一种GM制冷机用冷凝头制造技术

本实用新型专利技术提出一种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。本实用新型专利技术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。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术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。 
技术介绍
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。 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。 
技术实现思路
本技术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。 为解决上述技术问题，本技术提出一种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100μm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。 上述冷凝头基座(2)外形尺寸为Φ115mm，厚度为14mm，反面预制Φ69mm，深6mm沉头孔。 上述冷凝柱(3)轴向长度为37mm，为T2紫铜丝截得。 上述聚冷气罩(7)采用厚度为1mm的T2铜片卷筒得到，卷筒外径Φ117mm，轴向长度52mm。 上杂气凝结板(10)外形尺寸为Φ95mm；下杂气凝结板(8)为外径Φ115mm，内径Φ60mm 的圆环。 本技术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。 附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。 图1是本技术GM制冷机用冷凝头结构示意图。 图2是本技术GM制冷机用冷凝头基座预制钎焊工艺孔示意图。 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。 具体实施方式本技术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。 图1是本技术GM制冷机用冷凝头结构示意图。该冷凝头由铟片1、冷凝头基座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。 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Φ115mm，厚度为14mm，反面预制Φ69mm，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100μm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。 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℃±2℃。 上述聚冷气罩7采用厚度为1mm的T2铜片卷筒得到，卷筒外径Φ117mm，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。 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Φ95mm；下杂气凝结板8为外径Φ115mm，内径Φ60mm的圆环。上、下杂气凝结板通过8根均布于Φ72mm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。 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。 冷凝头基座2的加工步骤如下： 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/min； 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Φ2.5mm，深6mm； 步骤3：对步骤1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-S001型酸洗膏持续2min后以清水冲净。 上杂气凝结板和下杂气凝结板的加工方法如下： 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； 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。 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GM制冷机用冷凝头，包括铟片(1)、冷凝头基座(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)，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100μm的铟片(1)；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。

【技术特征摘要】
1.一种GM制冷机用冷凝头，包括铟片(1)、冷凝头基座(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)，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100μm的铟片(1)；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...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫博，汪汀，魏晓涛，张光伟，张萍萍，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七研究院，
类型：新型
国别省市：北京;11