环路热管钎焊制造技术及传热性能数值模拟

发布时间：2019-07-20 09:51

【摘要】：为解决环路热管中蒸发器结构连接难的问题,开展了1Cr18Ni9Ti不锈钢与LD10铝合金环路热管封闭结构的大面积软钎焊技术研究,研究了钎料添加方式和焊接温度对接头质量的影响,分析了接头微观组织,并且利用ANSYS有限元软件对蒸发器热传输性能进行了数值模拟,分析了不同程度的缺陷对蒸发器热传输性能的影响.结果表明:焊接温度220℃,采用方式B的焊接接头质量优异,钎着率达到100%,从而设计出一套完整环路热管蒸发器软钎焊的生产工艺流程.
【图文】：

烧舴⑵鳌⒁禾宀钩テ鳌⒗?凝器、蒸汽管线和冷凝管线几部分构成，如图1所示［1－3］．蒸发器由铝合金鞍座和不锈钢集热管构成，是LHP中最关键的部件，起着承受热负荷、组织蒸发、产生毛细驱动力等重要作用［4］．因此，鞍座和集热管之间的界面连接是关乎LHP热传输性能的关键问题．传统的铝合金与不锈钢之间一般采用导热胶连接，但是其导热性能差，存在老化现象，易出现可靠性差、使用寿命短等影响航天器正常工作的问题［5－6］．因此，铝合金鞍座和不锈钢集热管之间的界面连接应选择金属键连接［7］．图1LHP回路原理图蒸发器中伴随着流动和蒸发的传热现象主要发生在其内部高性能的毛细芯中，毛细芯对温度非常敏感，超过250℃将产生不可逆的破坏［8－10］;蒸发器制造后还需要进行160℃高温除气，因此蒸发器中铝合金鞍座与不锈钢集热管的钎焊制造温度需要严格控制在170～240℃．

本文针对这一特殊要求，开展了LD30铝合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢环路热管封闭结构的大面积软钎焊技术研究［11］，研究结果将对环路热管的设计和制造提供技术基础．1试验1．1试验材料及参数试验材料为1Cr18Ni9Ti不锈钢集热管和LD30铝合金鞍座(如图2所示)．钎料为Sn63Pb27，钎剂为H3PO4．试验间隙为1mm，其他参数如表1所示．图2LD30铝合金鞍座和不锈钢集热管表1试验参数试验组焊接温度/℃钎料添加方式1220A2220B3210B4200B5245B钎料添加方式A是将鞍座与集热管组装好后，从一个端部向钎焊间隙中不断地添加钎料和钎剂;钎料添加方式B是先把熔化钎料灌满整个鞍座的内孔，然后再旋入集热管，多余钎料流出．1．2试验工艺流程试验工艺流程如下:1)铝合金鞍座内孔表面镀镍．2)集热管一端焊接密封，清除表面氧化皮．3)集热管外壁采用电烙铁预先镀敷一层钎料，均匀覆盖于不锈钢管外表面．4)预热管式电炉，炉温至280℃，将鞍座装于工装的槽内，，底部缝隙严格密封，待密封材料干燥凝固后，放入电炉中进行加热．5)根据钎料添加方式的不同，钎焊过程也有所不同:方式A:鞍座和集热管装配好放入炉内，继续加热至钎焊温度，从鞍座与集热管组装工件的顶部向钎焊间隙中不断地添加钎剂和钎料，至钎焊间隙顶端形成圆滑过渡为止;方式B:先将鞍座放入炉中，加热至钎焊温度，在鞍座的内孔中滴加钎剂，再把熔化钎料灌满整个鞍座中的内孔，再将集热管旋转插进铝合金集热座中，流出多余钎料．最后，将焊接完成的工件取出、冷却，去掉工装和密封材料，采用X射线进行内部焊接质量的检验．2结果与分析2．1钎料添加方式对焊接质量的影响图3为采用钎料添加方式A，焊接温度为220℃焊接的X射线探伤图，钎焊接头内部存在大面积的
【作者单位】：北京航空航天大学机械工程及自动化学院;北京航空卫星制造厂;
【基金】：中国空间技术研究院CAST创新基金
【分类号】：TG454

【参考文献】