一种高温热管的封装方法与流程

本发明属于高温热结构技术领域，尤其涉及一种高温热管的封装方法。

背景技术：

热管根据其使用温度可分为低温热管(-270～0℃)、常温热管(200～600℃)和高温热管(600℃以上)。高温热管使用温度高，非能动的热能传输方式在航天、核能发电和军工领域都具有广阔的应用前景。高温热管以液态金属或熔融盐为工质，高温下具有良好的热稳定性及较低的饱和蒸汽压力；以不锈钢、高温合金、难熔金属为热管管材。

基于难熔合金的高温热管封装多为管体与端盖组合，制作过程繁杂，并且需要在端盖处增加一个阀门以留作后续灌注和真空除气。部分难熔金属硬度和脆性较大，属于难加工材料，制造一个带端盖的阀门加工难度大，成本高，限制了高温热管的制造效率。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中高温热管的制作过程繁杂，提出了一种高温热管的封装方法，此高温热管的封装方法可降低成本，提高制造效率。

本发明为解决上述提出的技术问题所采取技术方案为：一种高温热管的封装方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将热管管材的两端分别缩口及缩径处理后，得到缩口端和缩径端；

(2)采用激光焊或电子束焊对缩口端进行封口；

(3)将热管管材置于惰性气体保护手套箱中，再将除杂后的工质灌注入热管管材内；

(4)对热管管材进行加热，并将缩径端接入真空泵，此真空泵抽取热管管材内进行抽真空处理，以令热管管材的内腔达到目标压强，再对缩径端压扁；

(5)采用电子束焊接或激光焊接对压扁后的缩径端的端口进行封口，以得高温热管。

更优的选择，在步骤(1)中，对热管管材进行的缩径处理包括以下步骤：

(1-1-1)将热管管材固定于车床的夹具，将旋压缩径模具安装于车床中；

(1-1-2)驱动旋压缩径模具转动，同时驱动热管管材轴向进给，令热管管材插入旋压缩径模具内，以对热管管材的一端进行缩径处理。

更优的选择，所述的旋压缩径模具包括保持架和多颗钢球，所述多颗钢球固定于保持架内以形成缩径孔。

更优的选择，在步骤(1)中，对热管管材进行的缩口处理包括以下步骤：

(1-2-1)将热管管材固定于车床的夹具，再将旋压缩口模具固定于车床卡盘；

(1-2-2)驱动旋压缩口模具转动，同时驱动热管管材轴向进给，令热管管材插入旋压缩口模具内，以对热管管材的另一端进行缩口处理。

更优的选择，在步骤(1)中所述的旋压缩口模具包括上压模和下压模，所述上压模一侧设有第一凹槽，所述下压模的一侧设有第二凹槽，所述上压模和下压模拼接，第一凹槽和第二凹槽拼接一起形成缩口凹槽。

更优的选择，在步骤(4)中，经抽真空后，热管管材的内腔的压强低于1×10-3pa。

更优的选择，在步骤(1)中的经缩径后的热管管材的外径为6～8mm。

更优的选择，在步骤(1)和步骤(2)之间，包括以下步骤：清洗去除缩口及缩径后的热管管材的表面氧化皮及润滑油。

更优的选择，在步骤(3)中，所述的惰性气体保护手套箱的水含量与氧含量均低于0.5ppm。

更优的选择，在步骤(5)之后，还具有以下步骤：将高温热管放置于具有高压氦气的保压容器中，放置时间大于或等于2小时，然后再对保压容器抽真空，接着检验保压容器内氦气的残留量；当保压容器内氦气的分压低于1×10^-3pa时，高温热管为合格品。

本发明的有益效果在于：

1、采用将热管管材的两端分别缩口及缩径，并对热管管材的缩口端进行激光或电子束点焊封口来简化高温热管制造工序，降低成本；

2、通过对抽真空后的热管管材的缩径端压扁来实现快速临时封口，然后采用电子束或激光焊对压扁后的缩径端的端口进行封口来实现有效提高高温热管内部不凝性气体与防止工质受氧化，获取气密性良好的高温热管。

附图说明

图1为本发明的热管管材示意图；

图2为本发明的旋压缩径模具示意图；

图3为本发明的旋压缩径操作示意图；图中的箭头为进给方向；

图4为本发明的旋压缩口模具示意图；

图5为本法明的旋压缩口操作示意图；图中的箭头为进给方向；

图6为本发明中热管管材工质灌注与封口过程示意图；

图7为本发明中对热管管材进行电子束焊/激光焊封口示意图。

附图中各部件的标记为：1热管管材、2惰性气体保护手套箱、3电动液压钳、4工质、5管式加热炉、6电子束焊/激光焊；7旋压缩径模具、7-1保持架、7-2钢球、缩径孔7-3；8旋压缩口模具、8-1上压模、8-2下压模、8-3缩口凹槽、8-3-1第一凹槽、8-3-2第二凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述,实施例不能在此一一赘述,但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。

实施例一

如图1-7所示，本发明提出的一种高温热管的封装方法，包括如下步骤：

(1)将热管管材1的两端分别缩口及缩径处理后，得到缩口端和缩径端，便于后续压扁封口及焊接密封操作；清洗去除缩口及缩径后的热管管材1的表面氧化皮及润滑油，能有效减少高温热管的不凝性气体，表面氧化皮及润滑油影响后续压扁及焊接的强度。

(2)采用激光焊或电子束焊6对缩口端进行封口；

(3)保持惰性气体保护手套箱2的内部水含量与氧含量均低于0.5ppm，再将热管管材1置于惰性气体保护手套箱2中，防止工质4在灌注过程中氧化变质，再将除杂后的工质4灌注入热管管材1内；

(4)使用管式加热炉5对热管管材1进行加热，并将缩径端接入真空泵，此真空泵抽取热管管材1内进行抽真空处理，以令热管管材1的内腔低于1×10^-3pa，然后采用电动液压钳3对缩径端压扁，该电动液压钳3的吨位大于12t，压扁磨具刃口半径小于10mm；加热温度需高于工质4的熔点，高温熔融使其内部杂气快速排出；

(5)采用电子束焊接或激光焊6接对压扁后的缩径端的端口进行封口，以得高温热管；

(6)将高温热管放置于具有的高压氦气的保压容器中，本实施例中的高压氮气是指的压强范围为0.3-0.4mpa的氮气，放置时间大于或等于2小时，然后再对保压容器抽真空，接着检验保压容器内氦气的残留量；当保压容器内氦气的分压低于1×10^-3pa时，高温热管为合格品。

在步骤(1)中的经缩径后的热管管材1的外径为6mm。

在步骤(3)中惰性气体手套箱中使用的惰性气体为氩气。

在步骤(4)中，加热温度为250℃，热管管材1加热段长度为100mm。

热管管材1的材料为镍基高温合金，管内封装工质4为碱金属。热管管材1的内壁设计有沟槽型毛细结构。毛细结构在高温热管工作时有减少液态金属工质4回流阻力、增加抗重力性能等作用。沟槽型毛细结构经由旋压方法制造，加工效率高，能有效减少液态金属工质4回流阻力。

如图3所示，在步骤(1)中，对热管管材1进行的缩径处理包括以下步骤：

(1-1-1)将热管管材1固定于车床的夹具，将旋压缩径模具7安装于车床中；

(1-1-2)驱动旋压缩径模具7转动，同时驱动热管管材1轴向进给，令热管管材1插入旋压缩径模具7内，热管管材1的一端的直径随着旋压缩径模具7的缩径孔7-3的直径变小而变小，热管管材的一端直径达到6cm后，保持旋压缩径模具7的缩径孔7-3的直径不变，直到得到热管管材的缩径端。

如图2所示，在步骤(1)中的旋压缩径模具7所述的旋压缩径模具包括保持架7-1和多颗钢球7-2，多颗钢球7-2固定于保持架7-1内以形成缩径孔7-3。

如图5所示，在步骤(1)中，对热管管材1进行的缩口处理包括以下步骤：

(1-2-1)将热管管材1固定于车床的夹具，再将旋压缩口模具8固定于车床卡盘；

(1-2-2)驱动旋压缩口模具8转动，同时驱动热管管材1轴向进给，令热管管材1插入旋压缩口模具8的缩口凹槽内，热管管材另一端的管壁随着缩口凹槽转动而形变，直到热管管材的另一端缩口达到密封状态。

如图4所示，在步骤(1)中所述的旋压缩口模具8包括上压模8-1和下压模8-2，所述上压模8-1一侧设有第一凹槽8-3-1，所述下压模8-2的一侧设有第二凹槽8-3-2，所述上压模8-1和下压模8-2拼接，第一凹槽8-3-1和第二凹槽8-3-2拼接一起形成缩口凹槽8-3。

实施例二

本实施例中除以下技术特征与实施例一不同外，其他技术特征相同：

在步骤(1)中的经缩径后的热管管材1的外径为7mm。

在步骤(3)中惰性气体手套箱中使用的惰性气体为氦气。

在步骤(4)中，加热温度为275℃，热管管材1加热段长度为200mm。

热管管材1的材料为钼合金，管内封装工质4为熔融盐。所述的热管管材1的内壁设计有丝网型毛细结构。丝网型毛细结构制造简单具有一定的抗重力性能。

实施例三

本实施例中除以下技术特征与实施例一不同外，其他技术特征相同：

在步骤(1)中的经缩径后的热管管材1的外径为8mm。

在步骤(4)中，加热温度为300℃，热管管材1加热段长度为300mm。

热管管材1的材料为铌合金。所述的热管管材1的内壁设计有粉末烧结型毛细结构。粉末烧结型毛细结构具有较高的抗重力性能。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。