[发明专利]以空间有效的方式将多个小直径钯合金管焊接至共用基板的系统和方法

说明书

技术领域

总体上，本发明涉及用于制造平行管列的方法和步骤。更具体地，本发明涉及将多个平行管焊接至共用基板的方法和步骤。

背景技术

平行管列被用在许多不同的设备中。例如，许多热交换器使用平行管。可以在氢气处理室中找到平行管列的更独特的用途中的一种。

在例如氢气净化器和氢气蒸汽重整器的氢气处理室中，钯合金管暴露于含氢的气体。钯合金在高温下可透过氢。因此，氢穿过管的壁并且与其他气体分离。可以在题名为HydrogenGasSeparatorSystemHavingMicro-ChannelConstructionForEfficientlySeparatingHydrogenGasFromAMixedGasSource(具有用于从混合气体源有效地分离出氢气的微通道结构的氢气分离器系统)的美国专利No.7,972,417中找到利用平行管列的氢处理设备的示例。

由于许多原因，理想的是在氢气处理室中使用直径非常小的管。另外理想的是将管尽可能紧密地放置在一起而不接触。为了将所述管牢固地保持在所需管列取向中，各种管通常安置到共用的金属基板中。在现有技术中，在基部中钻有孔。所述管随后放置到所述孔中并且被钎焊就位。

在某些氢气处理室应用中，数百个管安置到单个基部中。管被以相邻的管之间仅几分之一毫米的方式非常密集地聚集。由于要焊接微小区域并且每个焊接点周围缺乏可用的空间，因此不能使用传统的焊接技术。因此，应用了热钎焊技术。

在氢气处理室中，钯合金管钎焊至不锈钢端盖。钯管随后被检测泄漏以及以其他方式调节以用于商业用途。只有在钯管经过质量检测之后，才将钯管添加至管列。这确保了管列将不包括会使整个管列有缺陷的任一有缺陷的管。

一旦将已检测的管添加至管列，已检测的管就会常规地经历将管连接至管列的第二钎焊步骤。在第二钎焊步骤期间，预检测的管的完整性因热应力而受到损害。此外，在第二钎焊过程期间，最初的钎焊连接可能被破坏并产生泄漏。此外，当常规钎焊技术被用在大的管列上时，已证明难以在所有的管周围产生一致的钎焊密封。通常，一些管具有适当的钎焊密封，而其他管则不具有适当的钎焊密封。由于在单个管列中可能存在数百个管，因此即使具有99.9％有效性的钎焊技术也会由于至少一个泄漏的钎焊密封而致使每个氢气处理室都有缺陷。

在美国专利No.8,230,594中，申请人取得使用激光焊接将管焊接至基板的系统的专利。在此系统中，管被制成具有被置于基板上的扩口。激光焊机随后将扩口焊接至位于下方的基板。这种系统是对现有技术的钎焊技术的巨大改进。但是，仍然存在一些问题。大多数情况下，焊接所需要的面积限制了管可以聚集成管列的密集程度。由于来自激光光线的反射和由焊接所造成的亮度往往会使光学瞄准系统失效，因此在围绕密集的管列引导激光方面也存在问题。

因此，存在对用于以非常密集的管列的方式将数百个小直径管平行地接合至共用基板的改良工艺的需要。还存在对使焊接在其产生时能够被看到的改良工艺的需要。这些需要通过如下面描述和要求保护的本发明而得到满足。

发明内容

本发明是管列以及组合以制成该管列的管组合件。管组合件由板接合在一起而成为管列。该板具有第一表面、相反的第二表面、以及从第一表面延伸到第二表面的多个孔。每个孔均具有从第一表面下延到板中的埋头区域。

提供有多个管组合件。每个管组合件均具有第一端部、相反的第二端部、以及接近第一端部的扩口结构。扩口结构尺寸被确定为使所述扩口结构完全容纳在埋头区域内。管组合件延伸穿过该板中的孔。每个管组合件的扩口结构在每个管组合件所穿过的每个孔的埋头区域内被焊接至该板。

附图说明

为了更好地理解本发明，参照本发明的示例性实施例的结合附图所考虑的以下描述，在附图中：

图1为示出了表面扩散区的激光束焊接的现有技术图；

图2为示出了表面下扩散区的激光束焊接的现有技术截面图；

图3为管列的一部分的局部截面图；

图4为具有焊接终端的管组合件的分解图；

图5为位于焊接终端上的扩口结构的放大截面图；

图6为示出了激光焊接机中的管列的一部分的示意图；以及

图7为管列的一个替代性实施方案的一部分的截面图。

具体实施方式