环路热管异种金属结构大面积软钎焊工艺研究及数值模拟

admin · 发表于昨天 22:10

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环路热管作为一种新型热控技术，是一种两相的高效传热装置。它具有传热温差小、传热性能高、可靠性好、远距离传输热量和控温特性良好等优点，已逐渐应用到航天器热控制系统中，其核心部分——蒸发器由铝合金集热座和内衬毛细芯的不锈钢管钎焊连接组成。目前，开展铝合金集热座与不锈钢管的软钎焊技术研究并获取质量和性能优异的钎焊结构已成为该领域内的关键技术。本研究重点进行了LD30铝合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢环路热管的软钎焊工艺技术研究工作。结合不锈钢和铝合金的钎焊性，对不锈钢和铝合金工件进行前期的表面处理，选择合适的钎料钎剂，制定了正确的工艺参数和工艺步骤，设计出了一套适用的焊接工装，并进行了钎焊接头的微观分析和数值模拟。研制了三种适用于LD30铝合金和1Cr18Ni9Ti不锈钢的低熔点钎料：60Sn-40Pb钎料、Sn-3.5Ag钎料和35Sn-40Pb-25Bi钎料，并针对每种钎料选取与之相匹配的试验钎剂。通过浸润性试验以及钎焊后工件的X射线探伤分析，Sn-3.5Ag钎料相对于60Sn-40Pb钎料和35Sn-40Pb-25Bi钎料在不锈钢表面的浸润性比较差，在大面积软钎焊时易产生缺陷，35Sn-40Pb-25Bi钎料的熔点比60Sn-40Pb钎料要低33℃，故确定本课题选用35Sn-40Pb-25Bi钎料，用磷酸作为钎焊不锈钢钎剂，用磷酸50%+乙二醇50%作为钎焊不锈钢和铝合金的钎剂。设计并制造了合适的钎焊工装，采用本工装进行了实际环路热管样件的焊接制造。该工装以滑动丝杠作为上下运动机构，滚动轴承作为旋转运动机构，整套工装不仅选材合适，达到了钎焊的工作要求，而且操作简便、经济适用。在ANSYS WORKBENCH软件平台下对钎焊接头进行数值模拟。模拟计算出钎料的冷却时间，以便能更好地对试验过程进行指导；模拟计算出钎焊缺陷对蒸发器热传导的影响，为确定满足环路热管结构传热性能要求的最高缺陷率奠定基础。本文工作对环路热管的发展有很好的指导和评价意义，为新一代航天飞行器热控系统的研制和生产提供了理论依据和实验基础。

环路热管异种金属结构大面积软钎焊工艺研究及数值模拟

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