專利名稱：通過熱等靜壓制造具有中空區(qū)域的模件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及通過使用熱等靜壓縮(hot isostatic compression，熱等靜壓)實(shí)施的擴(kuò)散焊接來制造具有中空區(qū)域的模件(module)的領(lǐng)域。特別地，本發(fā)明涉及這樣的模件的制造，用于該模件的中空區(qū)域采用一個(gè)或多個(gè)通道的形狀，優(yōu)選地旨在用于流體的循環(huán)。許多應(yīng)用可以考慮這種模件，像熱交換器，并且優(yōu)選地為所謂的緊湊型板交換器， 對(duì)于所述緊湊型板交換器，由于交換表面面積與交換器的體積的比率大，因此獲得的熱交換是非常令人滿意的。例如，這可以是這樣一種熱交換器系統(tǒng)，該熱交換器系統(tǒng)包括一模件或者沿堆疊板的方向交替地形成的模件的堆疊、第一流體循環(huán)區(qū)域和第二流體循環(huán)區(qū)域， 并且該熱交換器系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成使得在這些流體循環(huán)區(qū)域中的至少一個(gè)內(nèi)發(fā)生化學(xué)的、可能地催化的反應(yīng)。因此，由于在這些區(qū)域中的至少一個(gè)內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種交換器也被稱為反應(yīng)器。更一般地，這種熱交換器被稱為交換器/反應(yīng)器。應(yīng)注意到，對(duì)于這種類型的交換器系統(tǒng)可以考慮若干種應(yīng)用，例如，生產(chǎn)化學(xué)或者醫(yī)藥產(chǎn)品。對(duì)于中空的模件也可以考慮其他應(yīng)用，應(yīng)用在冷卻壓力裝置、熱吸收器、熱回收器、以及更一般地應(yīng)用在包括用于流體循環(huán)的內(nèi)部通道的所有裝置中。
背景技術(shù)：
從現(xiàn)有技術(shù)中，已知的是由兩個(gè)帶槽板制造中空模件，這兩個(gè)帶槽板相互抵靠以共同地限定空腔，在所述空腔中被插入幾何形狀與期望的循環(huán)通道的幾何形狀對(duì)應(yīng)的導(dǎo)管。在這種情況下，將要通過擴(kuò)散組裝的表面首先要被清潔，部件被堆疊然后兩塊板的周邊通過焊接或者通過將這些板插入也通過焊接制成的防漏外殼中而制成為防漏的。此外，導(dǎo)管的端部的周邊通過與這兩個(gè)相同的板或者與外殼(也被稱為容器)焊接而制成為防漏的。在對(duì)由此形成的組件的常規(guī)脫氣處理之后，所述組件經(jīng)受熱等靜壓縮周期，在所述熱等靜壓縮周期期間，加壓氣體不能透入組件的元件之間的界面中，所述組件的元件然后可以通過擴(kuò)散來適當(dāng)?shù)睾附又帘舜恕Ａ硪环矫?，加壓氣體透入導(dǎo)管的內(nèi)部以使得所述導(dǎo)管承受與組件的外部表面的壓力相同的壓力。因此，沒有導(dǎo)管壓碎的情況發(fā)生，這保持了導(dǎo)管的原始幾何形狀。然而，在一些實(shí)施方式中，通道的形狀使得無法從導(dǎo)管到達(dá)所述通道，特別是當(dāng)所述形狀包括太顯著以至于不能通過彎曲直的導(dǎo)管來獲得的彎曲部時(shí)。在這方面，應(yīng)注意到，通過利用熱等靜壓縮的擴(kuò)散焊接來組裝帶槽板(所述帶槽板之間沒有插入任何導(dǎo)管)只有在付出顯著的結(jié)構(gòu)惡化的代價(jià)下才是可能的。實(shí)際上，如果通道的入口和出口沒有被可密封地封閉，加壓氣體在帶槽板之間透入并且妨礙所述帶槽板的焊接。相反地，如果通道的入口和出口被可密封地封閉，則所述通道被壓力壓碎，這導(dǎo)致通道的尺寸精度中的不可接受的損失，或者甚至導(dǎo)致所述通道消失。在這種情況下，壓力的降低將當(dāng)然使得對(duì)通道的擠壓變?nèi)?，但是也將伴隨著焊接接頭的抵抗性的降低。避免通道壓碎的另一種技術(shù)方案包括用芯部填充槽，所述芯部由在組裝后可以通過化學(xué)溶解或者通過其他方式被移除的材料制成，比如，這在文獻(xiàn)JP-A-2006 263746中進(jìn)行了描述。但是，實(shí)際上，填充材料的確定及其移除被證明都是非常困難的。此外，另一種制造方法從文獻(xiàn)FR-A-2 879 489中已知。它包括在板內(nèi)機(jī)械加工預(yù)先考慮了通道的槽，通過用焊接將薄帶附加至這些槽來密封這些槽的頂部，然后在帶槽板上通過利用熱等靜壓縮的擴(kuò)散焊接來組裝具有覆蓋所述薄帶的蓋子的形狀的第二元件。 這種解決方案具有多個(gè)缺點(diǎn)，其中有高成本、當(dāng)通道不直時(shí)薄帶的焊接困難、對(duì)于包括多個(gè)通道或者長(zhǎng)度很長(zhǎng)的通道的結(jié)構(gòu)而言控制和保證所述帶的所有焊縫的密封很困難、或者進(jìn)一步地，考慮到形成所謂的《三維(3D)》通道，不可能在通道的高度上構(gòu)造具有不規(guī)則的通道寬度的通道。最后，從核材料期刊(Journalof Nuclear Materials) 307-311 (2002)中的、 P. Norajitra 等的名禾爾為《HIP experiments on the first wall and cooling plate specimens for the EUHCPB blanket》的文獻(xiàn)中已知另一種制造方法。在該文獻(xiàn)中描述了一種原理，包括在兩個(gè)步驟中通過利用熱等靜壓縮的擴(kuò)散焊接來組裝基本部件。通過并置所述基本部件中所有或者部分，提供了重構(gòu)期望的通道的可能性。這些基本部件被插入密封的容器中以形成隨后被脫氣并且然后被封閉的組件。替換地，基本部件的周邊被可密封地焊接，并且通道被封閉，以便始終形成包含中空區(qū)域的防漏外殼。在用于擴(kuò)散焊接的第一步驟期間，熱等靜壓縮的溫度和壓力條件以及該步驟的持續(xù)時(shí)間被保持，一方面以獲得所述部件的焊接從而實(shí)現(xiàn)所述部件的界面防漏，并且另一方面使得通道的可能變形保持為可忽略。在這個(gè)第一步驟之后，所述組件面向所述通道被刺穿，以允許空氣透入所述組件內(nèi)。于是中空區(qū)域的密封被打破，接著通過擴(kuò)散進(jìn)行第二焊接步驟，所述第二焊接步驟在更高的壓力下實(shí)現(xiàn)以保證在基本部件之間獲得高質(zhì)量的擴(kuò)散焊接。在這個(gè)第二步驟期間，與在第一焊接步驟中不同，加壓氣體透入通道中，以使得可以避免通道壓碎并且可以保持可接受的幾何形狀。這個(gè)解決方案有許多缺點(diǎn)，其中有要求使組件兩次進(jìn)入熱等靜壓縮殼中、在兩個(gè)步驟之間進(jìn)行通風(fēng)以便與通道成直角地刺穿所述組件。這導(dǎo)致了長(zhǎng)的制造時(shí)間和高的制造成本。此外，由于問題是要準(zhǔn)確地刺穿可能是大尺寸的并且可能在第一步驟中遭受了變形從而使所述通道的定位要很精細(xì)的部件，因此在刺穿操作期間出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)是現(xiàn)實(shí)的。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是至少部分地找到對(duì)前面提到的與現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施方式相關(guān)的缺點(diǎn)的補(bǔ)救方案。為此，本發(fā)明的目的是通過熱等靜壓縮來制造具有中空區(qū)域的模件的方法，包括-制成包括限定出中空區(qū)域的疊置元件的組件的步驟，所述組件被制造成形成包含所述中空區(qū)域的防漏外殼，所述防漏外殼包括將所述中空區(qū)域與所述組件的外部分隔開的至少一個(gè)可熔封閉構(gòu)件；接著
-熱等靜壓縮所述組件的步驟，實(shí)現(xiàn)該步驟以通過所述組件的元件的擴(kuò)散來獲得焊接，這個(gè)步驟通過讓溫度和壓力條件改變以使得所述溫度和壓力條件在這個(gè)步驟期間導(dǎo)致所述可熔封閉構(gòu)件失效來實(shí)現(xiàn)，所述可溶封閉構(gòu)件的失效允許加壓氣體透入所述中空區(qū)域中。因此，熱等靜壓縮步驟包括在封閉構(gòu)件失效之前的第一階段，所述第一階段為這樣一個(gè)階段，在這個(gè)階段期間所述組件的元件開始通過擴(kuò)散焊接至界面，而加壓氣體不能透入中空區(qū)域中并且不能干擾在所述界面處的此焊接。在這個(gè)第一階段期間觀察到的焊接對(duì)于在所述界面處獲得密封是足夠的，但是具有低的機(jī)械強(qiáng)度，該低的機(jī)械強(qiáng)度預(yù)備好通過應(yīng)用隨后的第二壓縮階段(compression stage，加壓階段)來加強(qiáng)。在這個(gè)第二壓縮階段開始之前，所應(yīng)用的溫度和壓力條件導(dǎo)致封閉構(gòu)件的失效，與第一階段不同，這種失效通過加壓氣體的透入中空區(qū)域中而表現(xiàn)出。這允許應(yīng)用比第一階段期間大得多的壓力，有利于在擴(kuò)散焊接界面處獲得強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，而不會(huì)導(dǎo)致中空區(qū)域的壓碎，所述中空區(qū)域因此可以保持期望的幾何形狀。這可以通過這樣的事實(shí)來解釋中空區(qū)域的內(nèi)部承受的壓力與施加在正經(jīng)受壓縮的組件的外部表面上的壓力相同。本發(fā)明特有的這個(gè)原理的優(yōu)點(diǎn)在于它提供了制造的簡(jiǎn)單性，這通過在制造時(shí)間和成本方面的獲益來表現(xiàn)。這個(gè)獲益特別地由在同一熱等靜壓縮步驟期間封閉構(gòu)件的自動(dòng)失效而導(dǎo)致，而不要求從加壓殼中取出所述組件以便刺穿所述組件并且然后把所述組件重新放進(jìn)所述力口壓殼中，與在名稱為《HIP experiments on the first wall and cooling plate specimens for the EU HCPB blanket)》的現(xiàn)有技術(shù)中的情況一樣。此外，該方法的可靠性是令人滿意的，因?yàn)榉忾]構(gòu)件的破裂保證所述組件的外部與中空區(qū)域之間的連通，與在剛剛提到的現(xiàn)有技術(shù)中描述的刺穿操作不同。根據(jù)面對(duì)的需要，所述組件可以包括一個(gè)或者多個(gè)可熔封閉構(gòu)件。在這方面，應(yīng)注意多個(gè)構(gòu)件可以疊置，以便在所述多個(gè)構(gòu)件破裂后在所述組件的外部與中空區(qū)域之間形成相同的連通路徑。此外，在選擇中空區(qū)域的形狀方面本發(fā)明提供很大的自由度，所述中空區(qū)域優(yōu)選地采用通道的形狀，特別是如果所述通道在金屬板中通過激光切割制成的話。有利地，在獲得的通道的復(fù)雜形狀(例如，《三維》通道)用在交換器內(nèi)時(shí)，所述復(fù)雜形狀導(dǎo)致獲得緊湊的且高熱性能(thermally highly performing)的模件，以及在所述復(fù)雜形狀用在交換器 /反應(yīng)器內(nèi)時(shí)，所述復(fù)雜形狀導(dǎo)致獲得混合化學(xué)試劑的高性能。最后，本發(fā)明不要求任何釬焊來組裝元件，因此在使用腐蝕性流體的情況下沒有任何問題。優(yōu)選地，所述溫度和壓力條件被保持，以便在溫度Tl、壓力Pl下實(shí)現(xiàn)持續(xù)時(shí)間Dl 的第一壓縮階段，然后在溫度T2、比壓力Pl大的壓力P2下實(shí)現(xiàn)持續(xù)時(shí)間D2的第二壓縮階段，在第一與第二壓縮階段之間引起所述可熔封閉構(gòu)件的破裂。對(duì)于壓力Pl和P2，意思是在持續(xù)時(shí)間Dl和D2內(nèi)基本上不變的壓力。因此，第一壓縮階段在較低的壓力下實(shí)現(xiàn)，然而允許在所述組件的元件的界面處獲得密封，而不會(huì)導(dǎo)致中空區(qū)域的壓碎。在第二階段期間施加最高壓力，對(duì)于所述最高壓力，它提供了在所述界面處獲得加固的機(jī)械接頭的可能。因此，在壓力上升期間實(shí)現(xiàn)了封閉構(gòu)件的破裂。根據(jù)這個(gè)封閉構(gòu)件的性質(zhì)，這個(gè)破裂或者在壓力的作用下通過爆裂實(shí)現(xiàn)，或者在溫度的作用下當(dāng)達(dá)到熔化溫度時(shí)通過液化或者爆裂而實(shí)現(xiàn)。在這方面，注意到所述構(gòu)件的溫度還對(duì)其通過壓力而爆裂的時(shí)刻有影響，并且所述壓力對(duì)正在液化的構(gòu)件將破壞的時(shí)刻有影響。無論什么情況下，當(dāng)所述構(gòu)件被設(shè)計(jì)以在溫度的作用下通過液化而破壞時(shí)，溫度 T2被設(shè)定為在溫度Tl以上的值，并且所述封閉構(gòu)件的熔點(diǎn)包括在Tl與T2之間。此外，甚至當(dāng)所述封閉構(gòu)件被設(shè)置為在壓力的作用下通過爆裂而破壞時(shí)，溫度T2也可以被設(shè)定為在溫度Tl以上的值，并且這目的在于促進(jìn)通過擴(kuò)散的焊接。然而，Tl和T2可以是相等的或者相近的，這不偏離本發(fā)明的范圍。優(yōu)選地，并且特別是在當(dāng)使用的合金是鐵基、鎳基或銅基、或者基于不銹鋼、或者進(jìn)一步地為鈦基合金時(shí)，這個(gè)壓力Pl包含在50與200巴之間，例如接近150巴，并且壓力 P2包含在1，000與2，000巴之間，例如接近1500巴。顯然地，在Dl和D2期間壓力溫度Pl 和P2可以在前面提到的限度內(nèi)變化，但是優(yōu)選地是基本上不變的。優(yōu)選地，所述溫度T1和T2各自被包含在900與1，200°C之間。優(yōu)選地，如前文所提到的，所述封閉構(gòu)件形成熱保險(xiǎn)器(thermal fuse)或者機(jī)械保險(xiǎn)器(mechanical fuse) 0在第一種情況下，當(dāng)所述保險(xiǎn)器在熱的作用下變成流體時(shí)，實(shí)現(xiàn)所述保險(xiǎn)器的破裂，而在第二種情況下，通過在壓力作用下的破壞而實(shí)現(xiàn)所述保險(xiǎn)器的破裂。在每種情況下，破壞的保險(xiǎn)器不再實(shí)現(xiàn)它的封閉功能并且因此允許在所述中空區(qū)域與所述組件的外部之間的流體連通。例如，所述封閉構(gòu)件采用平均厚度包括在0. 3與0. 5毫米之間的隔膜的形狀。優(yōu)選地，所述封閉構(gòu)件是組件的所述元件中的一個(gè)的整體部分，否則是被附加在這些元件中的一個(gè)上，例如通過焊接。優(yōu)選地，所述中空區(qū)域采用一個(gè)或多個(gè)流體循環(huán)通道的形式。優(yōu)選地，即使所有前面提到的應(yīng)用都可以考慮，所述模件也可被設(shè)置為裝備熱交換器系統(tǒng)，這不偏離本發(fā)明的范圍，。優(yōu)選地，所述模件采用板的形式，以及所述組件的所述構(gòu)成元件中的每一個(gè)的形式。本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和特征在下文的非限制性的詳細(xì)描述中將變得顯而易見。


這個(gè)描述將參考附圖進(jìn)行，附圖中-圖1示出了隨著應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的方法之后而獲得的流體循環(huán)模件的示意性立體圖；-圖2示出了旨在在處理圖1的所述模件之前形成所述模件的組件的分解立體圖；-圖3示出了圖2中所示的組件的非分解立體圖；-圖4示出了圖2和圖3中所示的組件的一部分；-圖5是沿圖4的線V-V的剖視圖；-圖6是顯示在組件的熱等靜壓縮步驟期間所施加的溫度和壓力條件隨時(shí)間變化的-圖7示出了與圖5類似的在可熔封閉構(gòu)件破裂之后的視圖；以及-圖8和圖9顯示了可熔封閉構(gòu)件的替換實(shí)施方式。
具體實(shí)施例方式參見圖1，可以看見用于熱交換器系統(tǒng)(優(yōu)選地為交換器/反應(yīng)器類型)的模件 1，例如，所述模件被設(shè)置用于生產(chǎn)化學(xué)或者醫(yī)藥產(chǎn)品。例如，這個(gè)模件具有30厘米量級(jí)的長(zhǎng)度，10至15厘米量級(jí)的寬度和1至2厘米量級(jí)的厚度。但是，可以考慮任何類型的比例， 并且這取決于系統(tǒng)的應(yīng)用。模件1 (專門針對(duì)本發(fā)明的制造方法將在下文中針對(duì)所述模件進(jìn)行描述)具有基本上平行六面體的形狀或者板的形狀，被用于流體循環(huán)的一個(gè)或者多個(gè)通道2穿過。在圖示的實(shí)例中，設(shè)置了具有入口加和出口 2b的單個(gè)通道2，所述入口與所述出口之間設(shè)有優(yōu)選地相互平行的多個(gè)通道段2’。通道段2’在它們的相面對(duì)的端部成對(duì)相連。通道段2’ 可以是基本上直線型的，或者可以甚至采用任何眾所周知的其他適合的形狀，比如所謂的彎曲或者Z字形形狀，如在圖1中通過虛線示意性地示出的那樣。此外，這些通道2的截面也可以依據(jù)所面對(duì)的需要來適配。作為指示性的實(shí)例，所述通道的截面可以是正方形、長(zhǎng)方形，或者進(jìn)一步具有可以隨時(shí)間變化以產(chǎn)生《三維》通道的形狀。為了繼續(xù)進(jìn)行這個(gè)模件1的制造，首先制成堆疊元件的組件，這個(gè)組件總體上用圖2中的參考標(biāo)號(hào)4表示。堆疊可以在常規(guī)的、優(yōu)選地水平的支撐物上進(jìn)行，首先將合金的金屬板6放置在所述支撐物上，所述合金例如具有高導(dǎo)熱性，比如富含銅的合金，例如氯化亞銅(CuCl)合
^^ ο在這塊板6的表面上，設(shè)置另一塊板10，所述板被機(jī)加工貫穿以顯露出通道2。這個(gè)機(jī)加工優(yōu)選地通過激光切割貫穿金屬板10而進(jìn)行，所述金屬板優(yōu)選地由不銹鋼制成，例如不銹鋼316L。在顯示的實(shí)例中，每個(gè)通道段2’的截面均是正方形，邊長(zhǎng)大約3毫米。下一步，基本上與第一塊板相同的具有3毫米量級(jí)的厚度的另一塊板6覆蓋帶槽板10。因此，通道段2’在下面被下部板6封閉并且在上面被上部板6封閉。本發(fā)明的其中一個(gè)特性在于，帶槽板10設(shè)有一個(gè)或者多個(gè)可熔封閉構(gòu)件，所述封閉構(gòu)件將形成中空區(qū)域的通道2與圖3中所示的在堆疊狀態(tài)下的組件4的外部分隔開。更具體地，兩個(gè)封閉構(gòu)件被分別設(shè)置在帶槽板10的兩個(gè)突出部14處，面向流體循環(huán)通道2的入口和出口布置?？扇鄯忾]構(gòu)件12中的一個(gè)在圖4和圖5中詳細(xì)示出，可以理解另一個(gè)可溶封閉構(gòu)件在功能和結(jié)構(gòu)這兩者上是相同或者類似的。在這些圖中，實(shí)際上能夠看見突出部14與通道2的入口加成直角設(shè)置。穿孔16從板10的外部穿過突出部14且朝向通道2而形成。 然而，這個(gè)穿孔16并不接通通道，因?yàn)椴牧辖Y(jié)帶(material ligament)作為隔膜被保留在所述通道之間，以形成可熔封閉構(gòu)件12。穿孔16的直徑是2毫米量級(jí)。保留的材料結(jié)帶具有平均厚度E，所述平均厚度優(yōu)選地通過使用材料的熱機(jī)械性能定律以及在壓縮期間應(yīng)用的溫度和壓力條件利用有限元計(jì)算法來確定，優(yōu)選地所述平均厚度包括在0. 3與0. 5毫米之間，以及甚至更優(yōu)選地是0. 4毫米的量級(jí)。如將在下文被詳細(xì)描述的一樣，所述材料結(jié)帶的厚度被設(shè)定使得它可以履行它的功能，所述功能包括保證通道2在第一熱等靜壓縮階段封閉，然后自動(dòng)地屈服(yield)以便隨后允許在第二熱等靜壓縮階段期間將加壓氣體引入通道中。一旦板6、10被堆疊，所述板在其周邊處優(yōu)選地通過惰性氣體鎢極保護(hù)電弧焊 (TIG welding)焊接到一起，以便形成包含形成中空區(qū)域的通道的防漏外殼。在這個(gè)特定的情況下，所述防漏外殼因此由兩塊板6、包括兩個(gè)可熔封閉構(gòu)件12的帶槽板10的周邊、以及在圖3中以參考標(biāo)號(hào)18表示的周邊井(peripheral well)形成。雖然這沒有被圖示出，應(yīng)注意到，存在單個(gè)可熔構(gòu)件可以是足夠的。圖3中所示的優(yōu)選實(shí)施方式包括設(shè)置多于一個(gè)的可熔構(gòu)件，特別地在所述通道的每一端處均設(shè)置一個(gè)， 所述優(yōu)選實(shí)施方式提供了在所述構(gòu)件中的一個(gè)失效的情況下確保該方法的可能性。替換實(shí)施方式包括將組件4滑動(dòng)至包括孔容器中，所述孔用于讓封閉構(gòu)件從所述孔中顯露。所述容器的內(nèi)部具有的形狀與所述堆疊的形狀匹配，或者所述容器的內(nèi)部足夠柔性以便在熱等靜壓縮期間變形以及將壓力傳遞至組件4。在所述容器的外部上突出的可熔構(gòu)件然后在其周界上被焊接，以便密封容器/可熔構(gòu)件界面。在期望的模件包括多個(gè)流體循環(huán)層(即，沿著所述板的堆疊方向的多個(gè)疊置通道，這通過堆疊帶槽板并通過實(shí)心板將所述帶槽板彼此分隔而獲得)的情況下，這種技術(shù)是特別優(yōu)選的。當(dāng)板6和10的周邊不能被焊接時(shí)(例如因?yàn)橐苯鹣嗳菪缘脑?，這種技術(shù)也是優(yōu)選的。通過用熱等靜壓縮來處理組件4而繼續(xù)模件1的制造。在壓縮之前，通過經(jīng)由孔口 20抽吸來進(jìn)行所述堆疊的脫氣，所述孔口形成在外殼的壁(這里是板6中的一個(gè))中， 如圖2所示。一旦脫氣完成，孔口 20就利用阻塞物(st0pper)22來密封地封閉，以實(shí)現(xiàn)通道2相對(duì)于組件4的外部的密封。組件4的壓縮通過應(yīng)用溫度和壓力條件在適當(dāng)?shù)臍?沒有被顯示出)內(nèi)進(jìn)行，所述溫度和壓力條件現(xiàn)在將參考圖6來詳細(xì)描述。如前文提到的，首先將壓力和溫度升高，以便所述壓力和溫度在時(shí)刻ta分別達(dá)到值Pl和Tl。這個(gè)升高可以持續(xù)一個(gè)小時(shí)，或者甚至更長(zhǎng)，應(yīng)理解，保險(xiǎn)器保持為惰性的。從這個(gè)時(shí)刻ta起，執(zhí)行第一熱等靜壓縮階段，在此第一熱等靜壓縮階段期間，值 Tl和Pl分別維持在大約1，100°C和150巴。在這個(gè)第一階段期間，板6、10開始通過擴(kuò)散利用界面焊接，即，在固體狀態(tài)下，而加壓氣體不能透入通道2中并且不能干擾這個(gè)焊接。在這個(gè)第一階段期間觀察到的持續(xù)時(shí)間Dl為大約一小時(shí)的焊接對(duì)于獲得界面的密封是足夠的，但是具有低的機(jī)械阻力，且旨在通過應(yīng)用后續(xù)的第二壓縮階段來強(qiáng)化。這里，前面提到的界面當(dāng)然是板6與10之間的接觸表面。在這個(gè)第一階段應(yīng)用的壓力Pl和溫度Tl對(duì)于引起封閉構(gòu)件12的破裂是不足夠的，通過可能的輕微變形來抵抗所述破裂。而且，正是保存了這些構(gòu)件而保證加壓氣體將不會(huì)干擾在所述界面處的焊接。通過溫度和壓力的新的升高來繼續(xù)所述壓縮步驟，所述溫度和壓力分別升高到 1，200°C量級(jí)的值T2和1，500巴量級(jí)的值P2。在壓力這次升高的期間(升高的持續(xù)時(shí)間D2可以是一至兩個(gè)小時(shí)的量級(jí))，每個(gè)可熔封閉構(gòu)件12在應(yīng)用的壓力的作用下通過爆裂而破壞，所述可熔封閉構(gòu)件然后履行它的機(jī)械保險(xiǎn)器的功能。從破裂時(shí)刻tr起，所述外殼的密封被打破，并且允許組件4的外部與通道2之間的連通。加壓氣體因此可以經(jīng)由接合孔口對(duì)透入通道2中，換句話說，在初始設(shè)置的構(gòu)件12處形成通路，如在圖7中所示的那樣。優(yōu)選地，tr接近tb。一旦達(dá)到壓力P2和溫度T2，則在時(shí)刻tc處開始第二壓縮階段。所述第二壓縮階段可以持續(xù)大約兩個(gè)小時(shí)，直到到達(dá)對(duì)應(yīng)于開始冷卻的時(shí)刻td。所述第二壓縮階段提供了應(yīng)用比在第一階段期間大得多的壓力的可能性，有利于在擴(kuò)散-焊接界面處獲得強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，而不會(huì)導(dǎo)致通道2的壓碎，所述通道因此可以保持期望的幾何形狀。這通過這樣的事實(shí)來解釋通道2的內(nèi)部在這里經(jīng)受的壓力與被施加在正經(jīng)受壓縮的組件的外表面上的壓力相同。然后獲得了所謂的整體式模件的模件1，相當(dāng)于被流體循環(huán)通道2穿過的大塊體， 例如多材料的塊體。在使用模件1之前，每個(gè)接合孔口 M通過機(jī)械加工來重新校準(zhǔn)，以便在模件中實(shí)現(xiàn)流體的符合要求的流入/流出，否則所述模件按照?qǐng)D3、圖4和圖7中所示的平面觀被分害I]，以便顯露出入口 2a/出口 2b。在在熱交換器系統(tǒng)中使用所述模件的期間，流體例如通過設(shè)置在通道2的入口加處的入口支管(沒有被顯示出)被引入。然后，在流體通過出口 2b從通道2排出，并且例如進(jìn)入所述系統(tǒng)的排出歧管(沒有被顯示出)中之前，所述流體通過在所述通道中蜿蜒流動(dòng)而循環(huán)?，F(xiàn)在參見圖8，顯示了可熔封閉構(gòu)件12的替換實(shí)施方式。所述可熔封閉構(gòu)件不再是帶槽板10的整體部分，而是附加至所述帶槽板上，優(yōu)選地通過焊接來附加。所述可熔封閉構(gòu)件可以滑入為此目的而設(shè)置的孔口中，或者附加在所述板的邊緣上，如在圖8中所示的那樣。這個(gè)構(gòu)件可以采用與前面描述的機(jī)械保險(xiǎn)器類似的機(jī)械保險(xiǎn)器的形狀，或者采用熱保險(xiǎn)器的形狀，所述熱保險(xiǎn)器的熔點(diǎn)包括在Tl與T2之間，以便在于時(shí)刻tb開始的溫度升高的期間破壞。任何材料都可以被考慮，比如銅，或者甚至低共熔混合物。在圖9中，前面的兩個(gè)解決方案被組合，因?yàn)閹Р郯?0設(shè)有面向通道2的以及穿孔16的出口的材料結(jié)帶12，并且還設(shè)有封閉在容納所述組件的容器30上制成的通孔四的另一個(gè)構(gòu)件12a。在這種情況下，孔口四與穿孔16連續(xù)設(shè)置。在這里，兩個(gè)保險(xiǎn)器各自將在于時(shí)刻tb開始的溫度和壓力升高的期間同時(shí)地或者相繼地破壞，以使得在第二壓縮階段開始的時(shí)刻tc處，通道2與外殼30的外部連通。優(yōu)選地，保險(xiǎn)器1 是熱保險(xiǎn)器，并且保險(xiǎn)器12是機(jī)械保險(xiǎn)器；在這種情況下，在低壓力階段期間熱保險(xiǎn)器通過將保險(xiǎn)器12與壓力隔離而保護(hù)該保險(xiǎn)器。這目的在于，在結(jié)帶厚度E比預(yù)期的小的情況下，降低機(jī)械保險(xiǎn)器 12過早失效的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)然，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以對(duì)剛才僅僅作為非限制性實(shí)例描述的本發(fā)明作各種修改。
權(quán)利要求
1.一種通過熱等靜壓縮來制造具有中空區(qū)域O)的模件(1)的方法，包括-制成包括限定出所述中空區(qū)域的疊置元件(6、10)的組件的步驟，所述組件被制成為形成包含所述中空區(qū)域的防漏外殼，所述防漏外殼包括將所述中空區(qū)域( 與所述組件的外部分隔開的至少一個(gè)可熔封閉構(gòu)件(12)；接著-熱等靜壓縮所述組件的步驟，實(shí)現(xiàn)該步驟以獲得所述組件的元件的擴(kuò)散焊接，這個(gè)步驟通過改變溫度和壓力條件以使得所述溫度和壓力條件在這個(gè)步驟期間導(dǎo)致所述可熔封閉構(gòu)件(1 破裂來執(zhí)行，所述可熔封閉構(gòu)件的破裂允許所述加壓氣體透入所述中空區(qū)域 (2)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的所述方法，其中，所述溫度和壓力條件被保持以便在溫度Tl、壓力 Pl下實(shí)現(xiàn)持續(xù)時(shí)間Dl的第一壓縮階段，然后在溫度T2、大于壓力Pl的壓力P2下實(shí)現(xiàn)持續(xù)時(shí)間D2的第二壓縮階段，所述可熔封閉構(gòu)件的破裂在所述第一壓縮階段與所述第二壓縮階段之間發(fā)生。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的所述方法，其中，所述壓力Pl包括在50與200巴之間，以及壓力 P2包括在1，000與2，000巴之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其中，所述溫度Tl和T2各自均包括在900與 1，200°C之間。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述封閉構(gòu)件(1 形成熱保險(xiǎn)器或者機(jī)械保險(xiǎn)器。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述封閉構(gòu)件(1 為所述組件的所述元件的其中一個(gè)的整體部分，或者所述封閉構(gòu)件附加至這些元件的其中一個(gè)上。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述中空區(qū)域采用一個(gè)或多個(gè)流體循環(huán)通道O)的形式。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述模件(1)被設(shè)置以用于裝備熱交換器系統(tǒng)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述模件(1)采用板的形式。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過熱等靜壓制造具有中空區(qū)域(2)的模件的方法，包括制成組件的步驟，所述組件包括限定中空區(qū)域的疊置元件，所述組件被制成為形成包含所述中空區(qū)域的密封外殼，所述密封外殼包括將中空區(qū)域與組件的外部分隔開的至少一個(gè)可熔封閉構(gòu)件(12)；接著為熱等靜壓所述組件的步驟，執(zhí)行該步驟以實(shí)現(xiàn)所述組件的元件的擴(kuò)散焊接，所述步驟通過改變溫度和壓力條件以使得所述溫度和壓力條件在該步驟期間導(dǎo)致可熔封閉構(gòu)件(12)破壞來實(shí)現(xiàn)，可熔封閉構(gòu)件的破壞能使加壓氣體進(jìn)入中空區(qū)域(2)中。
文檔編號(hào)F28F3/12GK102574238SQ201080042853
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者埃曼努埃爾·里加爾, 拉斐爾·庫(kù)蒂里耶, 查爾洛特·伯納德, 馬加利·雷捷 申請(qǐng)人:法國(guó)原子能及替代能源委員會(huì)