内层玻璃管与外层钢管金属钎焊密封连接真空夹层保温管的制作方法

本发明属于玻璃与金属封接真空夹层保温管，特别涉及内层玻璃管与外层钢管金属钎焊密封连接真空夹层保温管。

背景技术：

1、玻璃和金属封接技术，已经广泛应用于真空夹层保温管制造领域中，并成为真空夹层保温管的关键技术。对于真空夹层保温管中的玻璃，和金属管密封封接至关重要。其技术不仅要保证真空夹层保温管有一定的真空度，同时，还要满足昼夜温差变化大而产生的热胀冷缩的质量要求。而高硼硅玻璃和金属的封接是异种材料之间的封接，由于它们的材料物理性能差异很大，使它们的连接存在很多困难，使得连接方法也非常有限。

2、真空夹层保温管的结构是中间一根镀有镜面反射层的玻璃管，和套于玻璃管外部与玻璃管同心的金属管构成，由于金属管和玻璃管的热膨胀系数差别很大。

3、传统玻璃与金属封接工艺采用火焰封接的方法，该方法一般要求金属与玻璃膨胀系数非常匹配(误差小于6％，封接工艺难度较大；火焰封接的另一条路线是采用膨胀系数非匹配的玻璃和金属，但金属需减薄至0.1mm以下才能释放封接应力，这种封接方法由于金属厚度太薄，会导致封接件机械强度大大降低，可靠性尚需进一步验证。

4、除了火焰封接方法，专利cn1262248a提出了一种玻璃金属热压封接工艺，即利用固态焊接的热压封方法将玻璃和金属封接在一起，达到真空气密的要求。其特征在于焊接是在加热加压的条件下进行的，焊接温度一般为焊料熔点的0.7-0.9倍。该方法使用的低温焊料主要是铅，最高使用温度低于200℃，所以铅热压封接的金属承压集热管只能应用于低温光热利用领域。热压封接技术后期尝试了铝作为焊料，但封接后残余应力较大，成品率比较低。

5、另外市场上还存在一种采用多节玻璃过渡的方法来实现玻璃与金属的封接，金属材料为可伐金属，第一节玻璃与可伐金属匹配封接，剩余玻璃膨胀系数依次降低，经过三节过渡后最终与硬质玻璃封接。该封接方法工艺相对比较复杂，且过渡玻璃供货稀缺，成本较高。

6、本发明正是在上述的技术背景下研究产生的，利用本发明可以解决玻璃和金属焊接接头的质量问题，操作简单，成本低，可以获得很好的经济效益。

7、.锌：熔点419.5℃

8、. 铁：熔点1535℃

9、.铜：熔点1083℃

10、.100%的镁的熔点是:650℃

11、. 100%的铝的熔点是:660.452℃

12、.在65%铝,35%镁的可伐合金的熔点是:500℃

13、.在65%镁,35%铝的可伐合金的熔点是:437℃

14、.镁的含量从0-35%,熔点从660.452℃线性下降到500℃

15、.镁的含量从35%-65%熔点在:500℃-437℃之间有一定的变化

16、.镁的含量从65%-100%,熔点从437℃线性上升到650℃

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供内层玻璃管与外层钢管金属钎焊密封连接真空夹层保温管，解决玻璃与金属封接的问题。

2、本发明解决技术问题所采用的技术方案是：内层玻璃管与外层钢管金属钎焊密封连接真空夹层保温管，包括内层玻璃管、外层钢管、管壁支撑、钎焊剂、消气剂。其特征是：内层玻璃管为单通玻璃管，内层玻璃管通过与直径大于内层玻璃管外径的一端封闭，一端开口，开口端设有环形金属凹槽管口的外层钢管，与内层玻璃管口，通过环形金属凹槽及钎焊剂金属玻璃钎焊密封连接，其中，环形金属凹槽为截面为“u”形闭环金属凹槽，其内边沿为与内层玻璃管口内管壁对应的立面，其外边沿为与内层玻璃管口外管壁对应的立面，“u”形闭环金属凹槽的外边沿设有与外层钢管焊接连接的延伸外边沿，或“u”形闭环金属凹槽的底部设有与外层钢管焊接连接的延伸外边沿。

3、内层玻璃管至少尾部通过管壁支撑，将内层玻璃管与外层钢管间隙环腔隔离，通过外层钢管上的排气管或在真空炉内对设于内层玻璃管，与钢管形成的环腔夹层抽真空后，焊接封闭排气装置，蒸发消气剂，形成内层玻璃管，与外层钢管套装金属钎焊构成的内层玻璃管，与外层钢管金属钎焊密封连接的真空夹层保温管。

4、内层玻璃管的金属钎焊密封连接管口管壁，包括两侧均为光滑面。或外侧为螺纹面，内侧光滑面。或外侧为光滑面，内侧为螺纹面。或内外两侧均为螺纹面。外层钢管及环形金属凹槽槽壁，包括两侧均为光滑面。或外侧为纵向波纹面，内侧光滑面。或外侧为螺纹面，内侧光滑面。或外侧为光滑面，内侧为纵向波纹面。或外侧为光滑面，内侧为螺纹面。或内外两侧均为纵向波纹面。或内外两侧均为螺纹面。

5、钎焊剂环置于环形金属凹槽的底部，钎焊剂如铝或铝合金钎焊剂环的形状大小，与钢管及环形金属凹槽的形状尺寸对应，铝或铝合金钎焊剂环的体积，和钢管及环形金属凹槽，与玻璃管之间钎焊缝隙内铝或铝合金钎焊剂体积对应。通过对外层钢管及环形金属凹槽底部钎焊剂直接加热或通电加热，当温度达到铝或铝合金钎焊剂的熔化温度后，通过对插装于钢管及环形金属凹槽内层玻璃管的直接施压。或通过对螺纹旋装于钢管及环形金属凹槽内层玻璃管旋装，使玻璃管插装到钢管及环形金属凹槽内底部，熔化的铝或铝合金钎焊剂上溢，充满钢管及环形金属凹槽，与钢管环形金属凹槽内层玻璃管之间缝隙，实现钢管及环形金属凹槽与玻璃管之间的钎焊。

6、金属、玻璃钎焊温度在665℃-730℃之间，使内层玻璃管口与钎焊剂发生化学反应，以使钎焊剂和外层钢管氧化膜层发生反应，实现内层玻璃管与外层钢管的良好钎焊密封连接。

7、内层玻璃管为高硼硅玻璃，高硼硅玻璃和钢管由于软化温度高，在820℃左右，而不会因加温而形变，环形金属凹槽与高硼硅玻璃管热熔钎焊实现密封连接。外层钢管端头上的环形金属凹槽与外层钢管通过包括氩弧焊接或激光焊接实现金属与金属的焊接连接。高硼硅玻璃管与外层钢管可以在抽真空过程中，实现抽真空与金属焊接密封连接一次完成，而此完成过程可以通过包括激光、等离子或氩弧焊密封连接外层钢管，与环形金属凹槽的焊接密封连接。

8、在此过程中，内层玻璃管与外层钢管钎焊的钎焊剂如铝，受热迅速变为液态，而高硼硅玻璃其软化温度高并未软化。内层玻璃管与外层钢管在720℃时，玻璃的主要成分si02和al存在化学反应：4a1+3si02=2a1203+3si，即此时玻璃与铝的界面可因发生化学反应而牢固结合。同时，在720℃时，外层钢管也并未软化，外层钢管的氧化层表面和铝会产生化学反应，即此时外层钢管与铝的界面也因发生化学反应而牢固结合。同时，由于截面为”u”形闭环金属凹槽设计较深，使与其对应的闭环铝或铝合金钎焊剂层同样较长，因此形成的钎焊连接密封层较厚，使得铝或铝合金与玻璃和钢管钎焊强度高，气密密封性能好。在系统正常工作温度下，钢管及环形金属凹槽的螺纹或波纹，复合在薄壁的环形金属凹槽上，薄壁环形金属凹槽上的螺纹或波纹，可以很好的吸收可伐钎焊金属和内层玻璃管螺纹管口玻璃有限的热胀冷缩，实现钢管及环形金属凹槽，通过可伐钎焊金属和玻璃的良好封接。可伐钎焊金属如铝，在与钢管及环形金属凹槽、外罩玻璃管螺纹管口钎焊的过程中，其钎焊熔封温度为665℃左右，在此温度下，钢管及环形金属凹槽、铝及玻璃在相应的温度下，释放自身所溶解的气体，冷却之后，钎焊外边沿的铝可以和空气中的氧产生氧化反应，形成三氧化二铝。

9、钎焊剂升温均匀熔化后，适时断掉钎焊加热源，钎焊剂会自然降温凝固，和内层玻璃管、外层钢管形成温度趋于一致的温场，并实现金属玻璃良好钎焊密封连接。之后，对真空炉通气降温，蒸发消气剂，制成内层玻璃管与外层钢管之间夹层为真空的单通保温管。

10、或外层钢管与环形金属凹槽底部或边沿，通过包括激光焊、等离子焊、氩弧焊焊接密封连接，制成外层管为钢管，内层管为玻璃管的真空夹层单通保温管、保温桶、保温罐等，通过对夹层抽真空，焊接封闭抽真空管，蒸发消气剂，制成内层玻璃管与外层钢管之间夹层为真空的单通保温管。

11、内层玻璃管与外层钢管金属钎焊密封连接真空夹层保温管，其单通玻璃管为等径，真空夹层保温管口端，为钢管及环形金属凹槽向内开口，与内层玻璃管通过金属玻璃钎焊后，外层钢管再与钢管钎焊环形金属凹槽的外边沿焊接成型。或单通玻璃管为等径，真空夹层保温管的开口端，为钢管及环形金属凹槽向外开口，为玻璃管头与焊接外层钢管的钢管钎焊环形金属凹槽金属玻璃钎焊，玻璃管头与内层玻璃管开口管头玻璃焊接成型。

12、内层玻璃管与外层钢管金属钎焊密封连接真空夹层保温管，其单通玻璃管为缩口变径，真空夹层保温管口端，为钢管及环形金属凹槽向内开口，与内层玻璃管通过金属玻璃钎焊后，外层钢管再与钢管钎焊环形金属凹槽的延伸外边沿焊接成型。或单通玻璃管为缩口变径，真空夹层保温管的开口端，为钢管及环形金属凹槽的向外开口，为玻璃管头与内层玻璃管开口管头玻璃焊接，钢管及环形金属凹槽的延伸外边沿与外层钢管开口焊接成型。

13、内层玻璃管与外层钢管金属钎焊密封连接真空夹层保温管，其单通真空夹层保温管的底部为下凹高硼硅玻璃管底，或单通真空夹层保温管的底部为上凸高硼硅玻璃管底。单通真空夹层保温管的外层钢管底，为与单通真空夹层保温管的底部，为下凹高硼硅玻璃管底对应的下凹外层钢管底。或单通真空夹层保温管的底部，为与单通高硼硅玻璃管上凸管底、对应的上凸外层钢管底。

14、内层玻璃管与外层钢管金属钎焊密封连接真空夹层保温管，包括内层玻璃管、外层钢管、管壁支撑、钎焊剂、消气剂。其特征是：内层玻璃管为直通玻璃管，内层玻璃管口通过与直径大于内层玻璃管外径的管壁上设有吸收热胀冷缩波纹管段，直通开口端设有环形金属凹槽管口的外层钢管，与内层玻璃管的开口端口金属玻璃钎焊密封连接，其中，环形金属凹槽为截面为“u”形闭环金属凹槽，其内边沿为与内层玻璃管口内管壁对应的立面，其外边沿为与内层玻璃管口外管壁对应的立面，“u”形闭环金属凹槽的外边沿，设有与外层钢管焊接连接的延伸外边沿，或“u”形闭环金属凹槽的底部设有与外层钢管焊接连接的延伸外边沿。

15、外层钢管通过管壁支撑间隙支撑于内层玻璃管上，将内层玻璃管与外层钢管间隙环腔隔离，通过外层钢管上的排气管或在真空炉内对设于内层玻璃管，与钢管形成的环腔夹层抽真空后，焊接封闭排气装置，蒸发消气剂，形成内层玻璃管，与外层钢管套装金属钎焊构成的内层玻璃管，与外层钢管金属钎焊密封连接的真空夹层保温管。

16、内层玻璃管的金属钎焊密封连接管口管壁，包括两侧均为光滑面。或外侧为螺纹面，内侧光滑面。或外侧为光滑面，内侧为螺纹面。或内外两侧均为螺纹面。外层钢管及环形金属凹槽槽壁，包括两侧均为光滑面。或外侧为纵向波纹面，内侧光滑面。或外侧为螺纹面，内侧光滑面。或外侧为光滑面，内侧为纵向波纹面。或外侧为光滑面，内侧为螺纹面。或内外两侧均为纵向波纹面。或内外两侧均为螺纹面。

17、钎焊剂环置于环形金属凹槽的底部，钎焊剂如铝或铝合金钎焊剂环的形状大小，与钢管及环形金属凹槽的形状尺寸对应，铝或铝合金钎焊剂环的体积，和钢管及环形金属凹槽与玻璃管之间钎焊缝隙内铝或铝合金钎焊剂体积对应。通过对外层钢管及环形金属凹槽底部钎焊剂直接加热或通电加热，当温度达到铝或铝合金钎焊剂的熔化温度后，通过对插装于钢管及环形金属凹槽内层玻璃管的直接施压。或通过对螺纹旋装于钢管及环形金属凹槽内层玻璃管旋装，使玻璃管插装到钢管及环形金属凹槽内底部，熔化的铝或铝合金钎焊剂上溢，充满钢管及环形金属凹槽与钢管环形金属凹槽内层玻璃管之间缝隙，实现钢管及环形金属凹槽与玻璃管之间的钎焊。

18、金属、玻璃钎焊温度在665℃-730℃之间，使内层玻璃管口与钎焊剂发生化学反应，以使钎焊剂和外层钢管氧化膜层发生反应，实现内层玻璃管与外层钢管的良好钎焊密封连接。

19、内层玻璃管为高硼硅玻璃，高硼硅玻璃和钢管由于软化温度高，在820℃左右，而不会因加温而形变，环形金属凹槽与高硼硅玻璃管热熔钎焊实现密封连接。外层钢管端头上的环形金属凹槽与外层钢管通过氩弧焊接或激光焊接实现金属与金属的焊接连接。高硼硅玻璃管与外层钢管可以在抽真空过程中，实现抽真空与金属焊接密封连接一次完成，而此完成过程可以通过包括激光、等离子或氩弧焊密封连接外层钢管与环形金属凹槽的焊接密封连接。

20、在此过程中，内层玻璃管与外层钢管钎焊的钎焊剂如铝，受热迅速变为液态，而高硼硅玻璃其软化温度高并未软化。内层玻璃管与外层钢管在720℃时，玻璃的主要成分si02和al存在化学反应：

21、a1+3si02=2a1203+3si，即此时玻璃与铝的界面可因发生化学反应而牢固结合。同时，在720℃时，外层钢管也并未软化，外层钢管的氧化层表面和铝会产生化学反应，即此时外层钢管与铝的界面也因发生化学反应而牢固结合。同时，由于截面为”u”形闭环金属凹槽设计较深，使与其对应的闭环铝或铝合金钎焊剂层同样较长，因此形成的钎焊连接密封层较厚，使得铝或铝合金与玻璃和钢管钎焊强度高，气密密封性能好。在系统正常工作温度下，钢管及环形金属凹槽的螺纹或波纹，复合在薄壁的环形金属凹槽上，薄壁环形金属凹槽上的螺纹或波纹，可以很好的吸收可伐钎焊金属和内层玻璃管螺纹管口玻璃有限的热胀冷缩，实现钢管及环形金属凹槽，通过可伐钎焊金属和玻璃的良好封接。可伐钎焊金属如铝，在与钢管及环形金属凹槽、外罩玻璃管螺纹管口钎焊的过程中，其钎焊熔封温度为665℃左右，在此温度下，钢管及环形金属凹槽、铝及玻璃在相应的温度下，释放自身所溶解的气体，冷却之后，钎焊外边沿的铝可以和空气中的氧产生氧化反应，形成三氧化二铝。

22、钎焊剂升温均匀熔化后，适时断掉钎焊加热源，钎焊剂会自然降温凝固，和内层玻璃管、外层钢管形成温度趋于一致的温场，并实现金属玻璃良好钎焊密封连接。之后，对真空炉通气降温，蒸发消气剂，制成内层玻璃管与外层钢管之间夹层为真空的直通保温管。

23、或外层钢管与环形金属凹槽底部或边沿，通过包括激光焊、等离子焊、氩弧焊焊接密封连接，制成外层管为钢管，内层管为玻璃管的真空夹层保温管、保温桶、保温罐等，通过对夹层抽真空，焊接封闭抽真空管，蒸发消气剂，制成内层玻璃管与外层钢管之间夹层为真空的直通保温管。

24、内层玻璃管与外层钢管金属钎焊密封连接真空夹层保温管，其直通真空夹层保温管两端，为钢管及环形金属凹槽向内开口，与内层玻璃管通过金属玻璃钎焊后，外层钢管再与钢管钎焊环形金属凹槽的外边沿焊接成型。直通真空夹层保温管两端，为钢管及环形金属凹槽向外开口，玻璃管头与焊接外层钢管的钢管钎焊环形金属凹槽金属玻璃钎焊后，玻璃管头与内层玻璃管管头玻璃焊接成型。

25、内层玻璃管与外层钢管金属钎焊密封连接真空夹层保温管，其钢管钎焊环形金属凹槽的制造材料为耐腐蚀、耐高温、高强度金属，外层钢管为碳钢管，或为不锈钢管。

26、内层玻璃管与外层钢管金属钎焊密封连接真空夹层保温管，其内层玻璃管为外表面设有镜面的玻璃管。

27、内层玻璃管与外层钢管金属钎焊密封连接真空夹层保温管，其钢管及环形金属凹槽为向内开口环形金属凹槽，或为向外开口环形金属凹槽。向内开口环形金属凹槽的真空夹层保温管管口为金属管口。向外开口环形金属凹槽的真空夹层保温管管口为玻璃管口。

28、内层玻璃管与外层钢管金属钎焊密封连接真空夹层保温管，其管壁支撑为置于真空夹层内的隔热支撑，或为外层钢管上冲压拉伸的支撑点。消气剂为置于真空夹层内的长效消气剂，或为蒸散型消气剂。

29、本发明的有益效果：本发明解决了低成本解决了玻璃与金属因膨胀系数不匹配，而难以实现真空密封连接的问题。实现了玻璃与金属的可靠封接问题，通过抽真空实现高效薄壁高强度保温管道。使对于保温、抗腐蚀、耐温、健康等方面要求的需要内层玻璃管储存或流通介质的保温管，对热利用、对化工领域有着重大贡献。