瓦制冷组件,所述红外探测器杜瓦制冷组件包括如上第三方面实施例所述的波纹管型自调式J-T制冷器1。
采用本发明实施例,激光充气焊接方法与充气压力无关,从而有效解决了锡焊在充气压力过高时无法焊接的缺陷;激光焊接方法焊接熔深可以有效的保证充气腔充气焊接的气密性和可靠性,保证J-T自调式制冷器的一致性;同时大大提高所充气体的纯度降低水汽含量,减少冰冻的可能性。
需要说明的是,在本说明书的描述中,使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明,其本身没有特定的意义。因此,“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。
描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。例如,在权利要求书中,所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
在一些实例中,并未详细示出公知的方法、结构和技术,以便不模糊对本说明书的理解。
Claims (10)
1.一种波纹管型自调式J-T制冷器充气焊接工装,其特征在于,包括:
充气设备,具有适于容纳所述波纹管型自调式J-T制冷器的充气密封腔室,所述充气密封腔室具有窗口;
所述充气设备还包括适于从所述充气密封腔室抽气的抽气装置以及适于往所述充气密封腔室充气的充气装置;
激光器,位于所述充气密封腔室外,所述激光器用于产生适于穿过所述窗口的激光,以焊接所述波纹管型自调式J-T制冷器的金属充气管。
2.如权利要求1所述的波纹管型自调式J-T制冷器充气焊接工装,其特征在于,所述窗口为玻璃件。
3.如权利要求1所述的波纹管型自调式J-T制冷器充气焊接工装,其特征在于,所述波纹管型自调式J-T制冷器充气焊接工装,还包括:
放大成像设备,用于辅助所述激光器焊接。
4.如权利要求1所述的波纹管型自调式J-T制冷器充气焊接工装,其特征在于,所述波纹管型自调式J-T制冷器充气焊接工装,还包括:
控制单元,用于控制所述激光器的激光放射、以及所述充气设备的充放气。
5.如权利要求4所述的波纹管型自调式J-T制冷器充气焊接工装,其特征在于,所述抽气装置具有抽气控制阀;
所述充气装置具有充气控制阀。
6.如权利要求5所述的波纹管型自调式J-T制冷器充气焊接工装,其特征在于,所述控制单元还用于控制所述抽气控制阀以及所述充气控制阀。
7.一种基于权利要求1-4中任一项所述的波纹管型自调式J-T制冷器充气焊接工装的充气焊接方法,其特征在于,包括:
将波纹管型自调式J-T制冷器置于充气密封腔室内,并使充气管朝上;
通过抽气装置对所述充气密封腔室抽真空;
通过充气装置对所述充气密封腔室进行充气;
通过激光器发出的激光穿过窗口后对所述充气管进行激光焊接,以密封所述波纹管型自调式J-T制冷器的充气腔。
8.如权利要求7所述的充气焊接方法,其特征在于,所述通过激光器发出的激光穿过窗口后对所述充气管进行激光焊接,包括:
在放大成像设备的辅助下,将激光器发出的激光对准所述充气管前端表面。
9.一种波纹管型自调式J-T制冷器,其特征在于,所述波纹管型自调式J-T制冷器采用权利要求7或8所述的充气焊接方法实现充气焊接。
10.一种红外探测器杜瓦制冷组件,其特征在于,所述红外探测器杜瓦制冷组件包括权利要求9所述的波纹管型自调式J-T制冷器。
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---|---|---|---|
CN202110861627.6A Pending CN113649693A (zh) | 2021-07-29 | 2021-07-29 | 波纹管型自调式j-t制冷器、充气焊接工装和充气焊接方法 |
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CN (1) | CN113649693A (zh) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2754593A1 (fr) * | 1996-10-15 | 1998-04-17 | Cryotechnologies | Procede et dispositif de refroidissement cryogenique de composants par detente de joule-thomson |
JPH10318629A (ja) * | 1997-05-16 | 1998-12-04 | Pacific Ind Co Ltd | 温度式膨張弁の製造方法 |
WO2010037364A1 (de) * | 2008-09-30 | 2010-04-08 | Institut Für Luft- Und Kältetechnik Gemeinnützige Gmbh | Joule-thomson-kühler |
CN105458504A (zh) * | 2015-12-16 | 2016-04-06 | 中国原子能科学研究院 | 一种用于在管状样品中密封高压气体的装置及工艺 |
CN210046159U (zh) * | 2019-06-20 | 2020-02-11 | 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所 | 一种真空激光焊接装置 |
CN211804473U (zh) * | 2020-03-30 | 2020-10-30 | 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所 | 一种大功率真空激光焊接透射镜片防护装置及焊接系统 |
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2021
- 2021-07-29 CN CN202110861627.6A patent/CN113649693A/zh active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2754593A1 (fr) * | 1996-10-15 | 1998-04-17 | Cryotechnologies | Procede et dispositif de refroidissement cryogenique de composants par detente de joule-thomson |
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Non-Patent Citations (1)
Title |
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卡扎柯夫(Н.Ф.КАЗАКОВ), 北京:国防工业出版社 * |
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