同轴型脉冲管制冷机的分体焊接式热端换热器的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种同轴型脉冲管制冷机的分体焊接式热端换热器的制造方法，该分体焊接式热端换热器由冷指座、分体换热器、热端套管、压缩机连管、分体脉管座以及惯性管连管共同组成。本发明专利技术针对传统的同轴型脉管制冷机的热端换热器结构进行全面革新，对于同轴型脉管制冷机在航空航天、实用超导等特殊领域的实际应用具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
同轴型脉冲管制冷机的分体焊接式热端换热器的制造方法
本专利技术属于制冷及低温工程领域，涉及脉冲管制冷机，特别涉及一种同轴型脉冲管制冷机的分体焊接式热端换热器的制造方法。
技术介绍
根据脉冲管与蓄冷器的相对位置不同，可以将脉冲管制冷机分为三大类：直线型、U型和同轴型。同轴型布置中脉冲管和蓄冷器同心地布置在一起，是三种布置方式中最为紧凑的一种，可以实现与被冷却器件的便捷耦合，适应于对空间体积有特殊要求的应用场合。尤为重要的是，由于斯特林制冷机在军事和空间方面的长期应用历史，多数被冷却器件和杜瓦结构都制成了适合与斯特林制冷机配套使用的几何形状，而同轴型是脉冲管制冷机三种布置方式中唯一可以不做较大改动便能满足这种几何尺寸的一种，可以直接借鉴现有的成熟耦合技术，因而在军事和空间等特殊领域的应用中具有极大的吸引力。热端换热器是同轴型脉冲管制冷机中的一个关键部件，作为同轴型脉冲管制冷机热端内部工质与外部环境进行热量交换的媒介体，它需要实现两方面的主要功能：首先，要实现有限尺寸下的高效换热，特别是与工质气体直接接触的内壁面处的高效换热；其次，要实现气体工质在制冷机热端的均匀扩散。上述两个方面，相关领域的工作者一直都在致力于该方面的研究，并逐渐取得较好的实践效果。但是，在同轴型脉冲管制冷机逐渐从研究阶段走向实用化的同时，相关应用实践却又对其热端换热器提出了另外一个更严格的要求，即应用的可靠性和长期寿命，而这一问题，一直没有得到很好的解决。整体式狭缝热端换热器作为能同时解决有限尺寸下的高效换热和热端工质均匀扩散的典型，目前在同轴型脉冲管制冷机中得到很广泛的应用。但是整体式换热器由于其结构特点，在和固定脉冲管的脉冲管座连接时，常常需要使用非金属O型圈外加螺栓紧固的方式来密封，热端换热器在长期工作的过程中会散发大量的热量，与换热器直接接触的非金属O型圈在这样的高温环境中很容易老化变形，导致高压气体介质的泄露，并且非金属老化后容易对换热器内部的气体介质造成污染，这些潜在的问题将大大影响整个制冷机的使用年限，需要定期对非金属O型圈进行维护更换，才能避免气体介质的泄漏；而且针对高冲击高振动的环境也会对非金属O型圈和螺栓固定的方式产生破坏性影响。空间及军事等有长期寿命要求的应用常禁止非金属O型圈的使用，替代的方案通常是金丝、银丝等金属密封，但一方面成本急剧上升，另一方面，从本质上讲，金属密封附加螺栓固定的方式仍然存在较大的隐患，在高冲击、高振动以及长期使用时，该密封方式仍然做不到绝对可靠。由于结构上的特点，同轴型脉冲管制冷机的整体式狭缝热端换热器很难采取完全的密封焊接方式，这对同轴型脉冲管制冷机在空间和军事等有高可靠、长寿命要求的特殊领域的应用带来非常不利的影响。
技术实现思路
鉴于已有技术的不足，本专利技术提出一种同轴型脉冲管制冷机的分体焊接式热端换热器的制造方法。本专利技术的目的在于，通过对同轴型脉冲管制冷机的热端换热器的传统结构进行革新，将热端换热器设计为上下分体形式，利用真空钎焊的方式，将各重要零件整体焊接在一起，杜绝发生泄露的可能性，增加换热器整体的散热性能，并显著提高热端换热器乃至整个同轴型脉冲管制冷机的效率和使用寿命。所专利技术的同轴型脉冲管制冷机的分体焊接式热端换热器的制造方法如下：冷指座8、分体换热器9和分体脉管座12均由高热导率的金属材料制作而成，首先使用普通车床加工出三者的毛坯件，然后退火去内应力并进行时效处理，完成后使用精密车床进行精加工；在车床加工工序内，分体换热器狭缝内孔26加工到位；然后在分体换热器9内部使用慢走丝高精密线切割机床加工的分体换热器环形狭缝27，狭缝的宽度控制0.05～0.5mm之间，条数控制在10～100条之间；使用精密车床在分体脉管座上端外圆19和分体脉管座安装面23上加工出钎焊填料槽18，槽深控制在0.5～5.0mm之间，在槽内填充钎焊料；使用精密机床在分体脉管座12的中间加工出分体脉管座通孔21，在分体脉管座通孔21的上端加工出分体脉管座锥形开口20，锥角控制在60°～150°之间，并在分体脉管座通孔21的下端加工出分体脉管座连管接口24；在分体脉管座连管接口24上倒角，在倒角内填充钎焊料；使用精密机床在分体换热器9的下部加工出分体换热器下端内圆29，在侧面加工出分体换热器连管接口28，并在分体换热器连管接口28上倒角，在倒角内填充钎焊料；在分体换热器9中均匀切割出分体换热器环形狭缝27，分体换热器环形狭缝27的上端面即为分体换热器冷指安装面25；热端套管10、压缩机连管11和惯性管连管13均使用精密机床加工到位；最后冷指座8、分体换热器9、热端套管10、压缩机连管11、分体脉管座12以及惯性管连管13组合为整体放置于真空钎焊炉内进行加温焊接为一体。本专利技术的特点在于：1)使用真空钎焊的分体式热端换热器将各个零件焊接成一个整体，杜绝了泄露的可能，相比于容易氧化泄露的非金属或金属材质的O型圈密封方式均有质的提升，保证长期密封，提高了换热器的使用寿命；2)利用钎焊料填充各部件接触部位，使分体热端换热器形成彼此连接的整体，热量直接通过金属钎焊料来传递，提高了热端换热器的散热性能；3)分体式热端换热器一次性焊接完成，能避免常规的换热器和脉冲管座分别钎焊，再用密封件和螺钉组装在一起时造成的二次污染的不利状况，并排除了O型圈的使用，杜绝了换热器内气体介质污染的可能；4)对于热端换热器的装配工艺，使用真空钎焊将几大零件焊接成整体的方式，相比于常规的装配工艺，减少了真空钎焊之后的二次组装的步骤，能显著提高热端换热器大批量制作的工作效率；5)将分体换热器和分体脉冲管座焊接成整体将简化焊接之后的检漏工艺，相比常规的对换热器和脉冲管座分别钎焊再组装成一体的形式，可以减少必须的检漏夹具数量，简化实际检漏过程。本专利技术是对传统同轴脉管制冷机热端换热器结构的全面革新，对于同轴型脉管制冷机在航空航天、实用超导等特殊领域的实际应用具有重要意义。附图说明图1为同轴脉管制冷机的典型布置方式示意图；图2为所专利技术的同轴型脉管制冷机分体式热端换热器的结构示意图；图3为常规型同轴脉管制冷机热端换热器的结构示意图；图4为分体换热器9的剖视图；图5为分体脉管座12的剖视图。其中：1为压缩机；2为热端换热器；3为蓄冷器；4为脉冲管；5为冷头；6为惯性管；7为气库；8为冷指座；9为分体换热器；10为热端套管；11为压缩机连管；12为分体脉管座；13为惯性管连管；14为整体换热器；15为整体脉管座；16为固定螺钉；17为密封圈；18为钎焊填料槽；19为分体脉管座上端外圆；20为分体脉管座锥形开口；21为分体脉管座通孔；22为分体脉管座中段外圆；23为分体脉管座安装面；24为分体脉管座连管接口；25为分体换热器冷指安装面；26为分体换热器狭缝内孔；27为分体换热器环形狭缝；28为分体换热器连管接口；29为分体换热器下端内圆。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。所专利技术的同轴型脉冲管制冷机的分体焊接式热端换热器的制造方法如下：冷指座8、分体换热器9和分体脉管座12均由高热导率的金属材料制作而成，首先使用普通车床加工出三者的毛坯件，然后退火去内应力并进行时效处理，完成后使用精密车床进行精加工；在车床加工工序内，分体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同轴型脉冲管制冷机的分体焊接式热端换热器的制造方法，其特征在于:冷指座(8)、分体换热器(9)和分体脉管座(12)均由高热导率的金属材料制作而成，首先使用普通车床加工出三者的毛坯件，然后退火去内应力并进行时效处理，完成后使用精密车床进行精加工；在车床加工工序内，分体换热器狭缝内孔(26)加工到位；然后在分体换热器(9)内部使用慢走丝高精密线切割机床加工的分体换热器环形狭缝(27)，狭缝的宽度控制0.05～0.5mm之间，条数控制在10～100条之间；使用精密车床在分体脉管座上端外圆(19)和分体脉管座安装面(23)上加工出钎焊填料槽(18)，槽深控制在0.5～5.0mm之间，在槽内填充钎焊料；使用精密机床在分体脉管座(12)的中间加工出分体脉管座通孔(21)，在分体脉管座通孔(21)的上端加工出分体脉管座锥形开口(20)，锥角控制在60°～150°之间，并在分体脉管座通孔(21)的下端加工出分体脉管座连管接口(24)；在分体脉管座连管接口(24)上倒角，在倒角内填充钎焊料；使用精密机床在分体换热器(9)的下部加工出分体换热器下端内圆(29)，在侧面加工出分体换热器连管接口(28)，并在分体换热器连管接口(28)上倒角，在倒角内填充钎焊料；在分体换热器(9)中均匀切割出分体换热器环形狭缝(27)，分体换热器环形狭缝(27)的上端面即为分体换热器冷指安装面(25)；热端套管(10)、压缩机连管(11)和惯性管连管(13)均使用精密机床加工到位；最后冷指座(8)、分体换热器(9)、热端套管(10)、压缩机连管(11)、分体脉管座(12)以及惯性管连管(13)组合为整体放置于真空钎焊炉内进行加温焊接为一体。...

【技术特征摘要】
1.一种同轴型脉冲管制冷机的分体焊接式热端换热器的制造方法，其特征在于:冷指座(8)、分体换热器(9)和分体脉管座(12)均由高热导率的金属材料制作而成，首先使用普通车床加工出三者的毛坯件，然后退火去内应力并进行时效处理，完成后使用精密车床进行精加工；在车床加工工序内，分体换热器狭缝内孔(26)加工到位；然后在分体换热器(9)内部使用慢走丝高精密线切割机床加工的分体换热器环形狭缝(27)，狭缝的宽度控制0.05～0.5mm之间，条数控制在10～100条之间；使用精密车床在分体脉管座上端外圆(19)和分体脉管座安装面(23)上加工出钎焊填料槽(18)，槽深控制在0.5～5.0mm之间，在槽内填充钎焊料；使用精密机床在分体脉管座(12)的中间加工出分体脉管座通孔(21)，在分体脉管座通孔(21)的上端加工出分...

【专利技术属性】
技术研发人员：党海政，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31