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微热管二次除气冷焊封口工艺及设备研究

黄金龙  
【摘要】:目前,利用相变原理高效传热的微热管可用于解决高热流密度的散热问题,已成功地应用到许多行业中。二次除气封口是微热管的核心制造工艺之一,影响到微热管的真空度和密封性能。本文主要对二次除气过程中的冷焊封口工艺进行了研究,内容包括: 选择了直推凹凸模式作为微热管二次除气封口方式,相比其它方式,其结构简洁,封口成形有利于后面点焊二工艺的开展。这种结构没有省力功能,因此要采用液压方式才能产生足够的封口力。 采用了正交试验对微热管冷焊封口工艺的四个影响因素进行研究,包括封口间隙、封口长度、封口直径以及封口速度,每个影响因素均取3个水平值,试验指标包括微热管冷焊封口强度以及点焊二工艺后的封口末端外观。结果表明,最佳的封口末端外观为试验号2的样品;对于封口强度,封口间隙对于封口强度的影响是最大的,其余依次为封口长度、封口直径和封口速度。本文通过加热微热管,直至内部水蒸气从封口处泄漏出来,利用此温度下水的饱和蒸气压来衡量微热管的封口强度。微热管在被加热至泄漏后,还具有一定的传热效果,本文对样品在泄漏后的传热性能随时间变化情况进行了探索,结果表明随着时间的推移,所有样品的传热性能都出现了不同程度的下降,说明了外部空气逐渐地渗入微热管内部。分别定义了压合区中间的纵截面和横截面为剖面A和剖面B,分析了部分样品在这两个剖面上的硬度分布,结果表明硬度沿着封口凸模到封口凹模的方向逐渐下降;对于剖面A,中部的硬度最高,底部的硬度次之,顶部的硬度最低;对于剖面B,中部的硬度最高,两端的硬度是基本对称的。 在Msc.Marc软件平台上建立了三种封口速度下的冷焊封口三维有限元模型,其中变形体是直接从缩径工艺有限元模拟结果中获得,保证了模型的准确性。通过定义热力耦合的算例,对比了三种封口速度下铜管宏观变形、应力、应变、温度以及封口模具载荷。结果表明,封口速度越大,铜管等效应力和应变最大值越大,压合区温度越高;等效应变沿着封口凸模到封口凹模的方向逐渐下降,加工硬化程度也会下降,这与试验研究的结果呈现了很好的一致性。 综合考虑试验和模拟研究结果,即优化的工艺参数和封口过程中所需要的载荷参数,设计和改进了满足大批量生产要求的微热管二次除气自动化设备,该设备在广东新创意科技有限公司得到了成功的应用。


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