一种用于人造卫星的热管制造工艺.doc

一种用于人造卫星的热管制造工艺 哈尔滨工业大学 程 勒 文摘 介绍了一种用于人造卫星上的热管的制造工艺概况, 着重讨论了几个值得注意的 工艺问题并提出解决措施。指出工质充装量要准确就必须实测孔隙率 K; 管芯制做时首先要使 模具 (心棒) 的尺寸公差控制在适当范围内; 真空度要适当高; 封口切割作用力要适当。 主题词 热管 制造工艺 工质充装量 芯棒 1 引言 211 热管结构 热管具有极高导热性能、传热功率大、结 构简单、无运动部件、工作可靠、温度均匀等 特点, 尤其在空间失重状态下仍具有上述优 异性能, 因此在航天领域得到广泛应用。自从 1964 年美国人格罗弗 (G1M 1G ro ve r) 发明热 管以来, 热管技术得到突飞猛进的发展。热管 首 先 用 于 人 造 卫 星。 1968 年 美 国 发 射 的 GEO S2B 人造卫星上首次应用热管, 目的是 进行卫星热控制。所谓热控制, 一方面是指卫 星内部和表面温度的均匀以及发热元件的散 热, 另一方面是指热能输送或热开关。用于卫 星上的热管和地面上使用的热管要求不同, 如体积小、重量轻、传热功率大、可靠性要求 高等。在制造工艺上要求更为严格。因此, 对 值得注意的工艺问题进行研究和改进是必要 的, 有助于更好地促进热管工艺技术的发展, 用于卫星上的热管和地面上使用的热管 结构上并无原则区别, 只是对材料、传热性能 和可靠性要求不同。热管的典型结构如图 1。 由于卫星上要求热管体积小、重量轻、传热性 能优异, 管壳、端盖、排气管的材料一般选用 纯铝或铝合金, 如 L 2、L F 21 等。 相应地, 管芯 采用在管壳内壁面加工出轴向槽道或采用多 层铝丝网, 如多层 120 目铝丝网等。管内充装 工质必须选用与管材相容的工质, 如氨或氟 利昂211、氟利昂221 等。 热管工作温度范围 取决于使用的工质和卫星内部及表面的温度 分布状况。 212 工艺概况 热管的工艺与管壳、管芯材料、工质以及 工作温度有关。 本文介绍的工艺适于铝合金 管壳、多层铝丝网管芯, 工质为氟利昂 11 的  口进行补焊加固。 用氦质谱检漏 仪进行最后检验, 漏率 必 须 小 于 规定值, 否则报废重做。 3 几个值得注意的工艺问题 311 工质充装量问题 工质充装量必须准确。因为, 如充装量偏小, 可能造 成 蒸 发 段 工质蒸发量大于从管芯回流的液 体工质量, 从而造成蒸 发 段 干 枯 导致热管工作中断; 如 充 装 量 偏 大, 则会减少工质蒸气腔空间容 积, 从而降低热管传热 性 能 和 传 热功率。 工质充装量虽然可以理 论计算, 但由于下面分析的原因其偏差太大, 必须用试验方法确定。 工质充装量公式为: m = V W ΘL + V v Θv 式中 m —工质充装量, g; V W —芯内实际空隙 总容积, cm 3; ΘL —液体工质密度, g?cm 3; ΘV — 工质的饱和蒸汽密度, g ?cm 3。V V、V W 可按下 式计算: 图 1 热管结构 12端盖 22管壳 42带排气管端盖 32管芯 52排气管 213 工艺概况说明 管芯用多层铝丝网卷制后点焊而成。 首 先需加工模具—— 心棒, 心棒直径应稍小于 管芯内径 dv, 并留有 011mm 左右间隙。将铝 丝网卷绕在心棒上, 卷紧, 层间不留间隙, 卷 绕层数按设计要求。 卷好后用点焊机点焊接 缝处。 最后抽出心棒即成。 清洗工序包括管 壳、端盖、排气管、管芯, 均应严格清洗, 目的 是清除一切杂质油污, 以保证工质浸润管芯 和管壁, 从而保证热管传热性能。清洗液的配 方和清洗程序随不同材料而异。总的来讲, 包 括机械除垢、化学除油、酸洗除锈除垢、钝化 处理、漂洗、烘干等工艺过程, 以保证所有部 件的洁净度和传热性能可靠为目的。 组装焊 接时, 注意严格按图纸要求进行。焊接要求用 氩弧焊, 焊后必须对所有焊缝进行焊接质量 检验。 发现缺陷及时补焊, 直到合格为止; 无 法补焊的缺陷, 坚决报废重做。加热除气的目 的是排除金属中的气体, 要求热管一边抽真 空, 一边加热到 400℃左右, 保温除气 1 小时 以上。抽真空及工质充装是关键工序, 必须高 度重视。真空度必须达到指定要求, 工质充装 量必须准确。 封口切割后必须用氩弧焊对封 46 V V = Πr2 vL V W = Π( r2 W 2rV )L ×k 2 其中 rv = dv?2, rw = dw ?2 (见图 1 尺寸) ; k 为孔隙率, 即芯内实际空隙总容积与管芯 几何圆管总体积之比。 显然孔隙率 k 是计算 的关键。由于管芯是由多层金属丝网制成, 而 金属丝网的丝径尺寸偏差较大, 金属丝横截 面积与丝径是平方关系, 偏差更大。