一种斯特林发动机用不锈钢冷却器的制造方法技术

一种斯特林发动机用不锈钢冷却器的制造方法，步骤为：按照图纸尺寸加工不锈钢冷却器的零部件；零部件清洗；上、下管板与外壳装配及电子束焊接；冷却管装配及预置钎料；真空钎焊；整体机加工及检验。本发明专利技术采用真空电子束焊接+真空钎焊两种工艺复合，实现了不锈钢冷却器的精密焊接成型，保证了产品的整体尺寸精度；采用气动点胶机涂覆膏状镍基钎焊料实现膏状钎料的均匀和定量涂覆，提高涂覆效率，降低相应焊料成本，所得钎缝饱满、平滑，提高了焊接的一致性。本发明专利技术工艺简单、焊接精度高、成本低，大大提高了产品合格率，制备的不锈钢冷却器运行可靠、安装维修方便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于太阳能光热型斯特林发动机的冷却部件，具体涉及一种斯特林发动机用不锈钢冷却器的制备方法。
技术介绍
太阳能斯特林发动机作为碟式热发电系统的核心动力设备，其优良程度直接决定整个系统的发电性能。不锈钢冷却器是太阳能斯特林热发电系统重要的零部件。该不锈钢冷却器采用列管式换热结构，由上、下管板、外壳和数百根冷却管组成。工质气体轴向流经小口径的冷却管束，而冷却水在冷却管束的外壁横向流过，对管内流过的工质进行冷却。冷却器冷却效果的好坏会影响到压缩腔内气体温度。为满足热交换要求，设计采用小管径(内径小于1mm)的毛细冷却管，形成一个圆形多层的冷却器管笼，外壳与上、下管板焊接，冷却管与管板孔焊接。斯特林发动机理论上不需要再补充工质，因此对发动机的零部件的密封要求严格。该不锈钢冷却器冷却器管的连接处要求密封焊接，焊后的冷却器分为管程和壳程，换热介质与被换热介质走不同的管道，要求高压工质(5MPa)不从焊接处泄露，且堵塞率低于0.1％。目前斯特林发动机用不锈钢冷却器在制备过程中通常采用弧焊或缝焊，焊料采用手工涂覆，不但效率低、焊料成本高，而且存在热变形大、外观尺寸变形严重的问题，使得制备的成品合格率较低，因此需要对现有的制备工艺进行改进，研发出一种能有效控制产品尺寸精度、提高焊接一致性，从而提高产品合格率的制备工艺。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、焊接精度高、成本低的斯特林发动机用不锈钢冷却器的制造方法，制备的冷却器具有运行可靠、安装维修方便的特点。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种斯特林发动机用不锈钢冷却器的制造方法，其特征在于包括以下步骤：1)按照图纸尺寸加工不锈钢冷却器的零部件，零部件包括上、下管板、外壳和冷却管；2)零部件清洗：先将加工好的零部件放入金属网筐浸入碱液槽中进行碱液清洗；然后将零部件连同金属网筐放入热水槽中浸泡；接着将零件连同金属网筐放入清水槽冲洗干净，之后放入盐酸槽内中和零件表面残留的碱性溶液，中和后再放入清水槽中冲洗干净，最后将零件从金属网筐中取出，放入盛有清水的超声波清洗机中，清洗20～40min；3)上、下管板与外壳装配及电子束焊接：将清洗后的上、下管板与外壳采用电子束焊接工装定位装配，间隙装配小于0.10mm；然后采用真空电子束焊接上、下管板与外壳；4)冷却管装配及预置钎料：将每根冷却管对应上、下管板的孔进行对中装配，控制钎焊间隙在0.02～0.07mm；采用气动点胶机将镍基膏状钎料注入冷却管与管板孔焊缝处，将注好钎料的冷却器组件放入干燥箱中烘干；5)真空钎焊：将干燥处理后的冷却器组件放入真空炉中，在真空度小于5×10-2Pa的条件下，加热至1050～1080℃，保温10～40min，冷却至800℃或者其以下，吹Ar气或N2气，然后冷却至室温，出炉；6)整体机加工及检验。作为改进，所述步骤2)中碱液槽内的碱液成分为：NaOH：25g/L～35g/L；Na2CO3：10g/L～20g/L；Na3PO4：15g/L～25g/L；Na2SiO3：2g/L～7g/L；碱液温度：60℃～80℃，清洗时间：20min～30min。作为优选，所述步骤2)的热水槽的热水温度为60℃～80℃，浸泡时间5～10min；盐酸槽内盐酸的浓度为90～110g/L。作为改进，所述步骤3)真空电子束的焊接参数为：加速电压：60kV；聚焦模式：表面聚焦；聚焦电流：2.95±0.03A；焊接电流：25±5mA；焊接速度：500～800mm/min。再改进，所述步骤4)的镍基膏状钎料是由市售的粉末粒度-140目+325目的BNi2粉与粘接剂按照粘接剂质量百分比8～12％的配比混合均匀搅拌而成。再改进，所述步骤4)的气动点胶机的气动压力控制在0.2～0.5MPa，时间3～5s。进一步改进，所述步骤4)的干燥箱的干燥温度50℃～60℃，时间20～50min。最后，所述步骤6)的整体机加工及检验是指将制成的不锈钢冷却器进行整体机加工和氦泄露检验、压力检验。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：采用真空电子束焊接工艺连接上、下管板与外壳避免了采用一般的弧焊或缝焊产生的热变形大，外观尺寸变形严重的问题，可实现焊缝精密成形控制，保证了产品的整体尺寸精度；采用气动点胶机涂覆膏状镍基钎焊料相对于手工涂覆焊料可实现膏状钎料的均匀和定量涂覆，提高涂覆效率，降低相应焊料成本，所得钎缝饱满、平滑，提高了焊接的一致性。采用真空钎焊技术连接冷却管与上、下管板实现了空间多界面一次钎焊成形，两种工艺复合最终实现了冷却器零部件的精密焊接成型，大大提高了不锈钢冷却器的合格率。采用本专利技术工艺制备的不锈钢冷却器制造工艺性好、运行可靠、安装维修方便。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术作进一步详细描述。实施例1一种斯特林发动机用不锈钢冷却器的制造工艺，具体步骤为：步骤1：加工制造不锈钢冷却器零部件，包括上、下管板，外壳和冷却管，满足图纸的外形尺寸和形位公差要求。步骤2：将加工好的不锈钢冷却器零部件，包括上、下管板，外壳和冷却管放入金属网筐浸入碱液槽中进行清洗，碱液成分如下：NaOH：25g/L；Na2CO3：20g/L；Na3PO4：15g/L；Na2SiO3：7g/L；温度：60℃，时间：30min；将零件连同金属网筐放入热水槽中，温度60℃，时间10min；将零件连同金属网筐放入清水槽冲洗干净，之后放入100g/L的盐酸槽内中和零件表面残留的碱性溶液，中和后再放入清水槽中冲洗干净，最后将零件从金属网筐中取出，放入盛有清水的超声波清洗机中，清洗40min。步骤3：将清洗后的上、下管板与外壳采用电子束焊接工装定位装配，间隙装配0.06mm。然后采用真空电子束焊接上、下管板与外壳。真空电子束焊接参数：加速电压，60kV，表面聚焦，聚焦电流2.95A，焊接电流28mA，焊接速度800mm/min。步骤4：将每根冷却管对应上、下管板的孔进行对中装配，控制钎焊间隙在0.03～0.07mm；将市售的BNi2粉(粉末粒度：140目)与粘接剂按照质量百分比粘接剂8％的配比混合均匀，搅拌成膏状。采用气动点胶机将膏状钎料注入冷却管与管板孔焊缝处，控制气动压力0.2MPa，时间3s；将注好钎料的冷却器组件放入干燥箱中烘干，温度50℃，时间50min。步骤5：真空钎焊，将干燥处理后的冷却器组件放入真空炉中，真空度3×10-2Pa，加热至1080℃，保温10min，冷却至800℃，吹N2气，然后冷却至室温，出炉。步骤6：整体加工及检验，将上述制成的不锈钢冷却器进行整体机加工和氦泄露检验、压力检验可以达到相应的要求和标准。实施例2一种斯特林发动机用不锈钢冷却器的制造工艺，具体步骤为：步骤1：加工制造不锈钢冷却器零部件，包括上、下管板，外壳和冷却管，满足图纸的外形尺寸和形位公差要求。步骤2：将加工好的不锈钢冷却器零部件，包括上、下管板，外壳和冷却管放入金属网筐浸入碱液槽中进行清洗，碱液成分如下：NaOH：30g/L；Na2CO3：15g/L；Na3PO4：20g/L；Na2SiO3：4.5g/L；温度：70℃，时间：25min；将零件连同金属网筐放入热水槽中，温度70℃，时间8min；将零件连同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种斯特林发动机用不锈钢冷却器的制造方法，其特征在于包括以下步骤：1)按照图纸尺寸加工不锈钢冷却器的零部件，零部件包括上、下管板、外壳和冷却管；2)零部件清洗：先将加工好的零部件放入金属网筐浸入碱液槽中进行碱液清洗；然后将零部件连同金属网筐放入热水槽中浸泡；接着将零件连同金属网筐放入清水槽冲洗干净，之后放入盐酸槽内中和零件表面残留的碱性溶液，中和后再放入清水槽中冲洗干净，最后将零件从金属网筐中取出，放入盛有清水的超声波清洗机中，清洗20～40min；3)上、下管板与外壳装配及电子束焊接：将清洗后的上、下管板与外壳采用电子束焊接工装定位装配，间隙装配小于0.10mm；然后采用真空电子束焊接上、下管板与外壳；4)冷却管装配及预置钎料：将每根冷却管对应上、下管板的孔进行对中装配，控制钎焊间隙在0.02～0.07mm；采用气动点胶机将镍基膏状钎料注入冷却管与管板孔焊缝处，将注好钎料的冷却器组件放入干燥箱中烘干；5)真空钎焊：将干燥处理后的冷却器组件放入真空炉中，在真空度小于5×10‑2Pa的条件下，加热至1050～1080℃，保温10～40min，冷却至800℃或者其以下，吹Ar气或N2气，然后冷却至室温，出炉；6)整体机加工及检验。...

【技术特征摘要】
1.一种斯特林发动机用不锈钢冷却器的制造方法，其特征在于包括以下步骤：1)按照图纸尺寸加工不锈钢冷却器的零部件，零部件包括上、下管板、外壳和冷却管；2)零部件清洗：先将加工好的零部件放入金属网筐浸入碱液槽中进行碱液清洗；然后将零部件连同金属网筐放入热水槽中浸泡；接着将零件连同金属网筐放入清水槽冲洗干净，之后放入盐酸槽内中和零件表面残留的碱性溶液，中和后再放入清水槽中冲洗干净，最后将零件从金属网筐中取出，放入盛有清水的超声波清洗机中，清洗20～40min；3)上、下管板与外壳装配及电子束焊接：将清洗后的上、下管板与外壳采用电子束焊接工装定位装配，间隙装配小于0.10mm；然后采用真空电子束焊接上、下管板与外壳；4)冷却管装配及预置钎料：将每根冷却管对应上、下管板的孔进行对中装配，控制钎焊间隙在0.02～0.07mm；采用气动点胶机将镍基膏状钎料注入冷却管与管板孔焊缝处，将注好钎料的冷却器组件放入干燥箱中烘干；5)真空钎焊：将干燥处理后的冷却器组件放入真空炉中，在真空度小于5×10-2Pa的条件下，加热至1050～1080℃，保温10～40min，冷却至800℃或者其以下，吹Ar气或N2气，然后冷却至室温，出炉；6)整体机加工及检验。2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述步骤2)中碱液槽内的碱液成分为：NaOH：25...

【专利技术属性】
技术研发人员：明珠，甄立玲，王英，刘红伟，马良超，张迎迎，
申请(专利权)人：中国兵器科学研究院宁波分院，
类型：发明
国别省市：浙江;33