一种gm制冷机用冷凝头的制作方法
【专利摘要】本实用新型提出一种GM制冷机用冷凝头，应用于超导磁体低温杜瓦液氦腔内。包括铟片、冷凝头基座、冷凝柱、六角螺栓、平垫圈、弹簧垫圈、聚冷气罩、下杂气凝结板、支撑块和上杂气凝结板，冷凝头基座与制冷机冷头通过六角螺栓连接，之间填置铟片，冷凝柱钎焊连接于冷凝头基座的预制工艺孔内，聚冷气罩通过六角螺栓与冷凝头基座连接，上杂气凝结板和下杂气凝结板通过支撑块连接，连接方式为TIG焊，下杂气凝结板点焊于聚冷气罩下端，并通过聚冷气罩、冷凝头基座与制冷机冷头连接。本实用新型冷凝头选用焊接结构取代原有的整体加工结构，在不影响换热效果的前提下，大大降低了冷凝头的原材料和加工制造成本，同时也降低了加工工艺复杂程度。
【专利说明】一种GM制冷机用冷凝头
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种焊接结构再冷凝装置，具体是一种GM制冷机用冷凝头，应用于超导磁体低温杜瓦液氦腔内。
[0002]【背景技术】
[0003]随着国家经济的发展，低温超导技术进一步普及，用于磁共振(MRI)、磁分选、粒子加速器等用途的低温超导磁体迅猛发展，以液氦为冷却介质的低温环境的建立就显得特别重要。目前国内所用液氦主要依赖进口，价格昂贵且十分稀缺。因此，维持液氦在氦腔内的“零挥发”状态，不但对维持低温超导磁体长期稳定运行特别重要，也是磁体经济性的一个重要指标。
[0004]现有技术中加装于GM制冷机二级冷头前端的冷凝头，多采用机械加工方法制造，主要是在体积较大的块状原材料上加工出为数众多的凹槽，以达到增加换热面积的效果，或者采用精铸等方法获得类似结构，加工工艺复杂，成本极高。
[0005]实用新型内容
[0006]本实用新型要解决的技术问题是在液化氦气的过程中，维持低温超导磁体长期稳定的运行，降低加工制造成本。
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型提出一种GM制冷机用冷凝头，包括铟片、冷凝头基座、冷凝柱、六角螺栓、平垫圈、弹簧垫圈、聚冷气罩、下杂气凝结板、支撑块和上杂气凝结板，其中，冷凝头基座与制冷机冷头通过六角螺栓连接，之间填置厚度为ΙΟΟμπι的铟片；冷凝柱钎焊连接于冷凝头基座的预制工艺孔内；聚冷气罩通过六角螺栓与冷凝头基座连接；上杂气凝结板和下杂气凝结板通过支撑块连接，连接方式为TIG焊；下杂气凝结板点焊于聚冷气罩下端，并通过聚冷气罩、冷凝头基座与制冷机冷头连接。
[0008]上述冷凝头基座⑵外形尺寸为Φ 115mm,厚度为14mm,反面预制C>69mm,深6mm沉头孔。
[0009]上述冷凝柱(3)轴向长度为37mm，为T2紫铜丝截得。
[0010]上述聚冷气罩(7)采用厚度为Imm的T2铜片卷筒得到，卷筒外径Φ 117臟，轴向长度 52mm。
[0011]上杂气凝结板(10)外形尺寸为Φ95πιπι ;下杂气凝结板⑶为外径Φ115πιπι，内径ΦΒΟπιπι的圆环。
[0012]本实用新型依据现有生产工作环境和加工手段，对冷凝头结构和加工工艺进行了合理化改进，将原来采用的整体机械加工结构改为焊接结构，降低了其工艺复杂性及制造成本；通过在冷凝头与制冷机冷头之间加装铟片，减小了冷凝头与制冷机冷头之间的接触热阻，提高了制冷机冷量的利用率；通过在冷凝头外围加装聚冷气罩和上、下杂气凝结板，使混入氦腔的其他气体凝结于聚冷气罩和杂气凝结板外表面，有效保护了由基座下端面与冷凝柱表面形成的换热面，保证了氦气长期稳定的液化率。
【专利附图】
【附图说明】[0013]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0014]图1是本实用新型GM制冷机用冷凝头结构示意图。
[0015]图2是本实用新型GM制冷机用冷凝头基座预制钎焊工艺孔示意图。
[0016]图中标号示意如下:1_铟片、2-冷凝头基座、3-冷凝柱、4-六角螺栓、5-平垫圈、6-弹簧垫圈、7-聚冷气罩、8-下杂气凝结板、9-支撑块、10-上杂气凝结板。
【具体实施方式】
[0017]本实用新型GM制冷机用冷凝头整体为T2铜结构，是一种加装于GM制冷机二级冷头前端的再冷凝装置。当制冷机运行时，该冷凝头起到增大冷头与挥发氦气换热面积的作用，能有效提高氦腔内挥发氦气的液化率，防止液氦损失，降低低温超导磁体的运行成本。
[0018]图1是本实用新型GM制冷机用冷减头结构不意图。该冷减头由钢片1、冷减头基座2、冷凝柱3、六角螺栓4、平垫圈5、弹簧垫圈6、聚冷气罩7、下杂气凝结板8、支撑块9和上杂气凝结板10组成。
[0019]其中，上述冷凝头基座2采用机械加工的方法获得基座外形，外形尺寸为Φ 115mm,厚度为14mm,反面预制Φ 69mm,深6mm沉头孔,通过六颗M4六角螺栓与制冷机冷头连接，冷凝头基座与冷头之间填置厚度为100 μ m铟片，用以增加基座与冷头之间的热传导，提高冷头冷量的利用率。
[0020]上述冷凝柱3为Φ2.5mm T2紫铜丝截得，轴向长度为37mm，采用钎焊固定于冷凝头基座2的预制工艺孔内，焊料选用RHG70-220型锡膏，焊接温度为240°C ±2°C。
[0021 ] 上述聚冷气罩7采用厚度为Imm的T2铜片卷筒得到，卷筒外径Φ 117mm，轴向长度52mm。卷筒拼缝采用TIG焊焊接，焊接电流为120A，氩气流量12L/min。聚冷气罩7通过8颗均布的M4六角螺栓与冷凝头基座2连接。
[0022]上述上杂气凝结板10和下杂气凝结板8，均采用机械加工的方法得到。其中，上杂气凝结板10外形尺寸为Φ95ι?πι ;下杂气凝结板8为外径Φ 115mm,内径C>60mm的圆环。上、下杂气凝结板通过8根均布于Φ 72mm处的支撑块9连接，连接方式为TIG焊，焊接电流为120A，氩气流量12L/min。
[0023]下杂气凝结板8点焊于聚冷气罩7下端，并通过聚冷气罩7、冷凝头基座2与制冷机冷头连接。当温度达到绝大多数混入氦腔杂气的凝固点，使这些气体凝结于聚冷气罩和杂气凝结板外壁，从而保护了冷凝头基座下端面和冷凝柱表面形成的换热面，维持了冷凝头的长期有效运行。
[0024]冷凝头基座2的加工步骤如下:
[0025]步骤1:采用机械加工的方法加工冷凝头基座外形，然后加工基座上端面沉头孔，车床转速1500r/min、进给量100mm/mi η ；
[0026]步骤2:依据计算得到所需的换热面积，合理安排冷凝柱布局，并根据该布局，利用机械加工的方法在基座下端面预制钎焊工艺孔，如图2所示，预制工艺孔直径为Φ 2.5mm,深 6mm ；
[0027]步骤3:对步骤I加工好的零件去毛刺，然后进行表面去油处理，先用脱脂棉蘸丙酮反复擦拭，再在基座表涂抹EAP-SOOl型酸洗膏持续2min后以清水冲净。
[0028]上杂气凝结板和下杂气凝结板的加工方法如下:[0029]步骤1:采用机械加工方法加工上、下两片杂气凝结板、支撑块外形，然后去除毛刺飞边；
[0030]步骤2:采用直流TIG焊将上、下杂气凝结板通过支撑块连接，在将杂气凝结板整体焊接于冷凝头外罩之上。焊接电流为120A，氩气流量12L/min。
【权利要求】
1.一种GM制冷机用冷凝头，包括铟片⑴、冷凝头基座(2)、冷凝柱(3)、六角螺栓⑷、平垫圈(5)、弹簧垫圈(6)、聚冷气罩(7)、下杂气凝结板(8)、支撑块(9)和上杂气凝结板(10)，其特征在于:冷凝头基座(2)与制冷机冷头通过六角螺栓(4)连接，之间填置厚度为100 μ m的铟片⑴；冷凝柱(3)钎焊连接于冷凝头基座(2)的预制工艺孔内；聚冷气罩(7)通过六角螺栓(4)与冷凝头基座(2)连接；上杂气凝结板(10)和下杂气凝结板(8)通过支撑块(9)连接，连接方式为TIG焊；下杂气凝结板(8)点焊于聚冷气罩(7)下端，并通过聚冷气罩(7)、冷凝头基座(2)与制冷机冷头连接。
2.根据权利要求1所述的GM制冷机用冷凝头，其特征在于:所述冷凝头基座(2)外形尺寸为Φ 115mm,厚度为14mm,反面预制Φ 69mm,深6mm沉头孔。
3.根据权利要求1所述的GM制冷机用冷凝头，其特征在于:所述冷凝柱(3)轴向长度为37mm，为T2紫铜丝截得。
4.根据权利要求1所述的GM制冷机用冷凝头，其特征在于:所述聚冷气罩(7)采用厚度为Imm的T2铜片卷筒得到，卷筒外径Φ117πιπι，轴向长度52mm。
5.根据权利要求1所述的GM制冷机用冷凝头，其特征在于:上杂气凝结板(10)外形尺寸为Φ 95mm;下杂气凝结板⑶为外径Φ 115mm,内径Φ 60mm的圆环。
【文档编号】F25B9/14GK203518312SQ201320476014
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年8月6日 优先权日:2013年8月6日
【发明者】宫博, 汪汀, 魏晓涛, 张光伟, 张萍萍 申请人:中国船舶重工集团公司第七研究院