本發(fā)明涉及航天器熱控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種分布式集熱板成型方法。

背景技術(shù)：

衛(wèi)星用集熱板是一種特殊的板翅式熱交換器，僅有一層換熱通道，由上下面板、導(dǎo)流翅片、換熱翅片、封條、埋塊組成。電子設(shè)備安裝在冷板的上下面板表面，工作介質(zhì)通過接頭，進入冷板內(nèi)部，經(jīng)導(dǎo)流翅片分配，均勻進入換熱翅片，帶走面板外表面電子設(shè)備工作時發(fā)出的熱量后，溫度升高，從另一端的接頭流出。溫度升高后的工作介質(zhì)被重新冷卻后再流入冷板，構(gòu)成循環(huán)。

新型返回衛(wèi)星為解決回收艙熱耗高于傳統(tǒng)返回衛(wèi)星10倍以上的難題，在回收艙使用集熱板收集設(shè)備熱量。新型返回衛(wèi)星回收艙集熱板與傳統(tǒng)單相流體回路集熱板存在較大差異，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

(1)外形：新型返回衛(wèi)星回收艙集熱板為直徑1m左右不規(guī)則圓形且板中心開大面積結(jié)構(gòu)孔，而傳統(tǒng)單向流體回路集熱板為矩形且面積最大不超過新型返回衛(wèi)星回收艙集熱板面積的一半；

(2)機械接口：新型返回衛(wèi)星回收艙集熱板為了與衛(wèi)星結(jié)構(gòu)及設(shè)備裝配，在板面設(shè)計了80多個Φ4～Φ9大小不等、分布不均且高精度定位要求的安裝孔，而傳統(tǒng)單向流體回路集熱板對應(yīng)單一設(shè)備其安裝孔一般不超過10個，且為矩形規(guī)則分布；

(3)熱接口：總熱耗約200W電子設(shè)備不規(guī)則分布在新型返回衛(wèi)星回收艙集熱板上，而傳統(tǒng)單向流體回路集熱板對應(yīng)單一設(shè)備，前者給等溫板的集熱及等溫化設(shè)計提出了更高要求；

(4)重量：新型返回衛(wèi)星由于重量限制兩塊5mm厚冷板總重量不超過10公斤，是相同體積、牌號鋁的一半不到。

總之，新型返回衛(wèi)星回收艙集熱板由于外形尺寸、機械接口及熱接口等技術(shù)要求的提高，給集熱板的制造成型造成了不小的困難，采用傳統(tǒng)方法已無法保證新型集熱板可以滿足使用要求，因此必須摸索全新成型方法以保證新型集熱板的制造成型。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種分布式集熱板成型方法，能夠解決新型返回衛(wèi)星單相流體回路集熱板由于外形尺寸增大、機械接口變多及熱接口分布不規(guī)則等技術(shù)要求的提高，給集熱板的制造成型造成的集熱難題。

一種分布式集熱板成型方法，加工步驟如下：

第一步：設(shè)計加工一體化成型的不銹鋼夾具板，夾具板一側(cè)開有減重孔，使用前對夾具板進行預(yù)烘，使得夾具板內(nèi)部氣體得到充分釋放；

第二步：對夾具板的裝夾面進行銑削加工，使得裝夾面的平面度達到0.1mm～0.15mm；

第三步：集熱板為不規(guī)則圓形且面板中心開大面積結(jié)構(gòu)孔，輪式預(yù)埋塊為輪轂形狀，輪軸大小與面板上的結(jié)構(gòu)孔一致；在集熱板上預(yù)留工藝定位孔，將集熱板圓心位置作為工藝定位孔A，以圓心為中心建立三維坐標(biāo)系，在Z軸方向上，將與設(shè)備安裝不干涉的一點作為工藝定位孔B；根據(jù)兩個工藝定位孔的位置在裝配工裝上預(yù)先加工出的兩個定位銷孔，然后在上面板和下面板對應(yīng)加工出兩個工藝定位孔；

第四步：裝配工裝與焊接工裝配合使用，采用點焊定位，在上面板和下面板對應(yīng)裝配輪式預(yù)埋塊、翅片導(dǎo)流板以及封條的位置粗定位，同時放置釬料；

第五步：將輪式預(yù)埋塊與上面板和下面板進行裝配，表面平齊，根據(jù)點焊的位置，將翅片導(dǎo)流板裝配在上面板和下面板之間，兩個封條分別裝配在上面板和下面板的外表面；

第六步：對裝配好的集熱板進行真空整體釬焊，在上夾具板與上面板、下夾具板與下面板之間各放置一塊鋁合金工藝墊板，在集熱板邊緣部位進行局部遮擋，放置在釬焊爐中，經(jīng)過不同溫度控制段實現(xiàn)釬焊；

第七步：對釬焊完成的集熱板開工藝孔并進行機加工，選用機床的規(guī)格為，X軸行程大于1m，Y軸行程大于1.1m，行程大于集熱板外形尺寸，對第三步中預(yù)留的工藝定位孔A、B進行精加工，以工藝定位孔A為基準(zhǔn)加工其余需要安裝設(shè)備所對應(yīng)的安裝孔；要求孔尺寸公差為±0.0120mm，位置度要求±0.05mm。

進一步地，所述第一步中進行預(yù)烘的溫度為650±3℃，保溫時間為1.5±0.1h。

進一步地，所述第六步進行局部遮擋是指在集熱板邊緣部位的中心位置放置金屬塊。

進一步地，所述第六步焊接過程的不同溫度控制段是指要經(jīng)過反復(fù)升溫—保溫—升溫—保溫—降溫—保溫—出爐，在集熱板中心及面板外部安插熱電偶，實時控制集熱板的實際溫度及升溫情況，保證集熱板四周及中心位置溫度一致，溫差控制在3℃以內(nèi)，實時監(jiān)測控制爐內(nèi)溫度，升溫階段，將加熱器溫度控制在比集熱板溫度高200℃；集熱板溫度控制如下所示：溫度達到150℃時保溫20min，溫度達到220℃時保溫25min，溫度達到315℃時保溫22min，溫度達到420℃時保溫25min，溫度達到525℃時保溫30min，溫度達到575℃時保溫35min，溫度達到605℃時保溫12min，溫度達到615℃時保溫5min，之后要經(jīng)過降溫—保溫—降溫—保溫的階梯型控溫方法，溫度降到605℃時保溫7min，溫度降到580℃時保溫15min，溫度降到500℃時保溫25min，溫度降到420℃時保溫23min，溫度降到355℃時保溫12min，溫度降到300℃時準(zhǔn)備出爐，關(guān)加熱器自然降溫，等集熱板冷卻接近室溫時出爐后打開夾具板取出集熱板。

通過釬焊爐體的真空規(guī)管實時控制爐內(nèi)真空度，升溫過程中溫度直到上升到525℃的時間段內(nèi)爐體真空度控制在1.0×10^-3Pa，之后溫度上升到峰值然后下降到580℃的時間段內(nèi)爐體真空度小于1.0×10^-3Pa，溫度下降到300℃以下至準(zhǔn)備出爐的時間段內(nèi)爐體真空度控制在3.0×10^-3Pa以內(nèi)；

升溫速率3±0.1℃/min，降溫速率5±0.1℃/min，真空度測量精度優(yōu)于1Pa。

有益效果：

1、本發(fā)明的成型方法可以解決新型返回衛(wèi)星單相流體回路集熱板由于外形尺寸增大、機械接口變多及熱接口分布不規(guī)則等技術(shù)要求的提高，給集熱板的制造成型造成的集熱難題。

2、本發(fā)明在新夾具板使用前必須進行預(yù)烘，預(yù)烘溫度為650±3℃，保溫時間為1.5±0.1h，可以使夾具板內(nèi)部雜質(zhì)氣體得到充分的釋放，達到凈化夾具板的目的。

3、本發(fā)明的輪式預(yù)埋芯可有效減小預(yù)埋芯體積，從而降低集熱板重量；寬輪輻為焊接面保證了充分的釬焊面積，從而保證預(yù)埋芯的固定強度；輪軸為打孔面，且與輪輻焊接面分離保證了集熱板釬焊后進行數(shù)控打孔時，安裝孔周圍面板不會因機加而引起集熱板變形開焊。

4、本發(fā)明在上夾具板與上面板、下夾具板與下面板之間各放置一塊鋁合金工藝墊板，可以使集熱板受熱均勻。

5、本發(fā)明進行局部遮擋，可以保證集熱板邊緣位置與集熱板中心位置盡可能同時達到焊接溫度，確保集熱板的焊接質(zhì)量以及良好外觀。

6、本發(fā)明在釬焊焊接時對釬焊爐的升溫速度、焊接溫度以及真空度的控制與監(jiān)測，能夠保證焊接質(zhì)量以集熱板受熱均勻。

7、本發(fā)明合理的焊接溫度控制，可以確保集熱板焊接質(zhì)量，同時防止集熱板受熱變形。

8、本發(fā)明在集熱板上預(yù)留工藝定位孔，可以保證集熱板表面各孔加工位置尺寸及公差要求。

附圖說明

圖1為集熱板釬焊示意圖；

圖2為集熱板機加基準(zhǔn)示意圖；

圖3為夾具板示意圖。

其中，1-輪式預(yù)埋塊，2-上面板，3-下面板，4-翅片導(dǎo)流板，5-鋁合金工藝墊板，6-上夾具板，7-下夾具板，8-工藝定位孔B，9-工藝定位孔A。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。

本發(fā)明提供了一種分布式集熱板成型方法，加工步驟如下：

第一步：設(shè)計加工一體化成型的不銹鋼夾具板，如圖3所示，夾具板一側(cè)開有減重孔，使用前對夾具板進行預(yù)烘，預(yù)烘溫度為650±3℃，保溫時間為1.5±0.1h，使得夾具板內(nèi)部氣體得到充分釋放；

第二步：為保證焊接輪式預(yù)埋塊1和翅片導(dǎo)流板4的平面度，必須要求夾具板裝夾面平面度高于集熱板輪式預(yù)埋塊1和翅片導(dǎo)流板4的設(shè)計要求平面度，因此，在使用前對夾具板的裝夾面進行銑削加工，使得裝夾面的平面度達到0.1mm～0.15mm；

第三步：集熱板為直徑1m左右不規(guī)則圓形且面板中心開大面積結(jié)構(gòu)孔，如圖1、圖2所示，輪式預(yù)埋塊1為輪轂形狀，輪軸大小與面板上的結(jié)構(gòu)孔一樣；在集熱板上預(yù)留工藝定位孔，將集熱板圓心位置作為工藝定位孔A9，以圓心為中心建立三維坐標(biāo)系，在Z軸方向上，將與設(shè)備安裝不干涉的一點作為工藝定位孔B8；根據(jù)兩個工藝定位孔的位置在裝配工裝上預(yù)先加工出的兩個定位銷孔，然后在上面板2和下面板3對應(yīng)加工出兩個工藝定位孔；

第四步：裝配工裝與焊接工裝配合使用，采用點焊定位，在上面板2、下面板3對應(yīng)裝配輪式預(yù)埋塊1、翅片導(dǎo)流板4以及封條的位置粗定位，同時放置釬料；

第五步：將輪式預(yù)埋塊1與上面板2和下面板3進行裝配，表面平齊，根據(jù)點焊的位置，將翅片導(dǎo)流板4裝配在上面板2和下面板3之間，兩個封條為框架形狀，分別裝配在上面板2和下面板3的外表面；

第六步：對裝配好的集熱板進行真空整體釬焊，在上夾具板6與上面板2、下夾具板7與下面板3之間各放置一塊鋁合金工藝墊板5，使集熱板受熱均勻；

由于集熱板面積大，厚度薄，在焊接時吸熱量大，升溫速度快，而集熱板外邊緣面局部靠近爐體加熱帶，容易造成局部熔蝕甚至過燒，需要在集熱板邊緣部位進行相應(yīng)保護，在集熱板邊緣部位進行局部遮擋，在集熱板邊緣部位的中心位置放置金屬塊，保證集熱板邊緣位置與集熱板中心位置盡可能同時達到焊接溫度；然后放置在釬焊爐中，通過控制焊接溫度、真空度和升溫速度實現(xiàn)釬焊；

控制焊接溫度是指焊接過程要經(jīng)過不同溫度控制段的反復(fù)升溫—保溫—升溫—保溫—降溫—保溫—出爐，在集熱板中心及面板外部安插熱電偶，實時控制集熱板的實際溫度及升溫情況，保證集熱板四周及中心位置溫度一致，溫差控制在3℃以內(nèi)，實時監(jiān)測控制爐內(nèi)溫度，升溫階段，將加熱器溫度控制在比集熱板溫度高200℃；如表1所示，集熱板溫度控制如下所示：溫度達到150℃時保溫20min，溫度達到220℃時保溫25min，溫度達到315℃時保溫22min，溫度達到420℃時保溫25min，溫度達到525℃時保溫30min，溫度達到575℃時保溫35min，溫度達到605℃時保溫12min，溫度達到615℃時保溫5min，之后要經(jīng)過降溫—保溫—降溫—保溫的階梯型控溫方法，以防止集熱板熱變形，溫度降到605℃時保溫7min，溫度降到580℃時保溫15min，溫度降到500℃時保溫25min，溫度降到420℃時保溫23min，溫度降到355℃時保溫12min，溫度降到300℃時準(zhǔn)備出爐，關(guān)加熱器自然降溫，等集熱板冷卻接近室溫時出爐后打開夾具板取出集熱板。

表1

通過釬焊爐體的真空規(guī)管實時控制爐內(nèi)真空度，升溫過程中溫度直到上升到525℃的時間段內(nèi)爐體真空度控制在1.0×10^-3Pa，之后溫度上升到峰值然后下降到580℃的時間段內(nèi)爐體真空度小于1.0×10^-3Pa，溫度下降到300℃以下至準(zhǔn)備出爐的時間段內(nèi)爐體真空度控制在3.0×10^-3Pa以內(nèi)；

根據(jù)被焊集熱板的大小對保溫時間及升溫速度等參數(shù)進行調(diào)整，升溫速率3±0.1℃/min，降溫速率5±0.1℃/min，真空度測量精度優(yōu)于1Pa。

第七步：對釬焊完成的集熱板開工藝孔并進行機加工，選用機床的規(guī)格為，X軸行程大于1m，Y軸行程大于1.1m，行程大于集熱板外形尺寸，若行程小于集熱板外形尺寸，則會出現(xiàn)二次裝夾，無法保證冷板外形尺寸及公差要求。對第三步中預(yù)留的工藝定位孔A9、工藝定位孔B8進行精加工，以工藝定位孔A9為基準(zhǔn)加工其余需要安裝設(shè)備所對應(yīng)的80多個安裝孔；要求孔尺寸公差為±0.0120mm，位置度要求±0.05mm。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。