专利名称：爆炸焊复合材料低温制冷机冷头的制作方法
技术领域：
本实用新型属于制冷技术领域的制冷机，特别是一种爆炸焊复合材料低温制冷机冷头。
背景技术：
随着航天技术、红外技术、原子能技术、超导技术以及低温电子学、低温物理、低温医学和低温生物学等现代科学技术的发展，低温制冷机技术得到了迅速发展。可以这样说， 没有可靠的小型低温制冷机，就没有当今发达的空间技术，也没有日新月异的信息革命和信息产业。随着时代的发展和进步，小型低温制冷机已在越来越多的高科技领域中发挥重要的作用。冷头是各种低温制冷机的关键件，通常冷头由冷缸和冷缸堵头组成。冷缸堵头是制冷机与热载荷交换能量的部件，为了将花费较大代价制得的冷量有效传递给热载荷，冷缸堵头的材料通常选择无氧铜等热导率较高的金属材料。由于低温制冷机冷缸两端温差较大，而为了减小制冷机冷端与热端的导热损失，低温制冷机的冷缸通常为薄壁不锈钢结构(壁厚小于1mm，有的制冷机冷缸壁厚小于0. 2mm)。由于是异种材料之间的焊接，薄壁冷缸对焊后变形有严格要求(同轴度6级以上)，加之制冷机对焊后漏率有严格要求(通常要求 3MPa，漏率低于lX10_9Pa*m3*s _0，使得冷缸和冷头的焊接难度较大，成为制冷机工程化的一个工艺瓶颈。如中国专利(专利号200710041611. 0)，冷头采用紫铜材料，与冷缸的焊接采用银焊，由于不锈钢的熔点与银焊条相差大，火候不好掌握，焊接强度可能也达不到。电子束焊也是一种经常采用的焊接工艺，由于冷头焊接为异种金属，且对焊接要求高，采用电子束焊也存在焊接合格率低的问题，同时焊接成本较高。如何提高冷头焊接合格率，降低焊接成本，对低温制冷机的工程化具有重要意义。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种结构简单、焊接难度低、合格率高的爆炸焊复合材料低温制冷机冷头。实现本实用新型目的的技术解决方案为一种爆炸焊复合材料低温制冷机冷头， 由爆炸焊复合材料冷缸堵头和薄壁不锈钢冷缸焊接而成，爆炸焊复合材料冷缸堵头由高热导率冷头换热器和不锈钢过渡连接件爆炸焊复合材料构成，将薄壁不锈钢冷缸与过渡连接件焊接成一体。本实用新型与现有技术相比，其显著优点(1)本实用新型的低温制冷机冷头由爆炸焊复合材料冷缸堵头与薄壁冷缸焊接而成。复合材料由高热导率材料(如无氧铜)与不锈钢通过爆炸焊合成。冷缸堵头与冷缸的焊接部位均为不锈钢，通过焊接连接，结构简单。 (2)当前低温制冷机冷缸堵头通常采用高热导率材料(如无氧铜)制作，然后与不锈钢冷缸进行焊接；或高热导率冷缸堵头先焊接不锈钢过渡环，然后再通过不锈钢过渡环与不锈钢冷缸焊接。这样的设计都存在异种金属之间的焊接，使得焊接的合格率较低而且成本较高。(3)易于加工，采用本实用新型的低温制冷机冷头焊接成本低、合格率高，对低温制冷机的
工程化批量生产有重要意义。
以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
图1是采用爆炸焊复合材料设计的低温制冷机冷头。图2是爆炸焊复合材料冷缸堵头。图3是采用爆炸焊复合材料设计的两级GM制冷机一级冷头。图4是两级GM制冷机一级冷缸堵头。
具体实施方式
结合图1和图2，本实用新型一种爆炸焊复合材料低温制冷机冷头，由爆炸焊复合材料冷缸堵头1和薄壁不锈钢冷缸2焊接而成，爆炸焊复合材料冷缸堵头1由高热导率冷头换热器101和不锈钢过渡连接件102爆炸焊复合材料构成，将薄壁不锈钢冷缸2与过渡连接件102焊接成一体。上述高热导率冷头换热器101为带法兰的圆管构成，不锈钢过渡连接件102与圆管连接，薄壁不锈钢冷缸2上设置焊接过渡环，薄壁不锈钢冷缸2插入不锈钢过渡连接件 102与高热导率冷头换热器101的圆管内，在焊接过渡环与不锈钢过渡连接件102的接触部位焊接为一体。结合图3和图4，本实用新型另一种爆炸焊复合材料低温制冷机冷头，由爆炸焊复合材料冷缸堵头1和一级薄壁不锈钢冷缸4和二级薄壁不锈钢冷缸3焊接而成，爆炸焊复合材料冷缸堵头1由高热导率冷头换热器101两端分别与一级冷缸过渡连接体104和二级冷缸过渡连接体103爆炸焊材料构成，将一级薄壁不锈钢冷缸4与一级冷缸过渡连接体104 焊接成一体，二级薄壁不锈钢冷缸3与二级冷缸过渡连接体103焊接成一体。上述高热导率冷头换热器101由过渡法兰两端各连接一个圆管构成，一级冷缸过渡连接件104和二级冷缸过渡连接件103分别与圆管连接，一级薄壁不锈钢冷缸4和二级薄壁不锈钢冷缸3上分别设置焊接过渡环，一级薄壁不锈钢冷缸4插入一级冷缸过渡连接件104与高热导率冷头换热器101的一个圆管内，在焊接过渡环与一级冷缸过渡连接件104 的接触部位焊接为一体；二级薄壁不锈钢冷缸3插入二级冷缸过渡连接件103与高热导率冷头换热器101的另一个圆管内，在焊接过渡环与二级冷缸过渡连接件103的接触部位焊接为一体。本实用新型的爆炸焊复合材料低温制冷机冷头可以由以下步骤制备而得第一步，选择合适的爆炸焊复合材料，包括复合材料的层数(两层复合材料还是多层复合材料)，确定高热导率材料(如无氧铜)的厚度，不锈钢的厚度(约l_2mm)；第二步，完成爆炸焊冷缸堵头的加工，具体来说即，首先在爆炸焊复合材料上加工出可插入冷缸的圆孔，然后加工出阶梯圆柱型外表面，最后根据与载荷的连接方式(螺纹连接或其他方式)在高热导率侧加工出与载荷的接口，在不锈钢侧加工出与冷缸进行焊接的接口 ；第三步，将薄壁冷缸插入冷头中，与薄壁冷缸进行焊接；[0020]第四步，完成相应的检漏。爆炸焊复合材料低温制冷机冷头还可用于多级低温制冷机，其技术方案同上。实施例1 结合图1、图2，以单级斯特林制冷机冷头为例，爆炸焊复合材料低温制冷机冷头由爆炸焊复合材料冷缸堵头和薄壁不锈钢冷缸焊接而成(如图1所示)，具体包括以下步骤第一步，选择两层爆炸焊复合材料，确定高热导率材料(如无氧铜)的厚度(如 5-1 Omm)，不锈钢的厚度(如l_2mm)；第二步，加工出冷缸堵头内孔以便插入薄壁冷缸，加工出阶梯圆柱外表面，在复合材料冷缸堵头高热导率材料换热器侧加工出与负载的连接接口，在冷缸堵头不锈钢过渡连接件侧留l_2mm厚以便与冷缸焊接，爆炸焊复合材料冷缸堵头如图2所示；第三步，冷缸插入冷缸堵头后与冷缸堵头进行焊接，由于是同种金属间焊接，采用激光焊可以满足要求，合格率高且成本低；第四步，完成相应的检漏。实施例2 在多级低温制冷机设计中，同样可以应用爆炸焊复合材料制作低温制冷机冷头。结合图3、图4，以两级GM制冷机一级冷头为例，爆炸焊复合材料低温制冷机冷头由爆炸焊复合材料冷缸堵头分别与二级冷缸和一级冷缸焊接而成(如图3所示)，具体包括以下步骤第一步，选择三层爆炸焊复合材料，确定高热导率材料换热器(如无氧铜)的厚度， 不锈钢二级冷缸过渡连接件和不锈钢一级冷缸过渡连接件的厚度；第二步，在复合材料上加工出插入二级冷缸和一级冷缸的孔，在复合材料上加工出阶梯外圆柱面，完成复合材料中高热导率材料与热负载的连接部分的加工，完成复合材料中不锈钢部分与相应冷缸连接部分的加工，加工完成的爆炸焊复合材料冷缸堵头如图4 所示；第三步，分别将二级冷缸和一级冷缸插入复合材料冷缸堵头进行焊接；第四步，完成相应的检漏。
权利要求1.一种爆炸焊复合材料低温制冷机冷头，由爆炸焊复合材料冷缸堵头(1)和薄壁不锈钢冷缸(2)焊接而成，其特征在于爆炸焊复合材料冷缸堵头(1)由高热导率冷头换热器 (101)和不锈钢过渡连接件(102)爆炸焊复合材料构成，将薄壁不锈钢冷缸(2)与过渡连接件(102)焊接成一体。
2.根据权利要求1所述的爆炸焊复合材料低温制冷机冷头，其特征在于高热导率冷头换热器(101)为带法兰的圆管构成，不锈钢过渡连接件(102)与圆管连接，薄壁不锈钢冷缸 (2 )上设置焊接过渡环，薄壁不锈钢冷缸(2 )插入不锈钢过渡连接件(102 )与高热导率冷头换热器(101)的圆管内，在焊接过渡环与不锈钢过渡连接件(102)的接触部位焊接为一体。
3.一种爆炸焊复合材料低温制冷机冷头，由爆炸焊复合材料冷缸堵头(1)和一级薄壁不锈钢冷缸(4)和二级薄壁不锈钢冷缸(3)焊接而成，其特征在于爆炸焊复合材料冷缸堵头(1)由高热导率冷头换热器(101)两端分别与一级冷缸过渡连接体(104)和二级冷缸过渡连接体(103)爆炸焊材料构成，将一级薄壁不锈钢冷缸(4)与一级冷缸过渡连接体(104) 焊接成一体，二级薄壁不锈钢冷缸(3)与二级冷缸过渡连接体(103)焊接成一体。
4.根据权利要求3所述的爆炸焊复合材料低温制冷机冷头，其特征在于高热导率冷头换热器(101)由过渡法兰两端各连接一个圆管构成，一级冷缸过渡连接件(104)和二级冷缸过渡连接件(103)分别与圆管连接，一级薄壁不锈钢冷缸(4)和二级薄壁不锈钢冷缸(3) 上分别设置焊接过渡环，一级薄壁不锈钢冷缸(4)插入一级冷缸过渡连接件(104)与高热导率冷头换热器(101)的一个圆管内，在焊接过渡环与一级冷缸过渡连接件(104)的接触部位焊接为一体；二级薄壁不锈钢冷缸(3)插入二级冷缸过渡连接件(103)与高热导率冷头换热器(101)的另一个圆管内，在焊接过渡环与二级冷缸过渡连接件(103)的接触部位焊接为一体。
专利摘要本实用新型公开了一种爆炸焊复合材料低温制冷机冷头，由爆炸焊复合材料冷缸堵头和薄壁不锈钢冷缸焊接而成，爆炸焊复合材料冷缸堵头由高热导率冷头换热器和不锈钢过渡连接件爆炸焊复合材料构成，将薄壁不锈钢冷缸与过渡连接件焊接成一体。本实用新型冷缸堵头与冷缸的焊接部位均为不锈钢，通过焊接连接，结构简单。
文档编号B23K20/227GK202317426SQ20112046016
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月18日 优先权日2011年11月18日
发明者席有民, 平丽浩, 钱吉裕 申请人:中国电子科技集团公司第十四研究所