一種gm制冷機(jī)用冷凝頭的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提出一種GM制冷機(jī)用冷凝頭，應(yīng)用于超導(dǎo)磁體低溫杜瓦液氦腔內(nèi)。包括銦片、冷凝頭基座、冷凝柱、六角螺栓、平墊圈、彈簧墊圈、聚冷氣罩、下雜氣凝結(jié)板、支撐塊和上雜氣凝結(jié)板，冷凝頭基座與制冷機(jī)冷頭通過六角螺栓連接，之間填置銦片，冷凝柱釬焊連接于冷凝頭基座的預(yù)制工藝孔內(nèi)，聚冷氣罩通過六角螺栓與冷凝頭基座連接，上雜氣凝結(jié)板和下雜氣凝結(jié)板通過支撐塊連接，連接方式為TIG焊，下雜氣凝結(jié)板點(diǎn)焊于聚冷氣罩下端，并通過聚冷氣罩、冷凝頭基座與制冷機(jī)冷頭連接。本實(shí)用新型冷凝頭選用焊接結(jié)構(gòu)取代原有的整體加工結(jié)構(gòu)，在不影響換熱效果的前提下，大大降低了冷凝頭的原材料和加工制造成本，同時也降低了加工工藝復(fù)雜程度。
【專利說明】一種GM制冷機(jī)用冷凝頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種焊接結(jié)構(gòu)再冷凝裝置，具體是一種GM制冷機(jī)用冷凝頭，應(yīng)用于超導(dǎo)磁體低溫杜瓦液氦腔內(nèi)。
[0002]【背景技術(shù)】
[0003]隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，低溫超導(dǎo)技術(shù)進(jìn)一步普及，用于磁共振(MRI)、磁分選、粒子加速器等用途的低溫超導(dǎo)磁體迅猛發(fā)展，以液氦為冷卻介質(zhì)的低溫環(huán)境的建立就顯得特別重要。目前國內(nèi)所用液氦主要依賴進(jìn)口，價格昂貴且十分稀缺。因此，維持液氦在氦腔內(nèi)的“零揮發(fā)”狀態(tài)，不但對維持低溫超導(dǎo)磁體長期穩(wěn)定運(yùn)行特別重要，也是磁體經(jīng)濟(jì)性的一個重要指標(biāo)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中加裝于GM制冷機(jī)二級冷頭前端的冷凝頭，多采用機(jī)械加工方法制造，主要是在體積較大的塊狀原材料上加工出為數(shù)眾多的凹槽，以達(dá)到增加換熱面積的效果，或者采用精鑄等方法獲得類似結(jié)構(gòu)，加工工藝復(fù)雜，成本極高。
[0005]實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是在液化氦氣的過程中，維持低溫超導(dǎo)磁體長期穩(wěn)定的運(yùn)行，降低加工制造成本。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出一種GM制冷機(jī)用冷凝頭，包括銦片、冷凝頭基座、冷凝柱、六角螺栓、平墊圈、彈簧墊圈、聚冷氣罩、下雜氣凝結(jié)板、支撐塊和上雜氣凝結(jié)板，其中，冷凝頭基座與制冷機(jī)冷頭通過六角螺栓連接，之間填置厚度為ΙΟΟμπι的銦片；冷凝柱釬焊連接于冷凝頭基座的預(yù)制工藝孔內(nèi)；聚冷氣罩通過六角螺栓與冷凝頭基座連接；上雜氣凝結(jié)板和下雜氣凝結(jié)板通過支撐塊連接，連接方式為TIG焊；下雜氣凝結(jié)板點(diǎn)焊于聚冷氣罩下端，并通過聚冷氣罩、冷凝頭基座與制冷機(jī)冷頭連接。
[0008]上述冷凝頭基座⑵外形尺寸為Φ 115mm,厚度為14mm,反面預(yù)制C>69mm,深6mm沉頭孔。
[0009]上述冷凝柱(3)軸向長度為37mm，為T2紫銅絲截得。
[0010]上述聚冷氣罩(7)采用厚度為Imm的T2銅片卷筒得到，卷筒外徑Φ 117臟，軸向長度 52mm。
[0011]上雜氣凝結(jié)板(10)外形尺寸為Φ95πιπι ;下雜氣凝結(jié)板⑶為外徑Φ115πιπι，內(nèi)徑ΦΒΟπιπι的圓環(huán)。
[0012]本實(shí)用新型依據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)工作環(huán)境和加工手段，對冷凝頭結(jié)構(gòu)和加工工藝進(jìn)行了合理化改進(jìn)，將原來采用的整體機(jī)械加工結(jié)構(gòu)改為焊接結(jié)構(gòu)，降低了其工藝復(fù)雜性及制造成本；通過在冷凝頭與制冷機(jī)冷頭之間加裝銦片，減小了冷凝頭與制冷機(jī)冷頭之間的接觸熱阻，提高了制冷機(jī)冷量的利用率；通過在冷凝頭外圍加裝聚冷氣罩和上、下雜氣凝結(jié)板，使混入氦腔的其他氣體凝結(jié)于聚冷氣罩和雜氣凝結(jié)板外表面，有效保護(hù)了由基座下端面與冷凝柱表面形成的換熱面，保證了氦氣長期穩(wěn)定的液化率。
【專利附圖】

【附圖說明】[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0014]圖1是本實(shí)用新型GM制冷機(jī)用冷凝頭結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是本實(shí)用新型GM制冷機(jī)用冷凝頭基座預(yù)制釬焊工藝孔示意圖。
[0016]圖中標(biāo)號示意如下:1_銦片、2-冷凝頭基座、3-冷凝柱、4-六角螺栓、5-平墊圈、6-彈簧墊圈、7-聚冷氣罩、8-下雜氣凝結(jié)板、9-支撐塊、10-上雜氣凝結(jié)板。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本實(shí)用新型GM制冷機(jī)用冷凝頭整體為T2銅結(jié)構(gòu)，是一種加裝于GM制冷機(jī)二級冷頭前端的再冷凝裝置。當(dāng)制冷機(jī)運(yùn)行時，該冷凝頭起到增大冷頭與揮發(fā)氦氣換熱面積的作用，能有效提高氦腔內(nèi)揮發(fā)氦氣的液化率，防止液氦損失，降低低溫超導(dǎo)磁體的運(yùn)行成本。
[0018]圖1是本實(shí)用新型GM制冷機(jī)用冷減頭結(jié)構(gòu)不意圖。該冷減頭由鋼片1、冷減頭基座2、冷凝柱3、六角螺栓4、平墊圈5、彈簧墊圈6、聚冷氣罩7、下雜氣凝結(jié)板8、支撐塊9和上雜氣凝結(jié)板10組成。
[0019]其中，上述冷凝頭基座2采用機(jī)械加工的方法獲得基座外形，外形尺寸為Φ 115mm,厚度為14mm,反面預(yù)制Φ 69mm,深6mm沉頭孔,通過六顆M4六角螺栓與制冷機(jī)冷頭連接，冷凝頭基座與冷頭之間填置厚度為100 μ m銦片，用以增加基座與冷頭之間的熱傳導(dǎo)，提高冷頭冷量的利用率。
[0020]上述冷凝柱3為Φ2.5mm T2紫銅絲截得，軸向長度為37mm，采用釬焊固定于冷凝頭基座2的預(yù)制工藝孔內(nèi)，焊料選用RHG70-220型錫膏，焊接溫度為240°C ±2°C。
[0021 ] 上述聚冷氣罩7采用厚度為Imm的T2銅片卷筒得到，卷筒外徑Φ 117mm，軸向長度52mm。卷筒拼縫采用TIG焊焊接，焊接電流為120A，氬氣流量12L/min。聚冷氣罩7通過8顆均布的M4六角螺栓與冷凝頭基座2連接。
[0022]上述上雜氣凝結(jié)板10和下雜氣凝結(jié)板8，均采用機(jī)械加工的方法得到。其中，上雜氣凝結(jié)板10外形尺寸為Φ95ι?πι ;下雜氣凝結(jié)板8為外徑Φ 115mm,內(nèi)徑C>60mm的圓環(huán)。上、下雜氣凝結(jié)板通過8根均布于Φ 72mm處的支撐塊9連接，連接方式為TIG焊，焊接電流為120A，氬氣流量12L/min。
[0023]下雜氣凝結(jié)板8點(diǎn)焊于聚冷氣罩7下端，并通過聚冷氣罩7、冷凝頭基座2與制冷機(jī)冷頭連接。當(dāng)溫度達(dá)到絕大多數(shù)混入氦腔雜氣的凝固點(diǎn)，使這些氣體凝結(jié)于聚冷氣罩和雜氣凝結(jié)板外壁，從而保護(hù)了冷凝頭基座下端面和冷凝柱表面形成的換熱面，維持了冷凝頭的長期有效運(yùn)行。
[0024]冷凝頭基座2的加工步驟如下:
[0025]步驟1:采用機(jī)械加工的方法加工冷凝頭基座外形，然后加工基座上端面沉頭孔，車床轉(zhuǎn)速1500r/min、進(jìn)給量100mm/mi η ；
[0026]步驟2:依據(jù)計算得到所需的換熱面積，合理安排冷凝柱布局，并根據(jù)該布局，利用機(jī)械加工的方法在基座下端面預(yù)制釬焊工藝孔，如圖2所示，預(yù)制工藝孔直徑為Φ 2.5mm,深 6mm ；
[0027]步驟3:對步驟I加工好的零件去毛刺，然后進(jìn)行表面去油處理，先用脫脂棉蘸丙酮反復(fù)擦拭，再在基座表涂抹EAP-SOOl型酸洗膏持續(xù)2min后以清水沖凈。
[0028]上雜氣凝結(jié)板和下雜氣凝結(jié)板的加工方法如下:[0029]步驟1:采用機(jī)械加工方法加工上、下兩片雜氣凝結(jié)板、支撐塊外形，然后去除毛刺飛邊；
[0030]步驟2:采用直流TIG焊將上、下雜氣凝結(jié)板通過支撐塊連接，在將雜氣凝結(jié)板整體焊接于冷凝頭外罩之上。焊接電流為120A，氬氣流量12L/min。
【權(quán)利要求】
1.一種GM制冷機(jī)用冷凝頭，包括銦片⑴、冷凝頭基座(2)、冷凝柱(3)、六角螺栓⑷、平墊圈(5)、彈簧墊圈(6)、聚冷氣罩(7)、下雜氣凝結(jié)板(8)、支撐塊(9)和上雜氣凝結(jié)板(10)，其特征在于:冷凝頭基座(2)與制冷機(jī)冷頭通過六角螺栓(4)連接，之間填置厚度為100 μ m的銦片⑴；冷凝柱(3)釬焊連接于冷凝頭基座(2)的預(yù)制工藝孔內(nèi)；聚冷氣罩(7)通過六角螺栓(4)與冷凝頭基座(2)連接；上雜氣凝結(jié)板(10)和下雜氣凝結(jié)板(8)通過支撐塊(9)連接，連接方式為TIG焊；下雜氣凝結(jié)板(8)點(diǎn)焊于聚冷氣罩(7)下端，并通過聚冷氣罩(7)、冷凝頭基座(2)與制冷機(jī)冷頭連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GM制冷機(jī)用冷凝頭，其特征在于:所述冷凝頭基座(2)外形尺寸為Φ 115mm,厚度為14mm,反面預(yù)制Φ 69mm,深6mm沉頭孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GM制冷機(jī)用冷凝頭，其特征在于:所述冷凝柱(3)軸向長度為37mm，為T2紫銅絲截得。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GM制冷機(jī)用冷凝頭，其特征在于:所述聚冷氣罩(7)采用厚度為Imm的T2銅片卷筒得到，卷筒外徑Φ117πιπι，軸向長度52mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GM制冷機(jī)用冷凝頭，其特征在于:上雜氣凝結(jié)板(10)外形尺寸為Φ 95mm;下雜氣凝結(jié)板⑶為外徑Φ 115mm,內(nèi)徑Φ 60mm的圓環(huán)。
【文檔編號】F25B9/14GK203518312SQ201320476014
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月6日
【發(fā)明者】宮博, 汪汀, 魏曉濤, 張光偉, 張萍萍 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七研究院